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1 KISEP Original Article 대한정신약물학회지 : 제 17 권제 3 호 2006 백서의뇌에서 이구속스트레스로인한 BDNF와 CRF 발현에미치는영향 ABSTRACT 박성우 1 이선경 1 김영경 1 이선정 1 주명진 2 이정구 3 김영훈 1 인제대학교의과대학정신과학교실및백인제기념임상의학연구소, 1 의료법인우산의료재단형주병원, 2 마산동서병원 3 Effects of on the Immobilization Stress-induced BDNF and CRF Expression in Rat Brain Sung-Woo Park, PhD, 1 Sun-Kyung Lee, MS, 1 Young-Kyung Kim, MS, 1 Sun-Jung Lee, MS, 1 Myung-Jin Joo, MD, PhD, 2 Chung-Goo Rhee, MD 3 and Young-Hoon Kim, MD, PhD 1 1 Department of Neuropsychiatry, School of Medicine and Paik Institute for Clinical Research, Inje University, Busan, 2 Woosan Medical Foundation, Hyung Ju Hosptial, Yangsan, 3 Masan Dong Suh Hospital, Masan, Korea Objective:In this study we examined the effects of quetiapine on the immobilization stress-induced brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and corticotropin-releasing factor (CRF) expression in rat brain. We also assessed the antidepressant activity of quetiapine. Method:We used in situ hybridization to examine the effects of chronic administration of quetiapine in gene transcription. This study also examined the influence of quetiapine in an animal model of depression, the forced swimming test (FST). Results:1) Repeated immobilization stress (2 hr daily for 3 weeks) decreased mrna levels of BDNF in the hippocampus (p<0.01), parietal cortex (p<0.01) and pyriform cortex (p<0.05). 2) Repeated immobilization stress increased mrna levels of CRF in the hypothalamic paraventricular nucleus (PVN)(p<0.01). 3) Chronic quetiapine (10 mg/kg) treatment (daily for 3 weeks) alone significantly increased BDNF mrna expression in the dentate gyrus of hippocampus when compared to controls under basal conditions (p<0.01), whereas no such effect was observed in the neocortex. 4) Chronic pretreatment of quetiapine also markedly increased the stress-induced decrease of BDNF mrna expression in the hippocampus (p<0.01) and neocortex (p<0.01). 5) Moreover, the stress-induced elevation of CRF mrna expression was blocked by chronic quetiapine pretreatment in PVN (p<0.01) although chronic quetiapine treatment alone did not significantly reduce CRF mrna levels in comparison to controls under basal condition. 6) When rats received acutely quetiapine, quetiapine did reduce the immobility time at 10 mg/kg, as compared with the control group (p<0.05). Conclusion:These results suggest that quetiapine has not only potentially an antidepressant effect but also a neuroprotective action in schizophrenia and this effect may be related to its antipsychotic effect in patients with schizophrenia. (Korean J Psychopharmacol 2006;17(3): ) KEY WORDS: Schizophrenia Brain-derived neurotrophic factor Corticotropin-releasing factor Antidepressant Forced swimming test Immobilization stress Hippocampus. 본논문은아스트라제네카의지원에의하여연구되었음. 접수일자 :2005 년 12 월 1 일 / 심사완료 :2006 년 2 월 21 일교신저자 : 김영훈, 부산광역시진구개금동 인제대학교의과대학정신과학교실전화 :(051) 전송 :(051) npkyh@chol.com 291

