허혈성 뇌졸중은 뇌로의 혈류가 중단되어 발생하며, 흥분독성, 산화 스트레스, 염증과 관련된 빠르고 복잡한 연쇄 반응을 촉발한다. 정맥 내 혈전용해술 및 기계적 혈전제거술을 포함한 현재의 재관류 치료는 재관류 유발 세포독성으로 인해 추가적인 뇌 손상을 초래한다. 현재까지 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 세포보호 치료제는 개발되지 않았는데, 단일 병적 기전을 표적화하는 데 따르는 한계 때문일 가능성이 있다. 이러한 충족되지 않은 임상적 필요를 해결하기 위해, 우리는 급성 허혈성 뇌졸중에서 잠재적 다중 표적 세포보호제인 합성 베르베논 유도체 SP-8356을 조사하였다. 일시적 중대뇌동맥 폐색(transient middle cerebral artery occlusion, MCAO) 쥐 모델에서 SP-8356은 용량 의존적으로 뇌 경색 및 부종의 용적을 유의하게 감소시키는 동시에 급성 신경학적 결손을 개선하였다. 또한 SP-8356은 장기 예후를 개선하였으며, 특히 사망률을 감소시킴으로써 효과를 보였다. SP-8356의 강력한 세포보호 효과는 유리 라디칼 및 전염증성 사이토카인의 과도한 생성 억제, 염증세포 침윤 감소, 혈액-뇌 장벽 투과성 증가의 완화에 의해 달성되었다. 추가 연구를 통해 SP-8356의 병용 투여가 허혈/재관류 손상을 완화함으로써 재관류 치료의 치료 시간 창을 연장할 수 있는지 여부를 규명할 필요가 있다.

급성 허혈성 뇌졸중은 전 세계적으로 이환율과 사망률의 주요 원인이다. 재조합 조직 플라스미노겐 활성화제(recombinant tissue plasminogen activator, rtPA)는 급성 허혈성 뇌졸중 환자에 대해 FDA가 임상적으로 승인한 유일한 약제이다. 그러나 rtPA의 지연된 치료(예: 뇌졸중 발병 후 3시간 초과)는 뇌내 출혈을 유발하고 신경독성을 증가시켜 허혈성 뇌 손상을 악화시킨다. 본 연구에서는 색전성 중대뇌동맥 폐색(embolic middle cerebral artery occlusion, eMCAO)을 시행한 수컷 Sprague Dawley 랫드를 대상으로 신경보호제 otaplimastat이 지연된 rtPA 치료로 유발되는 신경독성을 감소시키는지 여부를 조사하였다. Otaplimastat은 뇌 경색 크기와 부종을 감소시키고 신경행동학적 결손을 개선하였다. 특히 otaplimastat은 지연된 rtPA 치료에 의해 유발되는 뇌내 출혈성 전환과 사망률을 현저히 감소시켜, 결과적으로 rtPA의 치료 시간 창을 연장하였다. 또한 허혈에 의해 유도되는 세포외 기질 금속단백질분해효소(matrix metalloproteases, MMPs) 발현이 뇌의 출혈성 전환 및 뇌 손상과 밀접하게 상관됨을 확인하였다. 허혈 조건에서 지연된 rtPA 치료는 혈관 내피세포에서의 MMPs의 상승적(synergistic) 발현을 통해 뇌 손상을 추가로 증가시켰다. 산소-포도당 결핍(oxygen-glucose-deprived) 내피세포에서는 otaplimastat이 허혈에서 감소된 조직 억제인자(tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMP)의 수준을 회복시켜 MMPs의 단백질 발현이 아니라 활성도를 억제하였고, 그 결과 혈관 투과성을 감소시켰다. 본 논문은 임상시험 중인 otaplimastat이 단독으로도 뇌졸중을 억제할 수 있으며, 특히 rtPA와 병용 투여 시 rtPA의 치료 시간 창을 연장할 수 있는 새로운 약물임을 보여준다.

