연구배경

지방간(hepatic steatosis, fatty liver)은, 알코올성 혹은 비알코올성 지방간으로 크게 나누어지는데, 비알코올성 지방간은 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 유병률이 급상승하고 있으며 당뇨병(제2형), 비만(obesity) 및 대사질환(metabolic disorder)과 밀접한 관계를 가지고 있어 중요한 질환으로 분류되고 있습니다. 그러나 비알코올성 지방간의 기전과 그 치료법이 현재는 없는 실정이기에 비알코올성 지방간의 발병 기전, 치료 및 예방 타깃 발굴이 대단히 중요한 의미를 가진다고 볼 수 있고, 비알코올성 지방간과 공존하는 산화 스트레스(oxidative stress) 및 염증반응(inflammatory response)에 대해서는 많은 연구자들이 이미 주목하고 있어, 본 연구팀은 이들의 연관관계에 집중하고, 대사 면역학적 관점(Immuno Metabolic Aspects)으로 연구를 수행하였습니다.

 

간 내 침윤성 대식구에 의한 ROS발생 확인

언급한 바와 같이 비알코올성 지방간의 발생 시 산화스트레스와 염증반응에 대해서 많은 연구자들이 연구해오고 있었고, 특히 다양한 면역세포에의 반응에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 본 연구팀은 간에 상주하는 대식세포인 쿠퍼세포(resident Kupffer cell, CD11b+F4/80high)과 혈관으로부터 침윤하는 대식세포(Infiltrated macrophage, CD11b+F4/80low)로 세분화하여 그 표현형의 차이를 분석하였습니다. 이 과정에서, 침윤 대식세포(CD11b+F4/80low)가 지방산(palmitate) 처치 시 Toll-like receptor 4 (TLR4)와 NADPH oxidase 2 (NOX2) 유래 활성산소(ROS)를 생성하는 것을 발견하였습니다. (그림 1)

 

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그림 1. 지방산 처치시 대식구에서 TLR4 및 NOX2 의존적 활성산소(ROS) 생성규명

 

포화지방산에 의한 TLR4-NOX2 내포작용(endocytosis) 매개 ROS 발생 확인

또한, 포화지방산(팔미트산, palmitate) 처치 시 대식구 세포막에 존재하는 TLR4와 NOX2의 세포내 이입(endocytosis)과 이들의 co-localization 관찰되었습니다. 흥미롭게도 palmitate 처리 후 TLR4와 NOX2는 특이적으로 Dynamin을 통해 내포작용(endocytosis)이 유도됨을 확인하였고, 이를 통해 ROS의 생성도 발생함을 규명하였습니다. (그림 2)

 

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그림 2. Palmitate에 의한 TLR4/NOX2의 endocytosis

 

Monomeric TLR4-MD2 complex와 결합하는 포화지방산 규명

흥미롭게도 포화지방산과 TLR4-MD2 복합체의 직접 결합에 대한 연구가 보고되었으나 어떻게 TLR4와 결합하는지 규명된 바 없어 본 연구에서는 흥미롭게도 LPS에 의해 유도되는 일반적인 TLR4의 이량체형성(dimerization) 및 하위 Myd88/Trif를 통한 염증신호 전달기전과 달리, 포화지방산인 palmitate는 monomeric TLR4-MD2와 결합체를 형성하고 NOX2와 동시에 내포작용을 거쳐 ROS를 생성한다는 사실을 젤 여과 크로마토그래피(Gel Filtration Chromatography) 실험기법에 의해 새롭게 밝혔습니다. (그림 3)

 

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그림 3. Palmitate에 의한 monomeric TLR4-MD2 복합체의 결합의 증명 및 모식도

 

 

기대효과

본 연구는 대식구의 ROS생성이 간세포의 지방축적과 인슐린 저항성을 유도한다는 가설을 가지고 시작하였고, 결과적으로 NOX2의 결손은 간세포 내 지방축적(hepatic steatosis)을 감소시키고 인슐린저항성(GTT)을 향상시키는 것을 확인했습니다 (그림 4). 이러한 기전으로는 비알코올성 지방간 발생 시 침윤하는 대식세포(infiltrated macrophage)가 주로 ROS를 생성하며, 이는 과량의 포화지방산이 대식세포의 monomeric 톨 유사 수용체 (TLR4-MD2)와 직접 결합하여 세포내로 이입되며, 동시에 NADPH oxidase 2 (NOX2)를 자극하여 활성산소를 발생시키고 최종적으로 간세포 내 인슐린저항성 및 지방축적을 유도하는 기전을 규명하였습니다 (그림 4). 이는 그람 음성균 유래 리포다당체 (LPS) 매개 TLR4의 잘 알려진 염증반응(cannonical pathway)과 달리, 포화지방산에 의해서는 톨 수용체가 이량체를 형성하지 않는 차별화된 과정을 새로이 밝힌 것으로, 간 내 지방의 축적 시 대식세포의 염증 유발기전을 새롭게 규명함에 의의가 있습니다. 이 결과는 비알코올성 지방간, 지방간염 그리고 인슐린저항성의 치료 및 예방타깃으로 활용될 수 있으며, 이를 통해서 만성 간질환으로의 진행예방에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

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그림 4. 포화지방산에 의한 마우스의 CD11b+F4/80low 대식세포(사람의 CD68lowCD14high 대식세포)의
활성산소(ROS) 발생기전과, 그에 따른 비알코올성 지방간 및 인슐린저항성 발병 및 진행기전을 규명함.

 

앞으로도 저희 ‘간 대사표현형 연구팀’은 간에서 발생하는 다양한 질환(지방간, 지방간염, 간섬유화, 간암 등) 표현형 분석에 앞장서서 선도적인 역할을 수행할 것입니다. 또한 그 결과를 사업단을 통해 연구자들과 공유하며 국내 연구 환경 개선을 위해 노력하겠습니다. 감사합니다.