2 BDNF 와 CRF 의발현 서론 정신분열병과같은몇몇의심각한정신과적질병을치료하는데사용되는항정신병약물은 2종류로나누어진다. Clozapine, olanzapine, risperidone 같은비정형항정신병약물은 dopamine과 serotonin 수용체길항작용을통해, 정신분열병의망상, 환청과같은양성증상과무의욕, 무감동, 비사회성과같은음성증상및인지기능장애를개선시키며, 추체외로부작용 (extrapyramidal side effect) 을일으키는경향도정형항정신병약물보다낮다. 1) 정형항정신병약물인 haloperidol은양성증상을치료하지만, dopamine 수용체를차단시킴으로써심각한추체외로부작용을유발할뿐만아니라, 음성증상및인지기능장애를더악화시킬수있는것으로보고되었다. 2) 치료효과는이들약물의장기간조절로인해개선되며, 3) 항정신병약물투여후 2~3 주때까지는관찰되지않기때문에 4) 약물에의한임상적인치료효과가오직신경전달물질의차단에만기인하지않음을의미한다. 최근의보고에 5-9) 의하면 haloperidol이백서의전두엽과후두엽, 그리고해마에서 brain-derived neurotrophic factor(bdnf) 의발현을현저히감소시켰으며, clozapine 과 olanzapine 이해마의 CA1, CA3, 그리고치상회에서 BDNF 발현을증가시켰다. 8) 또한 45일간 haloperidol 단독처치군은대조군에비해해마의 BDNF 농도를유의하게감소시켰으며, 45일간 haloperidol 투여후 45일간 olanzapine을투여한군은 haloperidol 단독처치에서감소된 BDNF 농도를유의성있게높였다. 5) BDNF는 neurotrophin-3(nt-3), neurotrophin- 4/5(NT-4/5) 와함께신경성장인자 (nerve growth factor:ngf) 계열에속하며, 신경계의발달에관여한다. 이는성체뇌의대뇌피질과해마에서많이발현되며, 10) 신경세포들의생존과분화, 시냅스형성과세포기능에중요한역할을한다. 11) 또한새로운신경연접과신경세포신생을통해서외부자극에대한뇌의적응력을높이는신경가소성 (neuroplasticity) 에 BDNF가관여하는것으로알려져있다. 12) 정상과다른 BDNF 발현변화로인해신경가소성이저하되고세포민감성 (vulnerability) 이향상됨으로써정신분열병을포함한다른정신과적질병이유발 될지도모른다. 13) 한편, 많은항우울제장기투여가 BDNF mrna 발현을증가시킨다고이미보고되었고, 14-16) BDNF 를백서에장기간주입하면우울증모형인강제수영검사 (forced swimming test :FST) 에서항우울효과를나타낼수있었다고보고되었다. 17) 본연구는구속스트레스를받은백서를모델로하여, 정신분열병치료제로사용되는새로운비정형항정신병약물인 quetiapine이해마와대뇌신피질에서스트레스로인해발현이저하된 BDNF 에어떠한영향을미치는지 in situ hybridization을이용하여조사하였다. 또한스트레스로인한시상하부-뇌하수체 -부신(hypothalamic- pituitary-adrenal:hpa) 축의과활성이시상하부의실방핵 (paraventricular nucleus:pvn) 에서분비되는 corticotropin releasing factor(crf) mrna 발현을증가시킨다는증거 18) 아래, 시상하부실방핵에서스트레스에의해발현이증가된 CRF 에 quetiapine 이어떠한영향을미치는지조사하였다. 아울러 BDNF 가항우울작용을나타낼수도있으므로, 비정형항정신병약물인 clozapine 과 olanzapine 처럼 quetiapine 이백서의해마에서 BDNF 발현을증가시킨다면, 우울증모형인강제수영검사에서도항우울효과를나타낼가능성을시사함으로본연구에서강제수영검사를수행하여 quetiapine 의항우울작용을조사하였다. 연구대상및방법 1. 연구대상웅성 Sprague-Dawley 백서 ( 대한실험동물센터 ) 를사용하였고, 구속스트레스와 FST 실험시작당시이들의체중은각각 250 g이었다. 이들은동일한조건 ( 실내온도 :25±1, 비교습도 60±10%, 오전 7시에서오후 7시까지광선노출 ) 에서일주일간한사육상자에세마리씩넣어진상태로물과사료를제한없이섭취하도록하여적응시킨후실험에사용하였다. 2. 연구방법 장기투여가만성구속스트레스로유발되는 BDNF 와 CRF 발현에영향을미치는 in situ hybridization 기법을이용하여조사하였다. 또한우울증의동 292 Korean J Psychopharmacol 2006;17(3):

