Influence of hyperglycemia on the apoptosis of adipocyte induced by nucleoside reverse transcriptase inhibitors for the treatment of HIV-1 infection

Abstract

[한글]뉴클레오사이드 역전사효소억제제 (Nucleoside reverse transcriptase inhibitors, NRTI)는 고강도항레트로바이러스치료 (Highly active antiretroviral therapy, HAART)를 시행받는 인면역결핍바이러스 감염환자에서 지방위축을 유발하는 것으로 알려져 있다. 지방위축을 보이는 인면역결핍바이러스 감염자들은 대개 고인슐린혈증 양상을 보이며 종종 현증 당뇨병을 동반한다. 본 연구에서는 뉴클레오사이드 역전사효소억제제에 의해서 유발되는 지방세포의 세포사멸에 고혈당이 미치는 영향을 확인하고자 하였다.

쥣과 (murine)의 지방전구세포 3T3-L1을 서로 다른 농도의 포도당 용액 배지 (1.0 g/L, 4.5 g/L) 에서 분화시키고 다섯 가지의 뉴클레오사이드 역전사효소억제제 (zidovudine, stavudine, didanosine, lamivudine, abacavir)를 치료용량의 혈중최고농도로 11일간 각각 처치하였다. 지방전구세포의 분화는 (C/EBP)-α/β, FAS의 웨스턴 블럿 및 oil red O 염색을 통해 평가하였다. 세포사멸은 PARP/caspase-3 웨스턴 블럿 및 Annexin Ⅴ/PI 염색을 통해 평가하였으며 MTT assay 및 JC-1 염색을 통해 미토콘드리아의 기능과 막전위를 각각 평가하였다. 인슐린 저항성에 대한 평가를 위해 지방위축을 빈번하게 유발하는 것으로 알려진 zidovudine과 stavudine을 처치한 세포에서 인슐린 유도 동화작용을 나타내는 Akt 단백질 인산화 정도를 웨스턴 블럿을 통해 측정하였다.

지방세포로의 분화를 나타내는 중성지방을 함유한 지방세포의 평균 수는 고농도 포도당에서 분화된 군에서 더 큰 것으로 나타났다 (80.8 vs. 134.0, P<0.001). 그렇지만 C/EBP-α/β, FAS 등 분화표지 물질에 대한 웨스턴 블럿에서는 뉴클레오사이드 역전사효소억제제의 처치나 배지의 포도당 농도가 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 MTT assay 및 JC-1 염색을 통해 평가한 미토콘드리아 기능이나 막전위도 뉴클레오사이드 역전사효소억제제의 처치나 배지의 포도당 농도에 의해 변화되지 않았다. 그렇지만 고농도 포도당 배지에서 분화시킨 지방세포에서는 zidovudine, stavudine, didanosine, lamivudine 등을 처치한 경우에 세포사멸을 나타내는 84.7 kDa 크기의 분리된 PARP 단백질의 발현이 증가되는 것이 관찰되어 zidovudine 에서만 세포사멸이 증가된 저농도 포도당 배지 분화지방세포와 대조를 보였다. 또한 저농도 포도당 배지에서 분화된 지방세포는 stavudine 에 대해서만 인슐린 유도 동화작용을 나타내는 Akt 인산화가 저하된 소견을 보이는 반면에 고농도 포도당 배지에서 배양한 경우에는 zidovudine과 stavudine을 처치한 경우 모두에서 인슐린 유발 Akt 인산화가 저하되는 소견이 관찰되었다.

결론적으로 포도당의 농도 및 뉴클레오사이드 역전사효소억제제의 처치는 지방전구세포의 분화에 영향을 미치지 않았다. 그러나 뉴클레오사이드 역전사효소억제제에 의한 세포사멸 및 인슐린 유발 동화작용 저하는 고농도포도당 배지에서 분화된 지방세포에서 악화되는 경향을 보였다. 이는 고농도 포도당 환경에서 뉴클레오사이드 역전사효소억제제에 의한 지방세포독성이 악화될 수 있다는 것을 시사한다.

[영문]Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) are considered responsible agents for lipoatrophy in patients receiving highly active antiretroviral therapy. Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infected patients revealing lipoatrophy usually manifest profiles of hyperinsulinemia and occasionally overt hyperglycemia. This study evaluated the effect of hyperglycemia on the apoptosis of adipocyte induced by NRTI. Murine preadipocyte 3T3-L1 was differentiated in different glucose concentrations (1.0g/L, 4.5g/L) and 5 NRTIs (zidovudine, stavudine, didanosine, lamivudine, abacavir) were treated for 11 days with near-Cmax concentration. The mean number of triglyceride accumulated adipocytes was higher in cells which were differentiated in a high glucose medium (80.8 vs. 134.0, P<0.001). However, the differentiation marker expressions such as C/EBP-α/β and FAS were not influenced by NRTI treatment or glucose concentration. In addition, mitochondria membrane potential integrity was not influenced by NRTI treatment or glucose concentration. However, apoptosis increased in zidovudine, stavudine, didanosine, and lamivudine treated adipocytes in a high glucose medium while only zidovudine treatment induced apoptosis in a low glucose medium. Regarding the insulin induced anabolic signaling of Akt phosphorylation, both zidovudine and stavudine treatment attenuated insulin induced Akt phosphorylation in cells differentiated in a high glucose environment while only stavudine attenuated Akt phosphorylation by insulin when the adipocytes were differentiated and treated in low glucose medium. In conclusion, glucose concentration in medium and treatment of NRTI did not alter differentiation of preadipocytes. However, NRTI induced attenuation of insulin anabolic signaling and apoptosis were augmented when preadipocytes were differentiated in a high glucose concentration medium. These findings suggest the possibility that the high glucose environment might aggravate the NRTI induced adipocyte toxicity.