체내 Zinc 농도에는 영향주지 않으며 세균성장 억제
만성 전립선염은 남성에서 재발성 요로 감염의 가장 흔한 원인이며, 모든 남성의 반수이상이 일생동안 한번 정도는 전립선염의 증상을 경험하는 것으로 알려져 있다.
만성 전립선염의 원인과 병인은 다양하며 전립선염을 치료하기 위한 노력은 계속되고 있다.
치료에 대한 다양한 임상적 반응들은 대부분의 항생제가 전립선액으로의 침투가 용이하지 않음으로 인해 나타난다.
Grant 등의 연구이래로, 전립선내 약물 주입에 대한 많은 연구들이 만성 전립선염의 치료를 개선시키기 위해 시도되어 왔다.
최근에 Yamamoto 등과 Bahk 등은 효과적인 치료법으로 증명된 항생제의 전립선내 직접주입으로 전립선내 항생제를 고농도로 유지시키는 방법에 대해 보고하였다.
직접적인 연관성은 밝혀지지 않았지만, 많은 연구자들은 만성 전립선염이 항균 인자인zinc의 감소와 연관이 있다는 사실을 발견하였다. Fair 등은 경구로 zinc를 투여하여 만성 전립선염을 치료하려 하였다.
그러나 혈청 zinc 농도는 상승했지만, 전립선액에서 감소된 zinc 농도는 경구 투여로는 정상 수준으로 회복되지 않았다.
저자들은 만성 전립선염의 치료를 위한 전립선내 zinc 주입의 효과를 알아보기 위해 만성 전립선염 백서 모델을 사용하여 전립선내 zinc 주입 요법을 연구하였으며, 전립선내에 두 가지 형태의 zinc 주입 후 혈청과 전립선 조직에서 zinc의 농도를 평가하여 zinc의 전립선내 주입을 통해 새롭고 효과적인 만성 세균성 전립선염의 치료 방법을 알아보고자 하였다.
재료 및 방법
1. 재료
실험동물은 12~16주 연령으로 구성된 체중 250~300g의 Wistar 수컷 흰쥐 (Changteal farms, Sungnam, Korea)로, 총 90마리를 실험에 사용하였으며, 정상 대조군, zinc liposome 투여군 (ZL), zinc solution 투여군 (ZS) 등의 총 3군으로 분류하였다.
2. 만성 세균성 전립선염 모델
백서를 이용한 만성 세균성 전립선염 모델은 Nickel 등이 발표한 방법을 따랐다.
전립선염의 병원균으로 알려진 Escherichia coli Z17(O2: K1; H썜) strain10은 -70℃에서 액화 질소에 보관되었으며 실험동물에 주입하기 전에 37℃ shaker의 tryptic soy brot (TSB)에서 하루 밤 동안 배양되었다.
세포들은 3번 세척한 후 108cell/mL이 되도록 TSB에서 재배양되었다.
실험동물을 ether로 마취시킨 후 살균한 polyethylene tube(구경 0.9mm, 길이 2.5cm)를 요도에 삽입한 후, 인슐린 주사기를 이용하여 전립선 요도로 Escherichia coli Z17(O2: K1; H썜) 현탁액 (108cfu/mL) 0.2mL를 주입하였다.
3. 약물
zinc는 zinc sulfate를 이용하였고 zinc를 주입하기 위한 방법으로 liposome과 solution이 이용되었다.
zinc liposome은 liposome으로 zinc sulfate에 막을 형성한 후 이 혼합체에 phosphate buffered saline(PBS)을 첨가하여 혼합체를 중화시켜 zinc liposome의 농도와 pH가 각각 0.04M, 7.0이 되도록 하였다.
Zinc solution은 zinc sulfate를 PBS로 중화시켜 농도와 pH가 각각 0.04M, 7.0이 되도록 하였다.
4. 전립선내 zinc 주입
전립선내 세균 주입 후 4주째에 실험동물을 ketamine(50mg/kg)과 xylazine(12mg/kg) 근육주사로 마취시킨 후, 앙와위에서 복부정중절개하여 수술 시야에서 전립선 전엽을 노출시킨 후 미생물학적 확인을 위해 전립선 생검을 시행하였다.
