당뇨병은 전세계적으로 발병률이 높아 지는 추세이다. 따라서 당뇨병발병과함께 당뇨병의 합병증중 하나인 당뇨병성 근육 감소증이 많이 보고되고 있다. 근육 감소증은 당뇨병뿐만 아니라 여러 요인에 의해 발생되는 경우가 많다. 근육의 소실은 당뇨 환자에게서 당뇨병을 더 심각하게 할 수 있을 뿐만 아니라 다른 여러 대사질환에 취약해질 수 있으며 당뇨병이 발병하지 않은 사람에게서 근육의 소실이 일어나 근육이 감소하게 되면 당뇨병의 발병률 또한 높아진다. 심각한 당뇨병으로의 발전을 억제하기 위해 근육 소실을 막는 것이 중요하며 당뇨병성 근육 감소증은 과도한 철분(Xu et al., 2012), 활성 산소(Gomes et al., 2012), 과도한 지방이 원인이라 생각되며(Zhu et al., 2019) 지방에 의해 유도되는 세포 사멸에 보호 효과를 보인 DFO 약물을 이용하여(Cui et al., 2019) 근육 감소증의 개선하는 방향을 제시하고자 연구를 시작하였다.
먼저, db/+ mice 와 db/db mice 를 이용하여 db/db mice 에서 여러 대사질환의 발생을 확인하였으며 근육의 소실을 확인하였다. 이후 mice muscle cell 인 C2C12 에서 PA 에 의해 유도되는 죽음 신호를 여러 약물들을 투여하여 개선하는 약물을 모색하였고 그중 DFO 약물을 선별하였다. 선별한 약물인 DFO 를 db/db mice 에 복강 주사하였을 때 여러 대사징후와 근육의 면적이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 통하여 DFO 가 당뇨병성 근육 감소증을 억제하여 당뇨병에서 여러 대사 징후를 개선시킬 것으로 생각된다.
당뇨병 유도 mice 인 db/db mice 에서 근육 감소 인자 MuRF1 의 증가를 확인할 수 있었고(Kim et al., 2019) 여러 대사적 손상을 확인할 수 있었다.
이후 MuRF1 의 발현이 DFO 를 복강주사한 db/db mice 그룹에서 근육 소실의 억제 및 주변 지방조직의 감소를 MRI 촬영을 통해 확인할 수 있었으며 H&E staining 을 통하여 GA muscle 과 TA muscle 의 muscle
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cell 의 크기를 분석하였으며 DFO 를 투여한 db/db mice 에서 muscle cell 들이 크기가 큰 cell 들이 많은 것을 확인하였다. 이후 혈액검사에서 FFA, TG, ALT 의 수치들이 개선된 것을 확인하였다. 또한 db/db mice 의 체중을 감량시키고 비대해진 조직들의 무게가 감소된 것을 확인하였다. 이는 DFO 가 db/db mice 에서 지방을 감소시켜 근육 소실을 감소시킨 것으로 생각하였다(Zhu et al., 2019).
DFO 는 Iron chelator 로 알려져 있으며 DFO 를 db/db mice 에 주사하였을 때 체내의 철 이온 농도를 조절하여 과도한 철로 인한 근육 조직의 소실을 막을 것이라 생각했다. 그래서 DFO 를 주사한 db/db mice 의 TA muscle 을 이용하여 철 대사 관련 유전자의 발현을 확인하였고 db/db mice 에서 관련 유전자들의 발현이 떨어지는 것을 확인 DFO 를 투여한 db/db mice 에서도 큰 변화 없이 발현이 올라가지 않았으나 이후 GA muscle 의 immunobloting 을 통하여 FTH1 과 FPN1 의 단백질 발현은 오히려 db/db mice 에서 올라가고 DFO 투여 db/db mice 에서는 떨어진 것을 확인하였다. 이는 db/db 의 GA muscle 에서 DFO 가 철 이온을 조절하여 근육 감소증 개선에 도움을 준 것으로 생각하였다.
활성 산소는 세포막을 비롯한 세포 소기관에 손상을 주기 때문에 근육 세포를 손상시켜 근육 소실을 일으킬 것이라 생각하였다(Gomes et al., 2012). db/db mice 의 TA muscle 을 이용하여 antioxidant enzyme 유전자의 발현을 조사하였고 DFO 를 투여한 그룹에서 antioxidant enzyme 의 발현이 증가한 것을 확인하였으며 GA muscle 을 통하여 antioxidant enzyme 인 Glutathione reductase 의 단백질 발현증가를 확인하였다. 이는 DFO 에 의해 db/db mice muscle 의 활성 산소 수치가 낮아져 근육 조직의 cell 들의 손상이 줄어들어 근육 소실이 개선된 것으로 생각하였다.
