
국내 당뇨병 환자는 서양에 비해 낮지만 식습관의 변화로 인해 성인 및 최근에는 소아, 청소년도 꾸준히 발생빈도가 증가하고 있다[1]. 1980년 세계보건기구(WHO)는 당뇨병을 인슐린 치료가 필요한 인슐린 의존성 당뇨병(insulin-dependent diabetes mellitus, IDDM)과 인슐린 비의존성 당뇨병(noninsulin-dependent diabetes mellitus, NIDDM)으로 과거에 분류하였으나 당뇨병을 유발하는 원인에 따라 제1형, 제2형, 기타 형태(특정 질환이나 약물 등)의 당뇨병 그리고 임신성 당뇨병으로 재 분류하여 현재 널리 사용되고 있다[2]. 그 중에서도 제2형 당뇨병(T2DM)은 우리나라 당뇨병 환자의 주요 원인이다. 과잉섭취와 운동량 감소의 원인인 비만형과 비비만형(BMI 25 미만)으로 나뉜다. 제1형 당뇨병에 비해 임상증상이 뚜렷하지 않지만 유전성임을 의미하는 가족성 유전경향이 있다. 식사조절과 운동요법으로 당뇨질환이 호전되는 경우가 많다.
PPARGC1A는 PGC-1α라고도 표기되고 하는 다방면에서 다양한 기능에 관여를 한다. 알쯔하이머병(Alzheimer disease, AD), 파킨슨병(Parkinson disease, PD) [8], 헌팅턴병(Huntington disease, HD) [9] 등과 같은 퇴행성 뇌질병을 완화시킬 수 있는 기전에 관여한다. 이 과정에서 전사인자 EB (transcription factor EB, TFEB)의 상류에 위치한 PPARGC1A가 자가포식(autophagy) 작용을 통해 단백질 항상성을 유지시켜 준다[10]. 또한, 간에서는 포도당 합성에 관여하는 이 유전자 발현을 증가시키는 중요한 조절인자 역할을 한다.
일반적으로 성인에게 발병하는 당뇨병은 주로 인슐린 수용체가 제역할을 못하여 인슐린과 결합하지 못하는 제2형 당뇨(T2DM)이고 이러한 현상을 인슐린 저항성(Insulin resistance)이라고 한다. 이로 인해 간 세포내 AKT serine/threonine kinase 1 (Akt1)의 활성이 줄어들어 Forkhead Box Protein O1 (FOXO1)의 인산화도 감소하게 되고, 이는 글루카곤과 glucocorticoid 매개 CREB의 활성 및 FOXO1의 전사활성화(transactivation)를 통해 세포내
본 연구에서는 전장유전체 분석을 이용하여
본 연구는 한국인 유전체 역학 조사 사업(Korean Genome and Epidemiology Study, KoGES)의 일환인 한국인 유전체 분석자료(Korean Association Resource, KARE)를 이용하여 연구대상자를 사용하였다[4]. 본 연구에서 사용한 자료는 질병관리청 인체자원은행(Human Bioresource Bank)에서 분양을 받아 사용하였다(KBN-2017-046). 질병관리청에서 한국인을 대상으로 국민보건증진을 위한 유전체 연구의 일환으로 2001년부터 시작된 경기도 안성시와 안산시 거주자인 40세∼79세 남녀 모두 10,038명을 자원 모집하여 연구대상자로 삼은 코호트이다. 이 중 정도관리(QC)분석을 통과한 8842명(남성: 4,183명, 여성: 4,659명)을 연구대상자로 사용하였다. 본 연구에 활용한 유전정보는 질병관리청(Korea Disease Control and Prevention Agency, KDCA) 국립보건연구원(Korea National Institutes of Health, KNIH)과 호서대학교에서 연구윤리심의위원회(Institutional Review Board; IRB) 승인을 받은 후 연구분석을 수행하였다(1041231-170822-BR-062-01).
모든 피실험자는 세계보건기구(World Health Organization, WHO)의 기준을 바탕으로 당뇨병과 인슐린 저항성을 검사를 위해 흔히 사용하는 경구당부하검사(oral glucose tolerance test, OGTT)를 시행하였다. OGTT는 75 g의 포도당을 경구로 투여하고 1∼2시간 후에 혈당을 측정하여 혈액에서 얼마나 빨리 포도당이 제거되는지 확인한다. 포도당 섭취 직후, 60분 후와 120분 후에 각각 총 3회 피실험자로부터 혈액 검체를 채취하였고, 포도당과 인슐린 농도를 분석하기 위해 혈장을 분리하였다.
