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1 분자세포1생물학뉴스레터 논/단 서 론 서구적인 생활 패턴으로 인한 과도한 지방섭취와 낮은 육 체활동으로 인해 비만, 당뇨, 동맥경화, 고지혈증과 같은 대 사질환의 발병률이 크게 늘어나고 있다. 이에 미국, 유럽과 마찬가지로 현재 국내에서도 대사성질환의 치료에 소요되 는 비용이 크게 증가하고 있는 추세이며 이는 국민 건강 재 정에 큰 부담으로 작용하고 있다. 따라서 비만과 당뇨와 같 은 대사성질환을 예방하고 치료하기 위한 기초임상 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 최근 autophagy(자가 포식)의 기능조절이상과 대사성질환과의 연관성에 관한 연 구가 늘어나고 있는 추세이다. 이에 본 논단에서는 먼저 간 단한 autophagy의 개념과 개략적인 autophagy 조절기전 에 대한 설명 후 제2형 당뇨, 비만, 동맥경화, 골다공증에서 autophagy의 역할에 관한 최근 연구 동향을 논의하고자 한 다. 참고로 본 논단의 내용은 저자가 최근에 발표한 영문 총 설 논문의 내용에 기초하고 있음을 밝히는 바이다[1]. 본 론 Autophagy정의와 기능 ‘Autophagy’란 그리스어로 self을 의미하는 ‘auto’와 eating을 뜻하는 ‘phagy’에서 유래된 단어로서 이중막 구 조에 의해 둘러싸인 세포 내 물질들을 리소좀(lysosome) 으로 전달해 분해시키는 과정을 의미하며 ubiquitin- proteasome system과 더불어 세포 내 protein quality control에서 중요한 역할을 하고 있다. 또한 autophagy는 엉겨 붙은 단백질 덩어리의 분해뿐만 아니라 손상된 세포 내 소기관(미토콘드리아, 소포체, 퍼옥시좀)과 세포외부병 원균(박테리아, 바이러스, 기생충)의 제거에서도 중요한 기 능을 수행하고 있다(그림 1). 그러므로 이러한 autophagy 의 비조절성(dysregulation)은 암, 퇴행성뇌질환, 병원균 감염, 노화, 클론병(Crohn’s disease), 심장질환과 같은 다 양한 질병의 주요 발병원인으로 작용할 수 있다[2–4]. 뿐 만 아니라 autophagy는 영양분이 부족한 상황에서 단백 질(proteins), 지방입자(lipid droplet), 당원(glycogen)을 각각 아미노산(amino acid), 지방산(fatty acid), 포도당 (glucose)으로 분해시켜 ATP을 생성함으로써 세포 내 에너 지 균형을 유지시키는 조절자로서도 기능하기도 한다(그림 1). 이와는 반대로 영양분이 충분한 상황에서는 autophagy 에 의한 에너지원(단백질, 지방입자, 당원)의 분해는 억제되 고 저장은 증가하게 된다. 하지만 이러한 autophagy의 조 절에서 손상이 발생하면 에너지 불균형을 초래하게 되고 나 아가서는 당뇨, 비만, 동맥경화 같은 대사성질환이 발생할 대사질환의 발병과 치료에 있어서 Autophagy의 역할 김국환 성균관대학교 의과대학 연구교수 E-mail: [email protected]

대사질환의 발병과 치료에 있어서 Autophagy의 역할형)의 차이, autophagy을 억제시키는 기간과 정도의 차이 그리고 autophagy을 억제시키는 mouse의

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Page 1: 대사질환의 발병과 치료에 있어서 Autophagy의 역할형)의 차이, autophagy을 억제시키는 기간과 정도의 차이 그리고 autophagy을 억제시키는 mouse의