허혈성 뇌졸중은 뇌로의 혈류가 중단되어 발생하며, 흥분독성, 산화 스트레스, 염증과 관련된 빠르고 복잡한 연쇄 반응을 촉발한다. 정맥 내 혈전용해술 및 기계적 혈전제거술을 포함한 현재의 재관류 치료는 재관류 유발 세포독성으로 인해 추가적인 뇌 손상을 초래한다. 현재까지 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 세포보호 치료제는 개발되지 않았는데, 단일 병적 기전을 표적화하는 데 따르는 한계 때문일 가능성이 있다. 이러한 충족되지 않은 임상적 필요를 해결하기 위해, 우리는 급성 허혈성 뇌졸중에서 잠재적 다중 표적 세포보호제인 합성 베르베논 유도체 SP-8356을 조사하였다. 일시적 중대뇌동맥 폐색(transient middle cerebral artery occlusion, MCAO) 쥐 모델에서 SP-8356은 용량 의존적으로 뇌 경색 및 부종의 용적을 유의하게 감소시키는 동시에 급성 신경학적 결손을 개선하였다. 또한 SP-8356은 장기 예후를 개선하였으며, 특히 사망률을 감소시킴으로써 효과를 보였다. SP-8356의 강력한 세포보호 효과는 유리 라디칼 및 전염증성 사이토카인의 과도한 생성 억제, 염증세포 침윤 감소, 혈액-뇌 장벽 투과성 증가의 완화에 의해 달성되었다. 추가 연구를 통해 SP-8356의 병용 투여가 허혈/재관류 손상을 완화함으로써 재관류 치료의 치료 시간 창을 연장할 수 있는지 여부를 규명할 필요가 있다.

급성 허혈성 뇌졸중은 전 세계적으로 이환율과 사망률의 주요 원인이다. 재조합 조직 플라스미노겐 활성화제(recombinant tissue plasminogen activator, rtPA)는 급성 허혈성 뇌졸중 환자에 대해 FDA가 임상적으로 승인한 유일한 약제이다. 그러나 rtPA의 지연된 치료(예: 뇌졸중 발병 후 3시간 초과)는 뇌내 출혈을 유발하고 신경독성을 증가시켜 허혈성 뇌 손상을 악화시킨다. 본 연구에서는 색전성 중대뇌동맥 폐색(embolic middle cerebral artery occlusion, eMCAO)을 시행한 수컷 Sprague Dawley 랫드를 대상으로 신경보호제 otaplimastat이 지연된 rtPA 치료로 유발되는 신경독성을 감소시키는지 여부를 조사하였다. Otaplimastat은 뇌 경색 크기와 부종을 감소시키고 신경행동학적 결손을 개선하였다. 특히 otaplimastat은 지연된 rtPA 치료에 의해 유발되는 뇌내 출혈성 전환과 사망률을 현저히 감소시켜, 결과적으로 rtPA의 치료 시간 창을 연장하였다. 또한 허혈에 의해 유도되는 세포외 기질 금속단백질분해효소(matrix metalloproteases, MMPs) 발현이 뇌의 출혈성 전환 및 뇌 손상과 밀접하게 상관됨을 확인하였다. 허혈 조건에서 지연된 rtPA 치료는 혈관 내피세포에서의 MMPs의 상승적(synergistic) 발현을 통해 뇌 손상을 추가로 증가시켰다. 산소-포도당 결핍(oxygen-glucose-deprived) 내피세포에서는 otaplimastat이 허혈에서 감소된 조직 억제인자(tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMP)의 수준을 회복시켜 MMPs의 단백질 발현이 아니라 활성도를 억제하였고, 그 결과 혈관 투과성을 감소시켰다. 본 논문은 임상시험 중인 otaplimastat이 단독으로도 뇌졸중을 억제할 수 있으며, 특히 rtPA와 병용 투여 시 rtPA의 치료 시간 창을 연장할 수 있는 새로운 약물임을 보여준다.

