The role of plasminogen activator inhibitor-1 in the regulation of adipocyte function

Abstract

비만과 비만으로 인한 질병이 전세계적으로 증가하는 추세이다. 지방 조직을 구성하는 지방세포는 과잉 에너지를 저장할 뿐 만 아니라 아디포카인(adipokine)을 분비하여 내분비 기능을 조절하고, 당대사 및 지방대사에 활발히 관여한다. 비정상적인 지방세포는 지방을 저장하는 능력을 상실하고 혈중에 유리지방산을 분비한다. 이에 동반되는 아디포카인의 비정상적 분비, 만성적인 염증상태는 지방세포 자체 외에도 간과 근육을 포함한 말초 조직까지 인슐린 저항성을 유도한다. 50 kDa의 당단백인 plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1)은 생체 내 tissue-type plasminogen activator (t-PA)와 urokinase-type plasminogen activator (u-PA)의 주요 내인성 억제제이다. 최근 연구에서 PAI-1의 결핍이 고지방식이로 인한 몸무게 증가, 지방세포의 비대, 그리고 고인슐린혈증을 완화하므로 지방세포 기능 조절에 역할을 할 것이 제시되었다. 그러나 PAI-1이 어떠한 기전을 통하여 지방세포의 기능을 조절하는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 기존 연구에서 경구투여 가능한 PAI-1 억제제가 streptozotocin에 의한 당뇨 생쥐에서 혈중 중성지방을 낮추고, 이는 정소상체백색지방조직 (epididymal white adipose tissue)의 hormone sensitive lipase (HSL)와 adipose triglyceride lipase (ATGL) mRNA 레벨이 하향 조절됨과 관련 있음이 시사되었다. 본 연구에서는 PAI-1에 의한 지방세포의 비정상적 기능 유도에 관여하는 기전이 무엇인지 알아보고, 고지방식이로 유도된 비만(diet-induced obesity)에 새로운 PAI-1 억제제인 TM5441의 보호 및 치료효과를 평가하고자 하였다. TM5441은 고지방식이를 한 생쥐에서 비만, 고중성지방혈증 및 인슐린 저항성을 완화하였다. 고지방식이에 의한 아디포카인의 불균형, MCP-1과 같은 염증성 싸이토카인(cytokine) 발현과 지방조직으로의 대식세포 침투 또한 TM5441 투여에 의해 억제되었다. 고지방식이로 변화된 HSL과 ATGL도 TM5441 투여에 의해 정상화됨을 확인하였다. 고지방식이를 한 생쥐의 백색지방에서 상승한 c-Jun N-terminal kinase (JNK)활성이 TM5441에 의해 유의하게 감소한 것으로 보아 JNK가 매개자로 작용함을 시사하였다. 3T3-L1 지방세포에 PAI-1을 처리하였을 때, 양성대조군인 tumor necrosis factor α (TNFα)만큼 adiponectin의 발현이 감소하고 PAI-1의 발현은 증가하였다. TM5441을 전처리한 지방세포는 TNFα로 인한 아디포카인 발현의 불균형과 인슐린 신호전달 억제가 보호되고, 이는 JNK의 비활성화에 의한 것임을 보였다. 이와 같은 결과는 PAI-1이 JNK를 통하여 지방세포의 아디포카인 발현, 염증, 지방대사 그리고 인슐린 신호전달에 영향을 미치며, TM5441이 비만에 의한 대사성 질환의 치료제가 될 수 있음을 시사한다. ;The incidence of obesity and its associated disorders is increasing markedly worldwide. Adipocytes, the major cells representing adipose tissue, are not only responsible for energy storage but also active regulators of glucose and lipid metabolism through endocrine function. Dysfunctional adipocytes reach their limits to store fat and release free fatty acids into circulation, along with dysregulated adipokine and chronic inflammation, and this causes insulin resistance in peripheral tissues including liver and muscle as well as adipocytes itself. The 50 kDa glycoprotein plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) is the major physiological inhibitor of tissue-type and urokinase-type plasminogen activator. Recent studies suggest that PAI-1 may play a role in the regulation of adipocyte function, since inhibition of PAI-1 ameliorates high fat-induced body weight gain, adipocyte hypertrophy, and hyperinsulinemia. However, the mechanisms by which PAI-1 controls the function of adipocytes are not fully elucidated. In the preliminary experiment, orally active PAI-1 inhibitors suppressed triglyceride levels in streptozotocin-induced diabetic mice along with downregulation of hormone sensitive lipase (HSL) and adipose triglyceride lipase (ATGL) mRNA levels in epididymal white adipose tissues (WATs). The present study examined the preventive and therapeutic effect of PAI-1 inhibitor, TM5441, on diet-induced obesity and molecular mechanisms involved in it. TM5441 attenuated obesity, hypertriglyceridemia, and insulin resistance in mice on high-fat diet (HFD). HFD-induced upregulation of proinflammatory cytokine expression such as monocyte chemoattractant protein-1and macrophage infiltration in epididymal WAT were also prevented by TM5441. Altered HSL and ATGL were normalized with TM5441 treatment. Reduced c-Jun N-terminal kinase (JNK) phosphorylation in WAT appears to be an underlying mechanism, since TM5441 significantly downregulated p-JNK in HFD mice. In 3T3-L1 adipocytes, exogenously administered PAI-1 reduced adiponectin expression but increased PAI-1 expression in differentiated 3T3-L1 adipocytes as much as that by tumor necrosis factor α (TNFα), a positive control. TM5441 pretreatment protected TNFα-induced dysregulation of adipokine expression and insulin signaling through JNK inactivation. These data demonstrate that PAI-1 may directly affect adipokine expression, inflammation, lipid metabolism, and insulin signaling via JNK activation, and suggest that TM5441 may become a new therapeutic agent targeting obesity-related metabolic disorders.