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ISSN : 1226-7155(Print)
ISSN : 2287-6618(Online)
International Journal of Oral Biology Vol.42 No.3 pp.99-106
DOI : https://doi.org/10.11620/IJOB.2017.42.3.099

Study on Changes in Endogenous Stem Cells in the Salivary Gland of Streptozotocin-induced Diabetic Rats

Bo Hyun Jung, Hee Su Lee, Ki-Yeon Yoo*
Department of Anatomy, College of Dentistry and Research Institute of Oral Science, Gangneung-Wonju National University
Correspondence to: Ki-Yeon Yoo, Department of Anatomy, College of Dentistry, Gangneung-Wonju National University, 7, Jukheon-gil, Gangneung, 25427, Korea +82-33-640-2456, kyyoo@gwnu.ac.kr
20170602 20170623 20170624

Abstract

Type1 diabetes mellitus (DM) is generally known to be caused by destruction of insulin-producing pancreatic β cells or an immune-related problem. Polydipsia is a representative symptom of DM, and it has been reported that this condition is closely related to xerostomia and is considered that hyposalivation from the salivary gland results in this phenomenon. Although various studies have reported that induction of diabetes reduces endogenous stem cells in other organs (heart, brain etc.), diabetes-related changes in endogenous stem cells in the salivary gland have not yet been well established. Therefore, in this study, to verify the change in salivary gland stem cells after diabetes, salivary gland tissues in the control and diabetes-induced groups were processed by histochemistry (Masson’s trichrome staining) for morphological analysis, TUNEL assay for cell death, and immunohistochemistry (Ki-67 and c-Kit) for cell proliferation and maturation. Diabetes induced by STZ leads to vacuolization, apoptosis, and reduction in proliferating cells/salivary gland stem cells in salivary glands of rats. This result suggests that diabetes may be associated with reduction in salivary gland function such as degeneration and inhibition of regeneration in the salivary gland.


초록


    © The Korean Academy of Oral Biology. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    서 론

    당뇨병(diabetes mellitus)은 크게 인슐린 의존성 제1형 당뇨병과 인슐린 비의존성 제2형 당뇨병으로 구분된다. 당뇨병은 일반적으로 인슐린을 생산하는 췌장의 β세포의 파괴로 일어나거나 면역 반응과 관련되어 촉발된 것이라 생각되고 있으며, 당뇨망막병증(diabetic retinopathy), 당뇨 병성 신장질환(diabetic nephropathy), 다발성 말초신경병증 (Peripheral Neuropathies), 자율신경병증(autonomic nerve disorder) 및 고혈압(hypertension) 등 다양한 전신의 질환 과의 연관성이 제기되고 있다[1,2].

    구강에서는 당뇨병 진행에 따라 침 분비 감소로 인한 구강건조증(xerostomia)이 발생하는데[1-3], 구강내 침분비 감소는 치아 우식증(dental caries), 진균 감염(fungal infection), 치은염(gingivitis), 치주염(periodontitis), 치성농양(odontogenic abscesses)등을 유발 할 수 있기 때문에 당뇨병 환자에 있 어서 침 분비 기능의 유지는 중요하다고 할 수 있다[4-6].

    당뇨병으로 인해 발생하는 침 분비 감소의 정확한 기 전은 아직까지 명확하게 밝혀져 있지 않지만 지속적으 로 당뇨병 이후 침 분비 감소와 관련된 연구결과가 제 시되고 있다. 이전의 연구에서 실험적으로 흰쥐에서 유 발된 당뇨병에 의해 귀밑샘에서 다양한 크기의 지질 방 울들이 침투한 형태적 변화를 보고 하였으며[2], Fedirko 등(2006)은 당뇨병에 의해 침샘에서 광범위한 세포의 퇴 화(degeneration)를 확인하여 당뇨에 의한 침샘에서의 직 접적인 구조적/기능적 손상 유발 가능성을 제시하였다 [7]. 이외에도 Satoh 등(2012)의 연구에서는 당뇨 유발 후 침샘 샘꽈리에서 수분 수송에 중요한 역할을 하는 단백질인 aquaporin5(AQP5)의 발현감소와 침 분비의 감 소 간의 밀접한 연관성을 보고하기도 하였다[8].

