바이오인

- 폐경기 후 골다공증 원인 규명 - 
              
             

과학기술부 기초과학지원과 보도자료 
           전남대 호르몬연구센터(수의대)한호재 교수 
                     

과학기술부(장관 徐廷旭)와 한국과학재단(사무총장 金定德)이 1994년에 지정한 우수연구센터인 전남대학교 호르몬연구센터(소장:權赫邦 교수)의 한호재(韓虎在)교수 연구팀(수의과대학, 참여연구원; 박수현, 이연희)은 생식호르몬에 의한 병인규명 및 진단에 관한 연구(1998.3-현재, 5천 1백만원)를 수행하여 에스트로겐이 genomic이 아닌 nongenomic 경로 (cAMP 및 PKC)를 통하여 신장에서 칼슘 재흡수를 촉진한다는 사실을 세계 최초로 입증해, 이를 미국의 저명한 세포생리학 분야 저널중의 하나인 저널 오브 셀룰라 피지올로지 2000년 4월호[Journal of Cellular Physiology 2000 April; 183(1);37-44]에 발표하였다. 이 연구 결과는 신장에서의 에스트로겐 작용기전을 밝히는데 획기적인 기여를 했을 뿐만 아니라 골다공증의 원인, 발생기전의 분석 및 에스트로겐 사용으로 인한 부작용이 없는 향후 치료제의 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 기대된다.
           

여성 호르몬인 에스트로겐이 부족해지면서 나타나는 증상들을 폐경증후군이라 하는데 골다공증도 이들 중 하나 이다. 우리 나라 여성 대부분이 48-52세 때 폐경기를 맞게 되며 약 2년 전부터 갱년기 증상이 나타나는데 평균적으로 4-5년 지속된다. 그러나 개인별 차이에 의해 짧은 경우에는 수개월 내에 증상이 소실되기도 하지만 10년 이상 지속되기도 한다.
           

골다공증은 미국에서보다 아시아인의 발생률이 더 높으며 미국의 경우 2,899만 명 이상이 앓고 있으며 (치료비 1년에 138억불 추정) 그 중 80%가 여성으로서 중요 공중보건 과제로 직결되고 있는 상황이다. 이를 치료하기 위해 여성호르몬인 에스트로겐이 사용되기도 하는데 현재 전세계적으로 에스트로겐의 사용은 연간 25%씩  증가하고 있어 에스트로겐을 투여 받는 여성들이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 그러나 에스트로겐이 골형성을 자극한다는 사실이 알려져 있기는 하지만 지금까지 칼슘 재흡수의 중요한 부위중의 하나인 신장 근위세뇨관에서의 영향 및 그 정확한 작용기전에 대해서는 거의 연구되어 있지 않다.
           

즉 사구체에서 여과된 칼슘의 98%가 세뇨관에서 능동 및 수동적 흡수기전에 의해 재흡수 된다. 신장을 통한 칼슘 재흡수 저하는 뼈 손실을 일으키는 중요한 원인이 된다는 사실은 이미 증명된 바 있다. 폐경기 후 여성에서 빈발하는 골다공증은 신장의 칼슘 재흡수 능력의 저하와 관련되며 이러한 기능변화는 에스트로겐의 결핍에 의한 것으로 생각된다. 이와 같이 신장을 통한 칼슘 재흡수 능력의 저하는 뼈에서 혈 중으로 칼슘 동원을 통해 혈장 내 칼슘 농도를 증가시키게 된다.
           

한편 폐경기 후의 여성들이 장으로부터 칼슘 재흡수를 증가시켜 혈 중 칼슘 농도를 정상적으로 유지시키면 뼈의 손실이 감소되는데, 이는 폐경기에 나타나는 에스트로겐의 결핍이 장 및 신장에서 부분적으로 칼슘 운반의 감소를 일으킴으로써 혈 중 칼슘 항상성을 손상시킬 수 있다는 것을 시사해 준다. 이와 같은 폐경기 후 흔히 발생하는 골다공증의 원인을 초대배양한 근위세뇨관세포를 이용해서 밝히는 연구는 에스트로겐 결핍에 기인한 골다공증 발병기전의 신장 수준에서의 정확한 이해, 폐경기 후 적절한 치료대책의 수립 및 치료약 개발에 필수적으로 요구된다.
           