생검된 조직은 멸균된 glass tissue grinder에서 PBS와 함께 분쇄하여 McConkey agar에 배양 후 세균성 전립선염을 확인하였다. 전립선내 주입은 1ml/100U 인슐린 주사기를 이용하여 30-gauge/8mm 바늘 (Becton Dickinson, NJ, USA)을 통해 이루어졌다.
zinc liposome과 zinc solution은 실험군에 투여되었고, PBS는 대조군에 투여되었으며, 전립선 전엽과 후측엽에 각각 동량이 투여되었다. 주입이 끝난 후 수술창을 봉합하였다.
5. 조직과 표본의 수집
전립선내에 zinc를 주입한 날을 0주로 정의하였고, 실험동물은 전립선내 약물 주입 후4, 6, 8주에 희생되었으며, 희생시 대동맥에서 혈액을 채취하여 원심 분리한 후 zinc 농도를 측정하기 위해 냉동 보관하였다.
전립선은 적출하여 전엽과 후측엽을 분리하였으며, 전립선막을 완전히 제거하여 전립선만 획득하였다.
6. 미생물학적 검사
각 군에서 적출된 전립선 전엽의 반은 무게를 잰 후 10mL PBS에서 15분간 초음파 처리하였으며, 처리된 조직은 정량적으로 배양되었다.
각 표본에서 세균 cfu의 평가는 전립선의 gram당 최소 20cfu가 발견되도록 하였다.
이 방법으로 균주가 발견되지 않으면 표본은 무균 상태인 것으로 간주되었다. 결과는 전립선의 그람당 cfu의 평균 log ±표준 오차로 표현되었다.
7. 병리조직학적 검사
각 군에서 전엽과 후측엽에서 무작위로 표본을 축출하여 10% 중성 포르말린에서 고정시킨 후 파라핀에 포매하여 절편을 얻은 후 hematoxylin-eosin 염색하여 광학 현미경을 사용하여 관찰하였다.
8. Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)
혈청, 전엽과 후측엽의 남아있는 조직 표본들은 냉동 보관되었다.
혈청과 전립선내 zinc 농도는 213.856nm에서 ICP-AES (JY 138 Ultrace; Jobin Yvon, Instruments S. A. Inc., Edison, NJ, USA)에 의해 측정되었으며, 결과는 평균권±평균 오차로 표현되었다.
혈청과 전립선내 zinc 농도의 정상 참고치를 얻기 위해 세균성 전립선염이 없는 같은 연령의 10마리의 정상 흰쥐가 사용되었다.
9. 통계적 분석
감염 비율의 통계학적 비교는 χ² test와 Fisher"s exact test를 이용하여 분석되었다.
세균수는 student"s t test와 Mann-whitney U test를 이용한 ICP-AES 값을 이용하여 비교되었다.
양측 검정을 통하여 p값이 0.05 이하일 때 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 하였다.
결 과
1. 만성 세균성 전립선염 모델
만성 세균성 전립선염 모델의 확인을 위한 미생물학적 검사에서 실험동물의 86.7%(78/90)가 양성 소견을 보여 만성 전립선염으로 확인되었다.
패혈증으로 사망하거나 미생물학적 검사에서 음성 소견을 보인 12마리의 흰쥐는 연구에서 제외되었다.
세균성 전립선염으로 확인된 실험동물의 전립선으로부터 검출된 E. coli의 수는 7.232±0.878log₁쐛cfu/mL였다. 육안으로 관찰하였을 때 감염된 전립선의 전엽은 만성 염증으로 인해 노랗게 변색되었고, 위축되어 있었다.
2. 미생물학적 결과
78마리의 흰쥐에서 전립선내 zinc 주입 후 미생물학적 평가가 가능하였다(대조군 25, ZL 투여군 26, ZS 투여군 27마리). zinc 주입 후 4, 6, 8주에 확인된 ZL 투여군과 ZS 투여군의 감염 비율은 대조군에 비해 통계학적으로 유의하게 낮게 나타났으나(p<0.05), ZL 투여군과 ZS 투여군간의 감염 비율은 유의한 차이가 나타나지 않았다.