1 ● ● 분 자 세 포 1 생 물 학 뉴 스 레 터

논/단

서 론

서구적인 생활 패턴으로 인한 과도한 지방섭취와 낮은 육

체활동으로 인해 비만, 당뇨, 동맥경화, 고지혈증과 같은 대

사질환의 발병률이 크게 늘어나고 있다. 이에 미국, 유럽과

마찬가지로 현재 국내에서도 대사성질환의 치료에 소요되

는 비용이 크게 증가하고 있는 추세이며 이는 국민 건강 재

정에 큰 부담으로 작용하고 있다. 따라서 비만과 당뇨와 같

은 대사성질환을 예방하고 치료하기 위한 기초∙임상 연구가

활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 최근 autophagy(자가

포식)의 기능조절이상과 대사성질환과의 연관성에 관한 연

구가 늘어나고 있는 추세이다. 이에 본 논단에서는 먼저 간

단한 autophagy의 개념과 개략적인 autophagy 조절기전

에 대한 설명 후 제2형 당뇨, 비만, 동맥경화, 골다공증에서

autophagy의 역할에 관한 최근 연구 동향을 논의하고자 한

다. 참고로 본 논단의 내용은 저자가 최근에 발표한 영문 총

설 논문의 내용에 기초하고 있음을 밝히는 바이다[1].

본 론

Autophagy의 정의와 기능

‘Autophagy’란 그리스어로 self을 의미하는 ‘auto’와

eating을 뜻하는 ‘phagy’에서 유래된 단어로서 이중막 구

조에 의해 둘러싸인 세포 내 물질들을 리소좀(lysosome)

으로 전달해 분해시키는 과정을 의미하며 ubiquitin-

proteasome system과 더불어 세포 내 protein quality

control에서 중요한 역할을 하고 있다. 또한 autophagy는

엉겨 붙은 단백질 덩어리의 분해뿐만 아니라 손상된 세포

내 소기관(미토콘드리아, 소포체, 퍼옥시좀)과 세포외부병

원균(박테리아, 바이러스, 기생충)의 제거에서도 중요한 기

능을 수행하고 있다(그림 1). 그러므로 이러한 autophagy

의 비조절성(dysregulation)은 암, 퇴행성뇌질환, 병원균

감염, 노화, 클론병(Crohn’s disease), 심장질환과 같은 다

양한 질병의 주요 발병원인으로 작용할 수 있다[2–4]. 뿐

만 아니라 autophagy는 영양분이 부족한 상황에서 단백

질(proteins), 지방입자(lipid droplet), 당원(glycogen)을

각각 아미노산(amino acid), 지방산(fatty acid), 포도당

(glucose)으로 분해시켜 ATP을 생성함으로써 세포 내 에너

지 균형을 유지시키는 조절자로서도 기능하기도 한다(그림

1). 이와는 반대로 영양분이 충분한 상황에서는 autophagy

에 의한 에너지원(단백질, 지방입자, 당원)의 분해는 억제되

고 저장은 증가하게 된다. 하지만 이러한 autophagy의 조

절에서 손상이 발생하면 에너지 불균형을 초래하게 되고 나

아가서는 당뇨, 비만, 동맥경화 같은 대사성질환이 발생할

대사질환의 발병과 치료에 있어서 Autophagy의 역할

김 국 환

성균관대학교 의과대학 연구교수

E-mail: [email protected]

Page 2: 대사질환의 발병과 치료에 있어서 Autophagy의 역할형)의 차이, autophagy을 억제시키는 기간과 정도의 차이 그리고 autophagy을 억제시키는 mouse의

웹 진 2014ㅣ06 ● ● 2

수 도 있다[1, 5].

Autophagy의 분자조절기전

1993년 Dr. Ohsumi 그룹에 의해 yeast에서 최초

로 autophagy-related(Atg) 유전자가 동정된 이후 최

근까지 30여개 이상의 Atg 유전자가 발견되었다[6, 7].