1429 목적: 고중성지방혈증(hypertriglyceridemia, highTG)은 작은 치밀 LDL 입자 형성과 낮은 HDL 수준과 연관되어 있다. 오메가-3 지방산은 고혈당을 감소시키며 심근경색 후 심혈관 사건의 예방에 유익하다. 또한 경동맥 협착 환자에서 경동맥 플라크의 염증을 감소시킨다고 보고되었다. 그러나 우리는 highTG 환자에서 오메가-3 지방산에 의한 염증 감소가 국소 혈관 플라크에만 국한되는지, 아니면 망상내피계(reticuloendothelial system, RES)를 포함한 전신 조직까지 확장되는지 알지 못한다. 본 연구는 highTG 환자에서 오메가-3 지방산 투여에 의한 염증 감소가 혈관 조직에 한정되는지, 또는 RES를 포함한 전신 조직으로까지 확장되는지를 규명하고자 하였다. 방법: 전신 결합 18F-플루오로데옥시글루코스(18F-FDG) 양전자방출단층촬영/전산화단층촬영(positron emission tomography/computed tomography) 영상을 이용하여, highTG 환자(n=21, 57±12세)와 대조군(n=25, 57±8세)으로 구성된 총 46명의 대상자를 관찰하였다. 국소 혈관 플라크 염증과 전신 염증성 RES 활성화를 비교하기 위해, 우측 경동맥, 상행 및 하행 대동맥과 같은 혈관 조직과 간, 비장, 골수, 폐 및 내장지방과 같은 RES 시스템에서 각 영역의 최대 표준섭취값(max SUV)을 계산하였다. 또한 동일 부위에서 오메가-3 지방산 1.5 g을 6개월 동안 투여한 후 반복하여 max SUV를 측정하였다. 결과: highTG 환자의 경동맥 및 상행·하행 대동맥에서의 SUV는 대조군보다 유의하게 높았다. highTG 환자의 간, 비장, 골수, 폐 및 내장지방에서의 SUV는 대조군보다 유의하게 높았으나, 피하 지방의 SUV는 군 간에 유의한 차이가 없었다. 혈관 조직 및 RES 시스템의 SUV와 내장지방 조직의 SUV는 유의하게 상관관계를 보였다(rho=0.62, p<0.001). 그러나 혈관 조직 또는 RES SUV는 피하 지방 SUV와는 연관이 없었다. 오메가-3 지방산을 6개월 투여한 결과, 혈관 플라크의 max SUV에 대한 % 감소 및 RES 시스템의 max SUV에 대한 % 감소가 모두 감소하였다[% 감소 of max SUV = (기저 max SUV - 투여 후 max SUV) / 기저 max SUV × 100]. 구체적으로 혈관 플라크에서는 경동맥 24.9%(p<0.005), 상행 대동맥 18.67%(p<0.001), 하행 대동맥 20.13%(p<0.001)로 감소하였고, RES 시스템에서는 간 34.8%(p<0.001), 비장 29.88%(p<0.001), 골수 10.14%(p<0.001), 폐 3.48%(p<0.001), 내장지방 5.38%(p<0.001)로 각각 감소하였다. 결론: 이러한 결과는 오메가-3 지방산의 투여가 국소 혈관 조직에만 국한되어 염증을 감소시키는 것이 아니라, hyper TGS 환자에서 전신적으로 염증성 장기 전반에 걸쳐 염증을 감소시킨다는 점을 시사한다.

