고칼로리 식사, 이것 증가시켜 당뇨병 유발한다

서울대병원 김효수 교수팀 “세포 내 ‘리지스틴’, 미토콘드리아 기능↓”
“리지스틴, 미토콘드리아 분열 유도하면 에너지원인 ATP 생성 저하”
“인슐린 기능 떨어지고 근육세포의 포도당 사용 감소…당뇨병 발생”

게티이미지뱅크

 
고칼로리 식사를 하면 인슐린 저항성과 관련된 세포 내 신호 물질인 ‘리지스틴’(Resistin)이 증가해 미토콘드리아 기능을 떨어뜨려 당뇨병을 유발한다는 것이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 

서울대병원 순환기내과 김효수 교수팀(양한모 교수·김준오 연구교수)은 생쥐 실험을 통해 인슐린의 기능 저하와 관련된 ‘리지스틴’이 미토콘드리아 항상성을 손상시켜 대사 장애를 유발하는지를 조사한 결과 이런 사실을 확인했다고 20일 밝혔다. 

미토콘드리아는 세포 내 영양분을 산소와 반응시켜 에너지를 만들어내는 ‘세포 내 공장’에 해당한다. 이 기능에 이상이 생기면 당뇨병, 대사증후군, 퇴행성 뇌 질환이 발생하는 것으로 알려져 있다. 

연구팀은 인슐린 저항성과 만성염증에 관여하는 세포 신호 물질인 리지스틴에 주목하고. 이 물질이 과분비되는 유전자 조작 생쥐를 만들어 리지스틴 유전자를 없앤 대조군 생쥐와 비교했다. 

그 결과, 고칼로리 식이 상태에서 리지스틴 유전자를 없앤 생쥐는 미토콘드리아가 정상상태를 유지했지만, 리지스틴이 과분비되는 생쥐는 미토콘드리아가 비정상적으로 쪼개지는 것으로 나타났다. 

이런 기능 이상이 결국 당뇨병을 유발하는 것으로 보인다는 게 연구팀의 분석이다. 

고칼로리 식사가 당뇨병 유발하는 메커니즘. 서울대병원 제공

 
연구팀은 리지스틴이 근육세포 표면의 ‘Cap1’ 수용체에 결합해 세포 내 미토콘드리아로 이동하면서 MAM(미토콘드리아와 소포체를 연결하는 막)을 형성해 미토콘드리아를 옥죄는 동시에 PKA 신호전달 경로를 활성화시켜서 미토콘드리아 분열에 중요한 ‘Drp1’ 단백질을 인산화·활성화시켜 미토콘드리아의 구조를 파괴한다는 것을 알아냈다.

이후 ATP의 생산량 감소를 근육세포의 산소소비량을 실시간 측정해 증명했다. 인간의 리지스틴은 미토콘드리아 분열을 유도하고 그 구조를 파괴해 기능을 저하시켜서 ATP 생성을 저해, 근육세포의 포도당 사용이 떨어져 당뇨병이 초래된다는 사실을 증명한 것이다. 근육에서의 미토콘드리아 기능 저하는 생쥐에서 인슐린 저항성을 일으켜 당뇨병 악화로 이어진다는 것이다.

또한 연구팀은 리지스틴을 차단하면 해악을 예방할 수 있는지 검증하기 위해 리지스틴의 수용체인 Cap1 유전자가 결핍된 유전자 조작 생쥐를 분석했다. 이 생쥐에서는 리지스틴이 수용체와 결합하지 못하기 때문에 리지스틴으로 인한 나쁜 효과가 차단돼 고칼로리 식이 하에서도 미토콘드리아 기능 저하가 예방된다는 사실도 밝혀냈다. 당뇨병을 예방하는 효과도 나타났다.

연구팀은 치료 가능성을 타진하기 위해 리지스틴과 Cap1이 결합하는 것을 억제하는 펩타이드를 개발했고, 이 펩타이드 치료제가 미토콘드리아의 기능 저하를 예방하고 고칼로리 식이 하에서도 당뇨병 발생을 예방한다는 것을 증명했다.

김효수 교수는 “이번 연구는 리지스틴과 이에 결합하는 수용체 등이 당뇨병과 같은 대사질환의 치료제 개발에 유망한 표적이 될 수 있음을 시사한다”면서 “현재 단백질 간 결합을 억제하는 방식의 항체를 이용해 대사질환과 염증성 장질환 치료제를 개발 중”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 대사질환 분야 국제학술지 ‘대사: 임상 및 실험’(METABOLISM: Clinical and Experimental) 온라인판 최신호에 실렸다.

이승구 온라인 뉴스 기자 lee_owl@segye.com