환자-대조군 분석의 경우 정상 대조군(4,544명 환자)과 제2형 당뇨병 환자(736명 환자)를 WHO 기준에 따라 분류하였다[12]. 건강 대조군으로는 공복 혈당이 126 mg/dL 미만, 120분 후 혈당이 140 mg/dL 미만, 당화 헤모글로빈(HbA1c) 수준이 5.8% 미만인 사람들이 포함되었다. 제2형 당뇨병 환자군에는 포도당 섭취 후 120분 후 혈당 수치가 126 mg/dL 이상 또는 공복 혈당 수치가 200 mg/dL이상인 환자들이 포함되었다. 연구대상자에 대한 수, 남녀 비율, 나이, OGTT, HbA1c 등에 대한 기본 정보는 Table 1에 나타내었다.
Basic characteristics of the controls and T2DM cases of the KARE study cohort
Characteristics | Quantitative trait analysis | Case-control analysis for type 2 diabetes mellitus | ||
---|---|---|---|---|
Controls | Cases | |||
Number of subjects | 7551 | 4544 | 736 | |
Sex (male [%]/female [%]) | 3747 (49.6)/3804 (50.4) | 2115 (46.5)/2429 (53.5) | 405 (55.0)/331 (45.0) | |
Age (M±SD years) | 51.44±8.79 | 50.44±8.54 | 54.73±8.91 | <0.0001 |
Body mass index (BMI) (M±SD kg/m2) | 24.42±3.08 | 24.09±2.93 | 25.57±3.39 | <0.0001 |
Blood glucose (M±SD mg/dL) | ||||
Fasting plasma glucose | 87.21±21.51 | 80.64±6.80 | 134.01±48.48 | <0.0001 |
Plasma glucose after 60 min of OGTT | 150.09±52.00 | 127.83±33.77 | 261.54±66.46 | <0.0001 |
Plasma glucose after 120 min of OGTT | 124.30±49.89 | 101.99±20.29 | 255.07±69.85 | <0.0001 |
HbA1c (%) | 5.77±0.91 | 5.38±0.25 | 7.44±1.75 | <0.0001 |
Blood insulin (M±SD μIU/mL) | ||||
Fasting plasma insulin | 7.48±4.74 | 7.32±4.70 | 8.60±6.23 | <0.0001 |
Plasma insulin after 60 min of OGTT | 31.43±31.47 | 31.35±30.37 | 24.16±26.01 | <0.0001 |
Plasma insulin after 120 min of OGTT | 27.78±27.09 | 24.49±22.23 | 29.18±34.72 | <0.0001 |
Abbreviations: HbA1c, glycosylated hemoglobin; HOMA-IR, homeostatic model assessment for insulin resistance; KARE, Korea Association REsource; M, mean value; OGTT, oral glucose tolerance test; SD, standard deviation; T2DM, type 2 diabetes mellitus.
*Significant differences in characteristics between the controls and T2DM cases were determined by the two-tailed Student’s t-test.
