SH-SY5Y 배양 세포에서 케톤체의 신경세포 보호 기능

Abstract

알츠하이머병(Alzheimer’s disease, AD)은 뇌 안에 과량의 amyloid-β (Aβ)가 응집된 것이 특징인 퇴행성 뇌신경질환으로, 산화 스트레스(oxidative stress)나 흥분 독성(excitotoxicity) 등이 촉진되어 신경계 손상이 일어나 유발되는 것으로 알려졌다. 뇌는 굶주림(starvation) 등의 비상 상황에서 포도당(glucose) 대신 케톤체(ketone bodies)인 아세토아세트산(acetoacetate, AcAc)와 베타-하이드록시부틸산(β-hydroxybutyrate, B-HB)을 사용하여 빠르게 필요한 에너지를 생성할 수 있다. 이 연구에서는 여러 신경독성에 대해 케톤체가 신경보호 능력(neuroprotection)을 갖는지 조사하였다. 신경독성물질(neurotoxin)인 H2O2, NaN3, hypoxia, ZnCl2, kainic acid (KA), 혹은 Aβ42에 노출된 사람 신경모세포종(neuroblastoma) 유래 SH-SY5Y 세포에 AcAc나 B-HB를 처리한 후 MTS 분석, 또는 CellTiter-glo 분석으로 세포 생존율을 측정하였다. 이와 별개로, 동일한 방법으로 케톤체와 독성물질을 처리한 세포를 Hoechst 33342와 propidium iodide (PI)로 염색하여 AcAc와 B-HB의 세포보호 효과를 평가하였다. 그 결과 특정 농도 범위 내의 AcAc 또는 B-HB를 처리한 세포는 독성물질만 처리한 세포보다 생존율이 증가하였다. AcAc (25 mM)는 H2O2에 의한 세포 죽음을 효과적으로 억제하였고, NaN3에 대해선 B-HB (50 mM)가, hypoxia에 대해선 AcAc (100 mM)와 B-HB (50 mM), ZnCl2에 대해선 AcAc (4 mM), kainic acid (KA)에 대해선 AcAc (10 mM)와 B-HB (10 mM), 마지막으로 Aβ42에 대해선 AcAc (2 mM)와 B-HB (2 mM)가 세포 사멸을 억제하였다. Hoechst 33342와 PI로 염색한 결과 AcAc 또는 B-HB를 처리한 세포에서 독성물질 단독 처리군에 비해 PI로 염색된 죽은 세포가 줄어들었다. 이러한 결과는 케톤체 AcAc와 B-HB가 신경독성으로부터 세포를 보호할 수 있는 효능을 갖고 있어, 케톤체가 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌신경질환의 예방과 치료제로 개발 가능성이 있음을 의미한다.|Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease associated with the abnormal accumulation of the peptide amyloid-beta (Aβ) in the brain. The neurotoxic mechanisms of Aβ have been linked to oxidative stress or excitotoxicity in neurons, causing neuronal damage. Studies have reported that ketone bodies, used as alternative energy sources in brain, have been related to treatment of AD. Herein, we investigated the neuroprotective effects of ketone bodies, acetoacetate (AcAc) or β-hydroxybutyrate (B-HB), against the neurotoxin-induced cell death. SH-SY5Y cells were co-treated with a neurotoxin such as H2O2, NaN3, hypoxia, ZnCl2, kainic acid (KA), or Aβ42, and a ketone body, AcAc or B-HB, in comparison with the addition of sodium pyruvate (SPY). We found that either AcAc or B-HB protected the SH-SY5Y cells from the neurotoxin-induced cell death, showing the increase in the cell viability and the decrease in the number of PI-stained dead cells. These results suggest that ketone bodies may play a therapeutic role in neurological diseases such as AD.