GPR120 리간드의 항염증작용 기전 : HO-1유도와 세포내 젖산 조절

Abstract

최근 자유 지방산을 내인성 리간드로 갖는 GPCR family(5가지)가 밝혀졌는데, 이 중 GPR120은 long-chain fatty acid에 의해 활성화 되며 특히 오메가3의 항염증 작용을 매개하는 것으로 보고되어 연구가 활발히 진행되고 있다. 대식세포에서 오메가3가 GPR120을 활성화 시키면 GPR120-βarrestin2-TAB1 상호작용을 통해 TAK-1의 인산화를 억제함으로써 하위의 NF-κB 신호를 억제하고, 이를 통해 염증성 대식세포로 분화하는 것을 억제한다고 보고된 바 있다. 한편 세포는 산화적 스트레스로부터 자신을 보호하기 위하여 NQO1, γGCL, GST, HO-1 등의 항산화 효소를 발현하는데, 이들의 발현을 조절하는 전사인자로 Nrf2가 있다. 특히, 단핵구/대식세포에서는 병원체에 대한 방어작용을 위해 ROS생성이 활발하며, 따라서 Nrf2 시스템이 잘 발달되어 있다. 많은 천연물 유래 화합물들이 대식세포에서 HO-1 증가와 항염증 작용을 나타나며 따라서 동일시 보고하는 경우가 많으나, 실제로 HO-1 증가와 항염증 작용 사이의 상관관계에 관하여 정확히 보고된 바는 거의 없다. 본 연구에서 역시 항염증작용을 갖는 GPR120 리간드에 의해 Nrf2 경로의 활성화, HO-1의 발현 증가가 나타나는 것을 확인하였고, 이들 두 작용간에 어떠한 상관관계가 있는지 밝히고자 이후 연구를 진행하였다. 예상한대로 LPS/IFN-γ처리를 통해 염증성 대식세포(M1 type)로 분화시킨 마우스 단핵구/대식세포주(J774A.1)에 GPR120 리간드를 처리하자 농도 의존적으로 염증성 인자 iNOS의 발현이 감소하는 것을 확인하였다. 또한 GPR120 리간드 처리에 의해 Nrf2의 핵내 translocation이 증가하고 antioxidant response element(ARE)가 활성화 되어 하위의 NQO1 및 HO-1의 발현이 농도의존적으로 증가하는 것을 확인하였다. 염증성 인자 iNOS와 HO-1 사이의 상관관계를 알기 위해 경시적으로 이들의 발현 정도를 확인하였을 때, GPR120 리간드에 의한 iNOS 감소 효과는 HO-1증가가 선행된 후에야 나타난다는 사실을 확인하였다. 또한 HO-1 유도제로 알려진 sulforaphane에 의해서 iNOS의 발현이 감소되는 점, siRNA를 이용하여 HO-1을 silencing 시켰을 때는 GPR120 리간드에 의한 iNOS 억제 효과가 감소된다는 점을 통해, GPR120 리간드에 의한 HO-1의 발현 증가가 항염증 효과를 매개할 가능성을 확인하였다. 최근 세포의 분화에 따라 이용하는 세포내 대사가 다르고, 당 대사 중간물질이 단순한 에너지 전달체가 아니라 세포내 신호전달 물질로 작용할 수 있다라는 연구보고가 있다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 HO-1에 의한 CO의 발생이 세포내 미토콘드리아의 기능을 억제함으로써 해당과정 의존도를 높이고, 이에 따라 증가한 젖산이 대식세포 분화에 영향을 줄 것이라는 가설을 세웠다. 실제로 CO를 발생시키는 화합물인 CORM-2를 세포에 처리하였을 때, GPR120 리간드를 처리했을 때와 마찬가지로 iNOS의 발현을 감소시켰다. Extracelluar flux assay를 통하여 GPR120 리간드 처리에 의해 OCR(oxygen consumption rate: 미토콘드리아의 산화적 인산화 정도를 대변)값이 감소하는 것을 확인했으나, ECAR(extracellular acidification rate: 해당과정을 통해 증가한 젖산이 세포 외부로 방출되는 정도를 대변)값에는 변화가 없었다. 그러나 직접적으로 세포내 젖산이 GPR120 리간드 처리에 의해 증가하는 것을 확인하였고, 암세포의 세포내 젖산 수용체로 최근 보고된 NDRG3의 증가(분해억제)를 확인하였다. 실제로 야생형 NDRG3를 과발현 시켰을 때 LPS/IFN-γ에 의한 iNOS 발현이 감소되는 것을 확인하였고, PHD2 비결합형 NDRG3를 과발현 시켰을 때에는 basal iNOS의 발현이 증가된 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 대식세포에서 GPR120 리간드에 의한 항염증 작용이 Nrf2하위 HO-1의 발현증가 – CO발생에 따른 미토콘드리아 OXPHOS의 감소 – 이에 따라 증가한 세포내 젖산이 NDRG3와 상호작용함으로써 나타날 수 있다라는 새로운 기전을 제시하며, 후속연구에 의하여 확인되어야할 것이다.