시상하부 소교세포의 Progranulin 결핍이 전신 당대사와 비만 발생에 미치는 영향

Abstract

연구배경: 고지방을 함유하는 음식물의 반복적 섭취는 오늘날 비만과 비만에 동반된 대사 질환을 일으키는 주요한 원인으로 지목되고 있다. 고지방식이를 섭취하면 간, 골격근, 지방조직, 시상하부 등 주요한 대사 장기에 저강도의 만성 염증반응이 일어나는데, 이러한 염증 반응은 인슐린과 렙틴의 신호전달을 방해하여 비만증과 당뇨병 발생을 촉진한다. Progranulin (PGRN)은 하등동물부터 포유류까지 가지고 있으며, 염증과 면역 반응을 조절하고 상처 회복에 중요한 펩타이드로 알려져 있다. PGRN은 Granulin (GRN) 7.5개로 구성된 전구단백으로 항염증작용을 가지는 PGRN은 neutrophil elastase와 같은 효소에 의하여 염증작용을 가지는 GRN으로 분해된다. PGRM이 전신적으로 결핍된 생쥐에서 고지방식이로 유발한 비만증이 억제되고 당대사가 호전됨이 보고되었으나, 에너지대사 중추기관인 시상하부에서 PGRN의 역할은 아직 연구된 바 없다. 연구방법: 본 연구에서는 고지방식이 동안 시상하부 세포 별 PGRN 발현 변화를 관찰하였다. 고지방식이 동안 시상하부 면역세포인 소교세포(microglia)에 PGRN 발현이 현저하게 증가하였으므로 소교세포-특이적 PGRN 유전자인 Granulin (Grn) 유전자를 제거한 마우스를 제작하기 위하여 소교세포-특이적 cre 마우스인 CX3CR1-cre 생쥐와 Grn-floxed 마우스를 교차교배하고, 타목시펜을 주입하여 PGRN 결핍을 유도하였다. 또한 시상하부 소교세포에 국한된 PGRN 결핍을 유도하기 위하여 Grn-floxed 마우스의 양쪽 하부 ARC에 cre에 의존적인 방식으로 Grn-shRNA를 발현시키는 adenoassociated virus를 주입하였다. 정상식이 상태와 고지방식이 상태에서 PGRN 결핍 생쥐와 대조군 간에 체중, 먹이섭취, 에너지대사, 당대사를 비교하였다. 또한 시상하부의 소교세포의 수적 변화와 염증 반응 및 보체 반응의 지표를 평가하고, 전반적인 시상하부 염증 상태를 두 군 간에 비교하였다. 연구결과: 고지방식이에 노출되면 뇌 여러 부위 중 시상하부에만 선택적으로 PGRN 발현이 증가하였고, 특히 소교세포에서 발현 증가가 현저하였다. 또한 고지방식이 섭취 기간이 길어질수록 시상하부에서 neutrophil elastase 발현이 증가하고, PGRN이 GRN 으로 분해가 증가하였다. 소교세포-특이적 PGRN 결핍 생쥐는 정상식이 섭취시 대조군과 비교하여 체중, 체지방량, 먹이섭취에는 차이가 없었으나, 공복 상태와 포도당부하검사에서 혈당이 유의하게 높았다. 또한 PGRN 결핍 생쥐는 정상식이 상태에서 시상하부 소교세포가 활성화되어 있었고, 보체 (complement 1q) 발현이 증가하였다. 반면, 고지방식이 노출시 PGRN 결핍 생쥐에서 비만증 발생이 현저하게 차단되었고, 그 원인으로 먹이섭취량에는 차이가 없었으나, 에너지대사율과 열발생이 증가하였다. 또한 고지방식이 상태에서 대조군에서 관찰되는 시상하부 염증 반응과 소교세포의 염증성 활성화가 유의하게 감소하였다. 이러한 변화는 AAV를 이용하여 시상하부 소교세포에 선택적으로 PGRN을 결핍시킨 생쥐에서도 유사하게 관찰되었다. 결론: 시상하부 소교세포의 PGRN 결핍은 정상식이 상태에서 당대사를 악화시켰으나, 고지방식이 상태에서는 비만 발생과 시상하부 염증 반응을 차단하였다. 식이에 따른 상반된 대사표현형은 정상식이 상태에서는 시상하부 소교세포에서 항염증작용을 가진 PGRN이 주로 분비되어 당대사 항상성을 도와주지만, 고지방식이 상태에서는 PGRN이 GRN으로 분해되어 GRN이 시상하부에 염증을 일으키고 비만 발생을 촉진할 가능성을 제시한다. 따라서 본 연구는 식이에 따라 시상하부 PGRN-GRN 축의 조절되어 시상하부의 항상성과 비만 발생을 조절하는 중요한 인자임을 밝혔다는 점에서 의의가 있다.