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한용 손
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1 원저접수번호 : 연세대학교의과대학신경과학교실 The Effect of Androsterone as the Metabolite of Testosterone to Seizure Suppression Won-Joo Kim, MD, Soo-Yeon Lee, Kyung Joo Cho, Byung-In Lee, MD Department of Neurology, College of Medicine, Yonsei University, Seoul, Korea Background: Androsterone is one of the major metabolites from testosterone whose clinical importance remains unclear. This study evaluated the effects of androsterone on seizure susceptibility in mouse models of epilepsy. Methods: The efficacy of androsterone (10~200 mg/kg, i.p.) against seizures induced by various GABA receptor antagonists and glutamate receptor agonists was evaluated. Results: Androsterone protected mice against seizures induced by PTZ (pentylenetetrazol), PCX (picrotoxin), and DMCM (methyl-6,7-dimethoxy-4-ethyl-β-carboline-3-carboxylate) in a dose-dependent manner. Androsterone did not protect against seizures induced by kainic acid, NMDA (N-methyl-D-aspartic acid), or 4-AP (4-aminopyridine) in mice. Conclusions: These results suggest that androsterone exhibits anticonvulsant activity that occurs largely via nongenomic mechanisms. Testosterone-derived androsterone might be an endogenous protective neuroactive steroid in the brain. J Korean Neurol Assoc 27(2): , 2009 Key Words: Androsterone, GABA, Seizure, Neuroactive steroid 서론 성호르몬이경련에끼치는영향은월경간질 (catamenial epilepsy) 과여성호르몬인에스트로겐을통하여널리알려져있다. 에스트로겐중에서도 estradiol 이가장강력한발작유발효과를가지고있어, 동물간질모델에서에스트로겐을증가시키면경련이더욱심하게발생되는현상을보이고, 여성간질환자에게결합 (conjugated) 에스트로겐을정맥주사하면간질모양뇌파가증가한다. 1,2 에스트로겐형성과정의전구물질중하나인 progesterone 은반대로경련을억제하는효과를가지고있다. 3-5 여성간질환자에서는상반된효과를가지고있는호르몬 Received November 20, 2008 Revised January 19, 2009 Accepted January 21, 2009 *Byung-In Lee, MD Department of Neurology College of Medicine Yonsei University, 134 Sinchon-dong, Seodaemun-gu, Seoul, , Korea Tel: Fax: bilee@yuhs.ac 들이월경주기에따라혈중농도가변화고, 주기적으로일정한기간에경련이호발하는특징이있으며, 일정기간호르몬을투여하는것을치료의방법으로응용하도한다. 6,7 그러나아직남성호르몬인테스토스테론의경련에대한효과는불확실하다. 동물연구에서는테스토스테론이급성경련을억제하는효과가있다고보고한연구도있으나, 8 다른연구에서는 epileptogenesis 를강화시켜도리어경련이증가한다고보고하고있다. 9 또한테스토스테론자체는급성경련에는큰영향이없고, 테스토스테론의대사물질이경련에영향을준다고보는연구도있다. 10 이렇게남성간질환자에서남성호르몬의혈중농도변화나대사물질들이경련의발생에어떠한영향을끼치는지에대한연구는아직없다. 이에본연구에서는테스토스테론의주요대사물질인 androsterone 이급성경련에끼치는영향과기전에대하여실험하였다. 142

2 대상과방법 본실험에서는화학적경련유발모델을사용하였다. 25~30 g 의성인웅성 ICR 마우스를대상으로하여동물관리실에서 12 시간낮과 12시간밤의주기를주며사육하였다. 마우스는연세대학교동물윤리위원회의권장사항을준수하여모든실험과정을진행하였다. 마우스는각군으로나누어 androsterone 의항경련효과를측정하였다. Androsterone 은지용성물질이기때문에 20% 의 β cyclodextrin 용액에용해하여복강내로투여하였다. β cyclodextrin 용액은지용성물질을용해하는작용을하며, β cyclodextrin 은농도를 45% 로높여사용하여도경련에미치는영향은전혀없었다. 경련을유발하는물질로는처음실험에서는 GABA A 수용체의대항제종류인 penyltetrazol (PTZ), picrotoxin (PCX) 과 methyl-6,7-dimethoxy-4-ethyl-β-carboline -3-caboxylate (DMCM) 을사용하였다. 이들은모두 androsterone 을마우스에먼저투여하고, 15분경과후에각군별로 PTZ는 85 mg/kg, PCX는 3.2 mg/kg, DMCM 은 7.5 mg/kg 용량으로각각마우스의피하에투여하고나서 30분간관찰하였다. 