INS-1 베타 세포에서 TNF-α에 의한 포도당 자극 인슐린분비 감소 기작 연구 - 김효은 (The Graduate School, Ajou University, 2005)
배경 및 목적 : 췌장 소도의 베타 세포는 인슐린을 합성, 분비하여 포도당 자극에 따라 혈당을 조절하는 역할을 한다. 베타 세포에서의 인슐린 분비는 포도당의 유입, 포도당 대사, TCA 회로, 산화적 인산화과정을 거쳐 ATP/ADP 비율이 증가되면 KATP channel이 닫히고 그에 따른 탈분극에 의해 전압 의존적인 Ca(2+)+ channel이 열려서 Ca(2+)+ 유입되는 경로와 증가한 [Ca(2+)+]i에 의한 인슐린 분비의 효율을 높이는 신호 전달 경로가 생성되어 이루어진다. 그런데 제 2형 당뇨병에서는 이러한 인슐린 분비가 감소되어있다. 포도당 자극 인슐린 분비(GSIS) 저하의 원인은 여러 가지로 생각되지만 비만형 제 2형 당뇨병 환자에게 증가되어 있는 Tumor necrosis factor-α (TNF-α)는 베타 세포에서 포도당 자극 인슐린 분비를 감소시키는 하나의 요인으로 생각되어지고 있다. 그러나 그 TNF-α가 어떻게 베타 세포의 포도당 자극 인슐린 분비 저하를 일으키는지 아직 자세히 연구되어 있지 않았다. 그래서 우리는 TNF-α에 의한 포도당 자극 인슐린 분비 저해 기작을 알아보고자 본 연구를 수행하였다. 결 과 : 우선 INS-1 베타 세포에 TNF-α를 전처리한 후, 인슐린 분비 저해 효과를 조사하여 보았다. INS-1 베타 세포에서 TNF-α를 농도별, 시간별로 전처리하였을 때, 포도당 자극 인슐린 분비는 농도, 시간에 따라 각각 감소하는 양상을 보였다. 감소한 포도당 자극 인슐린 분비는 TNF-α를 제거하면 정상으로 회복되었다. 에너지 합성 대체 물질인 Leucine과 Glutamine, KATP channel을 닫음으로서 인슐린 분비를 일으키는 것으로 알려져있는 sulfonylurea류 및 imidazolin류에 의한 인슐린 분비 정도도 TNF-α 전처리에 의해서 40~50% 까지 감소하는 것으로 나타났다. Ca(2+)+ channel을 열게하여 인슐린 분비를 일으키는 Bay K8644에 의한 인슐린 분비도 TNF-α 전처리에 의해서 50%까지 감소하였다. 탈분극을 일으켜 인슐린 분비를 일으키는 고농도의 KCl에 의한 인슐린 분비도 약간 감소하는 경향을 나타냈고, KATP channel과 독립적으로 인슐린 분비를 촉진하는 물질인 PMA, forskolin에 의한 인슐린 분비는 TNF-α의 전처리에도 불구하고 저해 받지 않았다. INS-1 베타 세포에 TNF-α를 24시간 동안 처리하였을 때 인슐린 및 GLUT2와 Glucokinase의 mRNA와 단백질 발현량은 감소하지 않았다. 그리고 KATP channel을 닫는데 필요한 ATP 합성량도 변화가 없었다. 이 결과로 TNF-α가 인슐린 생합성 및 포도당 유입, 포도당대사에 큰 영향을 끼치지 않았음을 확인하였다. TNF-α의 전처리는 베타 세포에서 포도당 자극 Ca(2+)+ 유입량과 박동성을 감소시켰다. INS-1 세포에서 TNF-α는 단독으로 세포 내 기저 Ca(2+)+ 농도를 약간 증가시키는 것으로 나타났다. TNF-α 전처리에 의해 감소된 포도당 자극 인슐린 분비가 L-type Ca(2+)+ channel blocker인 Nifedipine과 KATP channel opener인 Diazoxide에 의해서 100% 회복되었다. 이 결과로 TNF-α에 의한 기저 Ca(2+)+농도의 증가가 포도당 자극 Ca(2+)+ 유입량의 감소를 일으키는 것으로 생각되고 TNF-α에 의한 기저 Ca(2+)+농도의 증가는 L-type Ca(2+)+ channel을 통해 유입되는 것으로 생각된다. 그러나 Ca(2+)+유입량을 조절하는 KATP channel 과 L-type Ca(2+)+ channel의 mRNA 및 단백질 발현량은 TNF-α 전처리에 의해 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. TNF-α 에 의해 활성화되는 신호 전달 물질이 포도당 자극 인슐린 분비의 저하와 관련되어있는지 알아보고자 ERK, p38, JNK, NFkB의 활성화가 미치는 영향을 조사하여보았다. TNF-α 전처리에 의해 감소되었던 포도당 자극 인슐린 분비는 NFkB 저해제인 SN50에 의해서 회복되었다. TNF-α 에 의한 NFkB의 활성화가 포도당 자극 인슐린 분비를 저해하는데 일부 관여할 것으로 생각된다. 결론 및 의의 : INS-1 베타 세포에서 TNF-α의 전처리는 포도당 자극 인슐린 분비 뿐 아니라 그 외 분비 자극 물질에 대한 인슐린 분비도 현저하게 감소시켰다. INS-1 베타 세포에서 이러한 인슐린 분비 감소 현상의 원인으로는 포도당 자극 Ca(2+)+유입량의 감소 때문으로 생각되며 TNF-α에 의해 활성화된 NFkB의 신호 전달 체계가 포도당 자극 인슐린 분비 저하에 관련된 것으로 생각된다. 우리의 연구를 통해서 NFkB의 활성화가 제 2형 당뇨병의 병인중 하나인 인슐린 분비 저해를 유도할 수 있음을 보여주었다.
학위논문(석사)--아주대학교 대학원 :의학과,2005. 8
Keywords: 포도당 자극 인슐린 분비 (GSIS); Tumor necrosis factor-α (TNF-α); Glucose stimulated insulin secretion (GSIS); K_(ATP) channel; L-type Ca^(2+) channel; NFkB; SN50