    한편, 생체에서 손상된 조직은 경우에 따라 줄기세포 (stem cell)를 통해 재생이 가능하다. 줄기세포는 자기재 생(self-renewal)이 가능하며, 혈액과 피부뿐만 아니라, 다 양한 기관 및 조직에 존재하여 그들의 재생과 복구를 책임지고 있는데[9-12], 여러 연구 결과들은 생체 내 줄 기세포들이 당뇨 유발에 의해 영향을 받는 것을 보여주 고 있다. 침샘에서도 줄기세포의 존재가 줄기세포 성장 인자 수용체인 c-Kit 면역조직화학을 통해 형태와 분포 가 확인된 바 있으며[13-16], 최근에는 침샘 줄기세포의 분리 및 배양을 통해 손상 침샘에 이식 후 기능의 회복 과 관련된 연구결과도 발표된 바 있다[13].

    많은 연구들이 당뇨병 이후 다양한 장기에 존재하는 내인성 줄기세포의 감소를 초래한다는 연구보고를 하고 있으며, 침샘의 내인성 줄기세포를 이용하여 침 분비 기 능을 정상적으로 회복하고자 시도 하고 있으나 당뇨병 에서 침샘의 내인성 줄기세포가 어떤 영향을 받는지에 관한 연구는 전혀 이루어져 있지 않다. 따라서 본 연구 에서는 면역조직화학적인 기법을 사용하여 당뇨 유발 시 침샘 줄기세포가 어떤 영향을 받는지 확인하고자 하 였다.

    재료 및 방법

    실험동물

    본 연구를 위해 6 주령의 수컷 흰쥐(Sprague Dawley rat, SD rat) (230~270 g)를 오리엔트 바이오로부터 구입하여 통상적 사육 환경에서 사육하여 이용하였다. 실험동물들 은 12시간 낮/밤 주기와 물과 사료를 자유롭게 섭취할 수 있도록 하였으며, 온도(22 ℃)와 습도(50 %)로 유지되는 곳에서 사육되었다. 본 실험의 모든 절차는 강릉원주대학 교 동물실험윤리위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인 하에(Approval No. GWNU-2014-26) 표 준작업 지침서에 따라 수행하였다.

    본 연구에서 당뇨가 침샘의 내인성 줄기세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 흰쥐를 각 실험군 마다 7 마리(n = 7)씩 사용하였으며, 실험동물군은 정상군(control group)과 당뇨 유발군(DM group)으로 각각 구분하였다.

    당뇨의 유발

    당뇨의 유발은 streptozotocin(STZ)을 투여하여 유발하였 다. STZ 투여 12시간 전 실험동물들은 금식하였다. STZ 는 Citrate buffer(pH 4.5)에 50 mg/kg의 용량으로 실험동물 당 300 ㎕씩 투여할 수 있게 희석하여 투여 전까지 냉장 상태로 유지하였다. STZ 투여는 실험동물을 구금장치에 집어넣어 움직이지 못하게 하고 꼬리의 끝부분을 소독용 알코올 솜으로 문질러 꼬리정맥이 명확하게 보이게 한 후 1 ml 주사기를 이용하여 천천히 투여하였다[7]. STZ 투여 후 4시간 가량 STZ의 원활한 작용을 위하여 사료와 물의 섭취를 제한하였다. 투여 일주일 후 4주 동안 매주 혈당 측정을 위하여 8시간 이상 금식 후 혈당기(Roche, Germany) 를 이용하여 공복혈당을 측정하여 260 mg/㎗ 이하인 경 우 실험에서 배재하였다.

