A study on the mechanism of liver fibrosis by mitochondrial uncoupler CCCP

Abstract

간섬유화는 바이러스 간염, 알코올 등 여러가지 자극에 의해 간세포가 손상을받게 되면 간실질세포 및 비실질세포들의 상호작용에 의해 간 조직중에 세포외기질 (ECM)이 축적되어 발생되는 상처 치유 반응 (wound-healing response) 이다. 하지만 간섬유화가 지속되는 경우에 비가역적 만성질환인 간경변으로 이행하기 때문에 간섬유화 단계에서 질병이 진행되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 이러한 간섬유화 과정은 간성상세포 (hepatic stellate cell)가 주된 역할을 하게 된다. 간성상세포는 휴지기 상태에서의 비타민 A 저장 세포로써의 역할을 하다가 만성적인 간 손상 상태에 반응하여 콜라겐 등의 ECM을 생성하는 근섬유아세포 형태로 분화된다. 미토파지 (mitophagy)는 자가포식작용 (autophagy)에 의해 손상되었거나 불필요한 미토콘드리아를 선택적으로 분해하는 세포작용이다. 이러한 미토파지의 활성화는 여러 세포에서 미토콘드리아 기능을 조절하고 기능을 유지하는데 핵심적인 역할을 한다고 알려져 있다. 최근 본연구실에서는 간성상세포 활성화 및 간섬유화 과정에서 미토파지의 역할 및 관련 기전에 대한 연구를 수행한 바 있다. 하지만 미토콘드리아에 직접적으로 간섭하여 미토파지를 유도하는 미토콘드리아 짝풀림제 (uncoupler)에 의한 간성상세포 활성화 및 이를 제어하는 약물에 관한 연구는 전무한 실정이다. 본 연구에서 간성상세포에서 대표적인 미토콘드리아 짝풀림제인 CCCP (carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone)에 의한 간섬유화 조절기전을 규명하고 이를 조절함으로 간섬유화를 제어하는 약물을 발굴하고자 하였다. 간성상세포에서 미토콘드리아 짝풀림제인 CCCP처리에 의해 PAI-1의 단백질 발현이 증가함을 관찰하였다. CCCP에 의한 발현 증가는 전사적인 수준에서 조절되지 않으며 전사후 수준에서 조절됨을 확인할 수 있었다. 리소좀 (lysosome) 억제제인 chloroquine 처리 시 CCCP에 의한 PAI-1의 증가가 보다 강화되었으나 프로테아좀 (proteasome) 억제제인 MG132를 처리한 경우에는 유의한 발현 변화가 관찰되지 않았다. 이와 같은 결과는CCCP가 리소좀 기능을 통해 단백질 안정성에 영향을 주어 PAI-1 발현을 조절함을 시사한다. 그리고 CCCP는 간성상세포에서 미토콘드리아에 직접적인 기능 장애를 유도하였고 자가포식작용을 활성화시켰다. 이와 더불어 CCCP를 단회 또는 반복 투여한 동물 모델에서 간섬유화 및 미토파지 관련 단백질이 증가함을 관찰하였다. 이러한 결과들은 CCCP에 의한 미토콘드리아 기능손상이 미토파지를 유도하고 더 나아가 간성상세포 활성화를 촉진시킴으로 간섬유화 진행을 촉진할 수 있음을 의미한다. 더 나아가, 미토파지를 조절하여 간성상세포 활성화를 제어하는 약물로 AMPK 활성제 AICAR를 활용하여 평가하였다. AICAR는 CCCP에 의해 증가한 PAI-1발현을 감소시켰으며 CCCP에 의한 미토콘드리아 기능손상을 및 미토파지를 억제하였다. 더 나아가, 또 다른 AMPK 직접적 활성제인A769662를 활용하여AICAR의 효과가 AMPK 의존적임을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 바탕으로 AMPK활성화제가 미토파지 매개 간성상세포 활성화를 억제함으로써 간섬유화 치료제로 활용될 수 있음을 제시한다.