Journal Archive

파킨슨병은 도파민성 뉴런의 소실과 α-synuclein의 축적으로 인한 루이소체의 발생이 조직학적 특징으로 나타나는 신경 퇴행성 질환으로 안정 시 떨림, 서동증, 경직 및 자세 불안정성 등의 증상이 나타나며, 알츠하이머병 다음으로 흔하여 60세 이상 인구의 약 1%가 앓고 있고 연령 증가에 따라 발병률이 증가한다^1-3).

현재로서는 파킨슨병의 진행을 정지시키거나 지연시키는 치료법은 없으며, 파킨슨병의 증상 완화만 가능하다. 가장 중요한 치료제인 레보도파는 장기간 복용하면 이상운동증(dyskinesia)이 발생하며, 약효의 발현이나 지속시간에 변동이 일어나는 운동 동요 현상(motor fluctuations)이 나타나 환자의 삶의 질이 현저히 떨어진다^4-6).

따라서 α-synuclein의 합성(synthesis)과 응집(aggregation), 미토콘드리아 기능장애(mitochondrial dysfunction), 신경염증(neuroinflammation)과 같은 병리기전에 개입하여 질병의 진행을 억제 또는 중단시키고자 하는 질병 경과 변형 치료법(disease-modifying treatments)에 대한 관심이 높아지고 있으며, 항체를 이용한 면역치료(immunotherapy) 등의 새로운 기법들도 연구되고 있다^7,8). 그러나 현재까지 만족스러운 결과가 얻어진 적은 없다.

한의학에서는 中風’,‘振顫’,‘痙’,‘攣’,‘瘈瘲 등의 용어로 파킨슨병의 증상을 서술하였고, 氣血兩虛, 氣滯血瘀, 肝腎陰虛, 氣滯血瘀 등이 병리 기전으로 언급되고 있다. 《黃帝內經》에서 발견되는 ‘諸風掉眩, 皆屬於肝’‘諸暴强直 皆屬於風’과 같은 표현은 파킨슨병의 가장 대표적인 증상인 ‘振顫’과 ‘硬直’을 風病으로 인식하였음을 보여준다⁹⁾.

최근 파킨슨병의 한의학적 치료에 대하여 관심이 높아지고 있으며, 다양한 천연물에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 2010년부터 2014년까지 진행된 임상 연구들에 따르면, 파킨슨병을 肝腎不足, 肝腎陰虛, 氣血兩虛, 心肝腎虛, 氣滯血瘀, 肝風內動 등으로 변증하여 한약 치료를 시행하였고 한약 치료를 진행한 시험군은 대조군에 비해 증상이 호전되었으며, 사용된 한약재들 중 白芍藥, 當歸, 熟地黃, 甘草, 天麻 등의 순으로 사용 빈도수가 높게 나타났다¹⁰⁾.

이러한 다양한 한약재들 중 白芍藥은 MPTP로 유도된 파킨슨병 쥐 모델에서 감소된 bcl-2/bax 비율을 농도의존적으로 회복시켰고 로타로드(rota-rod) 검사에서 낙하 시간을 증가시켰으며, 실험동물의 자발적인 운동을 증가시켰다¹¹⁾. 그리고 釣鉤藤은 PC12 cell에 물 추출물을 처리하였을 때 총 glutathione(GSH) 수치가 증가하고 ROS의 생성과 세포사를 감소시키는 유의한 효과가 있었으며, 또한 6-OHDA로 유도한 caspase -3 활성을 억제함으로써 세포사멸을 억제하는 신경세포 보호능이 확인되었다¹²⁾. 또한 鷄血藤은 에탄올 추출물로 전 처리한 SH-SY5Y 세포에 처리했을 때, etoposide로 인해 전형적으로 나타나는 세포 형태의 변화가 억제된 것이 확인되었으며, 절단된 PARP, cleaved caspase-3, p53의 인산화 등 세포사멸 관련 지표 역시 감소되었다¹³⁾.

人蔘은 Rb1, Rg1, Rd, Re와 같은 주요 ginsenoside가 신경염증과 세포사멸 억제를 비롯한 다양한 기전을 통해 파킨슨병에 대한 신경세포보호능을 가진다는 것이 밝혀졌으며¹⁴⁾, 甘草는 H₂O₂로 유도된 신경교세포의 손상을 보호하였고 세포사 촉진 단백질인 Bax에 의존적으로 활성화되는 caspase 3의 활성화를 개선하였다¹⁵⁾.