    조직 처리

    조직학적 분석을 위하여 실험동물의 조직 처리는 모두 동일한 조건에서 진행하였다. 조직의 고정 및 적출을 위 하여 졸레틸(Zoletil50, Virbac Korea) 0.05 mg/kg을 실험동 물의 대퇴부위에 근육 주사하여 마취한 후 흉곽을 개방하 여 0.9 % 식염수로 관류세척 후 4 % paraformaldehyde가 포함된 PBS(pH 7.5)로 관류 고정하였다. 관류 고정이 끝 난 흰쥐의 턱밑샘과 귀밑샘 적출하여 동일한 고정액에 8 시간 후고정 하였으며 이후, 파라핀 절편을 제작하기 위 하여 자동처리기(Leica, Germany)에서 탈수, 투명화 및 파 라핀 침투과정을 거쳐 파라핀 블록을 제작하였으며 5 ㎛ 의 파라핀 절편을 제작하여 식염수가 코팅된 슬라이드에 부착하여 조직 염색에 이용하였다.

    침샘조직 분석방법

    Masson trichrome 염색(MT 염색)

    당뇨 유발 이후 침샘세포 손상에 의한 침샘조직의 섬유화 를 확인하기 위하여 Masson trichrome 염색을 수행하였다. 이 염색은 Trichrome Stain Kit(Abcam, UK)를 이용하였으며, 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 침샘 조직은 파라핀을 제거하기 위해 xylene에 10분씩 2회 세척하였다. 이후 파라 핀이 제거된 조직은 100 % 에탄올에 10분간 2회 거친 후 통상적인 함수과정을 통해 함수하였다. 함수가 끝난 조직은 56-64 ℃의 항온수조에서 예비 가열한 Bouin’s Fluid를 슬라 이드 위에 뿌려 60분 동안 처리 한 후, 10분 동안 실온에서 조직을 식혔다. 이 후 조직에 Bouin’s Fluid가 완전히 없어질 때까지 흐르는 물에 세척한 후, 증류수에 10분간 세척하였 다. 세척한 조직에 Weigert’s(A)와 Weigert’s(B)를 동일한 양 으로 혼합한 시약을 100 ㎗ 씩 뿌린 후 5분간 처리하였다. 염색의 종료 후 조직은 흐르는 물에 2분간 세척하여 과염색 된 염료를 제거하였다. 이 후 Biebrich Scarlet / Acid Fuchsin Solution을 조직 위에 뿌리고 15분간 처리하고, 증류수에 10 분간 세척하였다. 마지막으로 Phosphomolybdic/Phophotungstic acid solution을 슬라이드에 뿌려 10분간 처리한 후 수세하지 않고, 반응용액을 털어버린 후 Aniline blue solution을 슬라 이드에 뿌리고 5분간 처리한 후 증류수로 10분 세척하였다. 세척이 끝난 조직은 Acetic acid solution(1 %)을 3분간 처리 하였다. 처리한 조직은 세척하지 않고 반응용액을 털어버린 후 95 % 에탄올과 100 % 에탄올에 2분간 2회 거친 후 xylene 에 2분간 담근 후 Canada balsam(Kanto, Japan)을 이용하여 봉입하였다. 완성된 슬라이드는 현미경(Axio Imager A2, Zeiss, Germany)에서 관찰하였다.

    Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL)

