뇌출혈 이후에 발생하는 출혈 주위의 부종은 크게 세포독성 부종과 혈관인성 부종으로 나눌 수 있다. 세포독성 부종은 세포 내로의 빠른 수분의 이동으로 세포 부종으로 발생한다. 반면에 혈관인성 부종은 BBB 손상으로 인해서 혈관으로부터 세포 바깥 공간으로의 water leakage 에 의해서 발생한다. 특정 질환에서 특정 부종이 우세할 수 있지만 대부분의 경우에는 두 기전은 공존한다.
최근 aquaporin 4 의 발견으로 출혈 주변 부종 발생, 수분 이동에 대한 새로운
인식이 증가하고 있다[13, 15].
뇌출혈에 의한 초기 부종은 혈종의 정수압 (hydrostatic effect)에 의한 물리적 손상과 누출된 혈액(clot) 유래 단백질과 vasoactive substance 에 의해서 BBB 의 완결성 손상이 발생한다[16, 17]. 동물 모델에서 혈액에서 유래된 thrombin,
plasminogen activator, urokinase 에 의해서 면역세포의 침윤이 유도되고, 이어서
염증 반응이 일어난다[18]. 염증 반응으로 인해 BBB 의 균열이 발생하고
proteinaceous ultrafiltration 이 발생하여 출혈 주변 지연성 부종이 발생하는 것으로
알려져 있다. 출혈 주변 지연성 부종은 BBB 손상에 의해서 발생하며, 빠르게 회복되지 않으면 뇌압 상승 상태를 유지하여 합병증의 원인이 된다 [19].
본 연구에서 출혈 주변 부종 부위는 높은 ROS 발현 부위와 일치하였다.
부종 부위의 성상세포는 형태학적으로 수상돌기가 증가하고 두꺼워져 있었으며 S100-β 발현이 특이적으로 높아 반응성 성상세포로 전환되어 있음을 확인할 수 있었다. 성상세포를 in vitro condition에서 일차 배양하여 ROS stress를 주었을 때 성상세포의 수상돌기가 증가하고 두께가 증가하였으며 S100-β 발현이 증가하는 동일한 형태적 변화를 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 출혈에 의한 ROS 증가로 성상세포가 활성화되는 것을 확인할 수 있었다. 출혈 이후 ferritin 이
Fe2+ + ROS 로 전환되는 것은 Gao 등에 의해 보고되었고 [20], ROS 에 의해서
성상세포가 기능적 결함이 생기는 것으로 보고되었다. 그러나, 본 연구진은 성상세포가 활성화되는 것을 확인하였다 [21].
뇌출혈 주변 부종 부위에서 성상세포는 3 일 후에 활성화되었는데 ROS
scavenger 를 사용한 그룹에서는 S100-β 발현이 낮고, 형태학적으로 활성화가
통계적으로 유의하게 감소하였다. 또한 성상세포의 end-feet 에서 발현하는
aquaporin 4 는 유사하게 출혈 1 일째에는 발현이 감소하지 않고 3 일 이후에
발현이 감소하기 시작하였다. 그러나, ROS scavenger 를 사용한 그룹에서는
aquaporin 4 의 발현이 감소하지 않고 높게 유지되었다. 이러한 결과를 바탕으로
ROS scavenger 는 endothelial cell junction, 혈관주위세포에 미치는 영향보다는 성상세포의 활성화를 억제하여 aquaporin 4 의 발현을 유지하는데 기여하는 것으로 보인다. Aquaporin 4 는 부종 발생에 양면적인 (Janus) 역할을 한다[22].
높게 발현되는 경우에는 세포 내로의 수분 유입을 유도하여 세포독성 부종을 유도하지만, 한편으로는 세포 바깥 공간의 수분을 제거하는 역할을 한다. 따라서 이미 형성된 부종의 제거 (edema clearance)에 있어서 중요한 역할을 하는데 성상세포의 활성화에 의해서 발현이 감소하는 경우에는 부종의 제거가 적절히 되지 않아 지연성 부종 발생과 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨진다[23].
