당불내인성 환자에서 인슐린 신호전달체계의 결함

Abstract

[한글]

인슐린은 말초조직에서 포도당의 섭취와 대사를 자극함으로써 포도당의 항상성을 유지한다. 인슐린 저항성은 근육, 간, 지방의 말초조직에서 인슐린의 작용이 감소되어있는 상태로 제 2형 당뇨병이 발생되기 전부터 인슐린 저항성을 보인다고 알려졌다. 특히 근육은 포도당 섭취의 가장 중요한 부위로 근육의 인슐린 작용 감소는 인슐린 저항성의 주요한 요소이다.

인슐린은 세포표면의 인슐린 수용체에 결합 후 세포내로의 신호 전달에 의해 인슐린의 여러 가지 작용을 나타나게 되며, PI-3 kinase pathway를 통해 포도당 섭취가 일어나는데, 신호전달에 결함이 생기면 포도당 섭취가 감소하게 된다. 또한 PKC는 serine/threonine phosphorylation kinase로서 IRS와 PI-3kinase의 tyrosine phosphorylation을 감소시켜 인슐린 신호 전달을 억제. 포도당 섭취를 감소시킨다고 알려졌다. 본 연구에서는 당불내인성 환자의 인슐린 저항성 발생에 어느 단계의 인슐린 신호전달체계의 결함을 보이는 지와 PKC가 관여하는지를 관찰하고자 하였다. 연구 대상은 정상군 12명과 당불내인성 환자 19명이었고, 정상 혈당 고인슐린혈증 클램프 검사를 통해 포도당 이용률을 측정하여 인슐린 저항성을 평가하였다. 인슐린 자극 전과 자극 30분 후 각각 두 차례 대퇴근육을 생검하여 근육세포내에서의 인슐린 신호 전달의 활성도와 단백량을 Western blot법으로 측정하였다. IR, IRS, Akt kinase, GSK-3 kinase의 인산화량, PKC-zeta lamda , PKC-delta, PKC-theta 의 단백량을 측정하였고, GLUT4의 membrane fraction의 단백량을 측정하였다. 결과는 당불내인성군에서 정상군에 비해 정상 혈당 고인슐린혈증 클램프 검사상 포도당 이용률이 60% 정도 감소되었으며, 또한 인슐린 자극 후 GLUT4의 세포막으로의 전위가 감소된 것이 관찰되어 인슐린 저항성의 발생이 인슐린의 세포 내 신호 전달의 결함으로 생각된다. 인슐린 자극 후 IR-beta의 인산화는 두 군간의 차이를 보이지 않아 인슐린 저항성은 그 이후 단계의 결함으로부터 발생되었다. 인슐린 자극 후 당불내인성 환자에서 IRS, GSK-3 인산화 증가율과 PKC-zeta의 단백량의 증가율이 정상군에 비해 유의하게 감소하여 인슐린 수용체 그 이후의 단계의 신호전달의 결함이 당불내인성군의 인슐린 저항성을 유발하는 것으로 관찰되었다. 하지만, 인슐린 자극 후 Akt kinase 인산화 증가율과 PKC-lamda의 단백량 증가율은 두 군간의 유의한 차이가 없었고, PKC-delta , PKC-theta 의 단백량 증가율 또한 두 군간의 차이를 보이지 않아 당불내인성 환자의 인슐린 저항성에 관련되지 않은 것으로 관찰되었다.

결론적으로 제 2형 당뇨병이 발생하기 전 단계인 당불내인성 환자에서 인슐린 자극에 의한 GLUT4의 전위가 감소되어 있으며, 이는 인슐린의 상위 신호 전달 체계의 결함을 포함하여 인슐린에 자극에 의한 PKC-zeta 의 활성 감소가 인슐린 저항성의 원인으로 고찰되며 Akt kinase, PKC-lamda, PKC-delta 와 PKC-theta는 당불내인성 환자의 인슐린 저항성에 관련되지 않는 것으로 관찰되었다.

[영문]Impaired glucose tolerance(IGT) is characterized by insulin resistance. Recently, defects in the insulin-signaling cascade have been implicated in the pathogenesis of insulin resistance.

To study insulin signaling in IGT, we assessed the insulin signaling cascade including insulin receptor(IR-beta ), insulin receptor substrate(IRS), Akt, and GSK-3 phosphorylation before and after insulin stimulation in 19 normal control group and 12 IGT group. Insulin also activates, in a PI3 kinase-dependent manner, atypical forms of protein kinase C(PKC-zeta lamda ),which have also been suggested to mediate glucose transport. So we assessed the protein level of atypical PKC before and after insulin stimulation in both groups. Several studies have shown associations between increased PKC activity, especially nPKCs, and insulin resistance in insulin target tissues upon lipid oversupply. So the protein level of membrane-bound PKC-delta , -theta was assessed before and after insulin stimulation in both groups.

In result, euglycemic hyperinsulinemic clamp test showed decreased glucose utilization rate in IGT group compared to control group(p<0.05). GLUT4 translocation from cytosol to plasma membrane by insulin stimulation was reduced in IGT group compared to the control group(p<0.05). IR-beta phosphorylation was comparable between two groups.

The incremental rate of IRS and GSK-3 phosphorylation by insulin stimulation were reduced in IGT compared to control group(p<0.05).

The incremental rate of Akt phosphorylation by insulin was comparable between two groups. The incremental rate of PKC-zeta protein by insulin stimulation was reduced in IGT group. But the incremental rate of PKC-lamda protein by insulin stimulation was comparable between two groups. Before insulin stimulation, the basal protein levels of PKC-delta , and -theta showed no difference between control and IGT group. Also, the incremental rate of PKC-delta , and -theta protein by insulin stimulation were comparable between two groups .

Therefore, IGT showed decreased PKC-zeta activity by insulin stimulation as well as the defect in the early insulin signaling. We observed that PKC-delta , -theta might not be associated with the insulin resistance in IGT.