최근 우리는 다중 표적 지향 신경보호제 SP-8203를 확인하였으며, 현재 1상 임상시험을 진행 중이다. 여기서는 SP-8203의 전임상 및 임상 독성/안전성 프로파일과 약동학적 특성을 보고한다. Sprague Dawley 랫드, Beagle 개, Cynomolgus 원숭이를 대상으로 단회 투여 및 28일 반복 투여 독성시험을 Chemon(한국), MPI Research(미국), Toxikon(미국)에서 수행하였고, 1상 임상시험은 ASAN 의료센터(한국)에서 실시하였다. 유전독성은 세균을 이용한 역변이 시험(AMES test), Chinese hamster ovary 및 폐 세포를 이용한 염색체 이상시험, 그리고 랫드 골수의 소핵시험으로 평가하였다. 안전성 약리시험은 수컷 랫드에서 급성 신경행동 독성 및 폐 기능을, 수컷 Cynomolgus 원숭이에서는 심혈관 독성을 평가하였다. 단회 정맥 투여 후 SP-8203의 최소치사량은 60 mg/kg, 치사량(LD50)은 랫드에서 83.3 mg/kg으로 추정되었다. 정맥 느린 볼러스(5분) 주사로 투여했을 때, 4주 반복 투여의 무유해관찰수준(No-Observable-Adverse-Effect-Level, NOAEL)은 랫드에서 20 mg/kg/day, 원숭이에서 12 mg/kg/day였다. 그러나 30분 정맥 주입으로 투여했을 경우, 랫드에서 NOAEL은 80 mg/kg/day 이상으로 증가하였다. SP-8203는 어떠한 유전독성도 나타내지 않았다. 안전성 약리시험 결과, 신경행동 독성, 폐 기능, 심혈관계 영향의 NOAEL은 각각 30 mg/kg, 30 mg/kg, 10 mg/kg이었다. 1상 임상시험에서의 단회 가속 투여 연구에서는 건강한 피험자에서 최대 240 mg까지 독성 반응이 관찰되지 않았다. 사람과 랫드에서 정맥 투여 후 평가한 SP-8203의 약동학은 AUC와 반감기가 용량 의존적으로 증가함을 보여주었으며, 따라서 용량 정규화 AUC와 반감기는 용량이 증가할수록 유의하게 상승하였다. 그러나 비선형 PK 특성은 사람과 랫드에서 안전 범위 내였다. 종합하면, 일련의 독성/안전성 평가는 SP-8203가 사람에서 뇌 허혈성 뇌졸중 치료에 사용될 용량에서 매우 안전하고 비(非)독성임을 시사한다.

뇌 허혈에서는 흥분독성, 산화 스트레스 및 염증 반응을 포함한 다양한 기전으로 뉴런과 교세포가 손상된다. 따라서 여러 세포독성 경로의 약리학적 차단은 허혈성 손상 치료를 위한 전략이 될 수 있다. 우리는 최근 새로운 다중 효능 신경보호제 SP-8203를 확인하였다. 쥐의 일시적 중대뇌동맥 폐색(transient middle cerebral artery occlusion, MCAO) 모델에서 SP-8203의 약리학적 효능과 작용 기전을 평가하였다. 허혈 후 처치(정맥 투여, i.v.)로 투여한 SP-8203는 0.03~10 mg/kg의 용량 의존적 방식으로, 그리고 임상적으로 관련 있는 치료 시간 창(허혈 발생 후 최대 12 h) 내에서 뇌 허혈성 손상을 감소시켰다. 영구적 MCAO를 유발한 비글견에서도 유사한 효능이 관찰되었다. SP-8203는 흥분독성은 개선하지 못하였으나, Mn-SOD 및 Cu/Zn-SOD를 포함한 항산화 효소의 상향 조절을 통해 허혈에 의해 유발된 산화 스트레스를 현저히 감소시켰으며, 이는 카탈라아제와 글루타티온 환원효소에는 해당되지 않았다. 또한 SP-8203는 ED-1 면역양성 단구와 MPO 양성 호중구의 허혈성 뇌 병변으로의 침윤을 쥐에서 감소시켰다. 