3 박성우등 물모형인강제수영검사를이용하여 quetiapine의항우울효과를조사하였다. 1) 실험방법 (1) 구속스트레스 (Immobilization stress) 실험동물은 3주간하루 2시간동안 (a.m 10 시 ~p.m 12 시 ) 높이 20 cm, 직경 7 cm 의아크릴구속상자 (JD-R- 02, 서울중앙실험동물센타 ) 에서지속적인구속스트레스를받았다. ( 아스트라제네카 ( 주 )) 은 0.8% glacial acetic acid 에녹여, 매일스트레스를주기 1시간전에 10 mg/kg 로복강주사하였다. 대조군과스트레스군은 0.8% glacial acetic acid를복강주사하였다. 실험동물군은군당 8마리로다음과같이나누었다. 1 제1군대조군 (Vehicle):3 주간구속스트레스없이 0.8% glacial acetic acid 투여 2 제2군 quetiapine 단독처치군 ():3주간구속스트레스없이 quetiapine 투여 3 제3군스트레스단독처치군 (Vehicle+Stress):3 주간매일 2시간구속스트레스처치와함께 0.8% glacial acetic acid 동시투여 4 제4군스트레스와 quetiapine 동시처치군 (+Stress):3주간구속스트레스와함께 quetiapine 동시투여 (2) in situ hybridization 조직준비 : 마지막구속스트레스준다음날백서에펜토바비탈 (50 mg/kg) 을복강주사하여 4% paraformaldehyde(sigma, USA) 를사용하여관류고정하였고, 전뇌를적출하여 15% sucrose 용액넣어 4 에서밤새방치하였다. Cryostat 를이용하여 14 μm의두께로자른후 poly-l-lysine coated slide 에조직을붙여사용할때까지 -80 에보관하였다. crna probe 준비 :BDNF antisense 와 sense probe 는 ClaI 과 BamH I으로처리하여 T7과 T3 RNA polymerase 로각각 in vitro transcription(rocher, Germany) 하였고, CRF antisense 와 sense probe는 EcoRI 과 XhoI으로처리하여 T7과 T3 RNA polymerase로각각 in vitro transcription하였다. Hybridization: 조직을 4% paraformaldehyde 에 10 분동안고정시켜, 0.25% acetic anhydride/0.1m triethanolamine-hcl(ph8.0) 에서아세틸화시켰다. 에탄올탈수과정을거친다음 BDNF 와 CRF crna(5 ng/μl) 를각각 hybridization buffer(50% deionized formamide, 300 mm NaCl, 1 Denhardt s solution, 50 mm Tris-Cl ph 8.0, 2 mm EDTA, 10% dextran sulphate, 0.25 mg/ml yeast trna) 에혼합하여이혼합물을조직에떨어뜨린후 58 에서 18시간동안반응시켰다. Washing 및 Signal Expression:RNase A(20 μg/ ml, AMRESCO, USA) 를처리하여결합하지않은 crna probe 를분해시킨다음 2 SSC, 0.1 SSC 그리고 0.5 SSC 순서로세척하였다. Digoxigenin Nucleic Acid Detection Kit(Rocher, Germany) 를사용한 enzyme immunoassay 방법을이용하여, 조직을 antidigoxigenin Fab-fragments(1:500) 에반응시키고, 4-nitroblue tetrazolium chloride and 5-bromo-4- chloro-3-indolylphosphate(nbt-bcip) 에염색시켰다. glycerol로 mounting하여광학현미경으로관찰하였다. BDNF mrna 발현은해마의 CA1, CA3 그리고치상회세영역과신피질의 parietal cortex( 벽측의피질 ), piriform cortex( 조롱박피질 ) 에서관찰하였고, CRF mrna 발현은시상하부실방핵에서관찰하였다. Quantitative Analysis of BDNF and CRF mrna: 슬라이드는디지털이미지분석시스템 (Image Plus 3.0 System) 을사용하여분석되었다. BDNF mrna 발현은해마의 CA1, CA3, 치상회세영역과신피질의 parietal cortex, piriform cortex 에서정량분석되었다. in situ hybridization 이한마리당 2번씩수행되어, 한번실험할때마다각각의군에서 BDNF-positive 세포조직 5개를선택하였다. 따라서한마리당 10 개의조직으로부터좌 우뇌합하여총 20개의 optical density 값을얻었다. 군당 8마리의백서를사용하였으므로각군당약 160개의정량값으로평균값을산정하였다. 각군당평균값을퍼센트로표현하여대조군의평균퍼센트값과비교분석하였다. CRF mrna 발현또한시상하부실방핵에서위와같이정량분석되었다. (3) 강제수영검사강제수영검사의과정은최초의제안자인 Porsolt 등 19) 293

