Effects of beta-hydroxybutyrate on metabolic dysregulation in the kidney of mice and renal tubular cells under hyperglycemic conditions = 고혈당 조건에서 베타하이드록시뷰티레이트가 쥐의 신장 및 신세뇨관 세포의 대사 이상에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 당뇨병성 신장질환이 당뇨병의 주요 합병증 중 하나이며, 최근 신세뇨관 내 지질 침착이 당뇨병성 신장질환의 병리적 진행에 중요한 역할을 하는 것으로 보고되고 있다는 점에 주목하였다. 베타하이드록시뷰티레이트는 케톤체의 일종으로, 에너지원으로 사용될 뿐 아니라 신호전달 물질로서 대사 및 염증 반응을 조절하는 것으로 알려져 있으나, 당뇨병성 신장질환에서의 작용 기전은 아직 명확하지 않다. 이에 본 연구는 고혈당 조건에서 베타하이드록시뷰티레이트가 당뇨병 쥐 모델과 신세뇨관 세포의 대사 이상에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 동물 실험은 C57BL/6J 쥐에 고지방식이를 공급하고 니코틴아마이드와 스트렙토조토신을 복강 내 주사하여 제2형 당뇨병 모델을 유도하였다. 베타하이드록시뷰티레이트의 보충 효과는 체중, 혈중 포도당 농도, 베타케톤 농도, 신장 무게 및 신주위 지방량을 통해 평가하였다. 세포 실험에서는 인간 신세뇨관 세포에 고농도의 포도당 과 팔미트산을 처리하여 병리적 조건을 유도하였으며, 베타하이드록시뷰티레이트를 단독 또는 병행 처리한 다음 세포 생존율, Oil Red O 염색, 지질 대사 및 염증 반응과 관련된 유전자의 발현을 분석하였다. 동물 실험 결과, 베타하이드록시뷰티레이트는 포도당 공급 후 혈중 포도당 농도를 완화시키고, 혈중 케톤 농도를 0.5 mM 이상으로 증가시켜 영양적 케톤증을 유도하였다. 체중 증가 및 신장 무게 감소에 대해서는 부분적인 개선 효과를 나타냈으나, 신주위 지방량의 증가는 베타하이드록시뷰티레이트 보충으로 억제되지 않았다. 세포 실험에서 고농도의 포도당과 팔미트산의 처리는 세포 내 지질 침착을 증가시키고, 염증성 사이토카인(TNFA, NLRP3)의 발현을 상향 조절하였다. 베타하이드록시뷰티레이트는 지질 침착을 감소시키고, PPARA와 CPT1A의 발현을 하향 조절하여 지질 대사의 항상성을 회복시켰으며, NLRP3의 발현을 억제하여 염증 반응을 부분적으로 완화하였다. 이러한 결과는 베타하이드록시뷰티레이트가 고혈당 조건에서 쥐의 신장과 신세뇨관 세포의 대사 이상을 조절함으로써 신장 손상을 경감시킬 가능성을 시사한다. 그러나 본 연구의 결과만으로는 베타하이드록시뷰티레이트의 신장 보호 효과를 확인하기 어려우므로 고혈당 조건에서 베타하이드록시뷰티레이트의 영향를 보다 면밀히 조사하는 추가 연구가 필요하다. 본 연구는 베타하이드록시뷰티레이트의 대사 조절 기전에 대한 기초 자료를 제공하며, 향후 당뇨병성 신장질환의 치료 전략 수립을 위한 케톤체 기반 접근의 가능성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Literature review 4
• 2.1. Diabetic kidney disease 5
• 2.1.1. Lipid deposition and metabolic dysregulation in diabetic kidney disease 6
• 2.2. β-hydroxybutyrate (BHB) 10
• 2.2.1. BHB in diabetic kidney disease management 11
• Ⅲ. Materials and methods 13
• 3.1. Animals and treatment 14
• 3.2. Oral glucose tolerance test and blood ketone bodies measurement 18
• 3.3. Cell culture and treatment 18
• 3.4. Cell viability 19
• 3.5. Oil Red O staining 20
• 3.6. Real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction 20
• 3.7. Statistical analysis 23
• Ⅳ. Results 24
• 4.1. Effects of BHB on body weight and food intake in mice 25
• 4.2. Effects of BHB on kidney weight and perirenal fat weight in mice 27
• 4.3. Effects of BHB on glucose tolerance and ketosis in mice 29
• 4.4. Effects of BHB on cell viability and morphology in tubular epithelial cells (TECs) 31
• 4.5. Effects of BHB on lipid deposition in TECs 33
• 4.6. Effects of BHB on lipid metabolism markers in TECs 35
• 4.7. Effects of BHB on inflammatory markers in TECs 37
• Ⅴ. Discussion 39
• Ⅵ. References 48
• Abstract in Korean 61