노화 관련 병리학적 이상: 실험용 쥐 연구 안내서

1. 개요

실험용 쥐는 대부분의 포유류와 마찬가지로 다양한 노화 관련 종양성(종양 유발) 및 비종양성 질환에 취약합니다. 이러한 질환의 유형, 유병률 및 심각도는 쥐 집단 또는 품종, 미생물 상태, 실험 절차 및 번식 방법(식이 제한, 금식 등 포함)에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

2. 쥐에서의 만성 진행성 신우신염(CPN)

만성 진행성 신우신염(CPN)은 쥐에서 중요한 노화 관련 신장 질환으로, 생애 전체 연구에 사용되는 쥐에서 사망의 주요 원인 중 하나입니다. CPN는 또한 '노령 쥐 신우신염'으로도 알려져 있습니다. CPN는 진행성 질환으로, 수컷 쥐에서 암컷 쥐보다 더 흔하게 발생합니다.

실험용 쥐에서의 CPN의 임상 양상:

• 6개월 이상의 쥐에서는 눈에 보이는 상태로 CPN 병변을 관찰할 수 있으며, 신장 피질 표면에 함몰이 특징입니다. 피질 간질 섬유화로 인해 신장 캡슐 제거 시 피질 실질이 찢어질 수 있습니다. 1년 이상의 쥐에서는 상태가 악화되면서 피질 표면이 점점 불규칙해지고 흰색 병변이 나타날 수 있습니다.
• 현미경적으로는 신장 세포막의 기저막 두꺼움, 모세혈관 덩어리 두꺼움, 보우만 막 층의 부착 및 세그먼트 신장경화증 등의 특징적인 변화가 관찰됩니다.
• 질환이 진행됨에 따라 피질 및 수질의 많은 세관이 확장되고 산성성 단백질 물질로 채워집니다. 신장 기능 저하의 후기 단계에서는 2차성 골반호르몬 과다분비가 발생할 수 있으며, 이로 인해 광범위한 이질성 칼슘화가 일어날 수 있습니다.

CPN의 정확한 병인 기전은 명확하지 않으며, 다인자적 요인이 복합적으로 작용할 가능성이 큽니다:

(1) 품종: CPN의 유병률은 품종에 따라 다르며, 유전적 소인이 있을 가능성을 시사합니다. 스프라그-데이리(Sprague-Dawley) 및 F-344 품종은 높은 유병률을 보이며, 와이스터(Wistar) 및 롱-에반스(Long-Evans) 품종은 낮은 유병률을 보입니다.

(2) 성별: 성별은 CPN 발병에 결정적인 요소입니다. 수컷 쥐는 특정 연령에서 암컷 쥐보다 조기 발병, 높은 유병률 및 더 심각한 병변을 보입니다.

(3) 식이: 식이가 CPN 발병에 중요한 요소이며, 식이 관리를 통해 통제할 수 있는 가장 적절한 방법입니다. 현재까지 중등도 식이 제한이 자유 섭취 대비 다양한 연령대의 쥐에서 CPN의 유병률과 심각도를 현저히 감소시킨다는 것이 입증되었습니다.

3. 신장 칼슘 침착 증후군

신장 칼슘 침착 증후군은 신장 조직에 인산칼슘 침착을 의미하며, 신우석증(nephrocalcinosis)으로도 알려져 있습니다. 신장 칼슘 침착 증후군 발병에 기여하는 추가 요인은 다음과 같습니다:

• 신장 칼슘 침착 증후군은 암컷 쥐에서 더 흔하게 발생합니다.
• 성별 외에도 유병률은 연령과 품종에 따라 달라집니다. F-344 쥐에서는 7주령부터 발생할 수 있으며, 유병률은 최대 50%에 이르며, 스프라그-데이리 및 와이스터 쥐는 유병률이 낮아 0~7% 수준입니다.
• BDIX 쥐에서는 유병률이 특히 높으며, 식이의 다양한 영양 성분에 의해 영향을 받습니다. 고칼슘, 고인산, 낮은 칼슘-인산 비율 또는 저마그네슘은 질환의 유병률과 심각도를 증가시킬 수 있습니다. 그러나 품종 특이성 차이가 존재하므로, 이러한 식이 미네랄 함량이 신장 칼슘 침착 증후군의 결정적 요인인지 여부는 여전히 명확하지 않습니다.

4. 요석증

요석증은 소변 내 무기물 침착물(요석)의 존재를 의미하며, 때때로 신장 신장과/또는 방광에 관찰되며, 방광이 더 흔히 영향을 받습니다. 요석의 주요 성분은 인산칼슘과 암모늄 마그네슘 인산염(struvite)입니다.