Autophagy 과정은 이들이 만들어내는 단백질들에 의

해 정교하게 조절되는데 크게 4가지 단계(initiation and

vesicle nucleation, vesicle elongation, fusion and

degradation, termination)로 나눌 수 있다(그림 1).

Initiation단계는 ULK1 단백질에 의해 조절되는데, 영양분

이 부족한 상황에서 ULK1의 탈인산화(dephosphorylation)

로 인해 ULK1을 포함하는 복합체(ULK1-Atg13-

Atg101-FIP200 complex)가 mTORC1 복합체부터 해리

된다. 그 결과 Beclin1/Vps34 복합체(Beclin1-Atg14L-

Vps15-Vps34 complex)의 활성화가 증가하게 되면서

PI3P(phosphatidylinositol-3-phosphate)의 생산이 유도

되고 그로 인해 모여든 DFCP1과 WIPI 단백질에 의해 이중

막 구조를 가지는 vesicle nucleation이 일어나게 된다. 이

후 두 가지 ubiquitin-like conjugation system[Atg12-

Atg5-Atg16과 LC3-phosphatidylethanolamine(PE)]

을 구성하는 단백질들에 의해 vesicle elongation이 일어

나게 되면서 autophagosome이 생성되게 된다. 그런 다

음 성숙한 autophagosome은 lysosome과 융합(fusion)되

면서 autophagolysosome(autolysosome)을 형성하게 되

고 이 과정에서 격리된 세포 내 물질이나 소기관들은 리소

좀 가수분해 효소(lysosomal hydrolytic enzymes)에 의해

분해(degradation) 된다. 결과적으로 autophagy에 의해

소화된 영양분이 mTORC1 복합체의 주요조절자인 mTOR

단백질의 활성화를 다시 증가시킴으로써 autophagy 과정

은 종결(termination) 되게 된다. 지금까지 간략히 설명한

autophagy 과정의 조절기전에 관한 더욱더 구체적인 내용

은 최근 보고된 총설에 잘 설명되어 있으므로 참고하기 바란

다[7, 8].

대사성 질환에서 autophagy의 연구

Autophagy 조절유전자들의 변형을 가지는 mouse을 이

용해 개체(organism)내 대사조절에서 in vivo autophagy

의 역할이 조사되었다. 본 단락에서는 당뇨, 비만, 동맥

경화, 골다공증과 같은 대사질환에서 최근까지 연구된

molecular and cellular Biology Newsletter

그림 1. Autophagy 과정의 분자기전과 기능

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논/단

3 ● ● 분 자 세 포 생 물 학 뉴 스 레 터

autophagy의 역할에 대해 논의하고자 한다.

제2형 당뇨병과 비만

개체 내 에너지 대사의 항상성은 간, 췌장, 지방조직, 근

육, 뇌, 면역세포들과 같은 여러 조직기관의 통합적 조절에

의해 유지되어지기 때문에 이들 각 기관의 비조절성과 기능

이상은 당뇨, 비만의 발병에 영향을 미칠 수 있다. 따라서

본 논단에서는 각 조직에서의 autophagy에 관한 연구결과

를 중심으로 이들 질환의 발생에서 autophagy의 역할에 대

해 논의하고자 한다.

췌장 β 세포(Pancreas β cells)