    본 연구에서 STZ에 의한 당뇨 유발로 침샘 세포의 세 포사멸을 확인하기 위하여 TUNEL 염색을 수행하였다. Tunnel Stain Kit(Promega, USA)를 이용하였으며, 다음과 같은 방법으로 염색을 진행하였다. 침샘 조직은 파라핀을 제거하기 위해 xylene에 10분씩 2회 세척하였다. 이후 파 라핀이 제거된 조직은 100 % 에탄올에 5분간 2회 거친 후 통상적인 함수과정을 통해 함수 하였다. 함수가 종료 된 조직은 0.01 M PBS(pH 7.3)에 5분간 세척하였다. 이 과정을 끝낸 조직은 Phosphate buffer saline에 4 %로 희석 한 formaldehyde로 15분간 고정한 후 다시 0.01 M PBS(pH 7.3)로 5분간 2회 세척하였다. 조직의 투과도를 높이기 위 하여 1 M Tris-HCl(pH 8) 25 ml과 0.5 M EDT(pH 8) 25 ml 및 증류수 200 ml을 혼합한 proteinase K buffer에 20 ㎍/ml proteinase K을 녹인 용액을 슬라이드의 조직이 완전히 덮 일 정도로 뿌려 실온에서 10분 처리하였다. 반응이 끝난 조직은 0.01 M PBS(pH 7.3)로 5분 세척하였다. 이후 4 % formaldehyde를 5분간 처리하여 앞선 반응을 끝내도록 하 였다. 고정이 끝난 조직은 다시 0.01 M PBS(pH 7.3)에 5 분간 세척하였다. 전 처리가 끝난 조직은 Equilibrate buffer:nucleotide mix: rTdT를 90:10:2의 비율로 혼합하여 슬라이드 당 100 ㎕씩 뿌려 37 ℃에서 1시간 동안 반응시 켰다. 반응이 끝난 조직은 반응용액을 털어버리고 반응을 끝내기 위해 증류수에 희석한 2 X Saline sodium citrate (SSC)을 15분간 처리하였다. 반응이 끝난 조직은 0.01 M PBS(pH 7.3)에 5분간 3회 세척 후 마지막으로 증류수에 5 분간 세척하여 50 ℃ 오븐에서 완전히 건조한 후 xylene 에 2분간 담근 후 Dibutyl phthalate xylene(DPX)를 이용하 여 봉입하였다. 완성된 슬라이드는 형광현미경(E600, Nicon, Japan)에서 파장 Ex:385 nm, Em:425 nm으로 관찰 하였다.

    면역조직화학염색

    침샘에서 당뇨 유발에 의한 세포 분열의 차이 확인하 기 위하여 세포주기의 S기(G1기, S기, G2기) 및 M기에서 발현하는 Ki-67에 대한 항체 및 내인성 침샘 줄기세포의 분포 차이 확인을 위하여 일반적으로 사용되는 c-Kit 항 체를 이용하여 면역조직화학염색을 수행하였다. 침샘 조 직은 파라핀을 제거하기 위해 xylene에 10분씩 2회 세척 하였다. 이후 파라핀이 제거된 조직은 100 % 에탄올에 10 분간 2회 거친 후 통상적인 함수과정을 통해 함수 하였 다. 함수가 끝난 조직은 0.01 M PBS(pH 7.3)로 10분간 3 회 세척한 후, Citrate buffer (pH 6.0)에서 microwave를 이 용하여 항원노출(antigen retrieval)을 15분간 진행하였다. 항원 노출 후 Citrate buffer(pH 6.0)가 완전히 식은 후 0.01 M PBS(pH 7.3)로 10분간 3회 세척하였다. 이 후 3 % 과 산화수소(H2O2)가 들어있는 0.01 M PBS(pH 7.3) 용액으로 30분간 조직을 처리 한 후 0.01 M PBS(pH 7.3)로 10분간 3회 세척하였다. 세척이 끝난 조직은 슬라이드 주변 물기 를 닦아준 후 5 % normal rabbit serum과 normal goat serum 이 들어있는 0.01 M PBS(pH 7.3)를 뿌리고 10분간 처리하 였다. 처리가 끝난 조직은 세척하지 않고 반응 용액을 털 어버린 후 Anti-goat Ki-67(diluted 1:500, Santacrus Bip. USA), Anti-rabbit c-Kit(diluted 1:100, Santacrus Bip. USA) 이 들어있는 0.01 M PBS(pH7.3) 용액을 뿌려준다. 용액과 조직이 마르지 않도록 슬라이드 위에 sealing film을 덮은 후 4 ℃에서 하루 동안 처리한다. 처리 후 0.01 M PBS(pH 7.3)로 10분간 3회 세척하고, 각 일차항체와 반응시킨 조 직은 0.01 M PBS(pH 7.3)에 1:250으로 희석한 biotinylated goat anti-rabbit, biotinylated rabbit anti-goat를 슬라이드에 뿌려 120분 동안 처리한다. 반응이 끝난 조직은 0.01 M PBS(pH 7.3)로 10분간 3회 세척한 후, Avidin-biotin complex (ABC) kit(VECTOR, USA)에 차례로 90분 동안 반응시킨 다. 반응이 끝난 조직은 0.01 M PBS(pH 7.3)에 10분간 3회 씩 세척한다. 세척이 끝난 조직은 1 % 3,3-diaminobenzidine (DAB)과 0.3 % H2O2가 각각 250 ㎕ 들어 있는 5 ml의 0.01 M PBS(pH 7.3)를 이용하여 발색 한 후 증류수로 10 분간 3회 세척한다. 이 후 탈수와 청명화 과정을 거쳐 Canada balsam(Kanto, Japan)을 이용하여 봉입하였다. 완성 된 슬라이드는 현미경(Axio Imager A2, Zeiss, Germany)에 서 관찰하였다.

