Glycine therapy inhibits the progression of cataract in streptozotocin-induced diabetic rats (2012)
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3283203/
해당 논문은 글리신(Glycine)이 당뇨 유도 흰쥐 모델에서 백내장의 발생과 진행을 얼마나 억제할 수 있는지를 평가하기 위해 수행된 연구이다. 연구 대상은 STZ(스트렙토조토신)를 주입하여 제1형 당뇨병을 유도한 Wistar 수컷 흰쥐이며, 총 12주간 실험을 진행했다. 당뇨병성 백내장은 혈당이 높아지면서 수정체 내 단백질의 비효소적 당화 반응, 산화 스트레스 증가, 폴리올 경로 활성화 등이 진행되어 혼탁이 발생하는 질환이다. 현재까지 이를 완전히 예방하거나 되돌릴 수 있는 비수술적 방법은 부족하다. 연구진은 글리신이 당화 억제 및 항산화 효과를 가지므로, 수정체 혼탁을 늦추는 데 효과가 있을 수 있다고 가정하였다.
연구 설계
1. 실험 동물 및 군 구성
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실험 동물: 수컷 Wistar 흰쥐 (7–8주령, 평균 체중 213g ± 21.5g)
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총 4개 실험군으로 구성됨:
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N군 (정상 대조군): STZ 투여 없음, 글리신 없음
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NG군 (정상 + 글리신): STZ 없음, 글리신 1% 음수 투여
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D군 (당뇨병군): STZ 투여, 글리신 없음
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DG군 (당뇨 + 글리신): STZ 투여, 글리신 1% 음수 투여
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2. 당뇨 유도 및 글리신 투여
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당뇨 유도: STZ 65mg/kg을 복강 주사하여 베타세포를 파괴 → 혈당 >15mmol/L인 개체만 포함
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글리신 투여 방법: 글리신 1%를 일반 음수에 혼합하여 자유롭게 섭취하도록 제공
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투여 기간: 총 12주간
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수정체 혼탁 측정: 2주 간격으로 안검경 검사, 백내장을 0(정상)~IV(성숙 백내장) 단계로 분류
실험 결과
1. 수정체 백내장 진행 상황
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5주차: 당뇨병 유도 후 백내장이 최초로 관찰됨 (D군만 해당)
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8주차:
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D군: 66.6%가 3단계 혼탁, 33.3%가 2단계, 0%는 투명 상태
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DG군: 100%가 혼탁 없음 (0단계 유지)
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10주차:
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D군: 33.3%가 성숙 백내장(4단계), 66.6%가 3단계
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DG군: 44.4%가 완전 투명, 55.6%가 초기단계(1단계)
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12주차 (최종):
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D군: 전 개체가 3~4단계 혼탁, 성숙 백내장 도달
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DG군: 44.4% 투명, 44.4% 초기단계(1단계), 11.1% 중간단계(2단계)
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▶ 결론: 글리신은 당뇨 유도 후 백내장의 발생 시점을 늦추고 진행을 억제하는 효과를 보였다.
2. 수정체 내 생화학 지표 분석
| 생화학 지표 | 정상군(N) | 당뇨군(D) | 당뇨+글리신(DG) | 효과 요약 |
|---|---|---|---|---|
| AGEs 형광 강도 (FI%) | 18.5 | 82.6 | 23.7 | 당뇨로 AGEs 급증 → 글리신으로 거의 정상 수준 회복 (p<0.001) |
| 당화 단백질 (μmol HMF/mg) | 0.52 | 1.87 | 0.86 | 글리신이 당화 억제 (p<0.001) |
| 총 단백질 (mg/수정체) | 17.68 | 10.19 | 16.69 | 손실된 단백질 회복 (p<0.01) |
| 수용성 단백질 (mg/수정체) | 14.5 | 4.79 | 8.25 | 백내장 진행 억제로 수용성 회복 (p<0.01) |
▶ 당뇨로 인해 AGEs와 당화 단백질이 현저히 증가하고, 총 단백질과 수용성 단백질이 감소했다. 글리신은 이 모든 지표를 유의하게 개선시켰다.
