Betaine 의 Betaine-Homocysteine Methyltransferase 유도와 AMP-activated Protein Kinase 활성화에 의한 지방간 억제

Abstract

지방간의 생성은 고지혈증, 제2형 당뇨 같은 대사증후군 관련 질병의 발병에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. Adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) 효소는 간 세포내 지방축적을 억제하는 유망한 타겟으로 연구되고 있다. 최근 본 실험실 연구에서, homocysteine 을 methionine 으로 remethylation 시키는 과정에서 betaine-homocysteine methyltransferase (BHMT) 의 기질로 사용되는 betaine 을 고지방 식이와 함께 투여 하였을 때, 간 내 지질의 축적이 감소하였다. Betaine 의 투여는 지질합성에 관여하는 효소인 AMPK 와 ACC 의 인산화를 증가시키고, 전사인자인 liver X receptor α (LXRα) 와 활성형 sterol regulatory element binding protein-1c (SREBP-1c) 의 단백질 발현을 감소시켰다. 그리고 betaine 의 투여는 BHMT 단백질 발현을 증가 시켰으며, 간내 homocysteine 농도를 감소시켰다. 따라서 본 연구는 이러한 선행연구를 바탕으로 BHMT 증가를 통한 betaine 의 homocysteine 저하작용이 간 내 지질대사에 미치는 영향 및 기전을 밝히고자 하였다. 랫트에게 methionine-choline deficient (MCD) 식이와 함께 1 % betaine 을 식수로 3 주간 투여 하였을 때, betaine 의 투여는 중성지방의 축적을 억제 하였다. MCD 식이를 공급한 랫트의 간에서 BHMT 단백질 발현은 감소하고 homocysteine 농도는 증가하였다. Betaine 병용투여는 MCD 식이에 의한 homocysteine 농도증가를 정상화시켰다. 또한 AMPK, ACC, SREBP-1c 그리고 LKB1 의 단백질 인산화는 MCD 식이에 의하여 감소하였으며 betaine 의 공급에 의해 회복 또는 증가하였다. 동물실험결과를 바탕으로 betaine 의 투여가 AMPK 의 활성화에 미치는 영향을 HepG2 세포주와 H4IIE 세포주에서 연구하였다. HepG2 세포주에서 betaine 의 처리는 AMPK 의 활성화에 영향을 미치지 못하였다. BHMT 가 발현되는 H4IIE 세포주에서 betaine 의 처리는 BHMT 단백질의 발현을 증가시키고, 세포내 homocysteine 의 농도를 감소시켰다. H4IIE 세포주에서 betaine 의 처리는 AMPK, ACC, 그리고 SREBP-1c 인산화를 증가시켰다. 반면 HepG2 세포주에서 homocysteine 의 처리는 AMPK, ACC, SREBP-1c, 그리고 LKB1 의 인산화를 감소시켰다. 또한 AMPK 의 activator 로 알려져 있는 metformin 의 처리는 HepG2 세포주에서 AMPK, ACC 그리고 SREBP-1c 의 인산화를 증가시켰고, 이는 metformin 과 homocysteine 병용처리에 의하여 저해되었다. Cystathionine β synthase (CβS) 의 저해제인 hydroxylamine (HA) 을 HepG2 세포주에 처리하였을 때, CβS 단백질 발현 감소와 homocysteine 농도의 증가를 확인하였다. HA 1 mM 투여는 AMPK, ACC 그리고 SREBP-1c 의 인산화를 감소 시켰다. 그러나 H4IIE 세포주에서 homocysteine 의 전처리는 BHMT 단백질 발현을 감소시키고, 세포내 homocysteine 농도를 증가시켰다. Homocysteine 과 betaine 의 병용처리는 BHMT 효소의 단백질 발현을 증가시키고, 세포내 homocysteine 농도를 감소시켰다. 또한 homocysteine 과 betaine 의 병용 처리는 homocysteine 에 의해 감소한 AMPK, ACC 그리고 SREBP-1c 의 인산화를 회복 또는 증가시켰다. 본 연구결과를 종합하면, 랫트에 대한 MCD 식이 투여와 hepatoma cell line 대한 homocsyteine 의 직접적인 처리로 인한, 간세포 내의 homocysteine 농도의 증가는 직접적으로 AMPK 의 활성화를 억제하여 지질합성을 증가를 가져온다. 또한 betaine 에 의한 지질생성 억제효과는 간에서 BHMT 의 유도를 통해 homocysteine 의 제거를 촉진함으로써 AMPK 활성화를 유발함으로써 일어남을 보여준다. 따라서 본 연구는 간에서 homocysteine 농도증가에 의해 AMPK 의 활성화가 저해됨을 밝힌 첫 번째 연구라는 것에 큰 의미를 가진다. 결과적으로 본 연구실험결과는 betaine 의 지질생성 억제 효과는 BHMT upregulation 을 통해 homocysteine 대사를 촉진함으로써 나타남을 시사하고 있다.