    자료분석 및 통계처리

    염색된 조직들은 가장 일반적인 부위를 CCD카메라가 부착되어 있는 현미경(Axio Imager A2, Zeiss, Germany) 을 이용하여 촬영하였다. 각 염색법 혹은 항체에 양성 반응한 세포의 수는 실험동물 당 5개의 절편에서 계수 하여 평균값을 산출하였다.

    본 연구에 표시된 값은 평균값 ± SEM으로 표시하였 다. 각 실험군 간의 값의 차이는 SPSS프로그램을 이용 하여 Mann-Whitney U test를 이용하여 통계학적으로 분 석하였으며, 통계학적으로 p 값이 0.05 이하면 통계적으 로 유의하다고 판단하였다.

    결 과

    혈당 수치

    STZ 투여 1주일 후, 매주 동일한 시간에 8시간 금식 시킨 뒤 4주 동안 정상군과 당뇨 유발군의 혈당 수치를 측정하였다.

    STZ 투여 전 실험동물의 혈당은 약 100 mg/㎗로 측 정되었으나, 1주일 후 혈당은 254 mg/㎗였으며, 2주 후 에는 260 mg/㎗를 초과하여 측정되었다. 이후 3, 4주에 측정하였을 때도 260 mg/㎗ 이상의 혈당치를 나타내어 정상적으로 당뇨의 유발이 이루어져 STZ 투여 1주일 이후부터 고혈당에 이르는 것을 확인하였다(Fig 1).

    형태학적 변화

    당뇨 유발 이후 귀밑샘과 턱밑샘에서 섬유화 혹은 퇴 행적 변화를 확인하기 위하여 조직의 Masson Trichrome staining(MT staining)을 수행하였다. 당뇨 유발 이후 파란 색으로 나타나는 콜라겐 섬유의 염색성은 밀도는 정상 군의 귀밑샘과 턱밑샘에서 각각 차이를 나타내지 않아 두 침샘 조직에서 당뇨 유발에 의한 섬유성 변화는 발 생하지 않았다(Fig 2).

    하지만, 귀밑샘 장액성 샘꽈리세포의 세포질에서 다 양한 크기의 공포(vacuole)가 다수 관찰되어 세포가 손상 과정에 있음을 확인할 수 있었다(Fig 2C2c).

    Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) 염색

    형태학적 변화 확인을 통해 침샘에서 당뇨 유발에 따 른 퇴행성 변화의 시작이 관찰됨에 따라 세포사멸을 TUNEL 표지를 통해 직접 확인하였다. 정상군의 귀밑샘 과 턱밑샘에서 TUNEL 표지 사멸세포의 수는 각각 1400± 197.17 cells/mm2(Fig 3A) 및 395±184.90 cells/mm2 (Fig 3B) 로 정상군에서 귀밑샘이 턱밑샘 보다 더 많은 세포사멸이 일어나고 있음을 확인할 수 있었다.

    당뇨유발군의 침샘에서 귀밑샘의 경우 TUNEL 표지 사 멸세포의 수가 2150±173.57 cells/mm2로 34.88% 증가하였 다(Fig 3C3E). 턱밑샘의 경우 555±149.58 cells/mm2 (Fig 3D) 로 TUNEL 표지 사멸세포의 수가 증가경향을 보 였으나 통계적인 유의성은 없었다(Fig 3E).