본 연구에서 사용한 시료인 Hepad S9-1은 선행 연구들^11-15)을 통해 파킨슨병 관련 효능과 신경세포 보호능이 확인된 白芍藥, 釣鉤藤, 鷄血藤, 人蔘, 甘草를 같은 비율로 배합한 처방으로 In vitro에서 PC12 세포에 MPP+를 처리하여 세포자멸을 유도하고, Hepad S9-1를 처리하여 Hepad S9-1의 신경세포 보호 효과를 확인하였다. 세포자멸에 관련된 bax, bcl-2, bcl-xl의 유전자 및 단백질 발현량, cytochrome c, caspase family, PARP 단백질 발현량을 분석하여 유의한 결과를 얻었기에 이를 보고하고자 한다.

파킨슨병은 알츠하이머병 다음으로 흔한 신경퇴행성 질환이다. 인구 고령화에 따라 파킨슨병 환자가 증가하면서 사회적·경제적 부담이 증가되고 있다¹⁶⁾. 파킨슨병의 병리학적 특징은 중뇌의 흑질 치밀부(substantia nigra pars compacta, SNpc)의 신경세포 손실이며, 사망할 때까지 환자의 중뇌 흑질 치밀부에서는 50-70%의 신경세포 손실이 일어난다^17,18). 파킨슨병은 신경변성이 계속 진행되는 질환이기 때문에, 신경변성을 지연시키거나 중단시키는 질병 경과 변형치료법(disease-modifying therapy)이 필요하다¹⁹⁾. 그러나 현재까지 질병 경과 변형치료법이라 할만한 치료법은 없으며, 현재 가장 보편적으로 사용되는 항파킨슨제인 레보도파는 같은 용량의 복용을 지속하면 효과가 감소하므로 점차 복용량을 늘려야 하며, 그에 따라 레보도파 유발 운동이상증(levodopa-induced dyskinesia, LID)을 발생시키는 등 한계가 뚜렷하다^20,21).

세포사멸은 신경계 질환의 주된 특성 중 하나로, 파킨슨병에서는 도파민성 신경세포의 세포자멸이 확인된다^22,23). 세포사멸은 중추신경계의 성숙 과정에서 신경세포가 정확하게 프로그램대로 자연사(natural death)할 수 있도록 하는 중요한 과정이지만, 그 조절에 이상이 생기면서 일어나는 신경변성은 알츠하이머병, 파킨슨병, 근위축성 측색 경화증(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)을 비롯한 다양한 만성 신경 퇴행성 질환을 초래한다²⁴⁾. 세포사멸을 조절하는 핵심적인 단백질은 bcl-2 family protein이며, 이들은 세가지 하위군으로 분류할 수 있는데 pro-survival 단백질인 bcl-2 sub-family(Bcl-2, Bcl-xl, Bcl-w, Mcl-1, A1a), pro-apoptotic 단백질인 BH3 sub-family (Bad, Bid, Bim, Bik, Blk, Hrk, Noxa, Puma), 그리고 bax sub-family(Bax, Bak)이다²⁵⁾. Pro-survival 단백질들은 세포사멸을 억제함으로서 세포가 생존할 수 있도록 하는데, 활성화된 bax와 bak의 BH3 domain과 결합하여 이들의 pro-apoptotic 작용을 억제하는 기전을 통해서이며, Bcl-2, bcl-xl는 Bax와 Bak을 직접 활성시킬 수 있는 BH3-only 단백질을 중화하여 세포사멸을 막을 수 있다²⁶⁾. 세포사멸이 일어나는 두 가지 경로인 내인성 경로와 외인성 경로는 파킨슨병의 도파민성 신경세포의 사멸과 유관한 것으로 밝혀졌으며, 외인성 경로가 파킨슨병의 발병과 진행에서 어떤 역할을 하는지는 아직 분명하지 않지만, 내인성 경로에 의한 신경세포 사멸의 기전은 자세히 밝혀져 있다^27,28).