4 BDNF 와 CRF 의발현 의방법을따랐다. 을 10, 20 그리고 40 mg/ kg으로각각의동물에농도별로투여한다음 2차시행을시도하였다. 2차시행은 5분간수조에있게하였다. 부동상태의계측은 2차시행시의전과정을비디오촬영을해두었다가부동시간을측정하였고, 군당 10마리로나누어대조군과실험군간의부동시간을비교평가하였다. 비디오화면분석을통하여세명의훈련된평가자가부동시간을초기계로계측하여평가자간의평균치를구해분석자료로삼았다. 2) 자료분석 In situ hybridization 의모든측정치는비교를용이하게하기위하여평균 ± 표준오차를구하였다. 계측치들의통계적유의성검증을위하여실험의성격을감안하여 One way ANOVA 와함께 post-hoc검정을사용하였다. FST 의모든측정치는비교를용이하게하기위하여평균 ± 표준편차를구하였다. 계측치들의통계적유의성검증을위하여실험의성격을감안하여비모수검정인 Mann-Whitney 검정을사용하였다. 통계처리를위한프로그램은 SPSS for windows(ver. 10.0) 가이용되었다. 결과 1. 이해마의 BDNF mrna 발현에미치는영향그림 1은 Digoxigenin 으로표지된 BDNF crna 를이용하여 hybridization 시킨 4군의뇌조직이다. 낮은배율 ( 40) 관찰시, 구속스트레스단독처치군이대조군에 CA1 CA3 DC A Vehicle B C Vehicle+Stress D +Stress Figure 1. Photomicroscopic images of BDNF mrna expression in rat hippocampus. Rats were given daily injection of vehicle and quetiapine (10 mg/kg) for 21 days with or without immobilization stress (2hr daily for 3weeks). The four conditions shown are Vehicle (A), (B), Vehicle+Stress (C), and +Stress (D). Low-magnification ( 40) photomicrographs showed BDNF mrna expression in the hippocampus (top row). High-magnification ( 400) photomicrographs show detailed changes in the CA1, CA3 and dentate gyrus (DG) regions. 294 Korean J Psychopharmacol 2006;17(3):

5 박성우등 비해해마의 BDNF 발현을현저히감소시켰음을볼수있다. 이러한감소는 quetiapine 동시투여에의해강하게증가됨이관찰되었다. 한편, 고배율 ( 400) 사진은해 BDNF mrna levels(% of vehicle) Vehicle Vehicle+Stress CA1 CA3 Dentate gyrus +Stress Figure 2. Quantitative analysis of BDNF mrna in rat hippocampus. Rats were given daily injection of vehicle and quetiapine (10 mg/kg) for 21 days with or without immobilization stress (2hr daily for 3 weeks). Levels of BDNF mrna in the CA1, CA3, and dentate gyrus were determined by quantitative densitometry. Three fields from each section and fifteen sections from each animal were counted. Average percentage values are presented as percentage of vehicle control values. Date represents the mean±sem. n=8 animals per group. : p<0.01 vs vehicle-treated animals, :p<0.01 vs vehicle+ stress-treated animals. 마의 CA1, CA3 그리고치상회에서 BDNF mrna 발현을보여주며, quetiapine 단독처치군이대조군에비해치상회에서 BDNF mrna 양을증가시켰음을보여준다. 대조군, quetiapine 단독처치군, 스트레스단독처치군그리고스트레스와 quetiapine 동시처치군들의 BDNF mrna 발현을각각해마의세영역에서정량분석하고, 통계처리해본결과, CA1에서는각각 100±3, 109.6± 3, 69.8±4, 96.5±3% 이고 CA3는 100±4, 95.4±4, 73.3±4, 93.1±4% 이며, 치상회에서는 100±5, 133± 6, 68.1±6, 97.1±6% 이였다. 따라서 quetiapine 단독처치는대조군과비교할때, CA1 과 CA3 에서는유의성이발견되지않았지만, 치상회 (p<0.01) 에서 BDNF 발현양을증가시켰다. 또한스트레스단독처치는대조군과비교할때, 해마의전영역에서 BDNF 발현을의미있게감소시켰고 (p<0.01), 스트레스에의해감소된 BDNF mrna 는 quetiapine 동시투여에의해유의하게증가되었다 (p<0.01)( 그림 2). 이러한결과는 quetiapine이만성구속스트레스로인한 BDNF 발현감소를차단시킬수있다는것을의미한다. 2. 이대뇌신피질의 BDNF mrna 발현에미치는영향그림 3은 BDNF 발현양이측정된신피질의 parietal cortex 와 piriform cortex 부위를보여준다. 대조군, A B Vehicle Vehicle+Stress +Stress Parietl corterx Piriform corterx A B Figure 3. Photomicroscophic images of BDNF mrna expression in rat neocortex. Insert shows a rat atlas (24) indicating areas where BDNF was measured. Rats were given daily injection of vehicle and quetiapine (10 mg/kg) for 21 days with or without immobilization stress (2hr daily for 3weeks). Images represent parietal cortex (A) and piriform cortex (B). 295

