Function of the Neuronal $M_2$ Muscarinic Receptor in Asthmatic Patients

천식 환자에서 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능에 관한 연구

Background : The dominant innervation of airway smooth muscle is parasympathetic fibers which are carried in the vagus nerve. Activation of these cholinergic nerves releases acetylcholine which binds to $M_3$ muscarinic receptors on the smooth muscle causing bronchocontraction. Acetylcholine also feeds back onto neuronal $M_2$ muscarinic receptors located on the postganglionic cholinergic nerves. Stimulation of these receptors further inhibits acetylcholine release, so these $M_2$, muscarinic receptors act as autoreceptors. Loss of function of these $M_2$ receptors, as it occurs in animal models of hyperresponsiveness, leads to an increase in vagally mediated hyperresponsiveness. However, there are limited data pertaining to whether there are dysfunctions of these receptors in patients with asthma. The aim of this study is to determine whether there are dysfunction of $M_2$ muscarinic receptors in asthmatic patients and difference of function of these receptors according to severity of asthma. Method : We studied twenty-seven patients with asthma who were registered at Pulmonology Division of Korea University Hospital. They all met asthma criteria of ATS. Of these patients, eleven patients were categorized as having mild asthma, eight patients moderate asthma and eight patients severe asthma according to severity by NAEPP Expert Panel Report 2(1997). All subjects were free of recent upper respiratory tract infection within 2 weeks and showed positive methacholine challenge test ($PC_{20}$<16mg/ml). Methacholine provocation tests were performed twice on separate days allowing for an interval of one week. In the second test, pretreatment with the $M_2$ muscarinic receptor agonist pilocarpine($180{\mu}g$) through inhalation was performed be fore the routine procedures. Results : Eleven subjects with mild asthma and eight subjects with moderate asthma showed significant increase of $PC_{20}$ from 5.30$\pm$5.23mg/ml(mean$\pm$SD) to 20.82$\pm$22.56mg/ml(p=0.004) and from 2.79$\pm$1.51mg/ml to 4.67$\pm$3.53mg/ml(p=0.012) after pilocarpine inhalation, respectively. However, in the eight subjects with severe asthma significant increase of $PC_{20}$ from l.76$\pm$1.50mg/ml to 3.18$\pm$4.03mg/ml(p=0.161) after pilocarpine inhalation was not found. Conclusion : In subjects with mild and moderate asthma, function of $M_2$ muscarinic receptors was normal, but there was a dysfunction of these receptors in subjects with severe asthma. ηlese results suggest that function of $M_2$ muscarinic receptors is different according to severity of asthma.

연구배경 : 부교감 신경의 자극에 의해 유발된 기관지 수축은 $M_2$ 무스카린성 수용체(muscarinic receptors)에 의해 억제된다. 기관지 과민성을 유발시킨 동물 모델에서는 아세틸콜린 분비를 억제하는 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능이 손상되어 아세틸콜린의 분비가 증가되고, 이로 인해 기관지 과민성을 나타낸다. 본 연구에서는 경증, 중등증, 중증 천식 환자를 대상으로 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능 이상이 있는지 여부와 천식의 중증도에 따라 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능에 차이가 있는지를 알아보고자 연구를 시행하였다. 대상 및 방법 : 고려대학교 안암병원 내과에서 천식으로 진단 받은 27명을 대상으로 하였다. 이 중 경증 천식이 11명, 중등증 천식이 8명, 중증 천식 8명이었다. 천식 발작이 있거나, 2주 이내에 상기도 감염이 있는 환자, 메타콜린 유발 검사에서 음성($PC_{20}{\geq}$16mg/ml)인 환자는 제외하였다. 대상 환자들은 메타콜린 유발 검사를 시행하여 $PC_{20}$을 구하고, 1주일 후에 $M_2$ 무스카린성 수용체 촉진제(agonist) 인 필로카핀(pilocarpine) $180{\mu}g$을 흡입한 후 1차 때와 같은 방법으로 $PC_{20}$을 구해 두 값을 비교하였다. 결과 : 대상 환자의 평균 연령은 39.3$\pm$12.3세였다. 천식의 중증도에 따라 결과를 분석해 보면 경증 천식 환자는 필로카핀 흡입 전 $PC_{20}$은 5.30$\pm$5.23mg/ml(평균$\pm$표준편차)에서 필로카핀 흡입 후 20.82$\pm$22.56mg/ml이었으며(p=0.004), 중등증 천식 환자는 필로카핀 흡입 전 $PC_{20}$은 2.79$\pm$1.51mg/ml에서 필로카핀 흡입 후 4.67$\pm$3.53mg/ml(p=0.012)로 유의하게 증가하였다. 이는 필로카핀에 대한 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능이 정상임을 말해준다. 그러나 중증 천식 환자는 필로카핀 흡입 전 $PC_{20}$은 1.76$\pm$1.50mg/ml에서 필로카핀 흡입 후 3.18$\pm$4.03mg/ml(p=0.161)로 필로카핀 흡입 후에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 이는 중증 천식에서는$M_2$ 무스카린성 수용체 기능 이상이 있음을 말해준다. 결론 : 경증, 중등증, 중증을 대상으로 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능을 조사해본 결과 경증과 중등증 천식에서는 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능 이상이 없었고, 중증 천식에서는 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능 이상이 있었다. 이는 천식의 중증도에 따라 $M_2$ 무스카린성 수용체 기능에 차이가 있음을 말해준다.