노령 쥐에서는 요석이 때때로 관찰되지만, 6개월 미만의 쥐에서 발생하는 경우는 일반적으로 세균 감염을 시사합니다. 예를 들어, 대장균(Escherichia coli)에 의한 상행성 감염과 관련된 방광석이 흔히 발생합니다. 당뇨병 및 비만인 주커 쥐와 같은 요로 감염에 취약한 쥐는 요석 발생 가능성이 높으며, 종종 신장 수신증을 동반할 수 있습니다.

5. 만성 심근 질환

만성 심근 질환은 다양한 품종의 노령 수컷 쥐(스프라그-데이리 포함)에서 자유 섭취 조건에서 사망의 주요 원인입니다. CPN과 마찬가지로, 중등도 식이 제한(자유 섭취 대비 칼로리 섭취를 25~30% 감소)을 통해 이 질환의 유병률을 현저히 줄일 수 있습니다.

만성 심근 질환은 심근병증 또는 만성 진행성 심근병증으로도 알려져 있으며, 3개월령부터 조기 관찰이 가능합니다. 이 질환은 실험용 쥐에서 다음과 같은 병리학적 특징을 보일 수 있습니다:

• 심장의 크기 증가가 눈에 보일 수 있으며, 때때로 창백한 줄무늬가 동반될 수 있습니다.
• 심장 무게 증가는 조직학적 검사에서 관찰된 손상 정도와 밀접하게 관련되어 있으며, 심근 섬유 괴사 및 단핵세포 간질 침윤의 미세 병변이 관찰됩니다.
• 질환 후기 단계에서는 섬유화가 더욱 두드러질 수 있습니다. 가장 흔히 영향을 받는 심근 부위는 판막근 및 심실중격입니다.

6. 피부 및 모발 이상

다양한 실험용 쥐에서 다양한 모발 및 피부 이상이 관찰되며, 일반적으로 품종 배경, 성별 및 연령에 기인합니다.

실험용 쥐에서의 피부 및 모발 이상의 임상 양상:

• 노령 실험용 쥐에서 가장 흔한 피부 및 모발 이상은 등부위의 털 빠짐 또는 털이 드문 상태입니다. 이 현상은 거의 모든 집단 또는 품종에서 관찰되며, 브라운 노르웨이 쥐가 특히 취약합니다.
• 노령 흰색 쥐는 피부에 지방질이 축적되면서 노란빛을 띠는 경향이 있습니다.
• 꼬리에 덮인 판의 수는 연령 증가에 따라 증가하며, 1년령 시 최대 190개에 이르며 더욱 두드러지게 나타나며 노란색을 띱니다. 꼬리 및 귀 근처의 노란 물질은 산화 및/또는 세균 작용으로 인해 검은색으로 변할 수 있습니다.
• 수컷 쥐는 피부에 갈색 각질이 축적될 수 있으며, 이는 피부의 '정상' 색상을 가리고 벗겨낼 수 있습니다. 이러한 각질은 주로 등부, 꼬리 및 항문 부위에 관찰되며, 고환 제거된 수컷 쥐에서는 발생하지 않습니다. 색소의 성질은 명확하지 않지만, 산화된 지질 또는 아미노산일 수 있습니다.

7. 폐포 알베올라 히스티오사이트증

폐포 알베올라 히스티오사이트증은 다양한 집단 및 품종의 노령 쥐 폐에서 매우 흔한 병변입니다. 폐포 알베올라 히스티오사이트증은 바이러스성 폐렴과 무관하며, 영향을 받은 동물은 혈청 음성이며, 림프구 침윤은 최소한으로 제한되어 매크로파지 집합 부위에 국한됩니다. 폐포 알베올라 히스티오사이트증의 병인은 명확하지 않지만, 감염성 질환이 아님을 배제할 수 있습니다.

실험용 쥐에서의 폐포 알베올라 히스티오사이트증의 임상 양상:

• 폐의 흉막 표면에는 백색에서 옅은 갈색의 병변이 나타나며, 일반적으로 지름 약 1mm입니다.
• 팽창되지 않은 폐에서는 병변이 흉막 표면보다 약간 높게 돌출될 수 있습니다.
• 현미경적으로는 알베올라 군집이 흉막 아래 또는 말단 기관지 근처에 위치하며, 수많은 크고 투명한 거품 모양의 매크로파지가 포함되어 있습니다.
• 때때로 밀도 높은 매크로파지 집합에서 콜레스테롤 결정을 관찰할 수 있으며, 인접한 혈관 주변에는 미세한 림프구 침윤이 관찰될 수 있으며, 이는 매크로파지가 방출한 염증 매개체에 대한 반응일 수 있습니다.

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참고 문헌

[1] Fox J G, Anderson L C, Otto G, et al. Laboratory Animal Medicine:Third Edition[M]. 2015.