6 BDNF 와 CRF 의발현 quetiapine 단독처치군, 스트레스단독처치군그리고스트레스와 quetiapine 동시처치군들의 BDNF mrna 발현을신피질의두영역에서정량분석하고, 통계처리해본결과, parietal cortex 에서각각 100±3, 111±4, 28±9, 112±4% 이고, piriform cortex 에서는 100±7, 112± 8, 64±10, 114±8% 이었다. 해마에서와는달리신피질의두영역에서대조군과비교할때 quetiapine 단독처치의영향이발견되지않았다. 그러나스트레스단독처치는대조군과비교할때, 신피질의두영역에서모두 BDNF 발현을현저하게감소시켰고 (p<0.01,p<0.05), 스트레스에의해감소된 BDNF mrna 는 quetiapine 동시투여에의해유의하게증가되었다 (p<0.01)( 그림 4). 이러한결과역시 quetiapine 이만성구속스트레스로인한 BDNF 발현감소를차단시킬수있다는것을의미한다. 3. 이시상하부실방핵의 CRF mrna 발현에미치는영향시상하부실방핵에서의 CRF mrna 발현을분석한결과, 대조군에서 100±9, quetiapine 단독처치군에서 121.4± BDNF mrna levels (% of vehicle) Parietl corterx Vehicle Vehicle+Stress +Stress Piriform corterx Figure 4. Quantitative analysis of BDNF mrna in rat neocortex. Rats were given daily injection of vehicle and quetiapine (10 mg/kg) for 21 days with or without immobilization stress (2hr daily for 3 weeks). Levels of BDNF mrna in the parietal cortex and piriform cortex were determined by quantitative densitometry. Two fields from each section and fifteen sections from each animal were counted. Average percentage values are presented as percentage of vehicle control values. Date represents the mean±sem. n=8 animals per group. :p<0.05 vs vehicle-treated animals, :p<0.01 vs vehicle-treated animals, :p<0.01 vs vehicle+stress-treated animals. 9%, 스트레스단독처치군에서 238±8%, 그리고스트레스와 quetiapine 동시처치군에서 108.6±8% 이었다. 그림 5는시상하부실방핵에서 CRF mrna 발현을보여주는 4군의대표적인사진이며, quetiapine 단독처치군은 CRF 발현에영향을미치지못하였다. 그러나 3주간의구속스트레스는대조군과비교했을때, CRF 발현양을상당히증가 (+130%) 시켰으며 (p<0.01), 이러한효과는 quetiapine 동시투여에의해막을수있었다 (p<0.01). 4. 우울증모형인강제수영검사에서 quetiapine 의영향 강제수영검사에서 quetiapine 을농도별로투여하여부동시간을측정해본결과, 대조군의부동시간은 207±19 초였고, quetiapine 10 mg/kg 투여군은 137±16초, 20 mg/kg 투여군은 174±28초, 그리고 40 mg/kg 투여군은 275±3 초이었다. quetiapine의 10 mg/kg 용량에서대조군에비해부동시간이유의하게짧았다 (p<0.05)( 그림 5). 그러나 20 mg/kg 농도에서는부동시간에영향을미치지못했으며, 40 mg/kg 에서는오히려유의하게부동시간 CRF mrna levels (% of vehicle) Vehicle Vehicle+Stress Vehicle Vehicle+ Stress + Stress + Stress Figure 5. Photomicroscopic images and quantitative analysis of CRF mrna in rat hypothalamic paraventricular nucleus (PVN). Rats were given daily injection of vehicle and quetiapine (10 mg/kg) for 21 days with or without immobilization stress (2hr daily for 3 weeks). Levels of CRF mrna in PVN were determined by quantitative densitometry. Fifteen sections from each animal were counted. Average percentage values are presented as percentage of vehicle control values. Date represents the mean±sem. n=8 animals per group. :p<0.01 vs vehicle-treated animals, :p<0.01 vs vehicle+stresstreated animals. 296 Korean J Psychopharmacol 2006;17(3):

