Pyrroloquinoline-quinone to reduce fat accumulation and ameliorate obesity progression (2023)

https://doi.org/10.3389/fmolb.2023.1200025

 

PQQ는 자연적으로 일부 식품에서 발견되는 성분으로, 항산화 및 항염증 효과뿐만 아니라 미토콘드리아 생성을 촉진하는 기능으로 주목받고 있다. 특히, 지방 축적을 억제하고 비만과 관련된 대사 질환을 완화하는 데 탁월한 잠재력을 보여준다. 최근 연구들은 PQQ의 작용 메커니즘과 이를 활용한 비만 예방 및 치료 가능성을 탐구하고 있다.

 

비만의 주요 원인

비만은 단순히 과도한 칼로리 섭취로 인한 지방 축적의 결과가 아니다. 여러 요인이 복합적으로 작용하며, 다음과 같은 요소가 주요 원인으로 꼽힌다.

1. 에너지 불균형

   • 섭취 에너지가 소비 에너지를 초과할 때 잉여 에너지가 지방으로 저장된다.
   • 지방 축적이 장기간 지속되면 내장 지방과 간 지방 증가로 이어져 대사 건강에 악영향을 미친다.

2. 미토콘드리아 기능 장애

   • 미토콘드리아는 세포 에너지 대사의 중심으로, 기능이 손상되면 지방 대사가 저하된다.
   • 미토콘드리아 손상은 활성산소(ROS) 생성 증가와 염증 반응을 유발해 비만 및 대사 질환을 악화시킨다.

3. 염증 반응

   • 비만 상태에서는 지방 조직에서 염증성 사이토카인이 과도하게 생성된다.
   • 이러한 만성 염증은 인슐린 저항성과 같은 대사 장애의 원인이 된다.

 

PQQ의 비만 개선 작용

1. 지방 축적 억제

PQQ는 동물 실험과 세포 연구에서 지방 축적을 억제하는 데 효과적이라는 결과를 보여준다.

• 내장 지방 및 간 지방 감소: PQQ는 고지방 식단(HFD)으로 유도된 비만 쥐에서 내장 지방과 간 지방 축적을 유의미하게 감소시켰다.
• 지방세포 크기 감소:
  • 쥐 지방세포에서 PQQ는 지방 방울의 크기와 지방 함량을 감소시키는 것으로 나타났다.
  • 이는 지방 합성(리포제네시스)을 억제하고 지방산 대사(베타 산화)를 촉진한 결과이다.

2. 미토콘드리아 기능 강화

PQQ는 미토콘드리아 생성을 촉진하여 지방 대사를 활성화한다.

• PGC-1α 활성화
  • PGC-1α는 미토콘드리아 생성을 유도하는 주요 유전자이다. PQQ는 이 유전자를 활성화해 미토콘드리아 생성을 촉진한다.
  • 이를 통해 지방산 대사와 에너지 생산이 개선된다.
• AMPK 신호 경로 활성화: AMPK는 세포 에너지 균형을 조절하는 주요 효소로, PQQ는 이 경로를 활성화하여 지방 대사 효율을 높인다.

 

PQQ의 항염증 및 대사 질환 개선 효과

1. 항염증 효과

PQQ는 NF-κB 및 MAPK 경로를 억제하여 염증을 완화한다.

• 염증성 사이토카인 감소
  • PQQ는 IL-6, TNF-α, IL-1β 등의 염증성 사이토카인 수치를 감소시킨다.
  • 염증복합체(NLRP3 inflammasome)와 카스파아제-1(caspase-1)의 활성화를 억제해 만성 염증을 줄인다.
• 항산화 효과: PQQ는 활성산소(ROS)를 제거하고 지질 과산화를 억제하여 세포 손상을 방지한다.

2. 대사 질환 개선

PQQ는 당뇨병, 비알코올성 지방간염(NAFLD), 만성 신장 질환(CKD) 등의 비만 관련 대사 질환을 완화한다.

• 인슐린 저항성 개선: PQQ는 혈당 대사와 관련된 신호 경로를 조절하여 당 대사 효율을 높인다.
• NAFLD 예방: 고지방 식단으로 유도된 간 지방 축적과 염증 반응을 억제하여 지방간 질환 진행을 완화한다.