췌장의 β 세포에서 분비되는 인슐린은 간, 근육, 지방과

같은 표적기관에 작용해 혈당을 낮추는 작용을 한다. 췌장

은 autophagy 조절 유전자가 제거된 mouse을 이용해 에

너지 대사조절에서 in vivo autophagy의 역할이 처음으

로 보고된 기관이기도 하다. 보고에 의하면 β 세포 특이적

으로 Atg7 유전자가 제거된 mouse(RIP/Cre-Atg7F/F)에

서 insulin 분비와 β 세포용량의 감소로 인해 저인슐린증

(hypoinsulinemia)과 고혈당증(hyperglycemia)이 나타나

는데 이는 autophagy가 β 세포의 기능적 항상성 유지에서

중요한 역할을 함을 제시해준다[9, 10]. 특히 비만 상황에서

β 세포 특이적으로 autophagy가 제거된 mouse(RIP/Cre-

Atg7F/F-ob/ob)는 β 세포의 산화적 스트레스 증가를 동반

한 심각한 제2형 당뇨병 증상을 나타내는데[11], 이러한 결

과는 β 세포의 autophagy가 비만이 유발하는 인슐린저항성

에서 당뇨병으로의 진행에서 중요한 역할을 함을 제시해준

다. 그러므로 autophagy는 β 세포의 항상성을 유지시켜 비

만에 의한 당뇨병 발병을 억제시키는 기능을 수행하고 있다

고 볼 수 있다.

근육(Skeletal muscle)

근육은 체내 포도당의 약 80%을 이용하는 기관으로 이

들 조직의 기능이상은 인슐린 저항성과 제2형 당뇨병 발

병에 영향을 미칠 수 있다. 특히 비만에 의한 근육량 감소

와 근육 내 지방축적은 인슐린 신호전달에 의한 포도당 흡

수를 방해해 인슐린저항성을 유발시키는데, 운동은 근육량

을 증가시키고 미토콘드리아 활성화를 유도해 지방을 산화

시킴으로써 이러한 질환의 발병을 억제시킬 수 있다[12]. 흥

미롭게도 최근 근육에서 autophagy가 억제된 몇 가지 유

전적 mouse[Bcl2 AAA (T69A, S70A, S84A) knockin,

Beclin1+/–]에서 운동에 따른 지구능력(endurance

capacity)의 향상과 미토콘드리아 생성(mitochondrial

biogenesis)의 증가가 억제되어 있음이 보고된 바 있다

[13, 14]. 더구나 이러한 mouse에서 비만이 유발하는 인슐

린저항성에서 운동의 개선효과 역시 억제되어있는데 이는

autophagy가 운동에 의한 대사개선의 효과를 매개하는 중

요한 역할을 함을 제시해준다. 그럼에도 불구하고 근육에서

autophagy가 제거된 mouse(MLC1f/Cre-Atg7F/F)는 비만

에 의한 인슐린저항성이 개선되어 있는데 이는 autophagy

가 제거된 muscle에서 분비되는 FGF21 단백질의 지질이

화작용(lipid catabolism) 증가와 browning(백색지방에

서 갈색지방으로의 전환) 유도와 관련되어있다[15]. 그러

므로 mouse의 당∙지질 대사작용과 비만이 유발하는 당뇨

병 발병에서 근육의 autophagy 역할은 생각보다 복잡하므

로 더욱더 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다. 이와 더불

어 비만이나 당뇨병을 가지는 human subjects의 근육에서

autophagy의 활성과 기능에 관한 연구도 앞으로 진행되어

야 하겠다.

백색지방조직(White adipose tissue)