7 박성우등 Immobility time (sec) Control (Vehicle) 을증가시키는경향을나타내었다 (p<0.05)( 그림 6). 본연구에서 quetiapine 은임상에서효과적인용량으로사용되는 10 mg/kg 의용량에서효과적으로항우울작용을나타내었다. 고 (10 mg/kg) 본연구는항정신병약물인 quetiapine 이해마의치상회에서 BDNF 발현을상향조절 (up-regulation) 하는것으로조사되었다. 항정신병약물과 BDNF 와의연관성을밝히고자현재까지많은연구들이진행되어왔지만, 아직약물의작용기전은정확히알려져있지않다. 이들연구들은모두 3주이상의지속적인약물투여에의한결과로, 약물투여 3주후부터나타나는임상치료효과가 BDNF 발현양상과관련있는것으로보여진다. 대표적인정형항정신병약물로알려져있는 haloperidol 은백서의해마에서뿐만아니라전두엽과후두엽에서 BDNF 발현및조직내 BDNF 단백질농도를현저히감소시켰으며, 6-9) BDNF 의수용체로알려져있는 trkb 발현또한 haloperidol 에의해저하되는것으로보고되었다. 5) 이와는대조적으로비정형항정신병약물인 clozapine 및 olanzapine 은 4주간의지속적인투여후에백서의 CA1, CA3 그리고치상회에서대조군보다 BDNF mrna 발현을강하게증가시켰다. 9) Parikh 등 5) 에의하면 haloperidol과 olanzapine을 45일동안투여했을때 haloperidol 은백서의해마에서 BDNF 농도를유의하게감소시킨반면, 찰 (20 mg/kg) (40 mg/kg) Figure 6. Effect of quetiapine on animal behavior in the forced swimming test. Rat were subjected to forced swimming test 23 hours after administration of quetiapine (10, 20, and 40 mg/kg). Results are expressed as mean±sem. n=10 animals per group. :p<0.05 vs vehicle-treated animals. olanzapine 은대조군에비해유의한변화를보이지않았다. 그러나 45일동안 haloperidol 을투여한다음연이어 45일간 olanzapine을투여한군은 haloperidol을 45 일동안투여한다음생리식염수를 45일간투여한군에비해감소된 BDNF 의농도를유의하게증가시켰다. 간접적 dopamine 효현제인 levodopa 는 BDNF mrna 발현을증가시켰으며, 이러한작용은 haloperidol 동시투여에의해그효과가차단되었다. 20) 이러한결과는 BDNF 합성이 dopamine 수용체자극과관련되어있으며, haloperidol 이 dopamine 수용체에결합하여수용체의활성을차단시킴으로서 BDNF mrna 발현을하향조절 (downregulation) 한다는것을시사한다. 반면비정형항정신병약물인 clozapine 과 olanzapine 은 D 2 수용체에서빠르게해리되어정상적인 dopamine 신경전달을가능하게하는경향이있으므로, 21) 정형항정신병약물인 haloperidol 과다른 BDNF 발현양상을보일수있다. 또한 5- HT 2A/2C 수용체효현제인 DOI(4-iodo-2, 5-dimethoxy-phenylisopropylamine) 가해마의 BDNF mrna 발현을유의하게감소시켰으며, 이러한감소는선택적 5- HT 2A 수용체길항제인 ketanserin 과 ritanserin 에의해상향조절되었다. 3,7) 이러한연구는 clozapine 과 olanzapine 역시 BDNF 발현을증가시키는 5-HT 2A 수용체길항제이므로 21) 비정형항정신병약물에서발견되는 BDNF mrna 의상향조절을뒷받침하는연구라고사료된다. 한편비정형항정신병약물인 risperidone의경우백서의해마및전, 후두엽에서 haloperidol 과같이대조군에비해 BDNF 농도를감소시킨것으로보고되었다. 8) 또한 clozapine 의경우에서도해마의 CA1과 CA3, 치상회에서 haloperidol 과같이 BDNF 를하향조절하는것으로관찰되었으며, 백서의정신분열병모델에서도이와동일한결과가나왔다. 6) 이러한양상은사용한약물의용량에기인한것으로생각된다. 비정형항정신병약물인 risperidone과 clozapine의경우낮은용량에서는 dopamine D 2 수용체의차단효과가최소화되는반면 5-HT 2 수용체차단효과는더강하게작용하고, 높은용량에서는 dopamine과 5-HT 2 수용체둘다의유력한억제제로작용하기때문에, 22) D 2 와 5-HT 2 수용체의길항작용을동시에가지고있는비정형항정신병약물은투여용량에따라각각의다른조절로인하여 BDNF 발현양상이조절될 297

