Korean Journal of Biological Psychiatry

서론
지발성 운동장애(Tardive dyskinesia)는 장기간 항정신병약물을 사용했을 때 약 20-40%의 환자에게 나타날 수 있는 심각한 부작용중의 하나다(Khot등 1992). 지발성 운동장애의 전형적인 증상은 안면과 혀에 나타나는 무도병적 무정위 운동(choreoathetotic movements)으로서 특히, 노령, 여성, 정동장애 등이 있을 때 그 발생위험도가 높은 것으로 알려져 있다. 최근 부작용이 적고 지발성 운동장애에 대한 치료적 효과도 있다고 알려진 risperidone과 clozapine의 등장으로 새로운 전환점을 맞고 있긴 하지만, 여전히 많은 환자들이 기존의 전형적 항정신병약물을 복용하고 있고 일단 지발성 운동장애가 발생하면 비가역적일 수 있는 가능성이 있어서 지발성 운동장애에 대한 정확한 병인론을 파악하기 위한 연구 및 치료제의 개발은 시급하고 중요한 과제이다.
지발성 운동장애에 대한 국내연구는 지발성 운동장애의 유병율(김용식과 김창현 1982；김용식과 최희정 1982；김인과 정은기 1986), 지발성 운동장애에 사용되는 몇가지 약물(bromocriptine, lecithin, sodium valproate)의 치료효과(권준수 등 1987；오동렬과 김이영 1983；조연행과 서광윤 1985), 지발성 운동장애를 보이는 환자의 뇌척수액에 대한 연구(권준수 등 1990；우종인 등 1990)나 특징적 뇌파소견(김학용 등 19 89), 지발성 운동장애와 음성증상과의 연구(이영교 등 1990) 등 주로 임상적 연구가 대부분을 이루고 있으며 뇌조직내 수용체의 직접적인 변화나 동물모델을 이용한 연구는 부족한 실정이다.
지발성 운동장애에 대한 국외의 임상연구는 뇌 영상(brain imaging)기술의 발달로 많은 연구의 진전이 있었지만 아직 일관된 결과는 없다. 동물연구에서는 백서에 장기간 항정신병약물을 투여시 발생하는 vacuous chewing movements(VCM)를 지발성 운동장애의 동물모델로 간주하여 이루어진 많은 연구결과가 있다. 이러한 결과를 바탕으로 최근 제시되고 있는 흥미로운 지발성 운동장애의 병인론으로 glutamatergic excitotoxicity가설(McGeer와 McGeer 1976；De Keyser 1991)이 있다. 이 가설의 내용은 항정신병약물의 dopamine 수용체 차단작용이 피질에서 선조체로 가는 corticostriatal glutamatergic pathway를 활성화시키고 그 결과 선조체내에 유리된 glutamate농도가 높아지게 되고 glutamate의 독성으로 인해 선조체의 변성이 유발되어 지발성 운동장애가 발생한다는 것이다. 이것은 선조체의 변성정도에 따라 가역적 또는 비가역적 지발성 운동장애를 설명할 수 있다는 점에서 흥미로운 가설이라 볼 수 있다. 이 가설대로라면 glutamate 수용체를 직접 차단하는 약물은 glutamate의 과다활성에 의해 유도되는 기저신경절(basal ganglia)내의 신경변성을 막음으로써 지연성 운동장애의 예방과 치료에 긍정적인 역할을 하리라는 것을 가정해 볼 수 있다. Glutamate 수용체에는 inotropic 수용체(NMDA, AMPA, kainate)와 metabotropic 수용체가 있는데 glutamate는 주로 NMDA 수용체에 높은 친화력을 갖는다. Glutamate의 과다상태가 신경독성을 일으키는 기전은 glutamate가 NMDA 수용체에 결합하게 되면 그 수용체와 연결되어 있는 양이온채널이 열림으로써 세포내로 calcium의 유입이 많아진 결과로서 설명하고 있다(Lei등 1992). 이와 같이 신경독성에 관여되는 NMDA 수용체를 차단하는 길항제중의 하나가 MK-801((＋)-5-Methyl-10,11-dihydro-5H-dibenzo-(a,d)cyclohepten-5,10-imine maleate)이다. 따라서 저자들은 지발성 운동장애와 glutamate pathway사이의 관계를 조명하기위해 haloperidol decanoate(HD)를 장기간 투여받는 백서에서 NMDA 수용체 길항제인 MK-801의 동시투여가 VCM발생에 대한 예방효과가 있는지, 그리고 발생한 VCM에 대해 MK-801이 치료효과가 있는지 알아보고자 하였다.
연구대상 및 방법
1. 연구대상
체중 150-180gm의 웅성 백서(Sprague-Dauley) 50마리를 사용하였다. 실험동물은 2주간 동일 조건하에 사육하여 실험에 사용하였고, 전 실험기간동안 물과 사료를 자유롭게 섭취하도록 하였으며 사육장과 실험실의 온도는 18∼20℃로 일정하게 하였다.