    Ki-67 면역조직화학

    당뇨에 의해 침샘 내 세포 증식이 어떤 영향을 받는 지 확인하기 위하여 세포 분열 표지자인 Ki-67을 이용 하여 면역조직화학을 수행하였다. Ki-67 면역반응 세포 는 주로 침샘 내 도관 세포의 핵에서 발견되었으며, 정 상군 및 당뇨유발군의 귀밑샘 및 턱밑샘 전반에 걸쳐 관찰되었다.

    Ki-67 면역반응 세포의 수는 정상군 귀밑샘에서 3530± 245.84 cells/mm2(Fig 4A)였으나, 당뇨유발군 귀밑샘에서 는 2555±214.04 cells/mm2(Fig 4C)로 정상군 대비 27.62% 가량 감소하였다(Fig 4E). 턱밑샘 역시 Ki-67 면역반응 세 포 수의 감소경향은 있었으나(Fig 4B4D) 통계적인 유 의성은 없어 귀밑샘에서의 세포 증식 억제가 당뇨 유발에 의해 더 큰 영향을 받았다(Fig 4E).

    c-Kit 면역조직화학

    침샘에서의 세포 분열 이후 침샘을 구성하는 세포들 로 분화 정도를 확인하기 위하여 침샘 줄기세포의 표지 자인 c-Kit에 대한 면역조직화학을 수행하였다. c-Kit 면 역반응을 보이는 세포들은 도관 및 샘꽈리에서 관찰되 었으나 귀밑샘과 턱밑샘에서 모두 당뇨 유발에 의하여 현저하게 감소하였다.

    정상군의 귀밑샘의 경우 c-Kit 면역반응 세포의 수는 2980±707.41 cells/mm2(Fig 5A)였으나, 당뇨유발 후 1565± 728.14 cells/mm2(Fig 5C)로 감소하여 정상군 대비 당뇨유 발군에서의 c-Kit 면역반응 세포는 47.48% 감소하였다(Fig 5E). 턱밑샘의 경우도 귀밑샘과 마찬가지로 정상군에서 c-Kit 면역반응 세포 수는 2705±510.02 cells/mm2(Fig 5B) 에서 당뇨 유발 후 1425±334 cells/mm2(Fig 5D)로 47.32% 가량 감소하였다(Fig 5E).

    고 찰

    당뇨병에서 혈당 조절 실패는 침 분비 감소로 발생하 는 구강건조증의 다양한 원인 중 하나로 알려져 있다 [9]. 이전의 연구들은 실험적인 당뇨의 유발 시 귀밑샘 에서 침 분비 감소와 함께 침샘 조직의 병리적 변화가 나타날 수 있음을 보고하였다[10]. 또한 침샘에서 발생 하는 공포는 지질방울이며 공포화 현상은 침샘 조직의 퇴행 초기에 나타나는 현상이라고 제시하였다[11,12]. 본 연구에서는 당뇨 유발 15주 후 귀밑샘 및 턱밑샘의 병 리적 변화를 관찰하였다. 일반적 병리 분석 결과 침샘조 직 자체의 수축이나 섬유화 같은 심각한 손상은 관찰되 지 않았으나, 이전 연구들과 마찬가지로 당뇨 유발 후 귀밑샘 침샘 꽈리세포 세포질에서 공포화(vacuolization) 가 광범위하게 관찰되어 당뇨에 장기간 노출로 인하여 침샘이 퇴행성 변화로 접어들었으며, 침샘 세포 사멸로 진행되고 있음을 확인하였다. 이전의 연구들은 손상된 침샘에서 샘꽈리 세포의 세포사멸 반응이 높게 나타나 며, 당뇨 유발 시에는 턱밑샘 샘꽈리세포 내 분비 과립 이 축적되어 세포손상의 원인으로 작용하여 세포사멸을 유발한다고 보고하였다[13,14]. 본 연구에서는 이와 같은 퇴행성 변화에 대하여 TUNEL 염색을 통해 세포 사멸 을 직접 확인하였다. 당뇨 유발 후 귀밑샘에서 샘꽈리세 포에 대한 TUNEL 표지 세포의 수가 증가하였는데 귀 밑샘의 경우 절대적인 TUNEL 표지 세포의 수가 턱밑 샘 보다 4배가량 높게 나타났다. 이와 같은 결과들은 귀 밑샘이 턱밑샘 보다 당뇨 유발에 의한 세포 손상에 더 민감하다는 것을 보여준다.

