포도당 항상성 (Glucose homeostasis) - 인슐린과 글루카곤

포도당 항상성이란 혈액 내의 포도당 농도, 즉, 혈당을 일정하게 유지하기 위한 조절 과정을 일컫는 것으로, 췌장(pancreas)에서 분비되는 인슐린(insulin)과 글루카곤(glucagon)이 혈당을 조절하는 주요 호르몬으로 잘 알려져 있습니다. 인슐린은 혈당을 내리는 역할을 하고, 글루카곤은 혈당을 올립니다. 최근에는 이 외에도 혈당 조절에 관여하는 호르몬들이 새로 발견되고 있어 포도당 항상성에 대한 이해가 넓어지고 있습니다.

 

기전

혈당은 체내 균형을 유지하기 위해 음성 피드백(negative feedback) 작용으로 조절된다. 혈당 농도는 체내의 많은 조직에 의해 모니터링되지만, 그중 췌장에 있는 랑게르한스섬(pancreatic islets 혹은 islets of Langerhans)의 세포들이 가장 중요하며, 가장 잘 이해되고 있습니다. 사람의 인슐린 분비 경로 중 포도당 의존적 과립 도킹(granule docking)이 중요한데, 2형 당뇨병에서는 이 과정이 제대로 작동하지 않는 것으로 알려져 있습니다.

글루카곤 (Glucagon)

매우 격한 운동을 했을 때나 일정 기간 음식을 섭취하지 못해 혈당 농도가 매우 낮아지면, 췌장에서 알파 세포(alpha cells)가 글루카곤이라는 호르몬을 분비하기 시작합니다. 글루카곤이 혈류를 따라 췌장에서 간으로 이동하여, 간세포 표면에 있는 글루카곤 수용체(glucagon receptors)에 결합하면, 간에 저장되어 있던 글리코겐(glycogen)이 포도당으로 분해되기 시작합니다. 이 과정을 글리코겐 분해(glycogenolysis)라고 부르며, 간세포에서 방출된 포도당은 혈류로 들어가 혈당 농도가 높아집니다. 저혈당이 나타나면 탄수화물 식품이나 덱스트로스를 섭취하거나 투여하여 혈당을 정상화할 수 있으며, 보통은 자가 진단에 의해 균형 잡힌 식사를 섭취하여 조절됩니다. 심각한 경우, 글루카곤을 투여하여 치료하기도 합니다.

 

인슐린 (Insulin)

글리코겐 분해 혹은 식사 후 소화 과정을 통해 혈당 농도가 증가하면, 췌장의 베타 세포 (beta cells)가 반대의 작용을 하는 호르몬인 인슐린을 분비합니다. 인슐린은 글루카곤처럼 췌장에서 간으로 혈류를 따라 이동하여, 간세포에서 포도당이 글리코겐으로 변환되어 저장되게 합니다 (이 과정은 글리코겐 합성(glycogenesis)이라고 부릅니다). 또한, 주로 근육과 지방 세포를 포함한 체내 2/3의 세포가 포도당 수송체인 GLUT4 수송체를 통해 혈액으로부터 포도당을 흡수하게 합니다. 그 결과 혈당 농도가 낮아지게 됩니다. 인슐린이 포도당을 흡수하게 하는 자세한 과정은 다음과 같습니다. 인슐린이 세포 표면의 수용체에 결합하게 되면, 세포 내에서는 GLUT4 (Glucose transporter type 4) 수송체를 가진 소포(vesicles)가 세포막으로 이동하여, 엔도사이토시스(endocytosis) 과정을 통해 세포막과 융합됩니다. 그 결과 GLUT4가 세포막에 증가하게 되어, 세포 내로 포도당의 확산이 촉진됩니다. 또한, 포도당은 세포 내로 들어오자마자 인산화되어, 포도당-6-인산(glucose-6-phosphate)으로 변환되는데, 이는 세포 내의 포도당 농도를 낮추어, 세포 밖에서 세포 내로 지속적인 포도당 흡수가 일어나게 하기 위함입니다. 이 외에도 인슐린은 인체 대사의 최고 조절자로서 다른 체내 시스템에도 신호를 보내며 대사를 조절합니다.

인슐린과 글루카곤 외에도 혈당 수치에 영향을 주는 여러 호르몬이 있습니다. 예를 들어, 베타 세포에서 분비되는 아밀린(Amylin), 장에서 분비되는 GLP-1, GIP, 백색 지방에서 분비되는 애스프로신(Asprosin), 췌장의 델타 세포에서 분비되는 소마토스타틴(Somatostatin), 부신에서 분비되는 스트레스 호르몬으로 알려진 에피네프린(Epinephrine)과 코르티솔(Cortisol), 뇌하수체 전엽에서 분비되는 ACTH와 성장 호르몬, 갑상샘에서 분비되는 티록신 등이 있습니다. 이러한 기타 호르몬의 기능과 혈당 조절 효과에 대해서는 다음 포스팅에서 자세히 살펴보겠습니다.

☞ 혈당 조절에 영향을 미치는 호르몬 총정리!

 

참고자료

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