바이오인

세로토닌에 의한 췌장 베타세포 증식 및 기능 조절

(Regulation of pancreatic beta cell proliferation and function by serotonin) 

김규호, 김형석, 김하일 한국과학기술원 의과학대학원 분자당뇨병학 연구실

1. 서론

‘세로토닌(serotonin, 5-hydroxytryptamine, 5-HT)’이라는 단어를 들으면 가장 먼저 생각나는 것은 무엇일까? 우울증 혹은 식욕 조절이 아닐까? 하지만 거슬러 올라가면, 1935년 이탈리아인 Vittorio Erspamerd는 장크롬친화세포(enterochromaffin cell)로부터 추출된 물질이 소장(small intestine)을 수축시키는 것을 관찰한 후 이 물질을 ‘enteramine’으로 명명하였고 (1), 1948년 클리브랜드 클리닉의 Maurice M. Rapport, Arda Green, Irvine Page 연구진은 혈청(serum) 내의 물질이 혈관을 수축시키기는 것을 관찰한 후에 ‘세로토닌(serotonin: serum tonic molecule)’으로 명명하였다 (2). 그 후 1953년이 되어서야 Betty Twarog이 중추신경계(central nervous system)에서 세로토닌을 발견하였다 (3). 일반 대중들에게 가장 많이 알려져 있는 중추신경계에서의 세로토닌의 역할이 가장 나중에 발견된 것은 흥미로운 점이라 할 수 있겠다.

생체 내 세로토닌은 크게 두 곳에서 합성되는데, 하나는 중추신경계에 위치한 뇌줄기(brainstem)의 신경세포(neuron)이며, 다른 하나는 말초조직에 위치한 장(gut)의 장크롬친화세포(enterochromaffin cell)이다. 세로토닌은 혈뇌장벽(blood-brain barrier)을 통과하지 못하기 때문에 중추신경계와 말초조직에서 합성되는 세로토닌은 각각 다른 역할을 지닌다. 중추신경계에서 생성된 세로토닌은 신경세포로부터 분비되어 신경접합에서 작용을 한 다음 분비한 신경세포로 빠르게 재흡수된다. 말초조직에서는 장크롬친화세포에서 분비된 세로토닌이 혈액 중의 혈소판으로 빠르게 흡수되는데, 따라서 몸 속 대부분의 세로토닌은 혈소판 내에 존재하게 된다. 중추신경계에서 세로토닌이 신경전달물질로서 감정, 식욕, 기억, 인지기능 등의 조절에 관여하는 반면, 말초조직에서 세로토닌은 장 운동(intestinal movement)의 조절, 혈관 수축을 통한 지혈작용 등에 관여한다 (4). 최근에는 말초조직의 세로토닌이 호르몬과 유사하게 작용하여 에너지 대사, 뼈 형성, 조혈작용, 조직 재생 등을 조절한다는 사실도 보고되었다 (5-8).

췌장 베타세포(pancreatic beta cells)는 혈중 포도당의 농도를 인식하여 인슐린(insulin)을 분비하여 혈당의 조절에 관여하는 세포이다. 비만(obesity)에 의한 인슐린 저항성, 임신(pregnancy)과 같은 대사적 스트레스 상황에서 신체의 인슐린 요구량을 충족시키기 위해 베타세포의 증식과 인슐린의 과분비와 같은 베타세포 보상작용(beta cell compensation)을 통해 인슐린의 공급을 증가시킨다는 사실이 여러 논문을 통해 보고된 바가 있다 (9-11). 그리고 이러한 베타세포 보상작용(beta cell compensation)을 조절하는 물질들로 인슐린, 혈당(blood glucose), 태반 호르몬(placental hormones), 인크레틴(incretin), 성장 호르몬(growth hormone) 등이 알려져 있다 (12-14).

최근 여러 연구들을 통해 세로토닌이 장크롬친화세포 뿐만 아니라 췌장 베타세포에서도 합성되며, 이 세로토닌이 autocrine/paracrine으로 베타세포에 작용한다는 사실이 밝혀지고 있는데 (15, 16), 본지에서는 세로토닌에 의한 베타세포 증식 및 기능 조절에 대한 내용을 중점적으로 다루고자 한다.

2. 본론

2-1. 세로토닌과 세로토닌 수용체

세로토닌은 주로 뇌줄기의 신경세포, 장크롬친화세포, 혈소판에서 관찰된다. 신체 내 세로토닌의 90% 이상이 장크롬친화세포에 의해 합성되며, 이 세로토닌은 혈중의 혈소판에 의해 흡수되어 신체를 순환하는 것으로 알려져 있다 (4). 세로토닌은 아미노산인 트립토판(tryptophan)으로부터 rate-limiting enzyme인 tryptophan hydroxylase(Tph), 그리고 amino acid decarboxylase(AADC)에 의해 합성된다 (그림 1). Tph 단백질에는 두 가지 동형 단백질(isoform)이 존재하는데, Tph1은 장크롬친화세포와 송과선(pineal gland)에서 주로 발현되며, Tph2는 신경세포에서 특이적으로 발현된다 (17).

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