백색지방조직은 체내의 여분의 에너지를 저장하는 창고

와 같은 역할을 하는 기관이지만 과도한 에너지 섭취에 따

른 지방조직의 증가는 조직 내 염증반응과 인슐린 신호전달

장애를 유발해 인슐린저항성과 당뇨병을 일으키기도 한다

[16]. 최근 비만을 가지는 human subjects와 mice의 백색

지방조직에서 autophagy의 활성 증가가 관찰되었는데, 이

러한 지방조직에서 autophagy의 활성을 억제시키면 염증

반응과 관련된 cytokines의 발현이 현저히 증가하게 된다

[17]. 이는 비만에 의해 유도된 autophagy 활성증가가 지

방조직 내 염증반응과 인슐린저항성을 감소시키기 위한 보

상신호로 작용할 가능성을 시사해 준다. 그러나 이러한 예

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웹 진 2014ㅣ06 ● ● 4

상과는 대조적으로 백색지방세포 특이적으로 autophagy

가 제거된 mouse(aP2/Cre-Atg7F/F)에서 비만에 의한 인슐

린저항성의 발병이 오히려 완화되었는데 이는 autophagy

제거에 따른 지방세포분화의 억제와 지방세포 내 열발생

(thermogenesis)의 증가 때문인 것으로 여겨지고 있다[18,

19]. 하지만 연구에서 사용된 백색지방 특이적인 knockout

mouse에서 관찰된 지방세포 형성에서의 발생학적 문제점을

고려해 볼 때, 비만에 의한 인슐린저항성의 발병에서 백색지

방의 autophagy에 관한 명확한 역할을 규명하기 위해서는

성인기(adult stage)에서 백색지방의 autophagy의 활성을

제거시킬 수 있는 inducible autophagy knockout mouse

을 이용한 연구가 필요하다고 사료된다.

간(Liver)

간은 다양한 대사과정들이 일어나는 인체내 주요기관으

로 autophagy의 역할에 관한 연구가 가장 많이 이루어진

기관이기도 하다. 특히 지방입자를 제거시키는 autophagy

과정인 lipophagy에 관한 간에서의 연구를 기점으로 해서

autophagy 조절유전자가 제거된 다양한 knockout mouse

을 이용하여 당∙지질 대사과정과 비만에 의한 인슐린저항

성 발병에서 간의 autophagy에 관한 연구가 활발히 진행되

었다. Lipophagy의 정의에서 예상할 수 있듯이, 간 특이적

으로 autophagy 조절유전자가 제거된 몇 가지 knockout

mouse(Alb/Cre-Atg7F/F, Alb/Cre-Vps34F/F, Alb/Cre-

TFEBF/F)에서 현저히 증가된 간 내 지방축적이 관찰되었다

[20–22]. 특히, Atg7 shRNA을 발현하는 adenovirus에 의

해 간의 autophagy가 억제된 mouse에서 증가된 소포체 스

트레스(ER stress)와 인슐린저항성이 관찰되었으며, 반대로

Atg7이나 TFEB 유전자를 간에서 과발현시킨 비만 mouse

에서는 인슐린저항성이 개선되었다[22, 23]. 이러한 관찰

은 간의 autophagy가 비만이 유발하는 지방축적과 스트레

스반응을 완화시켜 당뇨병 발생을 억제시킬 수 있음을 제시

해 준다. 하지만 흥미롭게도 간 특이적인 autophagy가 제

거된 다른 knockout mouse(Alb/Cre-Atg7F/F, Alb/Cre-

FIP200F/F)에서 이와는 반대의 결과가 보고되기도 했는데

오히려 이러한 mouse에서 간 내 지방축적은 감소되었고 고

지방사료가 유발하는 비만과 인슐린저항성도 억제되었다

[15, 24]. 왜 간 특이적으로 autophagy가 제거된 여러 다른

knockout mouse에서 이처럼 다른 결과가 관찰되는지 정확

히 알 수는 없지만 실험에서 제거된 autophagy 조절유전자

(Atg7, Vps34, TFEB, FIP200)의 차이가 이러한 결과에 영

향을 미칠 가능성이 있다. 왜냐면 이들 autophagy 조절유

전자가 최근 autophagy의 활성조절 이외에 다른 역할을 수

행한다고 알려져 있기 때문이다. 이와 함께 autophagy 억

제를 위한 실험방법(유전적 변형과 adenovirus을 이용한 변

형)의 차이, autophagy을 억제시키는 기간과 정도의 차이

그리고 autophagy을 억제시키는 mouse의 연령의 차이와

같은 다양한 인자들도 연구 결과의 차이에 영향을 미칠 수

있다. 그러므로 에너지 대사조절과 대사질환의 발병에서 간

내 autophagy의 정확한 역할을 밝히기 위해 이러한 인자들

을 고려한 더 많은 연구들이 필요하다고 사료된다.