또한 zinc로 치료된 흰쥐들의 전립선에서 발견된 세균수는 대조군에 비해 4, 6주에는 차이가 없었지만 8주에는 통계적으로 유의하게 낮게 나타났다(p<0.05). zinc liposome과 zinc solution의 치료 효과는 유사한 것으로 나타났다 (p>0.05).
3. 병리조직학적 결과
대조군의 감염된 전립선에서는 선소포와 간질 조직에 임파구의 상당한 침윤이 관찰되었다.
zinc로 치료된 군에서는 선조직과 선주위조직에 염증세포의 침윤이 감소되어 나타났으며, 선소포들은 크기가 회복되었고, 임파구가 거의 관찰되지 않았으며, 간질 조직은 경한 섬유화를 보였고, 대조군과 비교해 볼 때 상대적으로 정상 모양을 나타내고 있었다.
4. 혈청과 전립선내의 zinc 농도
혈청과 전립선내의 zinc 농도는 전립선내 zinc 주입으로 치료 후 ICP-AES에 의해 측정되었다. 10마리 정상 쥐의 혈청 zinc 농도는 1.309±0.029μg/mL로 나타났다.
전립선내 zinc 주입군은 대조군과 비교할 때 혈청 zinc 농도에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다(p<0.05).
10마리 정상 쥐의 전립선내 zinc 농도는 후측엽과 전엽에서 무게 당 각각 215.21+34.77μg/g과 18.12±4.14μg/g으로 나타났다.
전립선내 zinc 주입 군은 주입 후 4, 6주에 대조군과 비교할 때 전엽과 후측엽 모두에서 전립선내 zinc 농도가 통계적으로 유의하게 증가되어 나타났다(p<0.05).
전립선내 zinc 농도의 최대 증가는 양엽에서 전립선내 zinc 주입 후 4주째에 관찰되었다.
8주째에는 ZL 투여군과 ZS 투여군의 전립선내 zinc 농도가 양엽에서 대조군에 비해 높게 나타났으나, 전엽에서의 차이는 통계적으로 유의하지 않았다 (p>0.05).
두 형태의 zinc 주입 후 전엽과 후측엽에서의 전립선내 zinc 농도는 유사한 것으로 나타났다.
고 찰
만성 전립선염은 흔한 질환이며, 효과적인 치료를 위한 노력들이 계속되고 있다.
만성 전립선염의 임상 증상은 비특이적이며, 그 원인과 병인은 다양하고 정확한 진단이 어려우며 치료 후 재발이 흔하다.
세균성 전립선염은 하부 요로로부터의 상행성 감염이 원인이 되어 발생하기 때문에, 저자들은 만성 세균성 전립선염의 백서 모델을 사용할 수 있었다. 이러한 백서 모델은사람의 만성 세균성 전립선염의 발생, 진행과 상당히 유사하기 때문에 질병의 자연경과에 관한 여러 가지 암시를 준다.
저자들의 모델에 의하면 세균은 전립선관을 통한 역행성 주입에 의해 전립선으로 침투하여 급성 또는 아급성의 전립선염을 유발하며, 이 단계에서 숙주방어기전에 의해 세균이 박멸되지 않으면, 만성 전립선염으로 진행하게 되는데 본 연구에서는 실험동물의 13%에서 E. coli 주입 후 4주 후에 세균 감염이 자연 치유되었으며, 만성 전립선염으로 진행되지 않았다.
만성 전립선염은 blood-prostate barrier로 인해 전립선으로의 약물 투과가 용이하지 않기 때문에 치료가 어렵다.
단지, 분자량이 작고 이온화되지 않는 지용성의 약물만이 상피 세포막을 통해 투과될 수 있다.
blood-prostate barrier를 극복하고 전립선 실질과 전립선 관내의 항균을 위한 zinc 농도를 유지하기 위해 항균제의 전립선내 직접 주사가 시도되어 왔다.
