백서 췌장 소도에서 인슐린 분비에 있어서의 nitric oxide의 역할

Abstract

[한글]

당뇨병은 원인이 다양하나, 혈당에 대해 췌장에서 인슐린 분비가 적절히 이루어지지 못할 때 발생한다. 인슐린 비의존형 당뇨병은 인슐린 분비양상 또는 인슐린 분비 반응의 결함이 중요한 하나의 원인이다. 또한 병의 경과에 따라서 췌장의 베타세포의 기능저하를 관찰할 수 있다. 아직까지 췌장 베타세포의 기능저하의 기전은 완전히 알려져 있지 않다. 최근 베타세포의 인슐린 분비기전과 세포기능 손상에 nitric oxide(NO)가 관여한다는 보고가 있다. 손상기전의 원인이 밝혀지면 당뇨병의 진행을 이해하는 것뿐만 아니라 치료 및 예방책을 제시할 수 있다. 이에 NO가 백서 췌장 소도에서 인슐린 분비에 관여하는지를 면역세포화학 염색과 인슐린 mRNA의 발현정도를 in situ hybridization을 이용하여 췌장 소도 조직에서 조사하였으며, 췌장 소도 배양을 통하여 NO가 췌도에서 인슐린 분비에 어떤 역할을 하는지를 NOS(Nitric Oxide Synthase) 억제제(NG-nitro-L-arginine methyl ester, L-NAME)와 NO 공여제(Hydroxylamine)를 투여 후 인슐린 분비 변화를 관찰하였다.

1) 백서 정상 췌장조직에서 소도의 인슐린과 bNOS의 면역세포화학 반응을 살펴본 결과, 인슐린 양성 반응 세포와 bNOS 양성 반응 세포가 췌장 소도 조직내에 관찰되어 NO와 bNOS가 소도 내에 있음을 확인하였다.

2) L-NAME 투여 후, L-아르기닌 자극에 따른 인슐린 분비는, 대조군에 비해서 인슐린 분비가 증가함에 따라, 혈당의 일시적인 저하를 관찰함으로써, L-아르기닌 자극에 따른 인슐린 분비에 NO가 관여함을 알 수 있었다(p<0.05).

3) L-NAME 투여에 따른 췌장 소도의 인슐린과 bNOS의 면역세포화학 반응에서 소도와 베타 세포의 수와 크기의 차이를 육안으로 관찰할 수 없었으나, 영상 분석기로 측정한 결과, L-NAME 투여 전에 비해서 면역반응이 20% 증가함을 관찰하였다.

4) L-NAME 투여 후, 췌장 소도의 인슬린 mRNA 발현을 in situ hybridization 방법으로 관찰한 결과, 인슐린 mRNA는 췌장 소도의 중심부 세포들에서 강하게 발현되었으며, 핵을 제외한 세포질 전체에 균일하게 나타났다. 영상 분석한 결과, L-NAME 투여 전에 비해서 인슐린 mRNA 발현이 60% 증가함을 관찰하였다.

5) 췌장 소도 배양을 한 후, L-NAME 투여에 따른 인슐린 분비는 변화가 없었다. 그러나 L-아르기닌과 L-NAME 동시 투여에 의한 인슐린 분비는 L-NAME 투여군 및 L-아르기닌 투여군 각각에 비해 중가하여(p<0.05), NOS억제에 의한 NO의 감소로 L-아르기닌으로 부터의 인슐린 분비가 증가함을 알 수 있었다.

6) NO 공여제 투여에 따른 인슐린 분비 반응은, 제공자의 농도가 중가 할 수록 인슐린 분비의 감소를 보여서 베타 세포 내에 NO의 증가가 인슐린 분비 감소의 원인 중 하나임을 알 수 있었다.

백서 췌장의 소도에서 NO가 인슐린 분비에 관여함을 규명하기 위해 본 연구에서는 NO 생성에 관여하는 bNOS가 췌장 소도 조직에서 발현됨을 관찰하였으며, 췌장 소도 배양에서 bNOS 억제제 투여로 L-아르기닌에 의한 인슐린 분비를 증가시켰고, NO 공여제의 투여는 인슐린 분비를 감소시키는 것을 관찰하였다. 본 연구에서는 NO가 인슐린 분비 과정에 관여하고 있음을 확인하였고, 향후 NO가 인슐린 분비에 관여하는 기전의 이해와 인슐린 분비가 부족한 당뇨병의 병인에 NO가 관여하는지에 대한 계속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

[영문]

Diabetes mellitus can occur where insulin secretion of pancreas is inadequate according to blood glucose levels. Type 2 diabetes mellitus is known to be caused by either a defect in the insulin secretion or insulin resistance. The mechanism on failure of pancreatic beta cell is still not known. Several recent experiments have reported that nitric oxide system may be considered as a modulator of insulin secretion and impairment associated with the beta cell. The present study was purposed to investigate the role of nitric oxide(NO) in the secretion of insulin of rat pancreatic islet in vivo and in vitro. Nitric oxide donor and nitric oxide synthase( NOS ) inhibitor( NG-nitro- L- arginine methyl ester, L-NAME) were given to the rats or isolated islets and immmunohistochemical stain and in situ hybridization for bNOS and insulin as well as insulin secretion were determined.

1. In the immunohistochemical findings with insulin and bNOS antibodies in the pancreatic tissue of normal rats, positive staining cells with insulin and bNOS were found in the pancreatic islet. These showed the presence of NO in pancreatic islet of rats.

2. The insulin secretory response with L-arginine stimulation after L-NAME pretreatment in normal adult rats was increased, resulting in mild hypoglycemia which recovered promptly. These showed that NO was related with L-arginine induced insulin secretion.

3. After L-NAME injection, there were about 20% increase in the result of immunohistochemical stain with insulin and about 60% increase in the insulin mRNA exression in situ hybridization.

4. L-arginine induced insulin release was increased by L-NAME after islet culture(p<0,05).

5. Glucose-induced insulin release was progressively inhibited by NO donor hydroxylamine in the islet culture.

These results strongly suggest that nitric oxide is a negative modulator of insulin release in normal rats induced by the nutrient secretagogues L-arginine and glucose in vivo and in vitro. Further Investigation on the mechanism of nitric oxide in insulin secretory pathway will be necessary.