본 연구에서는 한국인 유전체 역학 자료인 KARE 유전형 자료를 기반으로 해당 유전자 영역의 SNP들을 선별하였다. 연구 참여자들의 말초혈액의 백혈구에서 분리∙추출한 DNA 시료의 SNP유전형 판독을 위해서 Affymetrix SNP chip (Genome-Wide Human SNP array v.5.0; Affymetrix, CA, USA)을 사용하였다. 유전형 판독 정확도가 98% 이하이거나 4% 이상의 높은 missing genotype call rate을 보이거나, 30% 초과의 이형접합성(heterozygosity)을 갖는 대상자들은 제외하였다. 본 연구에서 유전자 영역은
The association analysis results of SNPs in the
No. | SNP | A1 | Function | MAF | T2DM (controls 4544: cases 736) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
controls | cases | OR (95% CI) | Add |
OR (95% CI) | Dom |
OR (95% CI) | Rec |
|||||
1 | rs9790699 | T | downstream | 0.057 | 0.049 | 0.87 (0.67∼1.12) | 0.279 | 0.86 (0.66∼1.13) | 0.282 | 0.79 (0.17∼3.68) | 0.759 | |
2 | rs2932966 | C | intron | 0.086 | 0.079 | 0.90 (0.73∼1.11) | 0.323 | 0.94 (0.76∼1.18) | 0.602 | 0.13 (0.02∼1.00) | 0.050 | |
3 | rs10938963 | T | intron | 0.427 | 0.438 | 1.04 (0.93∼1.17) | 0.489 | 1.08 (0.91∼1.28) | 0.402 | 1.03 (0.83∼1.26) | 0.815 | |
4 | rs1472095 | A | intron | 0.085 | 0.078 | 0.90 (0.73∼1.12) | 0.347 | 0.95 (0.76∼1.18) | 0.625 | 0.14 (0.02∼1.04) | 0.055 | |
5 | rs3774908 | G | intron | 0.212 | 0.196 | 0.91 (0.79∼1.04) | 0.171 | 0.94 (0.80∼1.11) | 0.474 | 0.60 (0.38∼0.96) | 0.033 |
|
6 | rs3774907 | G | intron | 0.221 | 0.239 | 1.11 (0.97∼1.27) | 0.130 | 1.19 (1.01∼1.40) | 0.036 |
0.89 (0.62∼1.30) | 0.557 | |
7 | rs2290604 | G | intron | 0.211 | 0.196 | 0.91 (0.79∼1.05) | 0.183 | 0.94 (0.80∼1.11) | 0.460 | 0.62 (0.39∼0.99) | 0.046 | |
8 | rs6448226 | C | intron | 0.490 | 0.484 | 0.99 (0.88∼1.11) | 0.822 | 0.99 (0.83∼1.19) | 0.933 | 0.97 (0.80∼1.18) | 0.775 | |
9 | rs6448227 | A | intron | 0.276 | 0.280 | 1.03 (0.91∼1.17) | 0.651 | 1.11 (0.94∼1.30) | 0.206 | 0.82 (0.60∼1.12) | 0.212 | |
10 | rs10007750 | G | intron | 0.203 | 0.215 | 1.12 (0.97∼1.28) | 0.116 | 1.12 (0.95∼1.32) | 0.173 | 1.26 (0.86∼1.85) | 0.230 | |
11 | rs7656250 | G | intron | 0.398 | 0.384 | 0.91 (0.81∼1.03) | 0.123 | 0.94 (0.79∼1.11) | 0.452 | 0.80 (0.63∼1.00) | 0.055 | |
12 | rs10212638 | G | intron | 0.073 | 0.088 | 1.29 (1.05∼1.59) | 0.015 |
1.29 (1.04∼1.60) | 0.023 |
2.13 (0.75∼6.04) | 0.154 | |
13 | rs16874265 | A | intron | 0.109 | 0.109 | 1.03 (0.86∼1.24) | 0.724 | 1.03 (0.85∼1.26) | 0.741 | 1.08 (0.50∼2.35) | 0.841 | |
14 | rs17576121 | G | intron | 0.023 | 0.014 | 0.59 (0.37∼0.94) | 0.027 |
0.59 (0.37∼0.94) | 0.027 |
Not applicable | - | |
15 | rs2946386 | G | intron | 0.389 | 0.403 | 1.07 (0.95∼1.20) | 0.288 | 1.09 (0.92∼1.29) | 0.312 | 1.08 (0.87∼1.34) | 0.498 |
Abbreviations: SNP, single nucleotide polymorphism; T2DM, type 2 diabetes mellitus; A1, minor allele; MAF, minor allele frequency; OR, odds ratio; CI, confidence interval; Add
*Statistically significant values (
염색체 4번에 위치한
KARE 유전형 자료에서 상관성 분석에 사용할 SNP을 선별하기 위하여 UCSC Genome Browser on Human Mar. 2006 (NCBI36/hg18)을 사용하여 대상 전사체(transcript)의 양방향으로 5 kilo base pairs (Kbp)씩 범위를 확장하여 염색체 4번에 위치한
연구대상자의 기본적인 특징은 Table 1에 나타내었다. 정상인 대조군의 평균 연령(N=4,544)은 50.44세이고 제2형 당뇨병(T2DM)의 평균 연령(N=736)은 54.73세였다. 나이, BMI, 혈당 수치, 혈당 인슐린 수치, 당화혈색소(HbA1c) 수치는 건강대조군과 T2DM 환자군간의 통계적인 차이가 있었다(Student’s T-test). 또한, 약물복용자들을 제외한 7,551명에 대해서는 혈당 수치와 인슐린 수치에 대해 선형회기분석을 진행하였다(Table 1).