    일반적으로 대부분의 침샘조직은 약 60일 가량의 느 린 세포 회전율(turnover)을 가진 고도로 분화된 조직이 지만, 손상에 대해 매우 취약한 것으로 알려져 있다[15]. 본 연구에서 정상군의 경우 귀밑샘에서의 TUNEL 표지 세포 수가 턱밑샘 보다 현저하게 높게 관찰되어 세포사 멸이 귀밑샘에서 더 활발하며, 귀밑샘이 턱밑샘 보다 더 많은 Ki-67 면역반응 세포를 보여 세포 증식도 활발한 것으로 관찰되었다. 이 같은 결과는 느린 세포회전율을 가진 침샘 조직 중에서 귀밑샘이 턱밑샘 보다 활발한 세포회전율 보유하고 있는 것을 나타낸다.

    앞서 언급된 바와 같이 귀밑샘과 턱밑샘은 정상적으 로 세포 사멸과 증식을 병행하며 침샘 기능을 유지하고 있다. 침샘을 구성하고 있는 주세포인 도관 세포와 샘꽈 리 세포는 침샘 도관의 침샘 줄기세포나 선조세포로부 터 증식 혹은 분화되는 것으로 알려져 있다[16]. 본 연 구에서는 당뇨 유발에 의해 증가하는 세포사멸에 대하 여 이를 대체하기 위한 침샘 내 세포의 증식과 분화가 당뇨에 의해 어떤 영향을 받는지 확인하였다. 침샘 종양 및 방사선 치료에 의한 침샘 손상에 대한 이전 연구들 에서는 정상군과 비교하여 손상된 침샘 조직에서 세포 증식 표지자(cell proliferation marker)로 알려진 Ki-67 면 역반응 세포가 증가하여 침샘 손상 이후 세포 증식의 활성화를 확인하여 침샘 손상 이후의 조직 재생을 위한 보상 작용을 제안하였다[17]. 하지만, 본 연구에서는 당 뇨 유발 후 당뇨 침샘에서 Ki-67 면역반응 세포는 감소 하였다. 특히, 귀밑샘의 경우 현저한 Ki-67 면역반응 세 포의 감소가 나타나 세포 증식이 억제 되고 있었다. 뿐 만 아니라, 귀밑샘과 턱밑샘 모두에서 침샘 줄기세포의 표지자인 c-Kit에 면역반응 세포수도 현저하게 감소하여, 당뇨에 의해 침샘 내에서 세포 증식과 분화가 모두 감 소하는 것을 확인할 수 있었다.

    당뇨유발에 의한 내인성 줄기세포의 활성 감소는 다른 장기에서도 보고되고 있다. 심장에서는 당뇨병에 의한 심 장 줄기세포의 노화로 인하여 당뇨병의 합병증인 당뇨병성 심근병증을 유발할 수 있다는 가능성을 제기한 바 있다 [18]. 뿐만 아니라 당뇨병은 중추신경계 인 뇌에서의 기능 저하 및 기능장애와 매우 관련이 있는 것으로 알려져 있는 데, STZ에 의해 유발된 제1형 당뇨쥐의 치아이랑(dentate gyrus)에서는 해마 신경발생(hippocampal neurogenesis)의 감 소가 나타나며 이러한 현상은 학습 및 기억의 기능 손상과 깊은 연관성이 있음을 보고하였다[19,20]. 이와 같은 연구 결과들은 본 연구 결과와 마찬가지로 당뇨병 유발에 의한 내인성 줄기세포에 의한 재생 능력 손상 가능성을 강력하 게 지지한다.

