지방세포와 대식세포 상호작용에 의한 염증 반응 및 인슐린 저항성 증가와 이에 대한 커큐민의 억제 효과

Abstract

비만은 유전적 요인 및 후천적 생활 습관으로 체내 지방이 과도하게 축적되어 발생하는 만성 질환이며, 대사 질환의 발병 요인으로 알려져 있다. 최근 10년간의 비만 유병률 증가 추이로 인해 동반 만성 질환의 위험성과 비만 예방의 중요성이 대두되고 있다. 비만 상태의 지방조직에서는 지방 조직 대식세포(adipose tissue macrophage, ATMs)가 존재하며, 이는 염증과 인슐린 저항성을 야기함으로써 대사 질환 발병에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 대사 질환의 예방을 위해 비만성 염증 억제 및 인슐린 저항성 완화의 중요성이 강조되고 있고, 식품 함유 폴리페놀 화합물 중 커큐민(Curcumin)은 다양한 생리활성 기능을 보유하며 항염증 및 인슐린 저항성 완화 식품 기능성 물질로 주목을 받고 있다. 하지만 대부분의 연구가 단일 세포 2D 세포 배양 시스템으로 진행되고 있어, 실제 인체 내 환경 및 현상이 반영되지 못하는 연구 경향을 보이고 있다. 이에 본 연구에서는 비만으로 유도되는 만성염증과 인슐린 저항성이 지방조직에서 지방세포와 대식세포의 상호작용으로 유도되는 가를 살펴보고, 커큐민 처리가 이들 상호작용을 억제하여 염증과 인슐린 저항성을 감소시키는지 평가하고자 하였다. 실제 인체 내 환경을 구현하기 위해, 세포의 분비물질이 함유된 조건배양액을 사용하여 염증 및 인슐린 저항성의 환경을 나타낸 세포 모델과 지방세포와 대식세포의 공동배양을 통해 비만 상태의 ATM이 존재하는 지방조직 구현한 3D 세포 모델을 사용하였다. 2가지 세포 모델에 커큐민을 처리하여 염증 억제 및 인슐린 저항성 완화를 염증 관련 단백질 및 인슐린 신호 전달 경로 관련 단백질의 발현량을 비교하여 평가하였다. 실험 결과, 대식세포의 분비물질로 인해 지방세포에서 p-STAT3의 발현 증가하는 경향성을 확인하였고, 지방세포의 분비물질이 대식세포에서 p-IκBα, p-JNK, p-p38의 발현 증가 경향에 영향을 준 것을 확인하였다. 이를 통해 대식세포 및 지방세포의 분비 물질이 염증 관련 단백질의 발현에 영향을 주어 염증 반응 증가 경향성에 기여함을 알 수 있었다. 그리고 커큐민 처리군에서 무처리군 대비 염증 관련 단백질의 감소 경향이 나타나며, 커큐민의 염증 감소 효과의 가능성을 기대해 볼 수 있었다. 인슐린 저항성의 경우, 대식세포 분비물질로 인한 p-IRS-1과 p-AKT의 발현 감소 경향을 확인함으로써 인슐린 신호 전달 경로 및 인슐린 저항성에 영향을 준 것으로 생각해 볼 수 있었다. 그리고 p-IRS-1에서는 커큐민의 처리로 발현이 증가하는 경향을 LPS를 처리한 대식세포 조건배양액 처리군에서 확인하였다. 이를 통해 커큐민이 인슐린 신호 전달 경로에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 기대해 볼 수 있었다. 3D 공동배양 세포 연구의 경우, 먼저 염증 반응 실험에서는 염증 관련 단백질 Cox-2, p-JNK, p-IκBα의 발현이 지방세포·대식세포 공동배양 스페로이드에서 증가하는 추세를 확인할 수 있었다. 그리고 커큐민 처리군에서 발현이 감소하는 경향을 나타냈다. 이를 통해 대식세포와 지방세포의 상호작용이 염증 반응에 영향을 주고, 커큐민이 상호작용에 작용하여 염증 감소에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 생각해 볼 수 있었다. 인슐린 저항성 실험에서는 인슐린 경로 관련 단백질 p-IRS-1, p-AKT, p-GSK-3β의 발현이 지방세포·대식세포 공동배양 스페로이드에서 감소하는 경향을 보였다. 이를 통해 대식세포와 지방세포의 상호작용이 인슐린 신호 전달 경로 및 인슐린 저항성에 영향을 줄 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 커큐민의 처리로 인한 유의적인 변화는 확인되지 않았다. 이번 연구를 통해, 비만성 염증 및 인슐린 저항성 유도 모델을 2D 및 3D 세포 배양으로 구현하였다. 그리고 지방세포와 대식세포의 분비물질과 세포 간 상호작용이 염증 및 인슐린 저항성에 영향을 주는 것을 확인하였고, 커큐민의 처리가 이를 억제 및 완화에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 보여주었다. 이는 향후 비만 예방 연구에 기여할 수 있을 것을 기대된다.;Obesity is a chronic disease characterized by the excessive accumulation of body fat, influenced by genetic factors and acquired lifestyle habits, and it is a known risk factor for the development of metabolic disorders. The increasing prevalence of obesity over the past decade has heightened awareness of the associated risks of comorbid chronic diseases and emphasized the importance of obesity prevention. In obese adipose tissue, ATMs (adipose tissue macrophages), which contribute to inflammation and insulin resistance, play an important role in the development of metabolic disorders. Consequently, the suppression of obesity-induced inflammation and the alleviation of insulin resistance have been highlighted as critical strategies for preventing metabolic diseases. Among dietary polyphenolic compounds, curcumin is recognized for its diverse bioactive functions, particularly its anti-inflammatory and anti-obesity effects. However, most studies have been conducted using two-dimensional (2D) cell culture systems that do not replicate the in vivo environment. These limitations highlight the need for research that considers physiological conditions in the human body. The aim of this study was to investigate whether chronic inflammation and insulin resistance induced by obesity result from the interactions between adipocytes and macrophages in adipose tissue, where adipose tissue macrophages (ATMs) are present. Furthermore, we examined whether curcumin treatment could reduce these interactions, thereby inhibiting inflammation and insulin resistance. To replicate the in vivo environment, inflammation and insulin resistance were induced using conditioned media containing secretory molecules from adipocytes and macrophages. Additionally, we co-cultured adipocytes and macrophages using a 3D cell culture system to create an in vitro model of adipose tissue with ATMs. The experimental results demonstrated that secretory molecules from adipocytes and macrophages induced inflammation and insulin resistance in each other, and curcumin treatment effectively reduced and alleviated these effects. In the 3D co-culture cell culture study, the co-culture of adipocytes and macrophages led to inflammation and insulin resistance, which were also reduced and alleviated by curcumin treatment. In this study, we established an in vitro model of obesity-induced inflammation and insulin resistance using secretory molecules and a co-culture system. We demonstrated that the secretory molecules and interactions between adipocytes and macrophages play a significant role in modulating inflammation and insulin resistance. Furthermore, curcumin showed potential inhibitory and alleviating effects on these processes. These findings suggest that curcumin may contribute to future research on obesity prevention and therapeutic strategies.