rs17576121의 경우에는 상대적 위험도가 반대 방향으로 오히려 minor allele인 G 염기를 지니고 있을 경우에 상대적 위험도가 0.59이며 신뢰구간은 0.37∼0.94이였는데, additive 유전 모델과 우성 유전 모델에서의 결과가 동일하였다. 이것은 minor allele 빈도가 상당히 낮은 관계로 실제적으로 minor allele의 동형접합체(homozygote)는 전체 연구대상자 중에 1명 밖에 존재하지 않았다. 그 외에서 rs3774908과 rs3774907은 각각 우성 유전 모델과 열성 유전 모델에서 통계적 유의성을 보여주고 있었다.
한편,
Results of an association analysis between the significant four SNPs in the
Traits | rs3774908 | rs3774907 | rs10212638 | rs17576121 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Effect size (β±SE) | Effect size (β±SE) | Effect size (β±SE) | Effect size (β±SE) | ||||||||
Blood glucose | |||||||||||
Glu0 | −0.65±0.43 | 0.132 | 0.65±0.42 | 0.121 | 1.70±0.67 | 0.012 |
−0.66±1.21 | 0.584 | |||
Glu60 | −1.31±1.06 | 0.219 | −0.20±1.04 | 0.847 | −0.35±1.67 | 0.832 | −3.40±2.97 | 0.252 | |||
Glu120 | −0.43±1.01 | 0.670 | 0.59±0.98 | 0.552 | 1.89±1.58 | 0.232 | −2.97±2.81 | 0.290 | |||
HbA1c | −0.02±0.02 | 0.344 | 0.0001±0.02 | 0.995 | 0.08±0.03 | 5.7×10-3 |
−0.03±0.05 | 0.497 | |||
Blood insulin | |||||||||||
Ins0 | 0.02±0.10 | 0.847 | −0.10±0.09 | 0.287 | 0.01±0.15 | 0.956 | 0.29±0.27 | 0.278 | |||
Glu60 | −0.12±0.64 | 0.855 | 0.28±0.63 | 0.657 | −0.27±1.01 | 0.790 | 3.80±1.79 | 0.034 |
|||
Ins120 | 0.42±0.55 | 0.443 | −0.61±0.54 | 0.257 | −1.03±0.86 | 0.231 | 3.38±1.53 | 0.027 |
Abbreviations: Glu0, fasting plasma glucose; Glu60, plasma glucose at 60 min; Glu120, plasma glucose at 120 min; HbA1c, glycosylated hemoglobin A1c; Ins0, fasting plasma insulin; Ins60, plasma insulin at 60 min; Ins120, plasma insulin at 120 min; T2DM, type 2 diabetes mellitus.
*Statistically significant values (
본 연구는 한국인 유전체 역학자료(KARE)를 사용하여
Totomoch-Serra 등은 맥시코인을 대상으로
PPARγ는 제2형 당뇨 동물모델의 인슐린 감수성을 증가시키는 당뇨병 치료제로 사용하고 있는 thiazolidinedione을 표적단백질로 사용하고 있으며[16], 본 연구의 연관분석를 통해서
제2형 당뇨병(T2DM)과 그 유병률은 전세계적으로 증가하고 있다. T2DM은 인슐린 저항성이 높아지고 인슐린 분비가 감소해 발생하는 당뇨병의 가장 흔한 유형 중 하나다. 과산화물 증식활성수용체 감마 공활성제 1 알파(PPARGC1A)는 미토콘드리아 생물 발생의 마스터 조절기와 간에서 포도당신합성에 관여한다. 본 연구에서는 T2DM이 있는 한국인 중년층의
This study was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) grant (http://nrf.re.kr) to H.S.J (NRF-2017R1D1A3B03034752), and to S.P. (NRF-2017R1D1A3B03029902). Epidemiologic data used in this study were from the Korean Genome and Epidemiology Study (KoGES) of the Korea Centers for Disease Control & Prevention, Republic of Korea.
None
Jin HS1, Professor; Park S2, Professor.