8 BDNF 와 CRF 의발현 수있다는것을의미한다. 항정신병약물의복용량에따라해마의 BDNF mrna 양을 in situ hybridization 기법을이용하여조사한보고 7) 에의하면, 낮은용량의 clozapine (1.3 mg/kg) 은해마의치상회에서 BDNF mrna 를증가시킨반면, 높은용량 (27 mg/kg) 을투여했을때 BDNF 발현을오히려감소시켰고, 낮은용량의 risperidone(0.066 mg/kg) 에서는유의한증가가발견되지않았지만높은용량 (4.11 mg/kg) 에서는 BDNF 를유의하게감소시켰다. Haloperidol과높은농도의비정형항정신병약물에의한 D 2 수용체의강한차단으로해마의 BDNF mrna 가하향조절되는데이러한조절이정신분열병의약물치료효과라기보다 D 2 수용체의과도한차단에의한부작용일수있다. 해마와대뇌피질의 BDNF mrna 가스트레스에의해감소되어지고, 23,24) 스트레스는정신분열병의최초증상발현시기와관련되는요소이다. 7) 스트레스와항정신병약물과의연관성에관한연구는현재까지한편밖에보고 25) 되지않았다. 같은구속스트레스모델을사용했다는점에서는비슷하지만본연구에서는 in situ hybridization 을이용하여해마뿐만아니라대뇌신피질에서도스트레스로인한약물의영향과약물의단독처치에따른 BDNF mrna 발현양상을조사하였다. 이전의보고 25) 는 western blotting을이용하여스트레스로인한약물의영향을해마의 BDNF 단백질양변화로조사하였고, quetiapine 단독투여가 BDNF 에미치는영향은조사하지않았다. 본연구는비정형항정신병약물인 quetiapine 의단독투여에서도유의하게해마의치상회에서 BDNF 발현을증가시켰음을관찰하였고, 해마와대뇌신피질에서지속적인구속스트레스에의해감소된 BDNF mrna 발현또한 quetiapine 의동시투여에의해효과적으로막을수있었다. Ketanserin 같은 5-HT 2A 차단제가스트레스로인한 BDNF mrna 감소를차단시킬수있기때문에, 26) 5-HT 2 수용체를차단하는비정형항정신병약물인 quetiapine 이정신분열병의최초증상발현초기에조정되어진다면스트레스로인한 neurotrophin 의감소를막을수있을지도모른다. CRF 는스트레스에대한신경내분비조절뿐아니라, 자율신경계행동반응을조절하는펩타이드이며, 우울증환자에서 HPA축과활성으로인해시상하부에서과다분 298 비된다고알려져있다. 27) 이러한 CRF 의과활성은성공적인항우울제치료후에 HPA 축의과활성이다시정상화되어지므로우울증의표지가되었다. 27) 항우울제가장기투여된우울증동물모형에서는시상하부실방핵에서 CRF mrna 발현이감소됨을보여주었고, 28) 또한만성구속스트레스에의해증가된 CRF mrna 가 imipramine 의장기투여후에감소되었으며, 구속스트레스없이 imipramine 단독투여에의해서도 CRF 발현을유의하게감소시켰다. 29) 본연구에서도매일 2시간동안 3주에걸친구속스트레스가다른연구들과마찬가지로 CRF mrna 를강하게증가시켰음을관찰할수있었다. 이런효과는 quetiapine 동시투여에의해의미있게감소하였다. 그러나구속스트레스없이 quetiapine 단독투여에서는유의한결과를얻지못했다. 이것은삼환계항우울제인 imipramine 과정신분열병치료제인비정형항정신병약물인 quetiapine 이서로다른약물작용기전을가지고있기때문이라사료된다. CRF 가우울증의지표인만큼, 항우울제에대한영향은많이연구되어있으나항정신병약물에관한보고는드물다. 특히, 비정형항정신병약물이시상하부에서스트레스에의한 CRF 발현을조절한다는보고는본연구가최초이다. 본연구에서는부동시간감소가약물작용의행동학적지표로제공되는강제수영검사를이용하여, quetiapine의영향을조사해보았다. 10 mg/kg 에서대조군에비해유의한감소를보였고, 더높은농도인 40 mg/kg 에서는오히려부동시간을증가시켰다. 이것은약물의과다사용으로인한진정효과일가능성이크다. Phencyclidine(10 mg/kg) 반복투여 (14일) 에의해백서는강제수영검사에서부동시간이대조군에비해현저히증가하는양상을보인다. 이실험은정신분열병의양성증상에대한동물모형으로알려져있는데, 30) haloperidol은부동시간에아무런영향을미치지못했지만, clozapine(10, 30 mg/kg) 과 quetiapine(20, 40, 80 mg/kg) 은 phencyclidine에의한부동시간증가를농도의존적으로유의하게감소시켰다. 31) 한편, 강제수영검사를이용하여정형항정신병약물과비정형항정신병약물의부동시간을조사한최근의보고 32) 에의하면 haloperidol(0.1 mg/kg) 은부동시간을증가시켰으나, clozapine(2.5 mg/kg) 과 olanzapine(0.6 mg/kg) 은부동시간을감소시킨것으로조사되었다. 본연구에서 Korean J Psychopharmacol 2006;17(3):

9 박성우등 haloperidol의효과는조사하지않았다. 하지만 quetiapine (10 mg/kg) 이부동시간을유의하게감소시켰기때문에, 강제수영검사를이용한약물비교효과가정형항정신병약물과비정형항정신병약물사이의구별을가능하게할것으로사료된다. Porsolt 등 33) 에따르면, 강제수영검사에서의항우울효과는 serotonin 계약물이아닌, 카테콜아민계에작용하는약물이부동시간을의미있게감소시킨다고보고하였다. 노르아드레날린재흡수차단제인 desipramine 을백서에투여했을때부동시간이현저히감소하였으며, 34) 이러한효과는 sulpiride 에의해차단되었다. 35) 또한, 백서에서 dopamine 의존성행동을차단시키는것으로보고된 amitriptyline, mianserin, iprindole이부동시간을완벽하게감소시켰으며, dopamine 재흡수를차단하는 amineptine 과 nomifensine 도같은효과를나타내었다. 36,37) 이러한연구들은이들항우울제들이노르아드레날린과 dopamine계작용기전을활성화시킴으로서부동시간을감소시켰음을제안한다. 의경우, dopamine D 2 수용체결합력은매우낮으며, α 2 아드레날린수용체와적당한친화력으로결합한다. 또한, quetiapine은주로전두엽에서 dopamine 방출조절에관련되는 5-HT 2A 와 5-HT 1A 수용체에친화력을가진다. 