타 연구에서 산화스트레스 (oxidative stress)에 의해서 caveolin-1 의 tyrosine
phosphorylation 에 의해서 성상세포의 aquaporin4 발현이 증가하고 [24] 부종을
악화시키는 것으로 보고하였으나 이는 초기 부종의 발생과 연관이 있는 것으로 보인다. 본 연구에서는 출혈 직후에는 aquaporin 4 발현이 유지되나 3일 이후에는 감소하였으며 ROS scavenger를 사용하였을 때 aquaporin 4 회복이 더 빨랐다. ROS
scavenger 를 사용한 그룹에서 출혈의 크기는 대조군과 차이가 없으나 출혈 주변
부종의 크기는 더 작았고 생존율, 행동학적으로 개선되는 효과를 확인하였다.
출혈 주변 부종 발생에 있어 aquaporin 4 의 직접적 효과를 확인하기 위해서 뇌출혈 마우스 모델에서 aquaporin 4 inhibitor (TGN-020)을 투여하고 출혈 주변
부종의 정도, 마우스 생존율, 행동학적 변화, 혈관 구조의 변화를 확인하였다.
흥미롭게도 aquaporin 4 inhibitor 를 투약한 그룹은 출혈 자체의 크기 변화는 없으나 출혈 주변 부종이 대조군에 비해서 증가하였고 운동 능력도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 변화는 출혈 주변 부종 형성에 있어서 aquaporin 4의 중요성을 유추할 수 있게 하였다.
허혈성 뇌졸중에서는 TGN-020 이 뇌부종을 감소시키는 것으로 보고되었으나[25] 이는 허혈성 뇌졸중 발생의 15-20min 이내 결과로 지연성 부종의 상황과는 다르고 뇌출혈과의 기전적 차이점을 배제하기 어렵다. 반면에
Cheng-Di et al.은 뇌출혈에서는 aquaporin 4 의 발현 감소로 혈관인성 부종이
증가하는 것으로 보고하였는데 이것은 자기공명영상 기반으로 분석한 결과로 미세구조에 관한 분석 (microstructure analysis)은 이루어지지 않았으나 본 연구 결과와 유사하다[26]. Aquaporin 4 inhibitor 투여 그룹에서는 성상세포의 end-feet이 혈관에서부터 분리되는 되는 것을 확인하였는데 aquaporin 4 가 water
channel 로써의 역할 외에도 BBB 완결성 유지에도 중요한 역할을 함을 의미한다.
본 연구에서는 ROS 에 의해서 aquaporin 4 의 발현이 감소하였고 이것은 출혈 주변 부종의 발생에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 하지만, ROS scavenger 투여군 에 의해서 aquaporin 4 의 발현 감소가 최소화 되었으며, aquaporin 4 의 발현 회복 속도를 빠르게 해 주었다. 그리고, ROS scavenger 투여군에서 출혈 주변 부종이 감소하였고 운동 능력이 향상되었다. 또한 성상세포의 end-feet 부착이 증가하여 BBB 완결성을 향상시키는 결과를 확인하였다.
기존의 논문에서는 중추신경계의 BBB에서 밀착연접, 혈관주위세포의 역할에 대해서는 많은 연구가 되어 있으나 [27] 성상세포의 역할에 대해서는 과소평가된 경향이 있다. 파킨슨 병 (Parkinson’s disease) [28] 혹은 알츠하이머 병
(Alzheimer’s disease) [29] 에서 성상세포의 보호역할에 대해서 연구가 활발히
이루어지고 있으며 림프관의 주요 channel로써 aquaporin 4의 역할 또한 주목받고
있다 [30]. 임상적으로 출혈 이후 발생하는 뇌부종은 중요한 의미가 있으나 뇌부종을 낮출 수 있는 새로운 치료 타겟의 발굴보다는, 비특이적으로 뇌압을 낮추는 고 삼투압 약물의 투여와 수술적 치료에 의존해 왔다. 본 연구를 바탕으로 출혈 주변 부종을 줄이는 타겟으로 aquaporin 4 이 적용될 수 있을 것이다.