당뇨병성 근육 감소증은 주로 insulin resistance 로 인한 단백질 합성 신호의 저해로 인해 발생한다(Andreasen et al., 2011). DFO 를 투여한
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db/db mice 의 GA muscle 에서 NS 를 투여한 db/db mice 의 GA muscle 에서 보다 P-AKT 의 발현의 증가가 확인되었고 이는 DFO 가 insulin resistance 를 개선하여 근육 조직의 단백질 합성 신호를 활성화시켜 근육 소실을 억제해 근육 감소증을 완화시키는 것으로 생각된다.
지금까지의 결과에서 DFO 는 db/db mice 에서 체중을 감소시키며 혈액내 FFA, TG, ALT 의 수치를 낮춰 개선시켜 주며 지방조직이 감소하였고 철 대사 관련 단백질들의 발현이 줄고 antioxidant enzyme 의 유전자 발현과 단백질 발현이 증가하였다. 이러한 복합적인 요인을 통하여 DFO 는 db/db mice 에서 근육 감소증을 개선하는 것으로 생각하였다. 하지만 DFO 로 인하여 지방 조직의 감소, 철 이온의 조절, antioxidant enzyme 의 증가, insulin resistance 의 개선등의 상당히 광범위한 회복 기전을 나타내고 있어 정확히 어떠한 기전이 근육 감소증을 직접적으로 개선하는지에 대한 연구의 진행이 필요하다.
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Ⅴ. 결론
이 연구에서의 목적은 당뇨병성 근육 감소증의 기전을 조사하고 근육 감소증을 개선하는 약물을 모색하여 그 효과를 입증하는 것이다.
당뇨병 모델 mice 인 db/db mice 를 db/+ mice 를 대조군으로 사용하여 당뇨병 유도 mice 에서 근육 감소의 정도와 여러 대사적 인자들을 조사하였고 당뇨병 유도 mice 인 db/db mice 에서 부정적인 대사적 징후를 확인하였으며 근육의 감소를 확인하였다. 이후 분자적인 분석을 통해 db/db mice 의 GA muscle 에서 근윤 감소 유도 인자인 MuRF1 의 발현을 확인하였다.
db/db mice 에서 근육 감소를 확인한 후 근육 감소증 치료 약물을 모색하기위해 mice muscle cell C2C12 를 이용하였다. 당뇨병과 관련이 있는 약물들을 처리하여 분화된 C2C12 의 근간의 소실 정도를 조사 가장 효과 있었던 팔미트산을 이용하여 근간 소실을 유도하였고 근육 감소증의 개선이 기대가 되는 여러 약물들을 처리하여 팔미트산에 의해 유도되는 죽음 신호 억제가 가장 효과적인 약물인 DFO 를 근육 감소증 치료 약물로 선정하였다.
이후 db/db mice 를 이용하여 15 주간 DFO 약물을 주 3 회 복강주사 하였을 때 NS 투여 db/db mice 보다 DFO 투여 db/db mice 의 체중이 감소하는 경향이 나타났으며 이후 진행한 혈액 검사에서 FFA, TG, ALT 의 수치가 감소하였고 근육의 감소가 NS 투여 군보다 DFO 투여군에서 더 적은 것을 확인하였다. 또한 GA muscle 과 TA muscle 을 이용하여 진행한 H&E staining 과 형광 염색을 통해 각 근육 조직의 세포의 크기가 DFO 투여 군이 NS 투여 군보다 더욱 큰 경향을 확인하였고 분자적인 분석에서 근육 감소 관련 인자들의 발현이 줄어든 것을 확인하였다.
지금까지의 결과를 종합하면 DFO 는 db/db mice 에서 오토파지, 단백질 분해, 단백질 합성, 세포 죽음 신호등에 복합적으로 작용하여 근육 소실을
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개선하고 근육 감소증의 진행을 억제한다. 이는 당뇨병성 근육 감소증에서 DFO 약물을 이용한 치료 및 연구의 방향을 제시할 것으로 생각된다.
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