고농도 포도당에 노출된 정상 백서의 췌장소도세포에서 인슐린 분비의 변화 및 기전에 관한 연구

Abstract

제2형 당뇨병의 발병에서 인슐린 분비의 결함은 중요한 요인이며, 발병 후 만성적인 혈당 상승은 췌장소도 베타세포의 인슐린 분비 결함을 더욱 악화시키게 된다. 혈당 상승으로 인해포도당에 대한 인슐린 분비의 결함이 생기는 기전으로는, 포도당 독성에 의한 인슐린 유전자 전사단계의 결함 등으로 인해 인슐린의 합성이 감소되거나, 과도한 자극에 의한 인슐린의 고갈 현상 혹은 인슐린의 세포외 분비 결함 등이 제시되었으나 아직 명확하지 않은 상태이다. 본 연구는 췌장소도세포가 고농도 포도당에 노출되었을 때 포도당에 대한 인슐린의 분비가 감소되는지 확인하고 그 기전을 규명하기 위하여 시행되었고, 정상백서에서 췌장소도를 분리하고 48시간 동안 각각 5 mM과 20 mM의 포도당 농도에서 배양하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 48시간 동안 5 mM과 20 mM 포도당에 노출시킨 후 다시 20 mM의 포도당으로 자극하였을 때 인슐린 분비는 5 mM에 노출된 췌장소도에서 134.4±16.8 fmol/10 islets/hr이었고 20 mM에 노출된 췌장소도에서는 90.0±10.2 fmol/10 islets/hr로 고농도 포도당에 노출된 췌장소도에서 인슐린 분비가 유의하게 감소하였다(p<0.05). 2. 48시간 배양 후 포도당으로 자극하였을 때 억제되는 GTPase 활성도는 세포질 분획에서 각각 5 mM이 9.8±4.4%, 20 mM이 10.1±3.8%로 유의한 차이를 보이지 않았고, 세포막 및 분비과립 분획에서도 각각 11.1±4.7%, 10.7±3.4%로 유의한 차이가 없었다. 3. 10개의 췌장소도당 인슐린 함량은 5 mM에서 927.0±55.8 fmol, 20 mM에서 783.9±29.7 fmol로 20 mM 포도당에 노출된 췌장소도에서 유의하게 감소되었다(p<0.05). 4. DNA 함량은 1,000개의 췌장소도당 5 mM에서 20.2±9.6 g, 20 mM에서 22.2±11.8g으로 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나, 인슐린 함량/DNA양의 비는 5 mM에서 4.6±0.3 pmol/ g DNA, 20 mM에서 3.5±0.1 pmol/ g DNA로 고농도 포도당에 노출된 췌장소도에서 유의하게 감소되어 있었다(p<0.01). 본 연구 결과에 따르면 고농도 포도당에 노출된 후 인슐린 분비의 결함이 생기는 것은 과도한 자극 후에 나타나는 인슐린의 고갈 현상으로 생각된다. ; Type 2 diabetes mellitus is characterized by defective glucose-induced and glucose-potentiated insulin secretion. Chronic elevation of glucose levels are considered to be a cause of impaired insulin secretion. It has been suggested that such defects in insulin secretion are resulted from impaired insulin gene transcription, pancreatic beta cell exhaustion induced by repeated stimulation or alteration in stimulus-secretion coupling. However, the underlying mechanism is remained to be clarified. This study was performed to determine whether the glucose-induced insulin secretion is impaired after 48 hour exposure to 20 mM glucose and whether the exposure to high glucose concentration alters GTPase activity and insulin content in pancreatic islets isolated from normal rats. The results were as follows, 1. After 48 hour exposure to 5 mM and 20 mM glucose, insulin secretion in response to 20 mM glucose were 134.4±16.8 fmol/10 islets/hr and 90.0±10.2 fmol/10 islets/hr, respectively. After the exposure to high glucose, glucose-induced insulin secretion was significantly decreased (p<0.05). 2. There was no significant difference between the islets exposed to 5 mM and 20 mM glucose in the degree of inhibition of GTPase activities by high glucose. 3. Insulin contents per 10 islets exposed to 5 mM and 20 mM glucose were 927.0±55.8 fmol and 783.9±29.7 fmol, respectively. Insulin content was significantly decreased in the islets that exposed to high glucose (p<0.05). 4. DNA contents per 1,000 islets exposed to 5 mM and 20 mM glucose were 20.2±9.6 g and 22.2±11.8 g, respectively. There was no significant difference. However, the insulin-over-DNA ratio expressing the degree of degranulation was significantly decreased in the islets exposed to 20 mM glucose (4.6±0.3 pmol/ g DNA in 5 mM, 3.5±0.1 pmol/ g DNA in 20 mM)(p<0.01). In conclusion, the exposure to high glucose for 48 hours induced an abnormality in insulin secretion. And the results suggest that impaired insulin secretion is caused by depletion of insulin stores after hyperstimulation.