Effect of Glutathione S-Transferase Polymorphisms on the Antioxidant System

Glutathione S-Transferase 유전적 다형성이 항산화 체계에 미치는 영향

Glutathione S-transferase genotypes GSTT1, GSTM1 and GSTP1 were characterized in 104 healthy male and female subjects and compared with parameters of oxidative stress at the level of DNA and lipids, with antioxidant enzymes, and with plasma antioxidants in smokers and non.smokers. Of the 104 subjects studied, 57.4% were GSTT1 present and 47.6% were GSTM1 present. The GSTP1 polymorphisms a and b were represented as follows: a/a, 75.5%; a/b, 21.6%; b/b type, 2.9%. The GSTT1 null genotype was associated with decreased glutathione in erythrocytes and elevated lymphocytes DNA damage. GST-Px was higher in GSTT1 null compared with GSTT1 present type. The homozygous GSTP1 genotype was not associated with any antioxidant status or DNA damage. The difference in plasma ${\alpha}$-carotene and erythrocytes GSH-Px and GST activities between smokers and non-smokers was detected in the GSTT1 null genotype. Plasma ${\gamma}$-tocopherol and ${\beta}$-carotene decreased significantly in smokers having GSTM1 null genotype. When GSTT1 and GSTM1 were combined, plasma lycopene and erythrocyte GST were reduced in smokers in both null types of these genes. As for GSTP1 genotype, plasma ${\alpha}$-carotene and erythrocytes GSH-Px decreased significantly in smokers with GSTP1 b/b, while erythrocytes GSH-Px activities decreased in smokers with GSTP1 a/b. The different ${\beta}$-carotene level between smokers and non-smokers was seen with both GSTP1 a/a and a/b genotype. It seems that polymorphisms in the phase II metabolizing enzyme glutathione S-transferase may be important determinants of commonly measured biomarkers.

본 연구에서는 104명의 성인남녀를 대상으로 그들의 GSTT1, GSTM1, GSTP1의 유전적 다형성 분포도를 조사한 결과, 전체 대상자들 중 각각 60명(57.4%), 42명(40.6%)가 GSTT1 과 GSTM1의 유전자를 가지고 있었으며, GSTT1과 GSTM1 유전자가 둘 다를 가진 대상자는 27명(25.7%), 둘 중에 하나만 가지고 있는 사람은 47명(45.5%) 그리고 둘 다 없는 사람은 30명으로 28.7%에 해당되었다. GSTP1 유전자의 경우 homozygous(a/a) wild type은 79명(75.5%)으로 대부분의 대상자가 여기에 해당되었으며, heterozygous(a/b) heterozygous type은 22명(21.6%), 그리고 homozygous(b/b) wild type으로 나타난 대상자는 3명(2.9%)이었다. GSTT1 null type은 산화적 스트레스를 더 많이 받고 있는 것으로 알려진흡연자의 비율이 present 군에 비해 낮음에도 불구하고 적혈구 GSH의 농도는 유의적으로 낮고 임파구 DNA 손상정도는 유의적으로 높은 것으로 나타났다. GSTM1 유전자의 경우 적혈구 GSH-Px의 활성만이 GSTM1 null type이 presenttype에 비해 유의적으로 높은 것으로 나타났으며, 나머지 다른 지표에서는 GSTM1 null type과 present type 간의 유의적인 차이가 없었다. GSTP1 유전자 다형성에 따른 항산화 영양상태의 유의적인 차이는 없었다. 흡연과 GST 유전자 다형성의 상호작용결과, 혈장 ${\alpha}$-carotene 농도, 적혈구 GSH-Px와 GST 활성은 GSTT1 null type의 경우 흡연자에 비해 비흡연자가 유의적으로 높게 나타났으며, GSTT1 present type에서는 흡연자와 비흡연자간의 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. GSTM1 유전자의 경우 GSTM1의 null type에서 흡연자의 경우 비흡연자에 비해 혈장 ${\gamma}$-tocopherol과 ${\beta}$-carotene 수준이 유의적으로 낮았다. GSTT1과 GSTM1 유전자가 둘 다 없는 경우(both null)에는 흡연자의 혈장 lycopene과 적혈구 GST 활성이 비흡연자에 비해 유의적으로 낮았다. GSTP1 유전자의 경우 혈장 ${\alpha}$-carotene과 적혈구 GSH-Px 활성은 a/a type의 흡연자가 비흡연자에 비해 유의적으로 낮았고, 적혈구 catalase의 활성은 a/b type에서 흡연자가 비흡연자에 비해 유의적으로 낮았으며, ${\beta}$-carotene 농도는 두 type 모두에서 유의적으로 흡연자가 낮았다. 이상의 연구 결과 GST 유전적 다형성에따라 산화, 항산화 관련 효소 활성 및 항산화 영양소 수준의상태가 차이가 있음을 알 수 있었으며, 특히 흡연자의 경우 GST 유전자 type에 따라 항산화 영양상태가 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 유전적 다형성에따라 항산화 영양소의 권장수준을 책정하는데 기초연구자료로 활용될 수 있을 것이다. 즉, GSTT1 또는 GSTM1 null type의 경우 비흡연자에 비해 흡연자가 항산화 영양소 수준이 더 낮게 나타났으므로 그들의 체내 항산화 영양 상태를 증가시킬 수 있는 여러 방안들, 즉 항산화 비타민의 보충투여 및 야채와 과일의 섭취 권장 등이 고려될 수 있을 것이다. 또한 GST 유전자 다형성에 따라 항산화 영양상태의 차이가 있으므로 항산화 관련 in vitro 실험, 동물 및 인체 실험의 결과 해석 시 나타나는 개인 간의 변이차이는 GST 유전자 다형성으로 일부분 설명될 수 있으리라 기대된다. 향후대상자의 범위를 좀 더 넓혀서 GST 유전자 다형성과 항산화 영양상태의 관계를 규명하고자 하며 더불어 산화물질 해독에 관여하는 다른 유전자(CYP 450, SULT 등)의 역할에 대해서도 계속적인 연구가 필요하다고 사료된다.