흰쥐 침샘의 방사선조사시 Apoptosis에 대한 Diltiazem과 Pentoxifylline의 효과

The Effects of Diltiazem and Pentoxifylline on Apoptosis of Irradiated Rat Salivary Gland

목적 : 두경부에 방사선 조사를 받는 경우 대부분의 환자에서 구강 건조증을 겪게 된다. 이와 같은 구강 건조증은 침샘 세포의 소실에 의해 침이 생성되지 않거나 적게 생성되기 때문이다. 침샘 세포가 방사선 조사에 의해 소실되는 기전은 침샘 세포의 간기사망(interphase death) 혹은 apoptosis에 의한 직접 손상에 의해 발생된다는 것이 가장 가능성 있는 기전으로 알려져 있고 apoptosis는 세포내의 칼슘농도의 증가로 인해 일어난다. 따라서 본 연구는 흰쥐 침샘의 방사선조사에서 칼슘통로 차단제인 diltiazem과 방사선의 급성반응에 작용하고세포 내 칼슘농도를 감소시킬 수 있는 pentoxifylline을 방사선조사 전에 투여하여 apoptosis 발생이 감소되는 지를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 : 체중 약 200-250g의 흰쥐 10마리를 대상으로 대조군, 방사선조사 단독군, 방사선 조사전 diltiazem 혹은 pentoxifylline을 투여군과 두 약제를 동시에 동시 투여군으로 나누었다. 방사선 조사는 침샘을 포함하는 두경부에 1600cGy를 단일 조사하고 diltiazem은 쥐의 체중 kg 당 30mg을 방사선조사 30분전, pentoxifylline은 쥐의 체중 kg 당 50mg을 방사선조사 20 분전에 복강내 투여하였다. 방사선조사 후 24시간에 쥐를 회생시켜 이하선과 악하선을 제거하여 hematoxylin-eosin 염색을 한 후 200배의 배율에서 무작위로 10-20곳을 선택하여 현미경시야당 전체 세포수(T)에 대한 apoptotic body의 수(A)의 백분율(A/TX100)을 구하여 각 군을 비교하였다. 결과 : 이하선에서 방사선단독, diltiazem, pentoxifylline 단독 투여군과 두약제의 동시 투여군에서 관찰된 apoptosis 백분율은 각각 1.72$\%$(8.35/486), 0.64$\%$(2.9/453), 0.23$\%$(1.2/516), 0.28$\%$(1.1/399)이였다. 방사선조사 단독군에 비해 약제 투여군에서 apoptotic body의 빈도는 통계적으로 의미있는 감소를 보였다(p<0.05). 악하선의 장액성 세포에서 방사선조사단독군, diltiazem, pentoxifylline 단독 투여군과 두 약제의 병합 투여군에서 관찰된 apoptosis 백분율은 각각 1.94$\%$(l1/567), 0.34$\%$(1.9/554), 0.28$\%$(1.8/637), 0.22$\%$(1.3/601)이었고 방사선조사 단독군에 비해 약제 투여군에서 apoptotic body의 빈도는 통계적으로 의미 있는 감소를 보였다(p<0.05). 점액성 세포에서 apoptosis 백분율은 각 군에서 0.92$\%$(5.1/552), 0.41$\%$(2.5/ 612), 0.29$\%$(1.3/455), 0.18$\%$(1.0/562)였다. 방사선조사 단독군에 비해 약제 투여군에서 apoptotic body의 발생 빈도는 통계적으로 의미 있는 차이를 보이지 않았다. 악하선의 장액성과 점액성 세포에서 방사선 단독 투여군의 경우 apoptotic body 발생의 백분율은 각각 1.94$\%$ (l1/567)와 0.92$\%$(5.1/552)로써 두 세포간에 apoptotic body의 발생에 통계적인 차이가 없었다. 이하선과 악하선 모두에서 약제 투여 군들간의 apoptotic body 발생은 통계적으로 의미 있는 차이가 없었고 특히 약제의 병합 투여군이 단일 약제 투여군 보다 낮은 apoptotic body 발생빈도를 보이고 있으나 통계적으로 의미 있는 차이는 없었다. 결론 :본 연구 결과로 침샘의 방사선 조사에서 장액성 세포에서 발생되는 apoptosis는 pentoxifylline 혹은 dlltiazem의 투여에 의해 효과적으로 감소되는 것이 관찰되었다. 따라서 향후 이들 약제에 의한 apoptosis의 감소가 침샘의 만성변화에도 영향을 미치는지에 대한 연구가 이루어 져야겠다.

Purpose : Xerostomia is a complication met by almost all patients who have radiotherapy for cancers of head and neck. Many studies for prevention of xerostomia will be necessary. Radiation-induced acute response of salivary glands has been defined as interphase death or apoptosis. Increased intracellular calcium level have an important role in radiation-induced apoptosis. Calcium channel blocker may prevent radiation-induced apoptosis of salivary glands. This study was designed to evaluate the effectiveness of diltiazem known as calcium channel blocker and pentoxifylline with inhibition of inflammatory response on the apoptosis as an acute response of radiation in rat salivary glands. Materials and Methods : Sprague-Dawley rats with about body weight 200-250 g were divided into 5 study groups : control, radiation alone, diltiazem with radiation, pentoxifylline with radiation, and diltiazem and pentoxifylline with radiation. The diltiazen and pentoxifylline were injected intraperitoneally 20 mg/kg and 50 mg/kg, 30 and 20 mimute before irradiation. respectively. Irradiation was given with a 4 MV linear accelerator. The 1600 cGy of radiation was delivered in a single fraction through a single anterior portal encompassing the entire neck. After 24 h of irradiation, rats were sacrificed and parotid and submandibular glands were removed and stained with hematoxylin and eosin. The quantification of apoptosis was performed by microscopic examination of stained tissue sections at a magnification of 200X and the percentage of apoptotic cell was calculated. Results : On parotid glands, the percentage of apoptosis by radiation alone, diltiazem with radiation, pentoxifylline with radiation, and diltiazem and pentoxifylline with radiation were 1.72$\%$ (8.35/486), 0.64$\%$ (2.9/453), 0.23$\%$ (1.2/516), and 0.28$\%$ (1.1/399), respectively. The apoptosis was markedly reduced in the groups receiving drugs compared with groups receivinge, radiation alone (p<0.05). In serous cell of submandibular glands, the percentages of apoptosis of radiation alone, diltiazem with radiation, pentoxifylline with radiation, and diltiazem and pentoxifylline with radiation were 1.94$\%$ (l1/567), 0.34$\%$ (1.9/554), 0.28$\%$ (1.8/637), and 0.22$\%$ (1.3/601), respectively. In the mucus cell of submandibular glands, the percentages of apoptosis were 0.92$\%$ (5.1/552), 0.41$\%$ (2.5/612), 0.29$\%$ (1.3/455), and 0.18$\%$ (1.0/562), respectively. The apoptosis was markedly reduced in the serous glands (p<0.05), but there was no difference in development of apoptosis in each group of mucus gland. Conclusion : These results suggest that radiation-induced apoptosis of serous cells of salivary glands may be decreased by diltiazem and pentoxifylline administration.