Effect of increasing glutathione with cysteine and glycine supplementation on mitochondrial fuel oxidation, insulin sensitivity, and body composition in older HIV-infected patients (2014)

https://doi.org/10.1210/jc.2013-2376

 

HIV 감염 환자들은 항레트로바이러스 치료 덕분에 생존 기간이 늘어나면서 평균 연령이 증가하고 있다. 그러나 이들 중 많은 이가 조기 노화와 유사한 대사적 문제를 겪고 있다. 특히, 글루타치온(GSH) 결핍은 미토콘드리아 기능 장애와 연료 산화 불균형, 인슐린 민감도 저하, 체지방 증가, 근력 감소와 같은 문제를 유발할 가능성이 높다. 이번 연구는 글루타치온 결핍이 HIV 감염 환자의 대사적 문제에 미치는 영향을 조사하고, 글루타치온 전구체인 시스테인과 글리신 보충이 이러한 문제를 완화할 수 있는지 평가했다.

 

연구 방법

1. 연구 대상

   • 평균 연령: 56세
   • 대상자: 8명의 글루타치온 결핍 상태(HIV 감염 남성)
   • 조건: 안정적인 항레트로바이러스 요법을 받고 있는 환자. AIDS 정의 감염이나 최근 1년 이내 입원력이 없는 상태

2. 보충 요법

   • 14일 동안 시스테인(N-아세틸시스테인) 0.81 mmol/kg/일과 글리신 1.33 mmol/kg/일 제공
   • 연구 전후, 동일한 대사 프로토콜 수행

3. 측정 항목

   • 글루타치온 합성: 절대 및 분율 합성률 측정
   • 미토콘드리아 연료 산화: 공복 및 식사 후 상태에서 지방산 및 탄수화물 산화율
   • 인슐린 민감도: 고인슐린-정맥내 정맥주사(euglycemic clamp)로 측정
   • 체조성 및 근력: 체지방량, 지방 제외 체중, 허리둘레 및 팔 근력 측정
   • 산화 스트레스: 활성산소종(ROS) 및 산화 손상 바이오마커(F2-아이소프로스탄)

 

연구 결과

1. 글루타치온(GSH) 개선

   • 합성 효율: GSH 분율 합성률 120% 증가, 절대 합성량 230% 증가
   • 활성 글루타치온 증가: GSH 농도 53% 증가, 산화된 글루타치온 비율 감소
   • 산화 스트레스 감소: 활성산소종(ROS) 50% 감소, 산화 손상 바이오마커(F2-아이소프로스탄) 농도 유의미하게 감소

2. 미토콘드리아 연료 산화 회복

   • 공복 상태: 지방산(NEFA) 산화 46% 증가, 탄수화물 산화 49% 감소. 이는 미토콘드리아가 공복 상태에서 연료 전환을 정상적으로 수행함을 의미
   • 식사 후 상태
     • 지방산 산화 억제 효과 2.4배 증가
     • 탄수화물 산화 자극 효과 7.9배 증가
     • 이 결과는 글루타치온 개선이 미토콘드리아의 연료 산화 유연성(flexibility)을 회복시켜 대사 효율을 개선했음을 보여줌

3. 체성분 변화

   • 체중 감소(-0.7kg), 체지방량 감소(-1.6kg), 지방 제외 체중 증가(+0.9kg)
   • 허리둘레 감소(-1cm), 허리-엉덩이 비율 감소
   • 중앙 복부의 체지방 감소 가능성을 시사하며, 이는 건강 개선의 중요한 지표로 간주됨

4. 인슐린 민감도와 근력 향상

   • 인슐린 민감도
     • 포도당 흡수율(glucose disposal rate) 16% 증가
     • 인슐린 민감성 지수(M/I) 31% 향상
   • 근력 증가
     • 우세 팔: +2kg, 비우세 팔: +3kg
     • 연구에 따르면 환자의 생물학적 근력이 약 10년 젊어진 수준으로 회복됨

5. 산화 스트레스 감소 효과

   • 글루타치온 개선은 활성산소종 감소를 통해 산화 스트레스를 줄이고, 세포 손상을 억제. 이는 미토콘드리아 DNA 손상을 방지하여 대사 기능을 강화하는 데 기여했을 가능성이 큼

 

 

글루타치온 개선 후 주요 대사 및 신체적 변화

1. (A) 공복 상태에서의 NEFA(지방산) 및 탄수화물 산화

   • GSH 보충 전에는 탄수화물 산화율이 높고 지방산 산화율이 낮은 비정상적 대사 패턴을 보였음
   • GSH 보충 후에는 지방산 산화율이 46% 증가하고, 탄수화물 산화율이 49% 감소하여 정상적인 연료 사용 패턴으로 회복됨
   • 이는 미토콘드리아의 연료 산화 효율성이 향상되었음을 보여주며, 공복 상태에서 지방을 주요 에너지 원으로 사용하는 능력이 회복되었음을 나타냄

2. (B) 공복에서 식사 후(인슐린 자극 상태) 전환 시 연료 전환 능력

   • GSH 보충 전에는 지방산 산화 억제율(28.2%)과 탄수화물 산화 자극률(44.3%)이 낮아 비효율적인 연료 전환을 보임
   • 보충 후에는 지방산 산화 억제율이 66.6%, 탄수화물 산화 자극률이 350.9%로 크게 증가
   • GSH 보충으로 미토콘드리아가 공복과 식사 상태 간 연료 전환을 원활히 수행하도록 도와줌

3. (C) 체성분 변화

   • 체지방량이 감소(-1.6kg), 지방 제외 체중(근육량 등)이 증가(+0.9kg)
   • 허리둘레 감소로 복부 지방 축적 감소가 나타남
   • 지방 대사 효율성이 증가하며, 체지방 감소와 근육량 증가가 나타남. 이는 대사 건강 개선의 주요 지표임

4. (D) 인슐린 민감도 (포도당 흡수율)

   • 포도당 흡수율이 16% 증가하며, 인슐린 민감도가 향상됨
   • GSH 보충은 인슐린 저항성을 감소시키고, 혈당 조절 능력을 향상시킬 가능성을 보여줌

5. (E) 근력 변화

   • 우세 팔 근력이 +2kg, 비우세 팔 근력이 +3kg 증가
   • GSH 보충은 근육 기능과 체력 회복에도 긍정적인 영향을 미침

 

연구 의의 및 결론

• 이 연구는 HIV 감염 환자에서 글루타치온 결핍이 미토콘드리아 기능 장애와 대사 문제를 유발하는 주요 원인임을 시사한다.
• 단기간의 시스테인과 글리신 보충으로 글루타치온 결핍이 개선되었고, 이는 다음과 같은 중요한 효과로 이어졌다.
  • 미토콘드리아 연료 산화의 정상화
  • 체지방 감소 및 지방 제외 체중 증가
  • 인슐린 민감도와 근력 향상
• 연구는 또한 글루타치온이 노화와 관련된 대사 장애를 완화하고 생물학적 노화 속도를 늦출 가능성을 제시한다.

글루타치온 결핍은 HIV 감염 환자의 대사적 문제와 관련이 깊으며, 이를 시스테인과 글리신 보충으로 개선할 수 있었다. GSH 보충은 지방 연료 산화 효율성을 높이고 체지방을 줄이며 근육량을 증가시켰다. 또한, 인슐린 민감도와 혈당 조절 능력이 향상되어 대사 건강의 전반적인 개선을 이끌었다. 이 결과는 글루타치온이 노화와 대사 질환 치료에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.

 

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