당뇨병성 신증에서 peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-γ 촉진제가 transforming growth factor (TGF)-β1과 fibronectin의 발현에 미치는 영향

Abstract

[한글]

당뇨병성 신증은 말기 신부전의 원인 질환 중 가장 많은 빈도를 차지하고 있지만, 아직까지도 당뇨병성 신증의 병태생리를 설명하는 확실한 기전은 정립되어 있지 않다. Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-γ는 핵수용체군 중 하나로서, 주로 간과 지방조직에 분포하며, 당뇨 약제인 thiazolidinediones와 결합하여 작용을 나타낸다. PPAR-γ는 지방세포의 분화와 지방 대사 조절에 관여하고, 인슐린 저항성을 감소시키며, 세포의 분화 및 세포주기의 조절에도 관여하는 것으로 알려져 있다. 당뇨병성 신증은 병리학적으로 사구체의 비후, 기저막의 비후, 그리고 세포 외 기질의 축적이 특징적인 소견으로, 이러한 현상들이 PPAR-γ 촉진제에 의해 억제될 수 있을 것이라는 가정 하에 많은 연구들이 있어 왔으며, 실제로 실험적 당뇨와 비당뇨 쥐에서 이런 약제들이 메산지움의 증식과 사구체경화의 진행을 지연시킨다고 보고된 바 있다. 그러나, 제 2형 당뇨병에서 PPAR-γ가 당뇨병성 신증의 유발 및 진행에 미치는 영향에 대한 연구는 아직까지 부족하며, 특히 메산지움의 확장과 사구체경화의 지표라고 할 수 있는 transforming growth factor (TGF)-β1 및 fibronectin의 발현에 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 연구는 미미한 실정이다. 최근에 소개된 Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF) 쥐는 자연적으로 비만 및 당뇨가 서서히 발병하는 실험 동물로서, 특히 신장의 형태학적 변화는 사람의 제 2형 당뇨병에서 관찰되는 신장의 조직학적 변화와 가장 유사하여 제 2형 당뇨 모델로 자주 이용되고 있다. 이에 본 연구자는 제 2형 당뇨병에서 PPAR-γ가 당뇨병성 신증의 발생과 진행에 어떠한 영향을 미치는 지를 알아보고자 생후 30주된 OLETF 쥐에서 PPAR-γ 촉진제인 pioglitazone을 10주간 투여한 후 사구체 내 TGF-β1과 fibronectin의 발현 정도를 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. Pioglitazone 투여 당뇨군에서는 치료를 하지 않은 당뇨군에 비해 체중 당 신장 무게가 의미있게 감소되었으며 (2.4±0.1 vs. 2.7±0.1 mg/g, p<0.05), 혈당 및 중성지방 농도도 유의하게 감소되었다 (각각 114.0±3.2 vs. 162.1±4.7 mg/dl와 115.2±11.9 vs. 151.9±27.0 mg/dl, p<0.05).

2. 광학현미경 검사 결과, 당뇨군에서는 사구체 크기의 증가, 메산지움의 결절성 확장 소견과 더불어 사구체 기저막의 비후 소견을 관찰할 수 있었으나, 대조군이나 pioglitazone 투여 당뇨군에서는 이러한 변화가 발생하지 않았다.

3. 사구체 내 TGF-β1 단백과 mRNA의 발현은 당뇨군에서 대조군에 비해 각각 약 2.8배와 2.1배로 유의하게 증가되었으며, 이러한 증가는 pioglitazone 투여 후 각각 80.6%와 78.4% 억제되었다.

4. 사구체 내 fibronectin 단백과 mRNA 발현 모두 당뇨군에서 대조군에 비해 약 2.4배 증가되어 있었으며, pioglitazone은 fibronectin 단백과 mRNA의 발현 증가를 각각 93.1%와 98.6% 억제시켰다.

5. 면역조직화학검사 결과 당뇨군의 사구체에서 대조군에 비해 fibronectin 단백의 발현이 증가되어 있었으며, pioglitazone 투여군에서는 사구체 내 fibronectin 단백 발현의 증가가 억제되었다.

이상의 결과로 제 2형 당뇨 모델인 OLETF 쥐에서 PPAR-γ 촉진제인 pioglitazone에 의해 사구체 내 TGF-β1과 fibronectin의 단백과 mRNA 발현이 억제되었다는 것을 확인하였다. 결론적으로 제 2형 당뇨병에서 PPAR-γ 촉진제가 당뇨병성 신증의 예방 및 치료에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]

Background: Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-γ is a member of the nuclear receptor superfamily of ligand-dependent transcription factors. PPAR-γ plays an important role in numerous cellular processes including adipogenesis, insulin sensitivity, cell cycle progression, cell differentiation, inflammation, and extracellular matrix production. This study investigated the effect of a PPAR-γ agonist, pioglitazone, on the progression of diabetic nephropathy in type II diabetic OLETF rats.

Methods: 30 week-old male OLETF rats were treated for 10 weeks as follows: diabetic control (DM), no treatment: pioglitazone therapy (DM+Pio). LETO rats were used as non-diabetic control (control). At 40 weeks of age, body weight, kidney weight, blood sugar, total cholesterol, triglyceride, and free fatty acid were measured. Histological analysis was taken with light microscope. Glomerular protein and mRNA expression of transforming growth factor (TGF)-β1 and fibronectin were estimated by Western blot and RT-PCR. Kidney sections were stained for fibronectin by immunohistochemistry.

Results: Kidney weight body weight was decreased in DM+Pio group compared with DM group (2.4±0.0 vs. 2.7±0.0 mg/dl, p<0.05). Serum glucose and triglyceride level were lower in DM+Pio rats rather than DM rats (114.0±3.2 vs. 162.1±4.7 mg/dl and 115.2±11.9 vs. 151.9±27.0 mg/dl, respectively, p<0.05). PAS staining showed glomerular hypertrophy, nodular expansion of mesangium, and glomerular basement membrane thickening in glomeruli of DM rats, but these changes were not seen in glomeruli of pioglitazone treatment rats. Treatment with pioglitazone resulted in a significant decrease in TGF-β1 protein and mRNA expression in diabetic glomeruli (80.6% and 78.4%, respectively). Glomerular expression of fibronectin protein and mRNA were also decreased in pioglitazone treatment group compared with DM group (93.1% and 98.6%, respectively). Immunohistochemical staining for fibronectin in diabetic glomeruli showed more dense deposit than control glomeruli, and this change was ameliorated by pioglitazone treatment.

Conclusion: Increased TGF-β1 and fibronectin mRNA and protein expressions in diabetic rat glomeruli were significantly ameliorated by PPAR-γ agonist treatment. These data suggest that activation of PPAR-γ may play an important role in prevention and treatment of diabetic nephropathy.