 

PQQ와 장내 미생물

PQQ는 장내 미생물군에 긍정적인 영향을 미치며, 비만 예방에서 중요한 역할을 한다.

• 장내 미생물 균형 회복
  • PQQ는 비만 쥐에서 장내 미생물군의 Firmicutes/Bacteroidetes 비율을 정상화시켰다.
  • 이는 염증 감소와 장내 건강 개선으로 이어진다.

 

PQQ의 후생유전학적 비만 예방

임신 중 PQQ 보충은 자손의 지방 축적과 대사 장애 위험을 줄이는 데 기여한다.

• 임신 및 수유 중 보충 효과: 쥐 실험에서 모체에 PQQ를 보충하면 자손의 간 지방 축적과 염증을 줄이고 지방 대사 유전자를 활성화했다.
• 장기적 보호 효과: PQQ는 자손의 간과 신장에서 염증과 지방 독성을 억제하여 대사 건강을 보호한다.

 

임상 연구 및 전망

현재 PQQ에 대한 임상 연구는 제한적이지만, 초기 결과는 긍정적이다.

• 염증 완화: 소규모 연구에서 PQQ는 C-반응성 단백질(CRP)과 IL-6 수치를 감소시키는 것으로 나타났다.
• 콜레스테롤 개선: 12주간 PQQ 보충은 LDL 콜레스테롤 수치를 유의미하게 감소시켰다.

 

 

PQQ의 지방 축적 감소 및 비만 개선 메커니즘

(A) PQQ의 지방 감소 효과

• 내장 지방 및 간 지방 축적 감소

  • 고지방 식단(HFD)을 섭취한 쥐 모델에서 PQQ를 투여한 그룹은 내장 지방과 간 지방이 크게 감소했다.
  • 대조군에서는 간에 지방이 과도하게 축적된 상태(지방간, Steatosis)가 관찰되었지만, PQQ 투여군은 지방 축적이 줄어들어 간 건강이 유지되었다.

• 이미지 요약

  • 대조군 쥐는 간과 복부에 지방이 과도하게 축적된 상태로 표시
  • PQQ를 투여한 쥐는 지방 축적이 억제된 상태로 나타남

(B) PQQ의 작용 메커니즘

1. 지방 축적 과정

   • 리포제네시스(지방 합성): 과도한 에너지가 지방산으로 변환되어 지방 세포(지방 조직)에 중성지방(TG) 형태로 저장됨
   • 지방 축적은 지방 세포 크기를 증가시키고, 내장 지방과 간 지방 축적을 유발하며, 비만으로 이어진다

2. PQQ의 지방 축적 억제 효과

   • 리포제네시스 억제: PQQ는 지방산 합성 효소(Fatty Acid Synthase)를 억제하고, 지방산 합성에 관여하는 유전자 발현을 감소시킴
   • 베타 산화 촉진
     • PQQ는 미토콘드리아 생성을 통해 지방산 분해(베타 산화)를 활성화
     • 지방이 분해되어 에너지로 사용되면서 축적이 억제됨

3. 비만 진행의 악순환 차단

   • 미토콘드리아 기능 장애
     • 비만은 활성산소(ROS) 축적과 염증 반응을 통해 미토콘드리아 손상을 유발
     • 이는 에너지 생산 감소, 산화 스트레스 증가, 염증 활성화를 동반하며, 대사 질환으로 이어짐
   • PQQ의 효과: PQQ는 미토콘드리아 생성과 기능을 회복시켜 ROS 축적을 줄이고, 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α) 생산을 억제

4. 염증 및 대사 질환 완화

   • 염증성 질환 개선: 비만과 연관된 염증성 질환(NAFLD, 제2형 당뇨병, 만성 신장 질환)을 완화
   • 인슐린 저항성 개선: 미토콘드리아 기능 개선과 염증 억제를 통해 인슐린 감수성을 회복

 

결론

PQQ는 지방 축적 억제, 미토콘드리아 기능 강화, 염증 완화 등 다양한 메커니즘을 통해 비만 예방 및 치료에서 유망한 성분으로 평가된다. 향후 연구를 통해 PQQ의 임상적 효과와 안전성을 확인하면 비만 및 대사 질환 관리에 활용될 가능성이 크다.

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