시상하부(Hypothalamus)

뇌의 시상하부는 음식물 섭취와 에너지 대사조절에 있어

서 중추적 역할을 하는 기관으로서 그들의 기능은 여러 가지

식욕조절 호르몬들에 의해 정교하게 조절된다. 특히 POMC

뉴런과 AgRP 뉴런으로 구성된 시상하부의 ARC(arcuate

nucleus)는 다른 시상하부 부위의 뉴런에 신호전달을 보냄

으로써 식욕조절에서 중심적 역할을 하고 있다. 현재 POMC

뉴런은 α-MSH(melanocyte-stimulating hormone)을 분

비시켜 식욕을 억제시키는 기능을 하며, 반대로 AgRP 뉴

런은 α-MSH의 신호전달을 억제함으로써 식욕을 촉진시키

는 역할을 하고 있다[25]. 그러나 고지방 사료나 비만과 같

은 환경적 스트레스에 의해 이러한 시상하부 뉴런들의 조절

기능에 이상이 생기면 음식물 섭취와 에너지 항상성의 균형

이 무너져 인슐린저항성과 같은 대사질환이 발생하게 된다.

흥미롭게도 최근 고지방사료를 먹인 mouse의 시상하부에

서 autophagy가 손상되어 있으며 그로 인해 활성화된 염증

반응은 시상하부의 대사조절기능에서의 손상을 유발해 비

만과 인슐린저항성을 일으킬 수 있음이 보고된 바 있다[26].

더구나 시상하부의 이러한 autophagy의 영향에서 특정 뉴

런의 autophagy의 역할을 규명하기 위해 최근 AgRP 혹

molecular and cellular Biology Newsletter

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논/단

5 ● ● 분 자 세 포 생 물 학 뉴 스 레 터

은 POMC 뉴런 특이적으로 autophagy 조절유전자가 제거

된 knockout mouse(AgRP/Cre-Atg7F/F, POMC/Cre-

Atg7F/F)을 이용한 연구가 수행되었다. 그 결과 AgRP 뉴

런에서 autophagy의 제거는 α-MSH을 증가시켜 mouse

의 체중 감소를 가져왔으며, 반대로 POMC 뉴런에서의

autophagy의 억제는 α-MSH의 감소와 POMC 뉴런의 렙

틴신호전달의 손상을 유발해 mouse의 체중 증가를 일으켰

다[27–30]. 그러므로 이러한 모든 결과들을 종합해 볼 때,

에너지 항상성 유지와 음식물 섭취에 있어서 시상하부의

autophagy의 영향은 뉴런의 종류에 따라 다르게 나타나며

이들 뉴런들의 복잡한 상호작용에 의해 정교히 조절되어짐

을 알 수 있다.

동맥경화(atherosclerosis)