3. 항산화 관련 지표 분석
| 항목 | 정상(N) | 당뇨(D) | 당뇨+글리신(DG) | 효과 요약 |
|---|---|---|---|---|
| GSH (mg/g 수정체) | 178 | 51 | 126.9 | 글리신이 GSH를 회복시킴 (p<0.05) |
| CAT 활성 | 59.8 | 31.7 | 39.1 | 유의한 회복은 아님 |
| SOD 활성 (U/min/mg) | 6.2 | 15.4 | 11.09 | 산화 스트레스 감소에 따라 과잉 활성 억제 (p<0.05) |
▶ GSH 회복과 SOD 억제를 통해 산화 스트레스 완화가 관찰됨. CAT 활성에는 제한적 효과.
4. 폴리올 경로 효소 활성 변화
| 효소 | 정상(N) | 당뇨(D) | 당뇨+글리신(DG) | 효과 요약 |
|---|---|---|---|---|
| AR (aldose reductase) | 30.8 | 40.2 | 32.8 | 글리신이 당뇨로 인한 AR 활성 증가를 억제 (p<0.05) |
| SDH (sorbitol dehydrogenase) | 4.63 | 5.12 | 5.14 | 변화 없음 |
▶ AR 억제를 통해 폴리올 경로 과활성 억제 → 수정체 내 삼투성 손상 방지
5. 기타 지표
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당뇨로 인해 D군과 DG군 모두 체중이 감소
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글리신은 체중 회복에는 효과가 없었음
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생존율: D군 70.6%, DG군 86.7% → 글리신은 생존율 개선에 일부 기여 가능
작용 기전 요약
글리신은 다음과 같은 작용을 통해 당뇨 유도 백내장을 억제하였다.
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당화 억제: 포도당과 반응해 수정체 단백질의 당화를 방지
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AGEs 형성 억제: 구조 변형 및 혼탁 유발을 저지
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항산화 작용: GSH 증가, SOD 조절을 통해 산화 손상 완화
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단백질 보존: 총 단백질 및 수용성 단백질 손실을 억제
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폴리올 경로 억제: AR 효소 억제를 통해 수정체 삼투 스트레스 감소
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혈당 및 HbA1c 조절: 장기적으로 당대사에 긍정적 영향
글리신이 당뇨 유도 백내장에서 수정체 단백질 및 당화 지표에 미치는 영향
1. Lens AGEs (FI%)
당뇨군(D)에서 수정체 내 AGEs가 급격히 증가했고, 글리신 투여군(DG)에서는 이 수치가 대조군 수준까지 유의하게 낮아졌다. 이는 글리신의 항당화 효과를 뚜렷하게 보여준다.
2. Glycated Proteins (μmol HMF/mg pr)
당뇨로 인해 증가한 당화 단백질이 글리신 투여 시 절반 이하로 감소했다. 수정체 단백질 손상을 억제했음을 의미한다.
3. Total Protein (mg/lens)
당뇨로 인해 전체 단백질 양이 줄었지만, 글리신은 이를 거의 정상 수준으로 회복시켰다.
4. Soluble Protein (mg/lens)
수정체 투명도에 중요한 수용성 단백질 역시 당뇨로 급감했지만, 글리신으로 일부 회복되었다.
연구 결론
글리신은 STZ 유도 당뇨 쥐 모델에서 백내장의 발생을 지연시키고 진행을 억제하는 다방면의 효과를 나타냈다.
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AGEs 및 당화 단백질 생성 억제
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항산화 상태 회복
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수정체 단백질 보존
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폴리올 경로 활성 억제
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혈당과 HbA1c 감소
이러한 결과는 글리신이 비수술적 백내장 예방전략으로서 가치가 있음을 보여주며, 향후 사람 대상 연구로의 확장 가능성을 시사한다. 또한 글리신은 정상 동물에 대해 독성이나 부작용이 없었으며, 비용과 접근성 측면에서도 유리한 점이 많다.
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