이기간동안마우스가쓰러지며 3초이상간대성발작이생기지않는개체수를관찰하였다. 같은방법으로화학적경련을유발시키는다른물질들로 glutamate 수용체의작용제인 kainic acid (KA) 32 mg/kg, N- methyl-d-aspartic acid (NMDA) 257 mg/kg 와 potassium receptor 작용제인 4-aminopyridine (4-AP) 을 13 mg/kg 로각각마우스피하에투여하고나서 1시간동안경련발작의발생여부를관찰하였다. 경련발작의포함조건은마우스가쓰러지며간대성발작을 3초이상지속하는것으로정의하였다. 이러한실험은 Androsterone 의용량과효과의관계를평가하기위하여네가지이상의다른농도를사용하여경련을 50% 억제하는 ED 50 농도를구하였다. 실험에서 androsterone 은 10 mg/kg 부터시작하여마우스에서나타나는항경련효과를관찰 하면서투여농도를증가하였다. Androsterone 의최대투여농도는 200 mg/kg 까지만사용하였는데, 그이유는 200 mg/kg 이상의농도에서는 β cyclodextrin 용액에완전히용해되지않기때문이다. 각농도군마다최소한 6마리이상의마우스를사용하였으며, 통계처리는 ED 50 를구하기위하여 Litchfield 와 Wilcoxon 의 log-probit 분석방법을사용하였다. 결과 1. Androsterone의 GABA A 수용체대항제에대한항경련효과 Androsterone 을각각다른농도로만들어 (10~200 mg/kg) 마우스에게투여하였을때에 PTZ 의농도에비례하여항경련효과가상승하였다 (Fig. 1). 이밖에다른 GABA A 수용체대항제인 PCX 와 DMCM 으로발작을유발한마우스에서 androsterone 의농도에비례하여경련을억제하는효과가있었다. 농도 -반응곡선에의한 ED 50 는 PTZ가 50 mg/kg (95% CI, mg/kg), PCX 는 146 mg/kg (95% CI, mg/kg), DMCM 이 123 mg/kg (95% CI, mg/kg) 이었다 (Table 1). 2. Androsterone 의 glutamate와 potassium 수용체작용제에대한항경련효과 Androsterone 을위와같은방법으로마우스에게투여하였다. KA, NMDA, 4-AP 로발작을유발한마우스모델모든군에서 androsterone 을최고농도인 200 mg/kg 까지투여하였지만 KA 와 NMDA 군에서는항경련효과가전혀나타나지않았고 4-AP 군에서만최고농도인 200 mg/kg 를투여하여도 ED 50 을구하지못할정도로미약한항경련효과가있었다 (Table 1). 고찰 Table 1. Anticonvulsant ED 50 values of androsterone in mice Chemoconvulsant ED 50 (mg/kg) Pentylenetetrazole 50 (39-71) Picrotoxin 146 ( ) DMCM 123 (86-184) Kainic acid NMDA 4-Aminopyridine Numbers in parentheses are 95% confidence intervals. ND; not determined, DMCM; methyl-6,7-dimethoxy-4-ethyl-β-carboline-3-caboxylate, NMDA; N-methyl-D-aspartic acid 이결과에서테스토스테론의대사물질인 androsterone 은항경련효과를가지고있으며, 기전은 GABA A 대항제에의해서유발된발작에만효과가있고 glutamate 와 potassium 수용체작용제에의해유발된발작에는효과가적은것으로보아 GABA A 수용체에만작용한다고하겠다. 성호르몬은콜레스테롤에서생성되고지용성이며콜레스테롤과유사한구조를가지고있다. 11 콜레스테롤에서 pregnenolone 이만들어진후에여러대사과정을거쳐에스트로겐과테스토스테론등의성호르몬이체내에서합성된다. 이러한 J Korean Neurol Assoc Volume 27 No. 2,

3 A B C Figure 1. Dose response relations for protective activity of androsterone in the pentylenetetrazol (PTZ) model (A), the DMCM model (B) and picrotoxin model (C). Data points indicate percentage of animals protected. Each point represents six to eight mice. Figure 2. Metabolic pathway for conversion of testosterone to androsterone. HSD; hydroxysteroid dehydrogenase. 과정에서만들어지는여러종류의스테로이드계호르몬은호르몬이합성되는기관에서혈액내로분비되어신체에서순환하다가작용기관의세포내에도달한후세포벽을통과하여핵내에있는유전자에작용하여 mrna 에영향을주고이유전자에의하여단백질이형성되어특정한효과를나타낸다고알려져있었다. 그러나 Selye 가 progesterone, deoxycorticosterone 과이들의 A-ring 대사물들을투여하고나서짧은시간안에마취효과가나타나는것을관찰하여, 스테로이드계호르몬이기존과다른기전을통하여신경세포에작용한다는사실을알게되었다. 12 이기전은여러연구를통하여스테로이드계호르몬이신경세포벽의 GABA A 수용체에직접결합하여세포작용을억제시키는효과로밝혀지게되었다. 13 스테로이드계호르몬중에이와같이직접신경세포의 GABA A 에작용하는성질을가지는물질들을가르켜 neuroactive steroid 라고한다. 14 성호르몬도스테로이드계호르몬으로서월경간질을통하여여성호르몬인에스트로겐과 progesterone 이발작에미치는영향에대한많은연구가이루어졌다. 1,2,5,6,15 에스트로겐은발작 을촉진시키는효과가있으며, progesterone 은이와반대로발작을억제하는효과가있기때문에월경주기에따라서체내의호르몬비율이변하며발작의발현횟수도변하게된다. 즉에스트로겐이증가하거나 progesterone 이감소하는시기에발작이더흔하게나타나는것이다. 5,16,17 이결과를통하여월경간질환자에게 progesterone 을투여하는호르몬치료법도개발되고있다. 그러나남성호르몬인테스토스테론도스테로이드계통의호르몬이지만에스트로겐보다연구가적고발작과관련된효과에서도상반된결과를보여주었다. 18 Frey 의연구에서는난소를제거한암컷백서에게테스토스테론과 3α-androstenedione 을각각투여한결과모두에서항경련효과가있었다고보고하여테스토스테론도항경련효과를가지고있다고하였다. 8 그러나다른연구에서는테스토스테론이반대로간질의문턱을감소시켜경련을도리어유발한다거나임상적으로테스토스테론이발작을호전시키지못한다는보고도있다. 9,19 이와같이상반된결과가나오는이유는테스토스테론자체보다그대사물질들이 144