이 연구를 통하여 지금까지 알려진 것처럼 에스트로겐이 신장 근위세뇨관세포에서 genomic 경로가 아닌 nongenomic 경로를 통하여 칼슘 재흡수를 촉진시킨다는 사실은 획기적일 뿐만 아니라 골다공증 발생과 관련된 기본 기전들을 세포수준에서 밝히는데 크게 기여할 것으로 생각된다. 그리고 신장 세포수준에서 일어나는 골다공증의 원인, 발생기전의 분석 및 에스트로겐 사용으로 인한 부작용 (예; 유방암이나 자궁경부암 발생율 증가, 생리재기, 불규칙한 자궁내 출혈, 체내 수분대사 이상으로 인한 부종 및 두통 등)이 없는 향후 치료제의 개발에 중요한 기초자료가 될 것이다.
           

붙 임 : 모식도, 용어설명, 연구추진현황, 연구자이력사항, 관련사진 
           

【 붙임1 】
           

연구내용 요약 모식도 
           

【 붙임 2】
           

용 어 설 명               
         

1. 골다공증 : 낮은 골량과 골 조직의 황폐화로 뼈가 쉽게 부서져서 고관절, 척추, 손목 등의 골절이 잘 일어나는 게 특징
           

2. 에스트로겐 : 여성의 난소(난포과립막세포)에서 분비되는 호르몬
           

3. Estradiol-17B-BSA : 에스트로겐들 중 가장 높은 활성을 갖는
estradiol-17B가 세포 안으로 들어가지 못하도록 BSA(Bovine serum albumin)를 붙여 놓은 것. 이는 에스트로겐이 지금까지 알려진 것같이 genomic 경로 즉 핵 내 수용체와 결합하여 작용하는 것과는 다르게 nongenomic 경로 즉 세포막 수용체를 통한 신호전달경로를 통해서 작용한다는 사실을 증명하기 위해 사용됨
           

【 붙임 3 】 

연구추진현황 
 

에스트로겐 nongenomic 경로를 통하여 신장에서 칼슘 재흡수 촉진
           

Estradiol-17B-BSA 골다공증 치료제로서의 새로운 가능성 제시
           

◑ 연구과제명 : 생식호르몬에 의한 병인규명 및 진단에 관한 연구
           

◑ 연 구 기 간 : 1998. 3 ∼
           

◑ 연 구 비 : 5천 1백만원
           

◑ 소 속 기 관 : 전남대학교 호르몬연구센터
           

◑ 참여연구원 : 한호재, 박수현, 이연희 

              

■ 연구배경
           

여성 호르몬인 에스트로겐이 부족해지면서 나타나는 증상들을 폐경증후군이라 하는데 골다공증도 이들 중 하나 이다. 우리 나라 여성 대부분이 48-52세 때 폐경기를 맞게 되며 약 2년 전부터 갱년기 증상이 나타나는데 평균적으로 4-5년 지속된다. 그러나 개인별 차이에 의해 짧은 경우에는 수개월 내에 증상이 소실되기도 하지만 10년 이상 지속되기도 한다.
           

골다공증은 미국에서보다 아시아인의 발생률이 더 높으며 미국의 경우 2,899만 명 이상이 앓고 있으며 (치료비 1년에 138억불 추정) 그 중 80%가 여성으로서 중요 공중보건 과제로 직결되고 있는 상황이다. 이를 치료하기 위해 여성호르몬인 에스트로겐이 사용되기도 하는데 현재 전세계적으로 에스트로겐의 사용은 연간 25%씩 증가하고 있어 에스트로겐을 투여 받는 여성들이 급격하게 증가하고 있는 추세이다.
           