2. VCM의 측정
VCM의 정의는 혀의 돌출운동을 동반하지 않는, 무의미하고 빠른 수직적 단일 구개운동으로 하였고 tremor는 2회의 VCM으로 간주하였다. VCM의 측정은 40cm×20cm×30cm의 유리상자안에서 4분간 육안관찰하였는데, 유리상자의 바닥면과 뒷면은 유리대신 거울을 사용하여 관찰의 정확성을 높였다. 환경변화 및 스트레스 등의 자극에 따른 VCM값의 오차를 줄이기 위해서 유리상자안에 백서를 옮긴후 약 3분 정도의 적응 및 안정기간을 가졌다. 관찰은 두명의 관찰자에 의해 이루어졌으며 관찰자 상호간 신뢰도를 높이기위해 여러차례에 걸쳐 예비측정이 있었고 상호간의 일치도가 0.8이상 되었을 때 본 실험을 시작하였다. VCM의 측정은 6번의 HD투여 하루 전후에 각각 이루어짐으로써 총 12회 측정되었으며 VCM(＋)의 기준은 정상백서에서 보이는 VCM값이 3.32±2.95이었기 때문에 7회 / 4분 이상의 값으로 정하였다.
3. 실험일정
1) MK-801이 VCM의 발생예방에 어떤 효과가 있는지 알아보기위해 웅성백서 50마리를 두 군으로 나누어 Ⅰ군(n=20)에는 3주간격으로 HD를 34mg/kg의 용량으로 근주하면서 매일 생리적 식염수에 녹인 MK-801을 0.2mg/kg의 용량으로 복강내에 주사하였고 II군(n=30)의 경우는 역시 3주간격으로 HD를 34mg/kg의 용량으로 근주하면서 매일 phophate buffer saline(PBS：1ml/kg)을 복강내에 주사하였다. HD의 투여횟수는 총 6회였으며 MK-801과 PBS는 HD의 마지막 투여일까지 투여하였다. HD는 얀센, MK-801은 RBI(research biochemicals international)로부터 구하여 사용하였다.
2) Ⅱ군에서 VCM(＋)로 분류된 백서에 MK-801의 치료효과를 알아보기 위해 HD의 마지막 근주 10일후부터 MK-801을 2일간격으로 각각 0.1mg/kg, 0.2mg/kg, 0.3mg/kg의 용량으로 투여하고 2시간이 경과한 후, 그리고 마지막 용량(0.3mg/kg)을 투여한지 14일이 지난후에 각각의 VCM값을 구하였다.
4. 결과분석 및 통계
본 연구에서 얻어진 자료의 분석에는 SPSS/PC+가 사용됐는데, VCM에 대한 MK-801의 예방효과를 알아보는데 있어 Ⅰ, Ⅱ군 사이의 VCM값의 비교는 Chi-square test로 검정하였고, VCM에 대한 MK-801의 치료효과를 알아보는데 있어 VCM(＋) Ⅱ군의 치료전후 VCM값의 비교는 paired t-test를 이용하였다. p<0.05일 때 통계적으로 유의한 것으로 판정하였다.
결과
1. HD로 유도되는 백서의 VCM에 대한 MK-801의 예방효과
HD와 MK-801을 투여받았던 Ⅰ군 백서와 HD와 PBS를 투여받았던 Ⅱ군 백서의 VCM값을 각각 12회에 걸쳐 관찰하였다. Ⅰ군 및 Ⅱ군의 VCM값을 상기 기술한 정의에 맞추어 VCM(＋)군과 VCM(－)군으로 각각 분류하여 매 측정횟수때마다 VCM(＋)백서의 백분율을 구하여 두 군 사이의 차이점을 비교하였다(Fig. 1). 그 결과 VCM측정 후반부로 갈수록 Ⅱ군의 VCM(＋) 백분율과 Ⅰ군의 VCM(＋) 백분율사이의 차이가 점점 커지는 양상을 보였다. 또한 두 군의 VCM(＋) 및 VCM(－) 개체수를 Chi-square test로 통계처리하여 비교 분석하였다(Table 1). 그 결과 Ⅰ군이 Ⅱ군에 비해 11, 12회째 측정시 VCM값이 유의하게 낮았으며(11회째 p=0.021, 12회째 p=0.001) 3회째와 9회째 측정시 p값이 각각 0.062와 0.052으로 유의성은 없었으나 경계적 유의성을 보였다.
