[생화학] 22.4 : 체중의 조절기전 - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 체중의 조절기전에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

흔히 비만도를 판단할 수 있는 지표로 BMI(body mass index)를 많이 따짐. BMI는 위 그림 위쪽과 같이 계산할 수 있으며, 이 값을 통해 저체중, 정상, 과체중, 비만의 여부를 간단하게 판단해볼 수 있음.

 

 

 

한편 우리 몸에서 body mass는 매우 정교하게 조절되고 있음. 이 때 storage, burning, heat production 등의 balance가 아주 정교하게 맞아떨어지면서 body mass가 유지되는 것임.

 

 

 

 

 

body mass의 regulation과 관련해서 상당히 중요한 endocrine organ이 바로 adipose tissue임. 이곳으로부터 분비되는 peptide hormone들을 통칭해서 adipokine이라 부르며, adipokine에는 leptin, adiponectin 등이 포함되어 있음.

 

 

 

 

 

위 그림은 특별히 leptin의 작동방식을 나타내주고 있음. 보면 adipose tissue의 mass에 비례한 양만큼 leptin이 분비되며, 분비된 leptin은 fat의 synthesis는 억제하고 fat의 β oxidation은 촉진하게 됨. (이 때 β oxidation된 fat은 energy 생산에 쓰일수도, uncoupling과 결부된 heat 생산에 쓰일수도 있음) 결과적으로 leptin은 appetite suppressant로 작동함.

 

 

 

 

 

leptin은 처음에 ob/ob mice로부터 발견됨. 실제로 homozygous ob/ob mice는 끊임없이 먹었으며, cortisol level이 높아져 있었고 계속 떨었으며, reproduction을 하지 않았고 insulin resistance를 가지고 있었으며 비만이었음. 그런데 이 mice에 leptin을 injection해봤더니, mice의 weight이 감소했으며 temperature 또한 normal range로 돌아옴. 이후 여러 연구를 통해 Ob gene이 leptin을 encoding한다는 것을 알아냄.

 

 

한편, leptin receptor를 encoding하는 gene인 Db gene에 defect가 발생해도 마찬가지로 obese mice가 만들어짐. (이 때 DB는 diabetes의 약자임) 실제로 db/db mice, 그리고 Db/db mice는 모두 obese했고, 또한 diabetic했음. 한편, Db gene에 의해 만들어지는 leptin receptor는 주로 hypothalamus에 expression되어있었음. 따라서 leptin이 mainly hypothalamus에 작동해서 eating bahavior, appetite control과 associate되어있을 것임을 알 수 있음.

 

 

 

 

 

구체적으로는 위 그림과 같음. 보면 adipose tissue로부터 분비된 leptin이 hypothalamus의 ventromedial nucleus, arcuate nucleus 등에 작용하게 되고, 그 결과 식욕조절과 더불어 sympathetic neuron을 통한 neuronal signal 전달을 촉진하게 됨.

 

 

 

 

이 때 sympathetic neuron에 의해 분비된 norepinephrine은 adipocyte 막에 있는 β3-adrenergic receptor에 인식되고, 그 결과 cascade를 거쳐서 UCP1 gene의 transcription이 촉진됨. 이렇게 해서 많이 만들어진 UCP1은 mitochondria에서의 uncoupling을 유발하고, 그 결과 heat production이 증가하게 됨. (themogenesis) 결국, fatty acid 등의 energy source가 분해되는 과정이 촉진됨과 동시에, 이들의 분해에 의해 heat production이 유발되는 것임.

 

 

 

 

한편 leptin은 2가지 type의 appetite-related hormone에 영향을 미치게 됨.

 

 

 

 

 

 

위 그림에도 나타나 있는 것처럼 hypothalamus에는 \alpha-MSH neuron(POMC neuron)과 NPY neuron이 존재해서 서로 reciprocal하게 작용하고 있음. 이 중 POMC neuron에 의해서는 식욕이 저해되고 metabolism이 촉진됨. (이 때 neuropeptide Y(NPY) hormone은 orexigenic(apetite-stimulating) hormone이고 α-melanocyte-stimulating hormone(α-MSH)은 anorexigenic(appetite-suppressing) hormone임) 한편 NPY neuron에 의해서는 식욕이 촉진되고 metabolism이 저해됨. 실제로 leptin은 POMC neuron은 촉진하는 한편 NPY neuron은 억제해서 결과적으로 식욕을 저해시킴. (insulin도 비슷한 방식으로 작동함) 한편 그 밖에 PYY(3-36), GLP-1과 같은 녀석들은 NPY neuron을 억제하여 식욕을 저해하고, ghrelin은 NPY neuron을 촉진해서 hunger를 느끼게끔 만들게 됨.

 

 

 

 

leptin은 실제로 위 그림에 나타난 것과 같이 POMC neuron 막에 존재하는 leptin receptor에 인지될 수 있고, 그 결과 JAK(Janus kinse)-STAT(signal transducers and activators of transcription) pathway에 의해서 결과적으로 POMC의 합성이 증가할 수 있음. 그러면 결국 POMC로부터 α-MSH가 잘려나오게 되어서 α-MSH의 양도 많아지게 되는 것임.

 

 

 

한편 obese한 individual에서는 leptin resistance가 발생할 수 있음. (이는 somehow chronic한 adaptation이 일어난 결과 얻어질 수 있음) 그럴 시 leptin을 처리해주더라도 body mass regulation이 정상 범주로 돌아오지 못함.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.