세포사멸 신호에 의해 bax, bak와 같은 pro-apoptotic 단백질이 활성화되면 미토콘드리아 막에 기공을 내고 그 결과 미토콘드리아 막간 공간에서 세포질로 cytochrome c가 방출되고 cytochrome c가 apaf-1과 결합한 apaf-1/cytochrome c 복합체에 의해 유도된 procaspase-9는 단백질분해(proteolysis)로 caspase-9으로 활성화되며, 이는 caspase-3, caspase-6, caspase-7을 활성화한다^27,28). 이러한 실행형 caspase들에 의해 단백질 분해가 이뤄지면서 세포사멸로 이어진다. DNA 수복에 관여하여 세포의 생존에 중요한 효소인 poly ADP ribose polymerase(PARP)는 활성화된 caspase에 의해 분해되는데, 그 결과 DNA의 수복이 이뤄지지 못하면서 세포사멸이 일어난다^27-29).

본 연구에서 사용된 Hepad S9-1은 파킨슨병을 치료하기 위해 임상에서 사용되고 있는 처방으로, 선행 연구에서 신경세포 보호능이 보고된 白芍藥, 釣鉤藤, 鷄血藤, 人蔘, 甘草가 같은 비율로 배합되어 있다. 본 연구는 Hepad S9-1의 신경 세포 보호능과 세포사멸 억제 효과를 확인하기 위해 in vitro에서 PC12 세포에 전처리한 후 MPP+ 처리하여 세포사멸 관련 지표의 변화를 측정하여 대조군과 비교하였다. Hepad S9-1은 400 μg/mL 농도를 제외한 모든 실험 농도에서 세포독성이 나타나지 않았고 MPP+에 의한 세포자멸을 50 μg/mL 농도에서 10%, 100 μg/mL 농도에서 17%, 200 μg/mL 농도에서 21% 이상 억제하였다(Fig. 3). 세포자멸을 유도하는 인자인 bax의 유전자 및 단백질 발현은 200 μg/mL 농도에서 각각 50, 40% 이상 감소되었으며, 미토콘드리아 내부로 방출되어 자멸을 촉진하는 cytochrome c의 단백질 발현 역시 45% 감소되었다. 또한 200 μg/mL 농도에서 세포자멸을 억제하는 인자인 bcl-2와 bcl-xl의 유전자 발현을 각각 1.5, 1.3배로 증가시켰고, 단백질 발현을 각각 2.5, 1.2배로 증가시켰다. 마지막으로 cleaved PARP와 caspase 단백질 발현은 농도의존적으로 유의하게 감소하여 cleaved PARP와 caspase-9은 50 μg/mL 농도에서 각각 60%, 50% 이상 감소하였으며, 200 μg/mL 농도에서는 각각 70%, 68% 이상 감소하였다. 200 μg/mL 농도에서 cleaved caspase-3는 64%, cleaved caspase-7는 44% 이상 감소되어 Hepad S9-1에 의해 MPP+로 유도된 세포사멸이 효과적으로 억제되었음을 확인하였다.

이상의 결과를 종합해 볼 때, Hepad S9-1는 신경세포에 대한 독성이 없는 농도에서 신경독성을 야기하는 독성물질인 MPP+로 유도된 세포사멸을 억제하였으며, 세포사멸을 억제하는 기전을 과학적으로 입증하였다. 이러한 Hepad S9-1이 신경세포를 보호함으로써 파킨슨병의 진행을 억제하거나 중단하는 효능이 있음을 객관적으로 확인할 수 있는 결과이며, 향후 동물실험을 통해 Hepad S9-1의 단일 투여 및 레보도파와 병용투여에 대한 연구 결과들이 필요하다. 본 연구 결과를 바탕으로 후속연구가 진행된다면 신경세포 손상 및 파킨슨병에 대한 한의학적 치료제가 개발될 수 있을 것이라 사료된다.

본 연구는 세포사멸 관련 인자들의 변화를 분석하여 Hepad S9-1의 신경세포 보호능을 확인하고자 하였다. Hepad S9-1은 세포사멸을 유도하는 Bax의 유전자 및 단백질 발현, cytochrome C의 단백질 발현, caspase-9, caspase-7, caspase-3 및 PARP의 활성화를 억제하였으며, 세포사멸을 방지하는 Bcl-2와 Bcl-xl의 유전자 및 단백질 발현을 상향조절하여 신경세포보호능을 객관적으로 확인할 수 있었다. 향후 기타 한방처방 또는 기존에 사용되는 약물과의 신경세포 보호 효능의 비교 연구를 통해 본 처방의 우수성이 확인된다면, 증상을 완화시킬 뿐 아니라 질병의 경과를 변화시키는 효능도 가지는 신규 치료제의 개발도 가능할 것으로 전망된다.