동맥경화란, 혈관내벽에 콜레스테롤과 지방의 축적, 그

리고 면역세포들의 침윤이 특징적인 만성적인 염증반응이

다. 지금까지 다양한 면역세포들이 동맥경화의 발병과 연관

되어 있다고 보고되어 있으나 그 중에서 macrophage의 역

할이 가장 중요하다고 알려져 있다[31]. 특히, 동맥경화반

(atherosclerotic plaque) 내에 콜레스테롤과 지방이 축적

된 macrophage인 foam cell의 형성 증가는 동맥경화의 주

요 발병원인으로 알려져 있다. 흥미롭게도 최근 autophagy

가 리소좀의 가수분해활성을 조절함으로써 macrophage 내

의 콜레스테롤과 지방입자의 양을 조절할 수 있다고 보고

된 바 있다[32]. 더군다나 동맥경화의 대표적인 mouse 모

델인 LDLR(LDL receptor)과 ApoE(apolipoprotein E) 유

전자가 제거된 knockout mouse에서 고지방/고콜레스테롤

섭취 시 macrophage 내의 autophagy가 증가되는데 만약

autophagy가 제거된 double knockout mouse(Lyz/Cre-

Atg5F/F-LDLR–/–, Lyz/Cre-Atg5F/F-ApoE–/–)에서는

이러한 동맥경화현상이 더욱더 악화된다고 알려져 있다[33,

34]. 이상의 결과는 지방과 콜레스테롤 스트레스에 의해 증

가된 autophagy가 foam cell의 형성과 동맥경화의 진행에

서 negative feedback 작용을 할 수 있음을 의미한다. 또

한 autophagy는 콜레스테롤이 포함된 지방입자의 조절뿐

만 아니라 inflammasome(염증성조절복합체) 활성을 통한

염증성 사이토카인인 interleukin-1β의 분비를 조절함으로

써 동맥경화 발병에 영향을 미칠 수도 있다[33, 34]. 따라서

autophagy는 macrophage 내에서 콜레스테롤이 포함된 지

방축적과 inflammasome을 동시에 억제시킴으로써 동맥경

화의 발병에 있어서 보호역할을 한다고 볼 수 있다.

혈관내피세포(endothelial cells)와 혈관평활근세포

(vascular smooth muscle cell)는 혈관의 확장 및 수축 등

을 조절함으로써 혈관 항상성 유지에 중요한 역할을 하는

데, 이러한 세포들의 기능이상은 macrophage의 기능이상

과 함께 동맥경화의 발생에 영향을 미친다[31]. 흥미롭게도

앞선 보고에 의하면 human과 rabbit의 동맥경화반의 혈

관평활근세포에서 autophagy의 기능이상이 관찰되었으며

혈관내피세포와 혈관평활근세포를 이용한 세포배양실험에

서도 동맥경화 자극에 대한 autophagy의 변화가 관찰되었

다[35, 36]. 따라서 macrophage 뿐만 아니라 혈관내피세

포와 혈관평활근세포의 autophagy 역시 동맥경화 진행에

영향을 미칠 가능성이 있다. 그러므로 이들 세포 특이적인

autophagy knockout mouse을 이용한 실험이 이러한 가

능성을 밝히는데 필요하다고 사료된다.

골다공증(Osteoporosis)과 골감소증(Osteopenia)

최근 들어 골격(skeleton) 역시 비만이 유발하는 인슐린

저항성과 밀접한 연관이 있다고 알려져 있다. 특히 골격에

서 분비되는 단백질은 근육, 간, 췌장, 지방조직에서 전신

적(systemic)으로 작용해 당∙지질대사의 조절에서 중요한

역할을 하고 있다[37]. 그러므로 골격은 인체의 지지대 역

할뿐만 아니라 대사작용의 항상성 조절에서도 중요한 역

할을 한다고 볼 수 있다. 최근 인간의 전장유전체연관연구

(GWAS, genome-wide association study)를 통해 신장

(stature)과 골미네랄밀도(bone mineral density)의 변

화에서 autophagy 조절유전자의 단일염기다형성(SNP,

single nucleotide polymorphism)이 발견되었다[38, 39].

이는 autophagy가 골격의 형성과 균형의 유지에 관여할

수 있음을 의미하는데 이러한 예상과 일치하게 autophagy

조절유전자가 제거된 다양한 knockout mouse(Lyz/Cre-

Atg7F/F, Dmp1/Cre-Atg7F/F, Osx/Cre-FIP200F/F)을 이

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molecular and cellular Biology Newsletter

웹 진 2014ㅣ05 ● ● 6

용한 연구는 뼈를 구성하는 주요 3가지 세포들[파골세포

(osteoclast), 조골세포(osteoblast), 골세포(osteocyte)]