전립선 조직내 고농도의 zinc는 세균 침투와 그로 인해 일어나는 요로 감염에 대한 방어 기전으로 작용하는 것으로 알려져 있다.
전립선액의 일반적인 항균 성상은 개에서 처음으로 알려졌으며, 전립선액의 살균 성상을 갖고 있는 prostatic antibacterial factor(PAF)가 사람의 전립선 분비물에서 존재하는 것으로 알려져 있다. PAF의 항균 작용은 zinc 의존성 물질에 의한 것으로 알려져있으므로 Parrish 등은 PAF가 실질적인 free zinc라고 주장하였다.
또한 zinc는 그람음성균에 대한 살균 작용뿐만 아니라 viruses, yeasts, protozoa, Chlamydia trachomatis의 성장을 억제한다는 보고도 있다.
이전의 연구들에 의하면, zinc의 농도는 만성 전립선염 환자의 전립선액에서 감소되어있는 것으로 알려져 있다.
따라서 만성 전립선염 환자들은 상대적으로 낮은 PAF 작용을 갖고 있는 전립선액을 분비하며, 이로 인해 감염의 재발이 잦게 된다. 이러한 관점에서 볼 때 전립선에서의 zinc의 이용은 전립선염을 치료하고 예방할 수 있는 가능한 방법이 된다.
저자들의 연구에 의하면, 전립선내 zinc 주사 후 전립선 조직내에서 세균수가 통계적으로 유의하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 현상은 전립선에서 zinc가 전립선내 세균 성장을 억제한다는 이전의 임상적 관찰들을 입증하는 것이다.
따라서 저자들의 연구는 전립선내 zinc 요법을 실험적으로 뒷받침한다.
저자들은 전립선이 지방에 친화성이 있다는 사실에 착안하여 zinc liposme과 zinc solution의 치료 효과의 차이점을 분석하였다.
이 두 형태의 zinc는 항균 효과와 약리 작용에서 구별될 수 없었다.
정확한 기전은 확실하지 않으나, 전립선내로 직접 주입된 zinc는 경구 투여된 zinc와는 약리 작용이 다른 것으로 보인다.
그러므로 전립선내 zinc의 직접 주입은 경구 투여에 의한 치료의 한계를 극복할 수 있는 방법이다.
Fahim 등은 zinc의 전립선내 주입이 정자 생성에 영향을 미치지 않는다고 하였다.
실제로 zinc의 전립선내 주입은 전립선의 감염을 감소시키고 만성 전립선염이 있는 불임의 남성에서 정자 운동성을 증가시킨다.
저자들은 만성 전립선염이 있는 흰쥐에서 전립선내 zinc 주입 후 염증이 있는 전립선이 정상으로 회복되는 것을 병리조직학적으로 확인하였다.
전립선내 약물 주입후의 합병증을 예방하기 위해서는 주사 횟수를 최소화시켜야 한다.
이전의 연구들에 의하면 효과적인 약물 농도를 유지하기 위해서는 수 차례의 전립선내 약물 주사가 필요한 것으로 알려져 있으나, 저자들의 연구에서 보면 한 차례의 전립선내 zinc 주사로 전립선의 zinc 농도가 상당히 상승하며 상승된 zinc 농도가 6주 이상 지속되는 것을 관찰할 수 있었고, 혈청 zinc 농도는 영향을 받지않는것으로 나타났다.
결 론
만성 세균성 전립선염 백서 모델에서 전립선내 zinc 주입은 체내 zinc 농도에 영향을 주지 않으면서 전립선의 zinc 농도를 상승시킴으로써 세균 성장을 억제한다.
전립선내의 zinc의 작용을 알기 위해서는 향후 더 많은 연구가 필요할 것으로 사료되나, 병인론의 관점에서 볼 때 zinc는 만성 전립선염의 치료 방법으로 사용될 수 있다.
저자들은 본 연구의 결과가 만성 전립선염의 치료를 위한 중요한 방법을 암시한다고 생각한다.
▲공동연구자 : 이충범, 이윤보, 이승주, 조대행
