본 과제는 궐련형 전자담배의 의존성을 정량·정성으로 평가하고 기전을 규명하는 연구임. 일반궐련담배(표준담배(3R4F))와 비교하여 대뇌 보상계와 동물 행동 변화를 확인함. 연구목표는 궐련형 전자담배 제품 시료 표준화 후 보상계 내 신경화학물질 분비변화 측정과 동물 행동모델 기반 의존성 평가를 수행하는 데 있음. 1차년도는 궐련형 전자담배 배출물 추출법 확립, 실시간 도파민 분비·실시간 뇌 온도·글루타메이트 분비·BDNF 발현 및 분비 분석 수행, 2차년도는 설치류 조건장소선호도시험(dose-response), 자가투여시험(acquisition/reinstatement), 행동민감화, 동물초음파(50 kHz·22 kHz) 평가로 의존성 근거자료 확보함. 기대효과는 신규 의존성 평가 기술과 SOP 확립, 의존성 평가 가이드라인(안) 마련 및 담배 안전 통합 관리 체계 구축 기반 제공임.

▣1차년도: 대뇌 보상계 뉴런에서 칼슘의존성 인산화효소인 ERK와 mGluR5 상호작용에 의한 BDNF 발현과 분비의 조절에 대한 기전을 규명한다. ◦실험 1. 니코틴 재투여 후 선조체 뉴런에서 분리한 시냅토좀에서 BDNF 분비의 변화를 확인한다. ◦실험 2. 니코틴 재투여 후 선조체 뉴런에서 ERK에 의한 mGluR5의 인산화와 신호전달계를 확인한다. ◦실험 3. ERK에 의한 mGluR5의 활성과 BDNF 발현과 분비의 변화를 확인한다. ▣ 2차년도: 뉴런과 상호작용하는 성상세포에서 ERK-mGluR5 상호작용에 의한 BDNF의 발현과 분비 조절 기전을 규명하고 뉴런과의 관련성을 조명한다. ◦실험 1. 성상세포에서 글루타메이트에 의한 BDNF 발현과 분비의 변화를 확인한다. ◦실험 2. 성상세포에서 mGluR5의 활성에 의한 BDNF의 발현과 분비의 변화를 확인한다. ◦실험 3. 성상세포에서 ERK에 의한 mGluR5의 인산화와 신호전달계를 확인한다. ◦실험 4. 성상세포에서 ERK-mGluR5 상호작용에 의한 BDNF 발현과 분비를 확인한다. ▣ 3차년도: 1, 2차년도 연구를 통해 선조체 뉴런과 글리아에서 니코틴 재투여에 의한 ERK-mGluR5의 상호작용이 BDNF의 발현과 분비를 조절하는 기전을 규명하였다면 3차년도 연구에서는 이들의 상호작용이 의존성 형성과 의존성 감정상태를 조절하는지를 최종적으로 확인한다. ◦실험 1. 니코틴 재발 모델에서 BDNF가 의존성 형성에 미치는 영향을 확인한다. ◦실험 2. 니코틴 재발 모델에서 BDNF가 의존성 감정상태에 미치는 영향을 확인한다.

▣ 1차년도: 성상세포에서 BDNF 발현 및 분비의 변화가 mGluRs 활성과 관련이 있는지를 뇌 보상계에서 니코틴 노출시기에 따른 이들의 관련성을 다음과 같은 실험을 통해 규명하고자 한다. ‧실험 1. 동물모델에서 니코틴 투여에 의한 의존성이 형성되는지 보행성 활동량 및 상동성을 측정하여 확인한다. ‧실험 2. 전기화학적으로 글루타메이트를 감지하는 바이오센서(biosensor)을 이용하여 뇌 보상계에서 니코틴 노출시기에 따른 글루타메이트의 분비를 실시간으로 측정하여 글루타메이트의 양적 변화가 니코틴 의존성의 형성에 관련이 있음을 규명한다. ‧실험 3. 행동과학, 전기화학적인 방법으로 도출된 결과(청소년기 니코틴 의존성 형성과 선조체 내 글루타메이트의 양적 변화)를 바탕으로 이들이 보상계 내 BDNF 발현 및 분비에 미치는 영향을 규명한다. ‧실험 4. 세포수준의 연구를 위해 성상세포 배양시스템을 구축하여 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트에 의한 BDNF 발현 및 분비의 변화를 확인한다. ‧실험 5, 6. 성상세포 배양시스템을 이용하여 검증가능한 실험방법을 구축한다. ▣ 2차년도: 1차년도에서 구축한 성상세포 배양시스템 및 실험방법들을 이용하여 1) 성상세포에서 BDNF 발현 및 분비의 변화가 mGluRs 활성과 관련이 있는지를 규명한다. 2) 뇌 보상계 성상세포의 BDNF 분비에 대한 mGluRs의 역할을 의존성 행동실험인 조건장소선호도실험(conditioned place preference), 동물초음파측정실험(ultrasonic vocalization)을 통하여 청소년기 니코틴 의존성에 관여하는 mGluRs-BDNF의 기능을 최종적으로 확인한다. ‧실험 1-4. 약물학적으로 성상세포배양 시스템에서 group I 및 group II/III mGluRs에 의하여 조절되는 BDNF의 발현 및 분비 메커니즘을 규명한다. ‧실험 5. 실험 1-4에서 mGluRs 활성이 BDNF 분비에 관여한다면 이것은 뇌 보상계의 시냅스 가소성의 변화에 의해 니코틴 의존성이 형성되었다고 볼 수 있기 때문에 본 연구에서는 뇌 보상계 시냅스 가소성의 변화를 matrix metalloproteinase-2/9(MMP-2/9) 활성 정도를 통해서 확인한다. ‧실험 6. 니코틴 재발 모델에서 BDNF 수용체의 기능을 차단한 후 니코틴 ‘의존성 형성’ 정도를 조건장소선호도실험을 통해 확인한다. ‧실험 7. 니코틴 재발 모델에서 BDNF 수용체의 기능을 차단한 후 니코틴 ‘의존성 감정상태’를 동물초음파실험을 통해 확인한다.

본 과제는 담배 제품 성분이 사람에게서 의존성을 유발하는지 그 정도를 과학적으로 평가함으로써 담배규제정책과 안전관리를 위한 근거를 마련하는 연구임. FCTC 제9조·제10조 이행과 국민 건강 기여를 목표로 함. 연구목표는 담배 의존성 평가의 과학적 지표와 시험법 구축에 있음. 연구내용은 JNK에 의한 mGluRs(metabotropic glutamate receptors) 인산화를 세포수준·In vitro 스크리닝·In vivo 바이오센싱(real-time microbiosensing: 도파민 및 글루타메이트)·보행성활동량·조건장소선호도·자가투여·뇌 영역 국소투여·인지·정서행동(elevated plus maze)으로 검증하며 성별·나이 요인과 JNK 인과관계(phosphomimetic mutation) 분석을 수행함. 기대효과는 국가 담배규제 감시·감독 근거자료 구축, 금연 방법 기초자료 제공, 정책 활용성 제고 및 SCI 논문 게재임.