의 autophagy가 골형성과 골흡수의 조절에서 중요한 역

할을 함을 보여준다[40–42]. 이와 같은 골재형성(bone

remodeling)과 골량(bone mass)의 유지에서 autophagy

의 기능적 중요성에도 불구하고 아직까지 골다공증이나

골감소증을 가지는 mice나 human subjects의 골격에서

autophagy 활성변화에 관한 생리학적, 병리학적 연구가

진행된 바 없다. 또한 조골세포의 autophagy 조절유전자

가 제거된 knockout mouse(Osx/Cre-FIP200F/F)에서 흥

미롭게도 지방조직양의 감소가 관찰되는데, 분비성 단백질

의 발현과 배출의 조절에서 autophagy의 역할을 고려해 볼

때, autophagy 억제에 따른 조골세포의 분비성 단백질의

변화가 이러한 현상에 영향을 미칠 가능성을 배제할 수 없

다. 따라서 골대사(bone metabolism)에서 autophagy의

이러한 구체적인 기능을 규명하기 위한 더 많은 연구가 필

요하다고 사료된다.

autophagy 조절물질의 대사치료제 가능성

Autophagy의 기능손상에 따른 대사질환의 발생과 이들

의 활성 증가를 통한 대사질환의 개선은 autophagy가 대

사치료제 개발을 위한 주요 후보타켓이 될 수 있음을 보여

준다. 대사조절에 있어서 각 조직 내 autophagy의 복잡한

역할에도 불구하고 autophagy의 활성화를 유도하는 물질

의 개발은 효과적인 대사치료제 개발의 전략으로 여겨지고

있다. 최근까지도 많은 제약회사와 연구소에서 암과 퇴행

성뇌질환을 치료하기 위한 후보물질로서 autophagy 조절

약물을 동정하고 개발하려는 노력이 활발히 이루어지고 있

다[43–46]. 하지만 아직까지 대사치료제를 개발하기 위해

autophagy 조절물질을 발굴하려는 노력은 크게 시도된 바

없다. 그러나 대사치료제로서 현재 사용 중이거나 개발되

고 있는 몇 가지 약물들(metformin, GLP1 agonist, Sirt1

activator)이 최근 autophagy 현상에 영향을 미친다고 알

려져 있는데[47–49], 이는 이들 약물에 의한 autophagy의

활성증가가 그들의 대사개선의 치료효과에서 중요한 역할

을 할 수 있음을 제시해준다. 따라서 이러한 가능성을 규명

하기 위한 노력과 더 많은 autophagy 조절물질들의 대사개

선 효과를 규명하기 위한 연구가 대사치료제 개발에서 있어

서 autophagy의 타켓 가능성을 높일 수 있을 것으로 사료

된다.

결 론

앞서 논단에서 살펴본 봐와 같이 최근 들어 autophagy가

암, 퇴행성뇌질환, 병원균감염뿐만 아니라 다양한 대사질환

의 발생에서도 중요한 역할을 함을 알 수 있었다. 하지만 에

너지 대사조절과 대사질환의 발생에서 autophagy의 기능

연구가 대부분 autophagy 조절 유전자가 제거된 knockout

mouse을 이용하여 수행되었다. 따라서 생리학적인 정상범

위(physiological relevant range)내에서의 autophagy 기

능이상을 가지는 mouse 연구와 다양한 대사질환을 가지는

human subjects에서의 autophagy 연구가 에너지 대사조

절에서 autophagy의 정확한 기능을 밝히기 위해 필요하다

고 본다. 이와 더불어 새로운 autophagy 조절물질의 발굴

과 그들의 대사치료효과를 밝히기 위한 더 많은 연구들이

더욱더 효과적이면서 안전한 autophagy modulator을 개

발하기 위해 필요하다고 사료된다.

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김 국 환

저 | 자 | 약 | 력

1997-2004 부산대학교 분자생물학과, 학사

2004-2009 부산대학교 분자생물학과, 박사

2009-2012 성균관대학교 의과대학 내분비내과 연구조교수

2012-2013 성균관대학교 의과대학 융합의과학원 책임연구원

2013-현재 성균관대학교 의과대학 연구교수