Epigallocatechin-3-gallate가 ATP-민감성 칼륨 통로의 활성에 미치는 영향

Abstract

ATP-민감성 칼륨 통로(K_(ATP) channel)는 심근세포에서 그 존재가 처음 밝혀진 이래 췌장의 베타 세포, 골격근, 혈관 평활근 그리고 중추신경계 등에 널리 분포하고 있음이 밝혀졌다. K_(ATP) channel은 조직에서 다양한 생리작용을 가지고 있으며, 심근 경색, 당뇨병 등의 치료제 표적으로서 보고되고 있다. 녹차는 혈중 지질을 낮춰 줌으로써 심근 질환에 있어 보호효과를 가지고 있으며, low-density lipoprotein의 산화와 염증 반응을 막아주는 등의 효과가 보고되었다. 게다가, 녹차는 발암 예방과 항암제의 역할 둘 다를 가지고 있다는 것이 보고되었다. 또한, 녹차의 화합물은 산소 radical의 제어제로서도 역할을 한다. 녹차는 일반적으로 카테친으로 잘 알려진 폴리페놀계 화합물을 함유하고 있다. EGCG가 녹차의 카테친 중에 기능적으로 주요한 구성 성분이기 때문에 최근 많이 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 EGCG가 ATP-민감성 칼륨 통로 활성에 미치는 직접적 영향을 규명하고자 하였다. EGCG가 channel에 미치는 영향을 알아보기 위하여 Xenopus laevis 난자를 이용하여 ATP-민감성 칼륨 통로를 인위적으로 발현시킨 후에 patch clamp법의 inside-out mode를 이용하여 실험하였다. EGCG는 sulphonylurea receptor (SUR)와 inwardly rectifying K channel (Kir), 두 아단위로 이루어진 K_(ATP) channel의 활성을 농도 의존적으로 억제하였다. 더구나 EGCG는 두 아단위 중 SUR 아단위가 아닌 Kir 아단위에 작용하였다. Galloyl moiety를 포함하는 ECG, EGCG는 channel에 대한 block 능력을 가지고 있었으나, galloyl moiety를 포함하지 않는 EC, EGC는 channel을 block 능력을 가지지 않았다. 그러나 EGCG 그 자체가 췌장 베타세포에서 인슐린 분비를 증가시키지는 않았으며, 오히려 고농도의 포도당에 의한 인슐린 분비능을 현저히 감소시켰다. 이러한 결과로 EGCG는 췌장 베타세포 K_(ATP) channel의 Kir6.2에 결합하여, 포도당 대사에 의해 만들어진 ATP가 Kir6.2와 결합 또는 결합 후의 신호 전달에 방해를 줌으로써 포도당에 의한 인슐린 분비를 감소시키는 것으로 생각된다. ATP-sensitive K^(+) (K_(ATP)) channels are expressed ubiquitously and play critical roles in various tissues, such as pancreatic beta cells, the cardiac, skeletal and smooth muscles, and the central nervous system. The K_(ATP) channel couples cellular metabolism to the electrical activity of the cell. In pancreatic beta cells, glucose increases the ATP/ADP ratio, closing K_(ATP) channels and subsequently opening voltage-dependent Ca2+ channels, which results in the increase in cytosolic Ca2+, thereby secreting insulin. Green tea polyphenols are widely known to be beneficial to human's health but the direct effect of the polyphenols on K_(ATP) channel activity has not been investigated. In this study, I have evaluated whether the polyphenols affect K_(ATP) channel activity, and whether the glucose-stimulated insulin secretion can be modulated by the mechanism. The Xenopus laevis oocytes were used for expressing cloned K_(ATP) channels and measuring the channel activity in the inside-out mode of macro patch-clamp technique. When applied in the bath solution, EGCG (epigallocatechin-3-gallate) and ECG (epicatechin gallate) inhibited the channel activity, but not EGC (epigallocatechin) and EC (epicatechin). The inhibitory dose for 50 % channel inhibition was about 20 μmol/L in EGCG, and the potency of ECG was 3 times greater than that of EGCG. The channel inhibition was achieved by the Kir (inwardly-rectifying potassium) subunit, but not SUR (sulphonylurea receptor) subunits. This inhibition was independent of SUR subtypes. In pancreatic islets, although the insulin secretion at 3 mmol/L glucose was not changed by EGCG itself, the insulin secretion in response to 20 mmol/L glucose was significantly inhibited in the presence of EGCG compared to control. In vivo study, the Sprague-Dawley rats, which had been injected with EGCG (2 mmol/L) intraperitonially (i.p.) once a day for 3 days, exhibited a slower blood glucose recovery in response to an applied glucose (2 g/Kg, i.p.). From the above results, green tea polyphenols containing the galloyl moiety inhibits K_(ATP) channels, through Kir 6.2, not affecting the islet insulin secretion. The inhibitory interaction of EGCG with K_(ATP) channels may also modify the ATP sensitivity of the channel, thereby reducing glucose-stimulated insulin secretion.