고지방식이로 유도한 비만증에서 시상하부 대식세포 축적의 세포 기원 연구

Abstract

서론: 고지방식이 (high-fat diet)로 유발한 비만증에서 에너지대사 조절 중추인 시상하부, 특히 시상하부 궁상핵 (hypothalamic arcuate nucleus)에 염증성 사이토카인 증가와 면역세포의 증가 및 활성화가 관찰된다. 이러한 시상하부의 염증 반응은 시상하부 뉴런에서 렙틴 및 인슐린 저항성을 일으키고, 뉴런의 대사 조절 기능의 장애를 초래하여 비만을 더욱 악화시킨다. 이전 연구에서 장기간 고지방식이를 했을 때, 시상하부 궁상핵에 골수유래 대식세포 (bone marrow-derived macrophage)의 수적 증가와 활성화가 일어나서 시상하부 염증을 지속시키는데 기여함이 보고되었다. 하지만 고지방식이 과정에서 시상하부 대식세포가 혈액에서 유입되는지, 아니면 시상하부에 이미 존재하는 대식세포가 국소적으로 증식하는지, 그리고 국소적으로 증식한다면 이들 세포들은 언제 시상하부로 유입되는지 아직 밝혀져 있지 않다. 방법: 본 논문에서는 첫번째로 고지방식이 유발 비만 마우스에서 시상하부의 혈관 투과성을 먼저 평가하였다. 이를 위하여 혈관불투과성 에반스 블루 (Evans blue)와 형광 표지된 알부민을 꼬리 정맥에 투여하고, 시상하부에서 혈관 밖 누출을 분석하였다. 또한 투과성 혈관 지표인 MECA32로 면역염색을 시행하였다. 다음으로 장기간 고지방식이를 했을 때 혈액에 존재하는 단핵구 (monocyte)나 골수성 세포 (myeloid cell)가 시상하부로 침윤되는지 조사하였다. 혈중 골수성 세포를 추적하기 위해 본 연구에서는 골수성 면역세포의 마커로 Lysozyme M (LysM)을 사용하여 이들 세포에 녹색형광단백 (green fluorescent protein, GFP)을 특이적으로 발현하는 LysMGFP 마우스를 제작하였다. 이 마우스를 사용해서 개체결합 (parabiosis)과 골수이식 (bone marrow transplantation)을 시행 후 12주와 30주 동안 고지방식이를 먹인 후 시상하부를 채취하여 LysMGFP 세포가 시상하부로 침윤되는지 다른 조직과 비교하여 분석하였다. 마지막으로 LysMGFP 세포가 개체 발생과정 중에 시상하부에 들어가는지 확인하고자 배아기 16.5일 18.5일과 출생 후 1일, 7일, 14일, 28일에 뇌를 채취하여 시상하부에서 LysMGFP 세포의 수의 변화를 관찰하였다. 결과: 궁상핵에는 혈관 투과성이 증가했음에도 불구하고 개체결합과 골수이식 실험에서 고지방식이를 섭취하는 동안 혈중 골수유래 대식세포 (LysMGFP 세포)가 간, 골격근, 맥락얼기, 연수막에는 침윤되지만, 시상하부로의 침윤은 관찰되지 않았다. 이러한 실험 결과는 식이 유도 비만 (diet-induced obesity)에서 발생하는 시상하부에 대식세포의 증가는 혈중 단핵구의 시상하부로 이동에 의한 것이 아님을 암시한다. 반면 골수유래 대식세포가 배아 후기부터 시상하부에 출현하며. 출생 직후 급격한 수의 증가를 보였으며, 출생 후 2주차에 최대값을 보이고, 젖떼기 이유 (weaning) 후에는 그 수가 급격히 감소하여, 성인기에 관찰되는 분포 패턴을 보여주었다. 이러한 결과는 골수유래 대식세포가 출생 초기 시상하부로 유입됨을 의미한다. 결론: 골수유래 대식세포는 뇌혈관장벽이 닫히기 전인 수유 기간 동안에 시상하부로 침윤되었다. 또한 고지방식이를 하여도 혈중 단핵구가 시상하부에 침윤하여 대식세포가 되는 일은 거의 일어나지 않았다. 따라서 성인 마우스에서 고지방식이 후 시상하부 대식세포 증식은 출생 초기에 침윤한 대식세포의 국소 증식에 의한 것으로 생각된다