4 발작에더많은영향을나타내기때문이다. 20 간질의치료에서 aromatase 억제제를사용하면발작이호전된다는연구에서도 aromatase 가체내에서테스토스테론이경련을일으키는물질인 estradiol 로의변환을억제하며항경련효과를보이는대사물질로변환이증가되기때문으로추정하고있다. 21 Androsterone 은테스토스테론의대표적인대사물로간에서생성된다. 테스토스테론은남성호르몬효과가더강력한 dihydrotestosterone으로 5α-reductase 에의하여비가역적으로환원되고나서표적세포에작용한후두호르몬은간에서 3α -hydroxysteroid dehydrogenase (HSD) 와 17β-HSD 에의하여대부분이가역적으로 androsterone 형태로된후에글루쿠로나이드 (glucuronide) 나 sulfate 와결합하여소변으로배출된다 (Fig. 2). 10,22 이와같이 androsterone 은체내에서는성호르몬의작용을나타내지못하는불활성화상태로존재하게되어, androsterone 의항경련효과는스테로이드계호르몬의세포내작용기전보다는다른 neuroactive 스테로이드계물질과같이세포막에존재하는 GABA A 수용체에직접적으로작용하는것으로추정할수있다. 본연구에서도 androsterone 이 GABA A 수용체에작용하여경련을유발하는화학물질에는뚜렷한항경련효과가있었으나 glutamate 수용체에작용하는 KA, NMDA, 4-AP 에는항경련효과가없거나아주미약하여 androsterone 는주로 GABA 수용체에작용한다는기전에합당하다고하겠다. 또한 androsterone 은네가지의 epimer 가존재한다. 이들은분자식은같지만 3차원적구조가다른물질들로 3α-hydroxy- 5α-androstan-17-one 이 androsterone 이며, 3β-hydroxy- 5α-androstan-17-one (epiandrosterone), 3α-hydroxy- 5β-androstan-17-one (eticholanolone), 3β-hydroxy-5β -androstan-17-one (epiticholanolone) 의다른네가지구조가체내에존재한다. 이들은다른 neuroactive 스테로이드와마찬가지로공간적인구조의차이에따라 GABA A 수용체에결합하여 GABA 를활성화하는정도가다르다고알려져있다. 구조적으로 3α,5α- 형태의스테로이드가 GABA 의상승작용을가장강하게촉진하고, 그다음으로상승작용을촉진하는구조는 3α,5β- 형태이다. 이에반하여 3β-hydroxy 기의형태는 5- androstan 기의구조에상관없이모두가 GABA 상승작용을매우미약하게일으켜, 체내에서 GABA 의작용을거의일으키지못하는성질을가지고있다. 그러므로 epimer 중에서도 androsterone 이 GABA 의가장강력한항경련효과를가지게된다. 10,23,24 이와같이테스토스테론의주요대사물질인 androsterone 이항경련효과를가지고있으며, 이러한내인성물질들의작용과균형의변화가인체발작증상의발현을조절하는데관여할것 으로생각한다. REFERENCES 1. Smith SS. Estrogen administration increases neuronal responses to excitatory amino acids as a long-term effect. Brain Res 1989;503: Logothetis J, Harner R, Morrell F, Torres F. The role of estrogens in catamenial exacerbation of epilepsy. Neurology 1959;9: Backstrom T, Zetterlund B, Blom S, Romano M. Effects of intravenous progesterone infusions on the epileptic discharge frequency in women with partial epilepsy. Acta Neurol Scand 1984;69: Landgren S, Backstrom T, Kalistratov G. The effect of progesterone on the spontaneous interictal spike evoked by the application of penicillin to the cat s cerebral cortex. J Neurol Sci 1978;36: Backstrom T. Epileptic seizures in women related to plasma estrogen and progesterone during the menstrual cycle. Acta Neurol Scand 1976; 54: Rosciszewska D, Buntner B, Guz I, Zawisza L. Ovarian hormones, anticonvulsant drugs, and seizures during the menstrual cycle in women with epilepsy. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1986;49: Herzog AG. Progesterone therapy in women with epilepsy: a 3-year follow-up. Neurology 1999;52: Frye CA, Reed TA. Androgenic neurosteroids: anti-seizure effects in an animal model of epilepsy. Psychoneuroendocrinology 1998;23: Edwards HE, Burnham WM, MacLusky NJ. Testosterone and its metabolites affect afterdischarge thresholds and the development of amygdala kindled seizures. Brain Res 1999;838: Kaminski RM, Marini H, Kim WJ, Rogawski MA. Anticonvulsant activity of androsterone and etiocholanolone. Epilepsia 2005;46: Loose DS, Stancel GM. Estrogens and Progestins. In: Brunton LL, Lazo JS, Parker KL. Goodman & Gilman s The Pharmacological Basis of Therapeutics. 11th ed. New York: The McGraw-Hill Companies, 2006; Selye H. Correlations between the chemical structure and the pharmacological actions of the steroids. Endocrinology 1942;30: Majewska MD, Harrison NL, Schwartz RD, Barker JL, Paul SM. Steroid hormone metabolites are barbiturate-like modulators of the GABA receptor. Science 1986;232: Paul SM, Purdy RH. Neuroactive steroids. FASEB J 1992;6: Reddy DS. Pharmacology of catamenial epilepsy. Methods Find Exp Clin Pharmacol 2004;26: Lonsdale D, Nylen K, McIntyre Burnham W. The anticonvulsant effects of progesterone and its metabolites on amygdala-kindled seizures in male rats. Brain Res 2006;1101: Reddy DS, Castaneda DC, O Malley BW, Rogawski MA. Anticonvulsant activity of progesterone and neurosteroids in progesterone receptor knockout mice. J Pharmacol Exp Ther 2004;310: Thomas J, McLean JH. Castration alters susceptibility of male rats to specific seizures. Physiol Behav 1991;49: Herzog AG, Klein P, Jacobs AR. Testosterone versus testosterone and testolactone in treating reproductive and sexual dysfunction in men with epilepsy and hypogonadism. Neurology 1998;50: Reddy DS. Testosterone modulation of seizure susceptibility is mediated by neurosteroids 3alpha-androstanediol and 17beta-estradiol. Neuroscience 2004;129: Herzog AG. Reproductive endocrine considerations and hormonal J Korean Neurol Assoc Volume 27 No. 2,

5 therapy for men with epilepsy. Epilepsia 1991;32 Suppl 6:S Snyder PJ. Androgens. In: Brunton LL, Lazo JS, Parker KL. Goodman & Gilman s The Pharmacological Basis of Therapeutics. 11th ed. New York: The McGraw-Hill Companies, 2006; Kokate TG, Juhng KN, Kirkby RD, Llamas J, Yamaguchi S, Rogawski MA. Convulsant actions of the neurosteroid pregnenolone sulfate in mice. Brain Res 1999;831: Gee KW, Bolger MB, Brinton RE, Coirini H, McEwen BS. Steroid modulation of the chloride ionophore in rat brain: structure-activity requirements, regional dependence and mechanism of action. J Pharmacol Exp Ther 1988;246:

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( )Kju269.hwp 만성세균성전립선염모델흰쥐에서 의항염효과 Anti-inflammatory Effect of Lycopene on Chronic Bacterial Prostatitis Rat Model Cho Hwan Yang, Dong Wan Sohn, Yong-Hyun Cho From the Department of Urology, The Catholic University