    이상의 결과를 종합해보면, 당뇨의 유발은 침샘 내 줄기세포에 의한 세포 증식 및 분화에 영향을 미치며 침샘 중에서도 세포 회전율이 비교적 높은 귀밑샘이 더 당뇨에 민감한 조직이며 이와 같은 침샘 재생 시스템의 손상이 당뇨 유발에 의한 침 분비 감소의 또 다른 원인 으로 작용할 수 있음을 시사한다.

    Conflict of interest

    The authors report no conflict of interest.

    Figure

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    Evaluation of blood glucose level in diabetes-induced rat. In the control group, blood glucose levels of rats were about 100 mg/dL. However, in the diabetes-induced group, it exceeded 260 mg/dL after 2 weeks of STZ injection. Since then diabetes-induced is accomplished normally for blood glucose maintained more than 500 mg/dL. The bars indicate the means ± SEM

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    Masson trichrome stain in the parotid gland and submandibular gland of the control (A and B) group and diabetes-induced (C and D) group. Scale Bar = 100 μm. Increase of collagen fibrous (blue color) is not observed in diabetesinduced group of parotid gland (A and C) and submandibular gland (B and D). However, it is observed that vacuolization (arrows) appeared extensively between acinar cells of parotid gland in the diabetes-induced group (C and High magnification C). (Duct ;D, Serous acinar ;SA, Mucous acinar ;MA)

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    TUNEL stain in the parotid gland and submandibular gland of the control (A and B) and diabetes-induced (C and D) groups. Scale Bar = 100 μm. In the control group, many TUNEL positive apoptotic cells (arrows) are mainly observed in acinar cells of parotid gland. In the diabetes-induced group, TUNEL positive cells are significantly increased in the parotid gland than that of control group. While, in the submandibular gland of control group, a few TUNEL positive cells are found in acinar cells. In the diabetes-induced group, these apoptotic cells are slightly increased. It can observe better in the box (Fig C and D). The number of TUNEL positive cells in the parotid gland and submandibular gland of the control and diabetes-induced group (E). (n = 7 rats per group; *P < 0.05, significantly different from the control group). The bars indicate the means ± SEM. (Duct ;D, Serous acinar ;SA, Mucous acinar ;MA)

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    Ki-67 immunohistochemistry in the submandibular gland and parotid gland of the control (A and B) group and diabetesinduced (C and D) group. Scale Bar = 100 μm. In the control group, many Ki-67 immunoreactive cells (arrows) are observed in parotid gland (A). However, in the diabetes-induced group, Ki-67 immunoreactive cells are significantly decreased in the parotid gland than that of control group (C). In the control group, many Ki-67 immunoreactive cells (arrows) are observed in submandibular gland (B). In the diabetes-induced group, the number of Ki-67 immunoreactive cells are not changed in the submandibular gland than that of control group (D). The number of Ki-67 immunoreactive cells in the in the parotid gland and submandibular gland of the control group and diabetes-induced group (E). (n = 7 rats per group; *P < 0.05, significantly different from the control group). The bars indicate the means ± SEM. (Duct ;D, Serous acinar ;SA, Mucous acinar ;MA)

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    c-Kit immunohistochemistry in the submandibular gland and parotid gland of the control (A and B) group and diabetesinduced (C and D) group. Scale Bar = 100 μm. In the control group, many c-Kit immunoreactive cells (arrows) are observed in parotid gland (A). However, in the diabetes-induced group, c-Kit immunoreactive cells are significantly decreased in the parotid gland than that of control gruop (C). In the control group, many c-Kit immunoreactive cells (arrows) are observed in submandibular gland (B). However In the diabetes-induced group, c-Kit immunoreactive cells are slightly increased in the submandibular gland than that of control group (D). Analysis of cell count in the parotid gland and submandibular gland of the control group and diabetes-induced group (E). (n = 7 rats per group; *P < 0.05, significantly different from the control group). The bars indicate the means ± SEM. (Duct ;D, Serous acinar ;SA, Mucous acinar ;MA)

    Table

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