2. VCM(＋) Ⅱ군에서 MK-801의 치료효과
VCM에 대한 MK-801의 치료효과를 알아보기위해 HD마지막 근주 10일후부터 MK-801을
VCM(＋) Ⅱ군에 2일간격으로 각각 0.1mg/kg, 0.2mg/kg, 0.3mg/kg의 용량으로 주사하고 약 2시간이 경과한 후, 그리고 마지막 용량(0.3mg/kg)을 투여한 지 14일이 경과한 후 각각에 대한 VCM값을 구하여 Ⅱ군의 12회째 측정값을 비교대상으로 삼아 paired t-test로 비교 분석하였다(Table 2). 그 결과 VCM(＋)II군에 MK-801을 0.1mg/kg와 0.3mg/kg로 투여했을 때, 그리고 마지막 용량(0.3mg/kg) 투여후 14일이 경과한 후의 VCM이 유의하게 낮아지는 결과를 얻었고(0.1mg/kg때 p=0.001, 0.3mg/kg때 p=0.001, 마지막투여 14일후 p=0.001) MK-801의 용량이 0.2mg/kg때는 p값이 0.211로 통계적 유의성은 보이지 않았다.
고찰
본 연구는 McGeer와 McGeer(1976), De Keyser(1991)등에 의해 최근 지발성 운동장애의 병인론으로 제시되고 있는 glutamatergic excitotoxicity 가설을 근거로 이루어졌다. 이 가설의 내용은 항정신병약물의 dopamine 수용체 차단작용이 피질에서 선조체로 가는 corticostriatal glutamatergic input을 증가시켜(Yamamoto와 Davy 1992) 그 결과 선조체내에 glutamate농도가 높이지게 되고 glutamate의 독성으로 인해 선조체의 변성이 유발되어 지발성 운동장애가 발생한다는 것이다. 또한 oxidative stress와 glutamatergic excitotoxicity가 밀접하게 연관된 과정을 갖는다는 보고(Coyle과 Puttfarcken 1993)가 있는데, glutamatergic input의 증가가 선조체의 대사과정을 증가시켜 free radical의 형성을 증가시킬 수도 있다는 점에서 free radical과 glutamate의 동시 증가가 선조체내에 나타날 수 있고, 이는 지발성 운동장애의 병인론으로서 glutamatergic excitotoxicity가설을 뒷받침 할 수 있다. 또한 이 가설을 뒷바침하는 연구결과로 anti-excitotoxic agent인 GM1 ganglioside가 쥐에 haloperidol을 장기간 투여했을 때 발생하는 VCM을 약화시킨다는 보고가 있다(Andreassen과 Jorgensen 1994). 그리고 지발성 운동장애에 치료효과를 보이는 항정신병약물인 clozapine이 그 효과의 많은 부분에 있어 glutamate 길항성을 가지고 있다는 것은, glutamatergic excitotoxicity가설과 관련해 흥미를 끄는 대목이다.
저자들은 이러한 가설에 바탕을 두고 지발성 운동장애와 glutamate system사이의 관련성을 알아보기위해 NMDA수용체의 길항제인 MK-801을 이용하여 본 연구를 실시하였다. 본 연구에 사용된 MK-801은 항불안(Clineschmidt등 1982) 및 항경련 효과(Mc Namara등 1988；Sato K등 1988), 항정신병약물에 의해 유발된 강경증에 대한 효과(Werner와 Michael 1989), 뇌일혈 및 두부 손상시의 허혈성 손상에 대한 방어 효과(Gill등 1987 ；Gill등 1988)등의 약리학적 특성을 지니고 있고, 실험동물에 투여했을 때 몸체회전운동(turning behavior), 머리흔들기(head weaving), 과운동성(hypermotility)과 같은 amphetamine like effects(Clineschmidt등 1982)를 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구 결과 백서에 대한 장기간의 HD투여는 VCM의 발생 빈도를 증가시키고 HD와 MK-801의 병합투여는 VCM의 발생빈도를 낮추는 결과를 얻었다. 아울러 VCM이 발생한 백서군에 치료목적으로 MK-801을 투여했을 때 VCM의 횟수가 유의하게 감소하는 결과를 얻었다. 이러한 연구결과는 excitotoxicity가 지발성 운동장애의 발생에 중요한 역할을 한다는 가설을 지지해 준다. 또한 본 연구는 이전의 연구들에 비해 보다 직접적인 glutamate 길항제를 저자들이 알기로는 최초로 사용했다는 점에서 의의가 있다.
그러나 본 연구결과는 다음과 같은 몇가지 생각해봐야 할 문제점을 가지고 있다.