38) Pira 등 39) 에의하면, quetiapine 급성투여가주로전두엽에서 dopamine 양을증가시킨반면, 전두엽과 caudate nucleus 에서는노르아드레날린농도를증가시켰음을보고하였다. 따라서 quetiapine 에의한카테콜아민방출에이들 serotonin 수용체가기여함을보여준다. 본연구에서의 quetiapine 의항우울효과는 quetiapine 에의한 dopamine과노르아드레날린의신경전달향상에의해수반되어질지도모른다. 본연구는임상에서사용되는비정형항정신병약물인 quetiapine 의장기투여가만성구속스트레스조건하에서백서해마와대뇌신피질의 BDNF mrna 감소를약화시키는것으로관찰되었으며, 스트레스가없는조건에서도 quetiapine 장기투여에의해해마의치상회에서 BDNF 가상향조절되었다. 해마와대뇌피질에서 quetiapine에의한 BDNF 의신경보호작용은정신분열병환자의항정신병약물효과와관련되어질것이다. 학습과기억같은인지기술또한 BDNF 와밀접한관련이있는만큼 quetiapine 은정신분열병의음성증상및인지기능장애개선에 있어충분한영향을미칠것으로사료된다. 또한스트레스에대한우울증표지인시상하부 CRF mrna 발현역시스트레스로인한 CRF 발현증가를 quetiapine 이성공적으로차단시켰다. 비록 quetiapine 단독투여에서는유의한감소를관찰하지못했지만, 우울증동물모델인강제수영검사에서대조군에비해부동시간을유의하게증가시켰음으로이러한결과들은 quetiapine 이정신분열병환자의치료뿐만아니라우울증치료에도영향을줄것으로생각된다. 본연구의결과들은향후비정형항정신병약물과정형항정신병약물의약리작용을규명하기위한연구에기초자료를제공할것으로기대한다. 결론 목적 : 본연구는백서의뇌에서구속스트레스에의한 Brain-derived neurotrophic factor(bdnf) 와 Corticotropin-releasing factor(crf) 의발현에 quetiapine이미치는영향및 quetiapine 의항우울효과를조사하였다. 방법 :quetiapine 장기투여가유전자전사조절변화에영향을미치는지 in situ hybridization 기법을이용하여조사하였다. 또한우울증의동물모형인 Forced Swimming Test(FST) 를이용하여 quetiapine의약물효과를조사하였다. 결과 :1) 3주간매일 2시간의구속스트레스는백서의해마 (p<0.01) 와대뇌신피질 (parietal cortex ; p<0.01, pyriform cortex ; p<0.05) 에서 BDNF mrna 양을감소시켰으며, 2) 이스트레스는시상하부실방핵에서 CRF 발현을증가시켰다 (p<0.01). 3) 장기간 quetiapine(10 mg/kg) 의단독투여는대조군과비교했을때해마의치상회에서 BDNF 발현을의미있게증가시킨반면 (p<0.01), 대뇌신피질에서는영향을미치지못했다. 4) 해마 (p< 0.01) 와신피질 (p<0.01) 에서스트레스로유발된 BDNF mrna 감소또한 quetiapine 동시투여로인해발현이현저히증가되었다. 5) 아울러시상하부실방핵에서 CRF mrna 양이 quetiapine 단독투여에의해유의하게감소되지못했지만, 스트레스로유발된 CRF mrna 발현상승은 quetiapine 동시투여에의해차단되었다 (p<0.01). 6) 을급성투여하여대조군과비교해본결과, 10 mg/kg 에서부동시간이감소되었다 (p<0.05). 299

10 BDNF 와 CRF 의발현 결론 : 이러한결과들은 quetiapine 이신경보호작용뿐만아니라잠재적으로항우울작용을가지며, 이러한작용이정신분열병환자에서항정신병약물효과와관련됨을시사한다. 중심단어 : 정신분열병 Brain-derived neurotrophic factor Corticotropin-releasing factor 항우울제 강제수영검사 구속스트레스 해마. 300 참고문헌 1) Meltzer HY. Atypical antipsychotic drugs. In: Psychopharmacology: the fourth generation of progress.new York: Raven Press;1995 p ) Seeman P, Lee T, Chau-Wong M, Wong K. Antipsychotic drug doses and neuroleptic/dopamine receptors. Nature 1976;261: ) Wyatt RT, Henter ID. The effects of early and sustained intervention on the long-term morbidity of schizophrenia. J Psychiatr Res 1998;32: ) Kinon BJ, Lieberman JA. Mechanisms of action of atypical antipsychotic drugs: a critical analysis. Psychopharmacology 1996;124: ) Parikh V, Khan MM, Mahadik SP. Olanzapine counteracts reduction of brain-derived neurotrophic factor and TrkB receptors in rat hippocampus produced by haloperidol. Neurosci Lett 2004;356: ) Lipska BL, Khaing ZZ, Weickert CS, Weinberger DR. 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