그러나 에스트로겐이 골형성을 자극한다는 사실이 알려져 있기는 하지만 지금까지 칼슘 재흡수의 중요한 부위중의 하나인 신장 근위세뇨관에서의 영향 및 그 정확한 작용기전에 대해서는 거의 연구되어 있지 않다.
           

즉 사구체에서 여과된 칼슘의 98%가 세뇨관에서 능동 및 수동적 흡수기전에 의해 재흡수 된다. 신장을 통한 칼슘 재흡수 저하는 뼈 손실을 일으키는 중요한 원인이 된다는 사실은 이미 증명된 바 있다. 폐경기 후 여성에서 빈발하는 골다공증은 신장의 칼슘 재흡수 능력의 저하와 관련되며 이러한 기능변화는 에스트로겐의 결핍에 의한 것으로 생각된다. 이와 같이 신장을 통한 칼슘 재흡수 능력의 저하는 뼈에서 혈 중으로 칼슘 동원을 통해 혈장 내 칼슘  농도를 증가시키게 된다.
           

한편 폐경기 후의 여성들이 장으로부터 칼슘 재흡수를 증가시켜 혈 중 칼슘 농도를 정상적으로 유지시키면 뼈의 손실이 감소되는데, 이는 폐경기에 나타나는 에스트로겐의 결핍이 장 및 신장에서 부분적으로 칼슘 운반의 감소를 일으킴으로써 혈 중 칼슘 항상성을 손상시킬 수 있다는 것을 시사해 준다. 이와 같은 폐경기 후 흔히 발생하는 골다공증의 원인을 초대배양한 근위세뇨관세포를 이용해서 밝히는 연구는 에스트로겐 결핍에 기인한 골다공증 발병기전의 신장 수준에서의 정확한 이해, 폐경기 후 적절한 치료대책의 수립 및 치료약 개발에 필수적으로 요구된다. 
           

■ 연구목적
           

전술한 바와 같이 생체 내에서 에스트로겐은 칼슘의 항상성 조절에 관여하며 폐경기 여성에서 에스트로겐 결핍으로 인한 골다공증이 다발하고 있는 것으로 보고되고 있다. 신장 근위세뇨관은 칼슘 재흡수에 중요한 부위로 보고되고 있으나 에스트로겐에 의한 칼슘조절기전은 아직 밝혀지지 않고 있다. 따라서 본 연구팀은 estradiol-17B-BSA (E₂-BSA)를 이용하여 에스트로겐이 nongenomic 효과를 통하여 칼슘의 조절 작용에 관여하는지를 ⁴⁵Ca²⁺ uptake를 통해 알아보았고 이와 관련된 신호전달계를 조사해보았다. 
             

■ 연구결과
           

Estradiol-17B(10^-9 M, E₂-BSA) 처리 시 ⁴⁵Ca²⁺ uptake는 4일까지는 대조군과 차이가 없었으나 5일째부터는 유의성 있게 감소하였다. 그러나 E₂-BSA (10^-9 M) 처리 시 ⁴⁵Ca²⁺ uptake는 2시간 이후부터 증가되었다. 이러한 E₂-BSA의 작용은 tamoxifen
(10^-8 M, 세포 내 에스트로겐 길항제), actinomycin D (10^-7 M, 전사 억제제) 그리고 cycloheximide (4 x 10^-5 M, 번역 억제제)에 의해서는 차단되지 않았으나, methoxyverapamil 또는 nifedifine (10^-6 M, L type 칼슘 channel 차단제들)에 의해서는 차단되었다. 이 결과들은 E₂-BSA가 nongenomic한 경로를 통하여 ⁴⁵Ca²⁺ uptake를 증가시키며, 그 칼슘은 주로 세포 외 칼슘에 의존한다는 것을 말해주고 있다. 그래서 이와 관련된 신호전달계를 알아보았다.
           