첫째는 VCM이 실제로 지발성 운동장애의 동물모델이냐 하는 점이다. 1986년에 Rupniak등은 VCM이 급성 근긴장증적 반응을 의미한다고 발표하였고, 상대적으로 급성 VCM은 급성 추체외로계 증상과 만성 VCM은 지발성 운동장애와 연관되어 있다는 보고(Egan등 1996)가 있는 등 여전히 지발성 운동장애의 동물모델에 대한 논란이 남아있다. 이에 대해서는 원숭이 등의 영장류를 이용한 동물모델의 등장이 필요하리라 생각된다. 그렇지만 본 저자들의 연구결과를 놓고 볼 때 실험초기에 비해 실험 후반부로 갈수록 Ⅱ군의 VCM(＋) 백분율이 상당히 증가하는 것으로 보아 본 연구에서 보였던 VCM이 지발성 운동장애의 모델이 될 수 있다고 생각된다.
두번째는 연구방법상의 문제이다. 두 명의 검사자에 의해 VCM이 측정되었는데, 저자들은 비록 여러차례에 걸친 예비실험을 통해 검사자간의 상호신뢰도를 높이려 했지만, UV sensitive dye를 백서의 위,아래 턱에 찍고 머리를 tube의 끝 hole에 돌출시켜 UV filter가 장착된 video camera를 이용한 좀 더 객관화된 VCM 측정방법에 비해서 본 연구결과의 신뢰도가 낮을 수 있다. 그리고 환경변화 및 스트레스 등의 자극에 따른 VCM값의 오차를 줄이기 위해서 유리상자안에 백서를 옮긴후 약 3분 정도의 적응기간을 가졌는데 이 기간이 과연 백서들이 환경 및 스트레스에 적응하는데 충분한 기간이였나 하는 의문점이 있다. 또한 glutamatergic excitotoxicity 가설대로라면 실험 후반부로 갈수록 실험쥐의 선조체 변성의 가능성이 높아지리라 여겨지는데 이에 대한 조직학적 변화를 동시에 관찰하지 못한 아쉬움이 있다.
세째는 MK-801이 VCM(＋)군에 치료효과를 보였지만 MK -801 투여직후, 특히 그 용량이 0.2mg/kg와 0.3mg/kg일 때 상당한 독성작용이 있었는데 여기에는 안구 진탕, 타액 분비과다, restlessness, 운동실조, 수직적 방향으로 머리흔들기, 몸체 회전운동, 혼수, 사망 등이 있었다. 그리고 사람에게 투여시 정신증이 발생한다는 보고가 있으므로 지발성 운동장애에 대한 치료제로서 MK-801의 사용가능성을 연구하는데 있어 부작용을 최소화하면서 그 치료효과를 나타내는 적절한 농도를 알아내는 노력도 중요하리라 생각된다. 또한 본 연구에서 나타난 VCM(＋)군의 치료결과는 선조체의 가역적 변성상태와 관련이 있다는 해석이 가능한데, 앞으로 좀 더 장기간 HD를 투여해 선조체가 비가역적 변성을 보일 경우, VCM(＋)군에 대한 MK-801의 치료 효과를 알아보는 연구도 필요하리라 생각된다.
요약하면, 이러한 문제점들에도 불구하고 본 연구결과는 과도한 glutamate 수용체 자극에 의해 유도된 선조체 기능의 지속적인 변화가 백서에서 VCM의 발생에 영향을 미치고 아마도 이는 장기간 항정신병약물을 사용시 사람에게 나타날 수 있는 지발성 운동장애에도 비슷한 영향을 끼치리라는 glutamatergic excitotoxicity가설을 뒷받침 해 주는 결과라는 점에서 의의가 있다고 생각된다. 또한 이러한 결과는 인간에게 있어서 지발성 운동장애의 예방 및 그 치료에 있어서 NMDA수용체 길항제 사용의 유용성을 암시할 수 있다.
그리고 앞으로 본 연구의 문제점을 보완하기위해 좀 더 객관적인 검사방법을 이용한 VCM의 측정, 좀 더 충분한 연구기간, 그리고 조직학적 변성의 확인을 병행하는 연구 등이 뒤따랐으면 한다.
요약
백서모델에 있어서 지연성 운동장애의 예방과 치료에 대한 MK-801의 효과를 알아보기위해 HD를 장기간 투여받는 백서에 MK-801을 동시투여하여 VCM의 발생빈도를 비교하였고 VCM(＋) Ⅱ군에 MK-801을 투여한후 VCM에 대해 치료효과를 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) I군(HD＋MK-801)이 Ⅱ군(HD＋PBS)에 비해 11, 12 회 측정시 VCM이 유의하게 감소하였다.
2) VCM(＋) Ⅱ군에 MK-801을 0.1mg/kg와 0.3mg/kg로 투여했을 때, 그리고 마지막 용량 투여 14일후의 VCM이 유의하게 감소하였다.
이상의 실험결과는 VCM의 발생기전과 glutamatergic pathway 사이에 관련성이 있다는 것을 제시해주고 아울러 이러한 동물모델의 결과는 인간에게 있어서 지연성 운동장애의 예방 및 그 치료에 있어서 NMDA 수용체 길항제 사용의 유용성을 암시할 수 있다.