더 나아가 SP-8203는 염증성 사이토카인/케모카인(예: IL-1beta, TNF-alpha, MCP-1)의 방출을 유의하게 감소시켰고, iNOS의 발현과 그에 따른 니트로티로신 형성도 감소시켰다. 색전성 쥐 모델에서 초기(3 h) tPA 혈전용해는 관류를 회복시키고 경색을 감소시켰다. 그러나 6 h의 지연된 tPA는 경색을 감소시키지 못했으며, 오히려 뇌내 출혈과 사망률을 증가시켰다. 흥미롭게도, 지연(6 h) tPA 주입 1.5 h 전 SP-8203를 투여하면 tPA에 의해 유발된 뇌 출혈과 사망률이 현저히 감소하였다. MMP의 혈중 농도는 출혈과 사망률의 변화와 유의한 상관관계를 보였다. 종합하면, SP-8203는 뇌 허혈에서 항산화 효소의 상향 조절, 염증 세포 모집의 감소, 항염증성 사이토카인/케모카인 및 MMP 발현의 억제를 포함하는 다중 신경보호 활성을 가진다. 이러한 다중 신경보호 기전 덕분에 SP-8203는 특히 치료 시간 창을 확장함으로써 tPA와 병용 시 뇌졸중 치료를 위한 유망한 약물 후보가 될 수 있다.

N-메틸-D-아스파트산(N-methyl-D-aspartate, NMDA) 수용체 매개 흥분독성(excitotoxicity)은 뇌의 허혈성 손상 동안 신경세포 사멸(neuronal cell death)의 주요 원인 중 하나이다. 이전에 우리는 지질 막 과산화(lipid membrane peroxidation)의 최종 생성물인 4-하이드록시-2E-노넨알(4-hydroxy-2E-nonenal, HNE)이 NMDA 수용체 매개 흥분독성을 상승적으로(synergistically) 증가시킨다는 사실을 보고한 바 있다(J Neurochem., 2006). 본 연구에서는 HNE와 NMDA를 함께 처리(co-treatment)함으로써 유발되는 상승적(synergistic) 신경세포 사멸에 관여하는 기전을 조사하였다. 비록 HNE(1 µM)나 NMDA(2 µM) 어느 것도 단독으로는 대뇌피질(cortical) 뉴런의 사멸을 유발하지는 않았지만, 뉴런 세포에 HNE와 NMDA를 동시에 처리하였을 때는 두 물질이 상승적으로 세포 사멸을 유발하였다. 그러나 뉴런 사멸에 대한 상승 효과는 칼슘의 존재 하에서만 관찰되었다. HNE는 세포질 내 칼슘 수준([Ca(2+)]i)을 증가시키지 않았고, NMDA 유도 세포 내 칼슘 유입을 변화시키지 않았다. 반면에 HNE와 NMDA는 함께 미토콘드리아의 칼슘 수준을 증가시키고 미토콘드리아 막횡단 전위(mitochondrial transmembrane potential)를 탈분극(depolarize)시켰다. 또한 HNE는 세포질 칼슘 수준 200 nM에서(이는 2 µM NMDA에 의해 최대 유도되는 수준) 분리된 미토콘드리아에 손상을 유발하였다. 일관되게, HNE와 NMDA를 함께 처리한 경우 뉴런에서 ATP가 고갈(depleted)되었다. 미토콘드리아 투과성 전이 포어(permeability transition pore) 개방을 강력하게 억제하는 사이클로피록스(ciclopirox)(Br. J. Pharmacol., 2005)는 미토콘드리아의 상승적 손상 및 대뇌피질 뉴런의 사멸을 크게 방지하였다. 따라서 HNE와 NMDA의 낮은 농도는 단독으로는 뉴런 사멸을 유발할 수 없으나, 미토콘드리아 기능장애(mitochondrial dysfunction)를 상승적으로 가속하여 뉴런 사멸을 유발할 수 있다.