신장 근위세뇨관세포에 8-Br-cAMP (10^-6 M) 및 TPA (0.02 ng/l)를 단독처리 시 또는 이들과 E₂-BSA (10^-9 M)를 병합처리 시 모든 처리군에서 ⁴⁵Ca²⁺ uptake는 대조군에 비해 유의성 있게 증가하였다. 그러나 이러한 ⁴⁵Ca²⁺ uptake 증가는 cAMP 경로 kinase A inhibitor amide 14-22 (PKI) (10^-6 M,  protein kinase A 억제제) 및 PLC 억제제인 U 73122 (10^-6 M) 및 PKC의 억제제인 bisindoylmaleimide I (10^-6 M)의 전처리에 의해서 차단되었다. 그리
고 E₂-BSA 처리 후 세포 내 cAMP의 생성과 PKC 활성이 증가되었다. 결론적으로 신장 근위세뇨관세포에서  E₂-BSA (10^-9 M)는 cAMP 및 PKC 신호전달계를 통하여 ⁴⁵Ca²⁺ uptake를 증가 시켰다. 
           

■ 연구결과에 대한 활용방안 및 기대효과
           

골다공증은 폐경기 후 혈 중 에스트로겐 농도의 감소에 따라 자주 발생하는데 주된 요인중의 하나는 근위세뇨관에서의 칼슘 운반 변화에 기인한다고 보고되고 있다. 근위세뇨관세포는 이온 등을 포함하여 여러 영양분들을 재흡수 함으로써 체내에서 이들 농도를 조절한다. 칼슘이온을 재흡수하기 위한 근위세뇨관의 능력은 폐경기 후 변하는데 이는 혈 중 에스트로겐의 농도의 감소와 관련되는 것으로 생각된다. 그러나 에스트로겐이 어떻게 이러한 효과를 유발시키는가에 대해서는 거의 이해되고 있지 않다. 특히 이러한 연구에 진전이 없는 것은 이 문제를 해결하기 위해 사용되어진 whole animal experimental system의 복잡성에 의해서 설명되어질 수 있다.
           

이 연구에서 에스트로겐이 근위세뇨관세포에서 칼슘 재흡수를 어떠한 기전으로 변화시키는가를 조사하기 위해 초대 배양된 세포가 이용되었다. 이러한 초대배양세포는 동물로부터 직접 신장을 적출하여 사용하기 때문에 체내 신장 세포기능들과 매우 유사하다.
           

즉 초대 배양한 근위세뇨관세포는 신장 근위세뇨관이 특징적으로 갖는 다양한 분화된 기능을 갖고 있음으로 이러한 연구 목적에 매우 적절하다. 또한 세포 배양배지의 영양분 조성은 에스트로겐에 의한 세포기능의 조절을 연구하기 위해서 정확히 조절할 수 있다. 그러므로 제한된 조건에서 배양한 근위세뇨관세포를 골다공증 발생기전을 세포 및 분자 수준에서 이해하기 적합한 in vitro 실험 모델로 사용할 수 있는 기초를 제공하게 될 것이다.
           

그리고 본 연구를 통하여 확립된 이와 같은 연구모델은 아직까지 극히 미진한 상태에 있는 신장 근위세뇨관세포의 기능과 관련된 골다공증 원인을 밝히는데 크게 기여할 것이다. 그리고 본 실험실에서도 이 연구모델이 보다 많은 연구자들에게 공유되어 연구실간의 공동연구가 활발히 이루어지도록 노력할 것이다.
           

이 연구를 통하여 지금까지 알려진 것처럼 에스트로겐이 신장 근위세뇨관
세포에서 genomic 경로가 아닌 nongenomic 경로를 통하여 칼슘 재흡수를 촉진시킨다는 사실은 획기적 일 뿐만 아니라 골다공증 발생과 관련된 기본 기전들을 세포수준에서 밝히는데 크게 기여할 것으로 생각된다. 그리고 신장 세포수준에서 일어나는 골다공증의  원인, 발생기전의 분석 및 에스트로겐 사용으로 인한 부작용 (예; 유방암이나 자궁경부암 발생율 증가, 생리재기, 불규칙한 자궁내 출혈, 체내 수분대사 이상으로 인한 부종 및 두통 등)이 없는 향후 치료제의 개발에 중요한 기초자료가 될 것이다. 
              

【 붙임 4】

연구자 이력사항 

           

■연구자 : 한 호 재 교수 
           

- 학력 - 
           

1983. 3. - 1987. 2. : 서울대학교 수의과대학 수의학과 졸업, 수의학사
           

1987. 3. - 1993. 2. : 서울대학교 대학원, 수의생리학전공
           

수의학 석사 및 박사 학위 취득

           

- 경력 - 
           

1991. 3. - 1993. 7. : 미국 뉴욕주립대학교 의과대학(버팔로) 연구원
           

1993. 8. - 현재 : 전남대학교 수의과대학 전임강사, 조교수, 부교수
 
                         

- 최근 1년간 국제저널(SCI)에 발표한 논문 (1999년 - 현재)- 
           

1. Ho Jae Han, Jee Chang Jung, Mary Taub (1999)
              Growth and function of primary rabbit kidney proximal tubule cells
              in response to estrogens. J Cell Physiol. 178 : 35-43
           

2. Ho Jae Han, Hyun Ju Koh, Soo Hyun Park (1999)
              A potential signaling pathway in stimulation of Na⁺ uptake
              induced by ANG II in primary cultured rabbit renal proximal tubule
              cells. J Vet Med Sci 61(2) : 135-141
           

3. Ho Jae Han, Soo Hyun Park, Jae Cheon Lee, Hwanghee
              Blasie Lee, Haeng Soon Park (1999) Leukotrien D₄ inhibits
              Na⁺ uptake through cAMP and PLC pathway in the primary
              cultured renal proximal tubular cells. Kidney & Blood Pressure
              Research. 22(3) : 106-113
           

4. Ho Jae Han, Soo Hyun Park, Hyun Ju Kho, Seung
              Yeol Nah, Dong Ho Shin, Han Sun Choi (1999) Ginsenoside-protopanaxatriol
              inhibits glucose uptake in primary cultured rabbit renal proximal
              tubular cells by arachidonic acid release. Kidney & Blood Pressure
              Research. 22(3): 114-120
           

5. Ho Jae Han, Yeun Hee Lee, Soo Hyun Park, Hyun
              Ju Choi, Chang Ho Son, Yong Dal Yoon (1999) Estradiol-17B stimulates
              Ca²⁺ uptake thorough nongenomic action in renal proximal
              tubule cells. Recent progress in molecular and comparative endocrinology.
              515-521
           

6. Ho Jae Han, Dae Hoon Kim, Soo Hyun Park (1999)
              Regulatory mechanism of Na/Pi cotransport by glucocorticoid in renal
              proximal tubule cells: Involvement of cAMP and PKC. Kidney &
              Blood Pressure Research 22(4) : 175-183
           

7. Ho Jae Han, Dae Hoon Kim, Soo Hyun Park, Young
              Soon Lee, Jang Hern Lee, Il Suk Yang (1999) Regulatory mechanism
              of polarized membrane transport by glucocorticoid in renal proximal
              tubule cells: Involvement of [Ca²⁺]i. J Vet Med Sci 61(11);
              1197-1202
           

8. Bok Yun Kang, Jeoung Soo We, Kyong Choi, Hwanghee
              Blaise Lee, Ho Jae Han, Hang Soon Park (1999) Release of renal depeptidase
              from rabbit renal proximal tubules and its inhibition by gentamicin.
              Arch Pharm Res 22(4); 367-371
           

9. Young Bae Kwon, Yeo Sung Yoon, Ho Jae Han, Jang
              Hern Lee (1999) Effect of 7-nitroindazole, a ive neuronal
              nitric oxide synthase inhibitor, on parvalbumin immunoreactivity
              after cerebral ischemia in the hippocampus of the Mongolian gerbil.
              Anatomia Histologia Embryologia. 28(6):325-326
           

10.Ho Jae Han, Yeune Hee Lee, Soo Hyun Park (2000)
              Estradiol-17B-BSA stimulates Ca²⁺ uptake through nongenomic
              pathways in primary rabbit kidney proximal tubule cells: Involvement
              of cAMP and PKC. J Cell Physiol. 183:37-44
           

11.Young Bae Kwon, Il Suk Yang, Kyung Sun Kang,
              Ho Jae Han, Yong Soon Lee, Jang Hern Lee (2000) Effects of dizocilpine
              pretreatment on parvalbumin immunoreactivity and Fos expression
              after cerebral ischemia in the hippocampus of the Monolian gerbil.
              J Vet Med Sci 62(2):141-146
           

12.Jang Hern Lee, Hyun Woo Kim, Young Bae Kwon,
              Myung Soo Kang, Dong Won Choi, Jun Ho Na, Ho Jae Han and Myung Haing
              Cho (2000) General pharmacology studies on beta-domain deleted recombinant
              factor VIII. Arzneimittelforschung 50(1):86-92
           

13.Haeng Soon Park, Kyong Choi, Sung Wook Park,
              Kwang Jae Lee, Hwanghee Blaise Lee, Ho Jae Han, Sung Kwang Park
              (2000) Grass carp bile (Ctenopharyngodon idellus) may cause acute
              renal failure by nitric oxide generation. Kidney & Blood Pressure
              Research. 23(2):113-118
           

14.Ho Jae Han, Hyun Ju Choi, Soo Hyun Park (2000)
              High glucose inhibits glucose uptake in renal proximal tubule cells:
              Involvement of oxidative stress and protein kinase C. Kidney International.
              57:918-926
           

15. Soo Hyun Park, Hyun Ju Choi, Jang Hern Lee,
              Il Suk Yang, Ho Jae Han (2000) High glucose stimulates Ca2+ uptake
              via cAMP and PLC/PKC pathways in primary cultured renal proximal
              tubule cells. Kidney & Blood Pressure Research. In press
           

16.Ho Jae Han, Jang Hern Lee, Soo Hyun Park, Hyun
              Joo Choi, Il Suk Yang, Woong Chon Mar, Sung Kil Kang, Hye Jung Lee
              (2000) Effect of bee venom and its mellitin on apical transporters
              of renal proximal tubule cells. Kidney & Blood Pressure Research.
              In press
           

17.Ho Jae Han, Soo Hyun Park, Hyun Ju Kho, Mary
              Taub (2000) Mechanism of regulation of Na⁺ transport
              by angiotensin II in primary renal cells. Kidney International.
              In press
           

18.Ho Jae Han, Hyun Ju Choi, Soo Hyun Park (2000)
              High glucose-induced inhibition of A-MG uptake is mediated by protein
              kinase C-dependent activation of arachidonic acid release in primary
              cultured rabbit renal proximal tubule cells. J Cell Physiol. In
              press

           

- 현재 국제저널(SCI)에 투고 중인 논문 - 

1.Ho Jae Han, Hyun Ju Choi, Soo Hyun Park, Jang
              Hern Lee, Chang Hoon Lee, Jae Hong Kim (2000) High glucose inhibits
              renal proximal tubule cell proliferation through oxidative stress
              via protein kinase C. Kidney International (February ted) 
              

2. Soo Hyun Park, Mary Taub, Ho Jae Han (2000)
              Regulation of phosphate uptake in primary cultured rabbit renal
              proximal tubule cells by glucocorticoids: Evidence for nongenomic
              as well as genomic mechanisms. Endocrinology (April ted)

3. Soo Hyun Park, Ho Jae Han (2000) High glucose
              alters angiotensin II-induced inhibition of Ca²⁺ uptake
              via cAMP and PKC in renal proximal tubule cells. Kidney & Blood
              Pressure Research (April ted)