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1 소식지 주소 : 부산광역시금정구부산대학로 63번길 2( 장전동 ) 부산대학교약학대학 / 전화 :051) 팩스 :051) agingbank@pusan.ac.kr hyjung@pusan.ac.kr Homepage : Content 6 월호 알기쉬운노화의기초지식 지방세포의 Browning 과대사질환 이봉기 ( 부산대학교약학대학연구교수 ) Thermogenesis 와대사질환 발행인 : 발행처 : 편집인 : 2015 년 6 월호 정해영한국연구재단지원이봉기, 김민조, 박준현, 임수경 체중은에너지섭취와소비의균형에의해서조절된다. 에너지의섭취가소비를초과하는상태가지속되었을때비만이된다. 삶의방식이서구화되고자동차및다양한기술의발전으로인해에너지소비량은줄어들고고칼로리음식의섭취량은늘어나면서비만환자들은세계적으로급속히퍼져나가고있다. 비만은당뇨, 고혈압, 심혈관계질환, 암등다양한대사질환의원인이라서건강관리비용을천문학적으로늘리고, 삶의질을떨어뜨릴뿐만아니라비만으로인해수명도줄어들기때문에체중을줄이는방법에대한연구가절실히필요하다. 식이섭취의조절과운동으로인한에너지소비의증가는비만을줄이기위한방법으로써, 오래전부터잘알려져왔다. 최근에는흰색지방 (white adipose tissue) 에저장되어있는여분의에너지를 thermogenesis를유도하여에너지소비를증가시킴으로써체내지방량을줄이는방법에대한연구가진행되어왔고, thermogenesis를일으킨다고알려진갈색지방 (brown adipose tissue) 의기능을증가시키는전사인자나호르몬에대한연구들이각광을받아왔다. 그리고 2-3년전 thermogenesis를일으키는새로운지방세포인베이지색지방세포 (beige adipocyte) 가마우스와인간에게존재한다는사실이보고되었다. 따라서흰색, 베이지색, 갈색지방세포의대사과정을이해하는것은비만치료를위해서중요하고, 특히베이지색및갈색지방활성화를통한비만및대사질환치료에관련된연구는전세계적으로주목받고있다. 1
2 Aging Tissue Bank 지방세포와 thermogenesis 흰색지방세포 흰색지방세포는 ( 그림1 참조 ) 식이섭취가에너지소비를초과하였을때, 남는에너지를중성지방으로저장하는역할을하며, 베이지나갈색지방세포에비해서, 세포의많은부분이큰지방방울로채워져있으며, 미토콘드리아의수가적고, thermogenesis 에중요한역할을하는유전자인 uncoupling protein 1 (UCP1) 의발현이되지않는다. PPAPRγ 가흰색지방세포의분화에매우중요한역할을한다. 남는에너지가축적되고흰색지방세포에축적된지방이늘어나면서비만이되고, 비만환자의흰색지방에는마크로파지를포함한다양한면역세포가침투해서면역반응이증가하고면역관련사이토카인유전자의발현이급격히증가하게된다. 비만환자의흰색지방에서증가한염증반응은비만이당뇨, 고지혈증, 고혈압, 암등을일으키는요인중의하나로생각되기때문에, 흰색지방조직에지방이축적되는것을줄이거나, 흰색지방의염증반응을줄이려는연구가많이시행되고있다. 갈색지방세포갈색지방세포는 thermogenesis가일어나는주요한세포로알려져왔다. 갈색지방세포는미토콘드리아의수가많아서갈색으로보이며, 미토콘드리아에서발현되는 UCP1의발현이높아서흰색지방세포처럼에너지를축적하지않고, ATP의생성없이 thermogenesis 형태로소비하기때문에비만과비만으로유발된 type2 당뇨를막는데중요한역할을한다. 갈색지방의생성에는흰색지방과마찬가지로 PPARγ가필요하지만, 이외에도 PGC1α, PGC1β, PRDM16과같은단백질들이필요하다. 베이지색지방세포 피하지방이내장지방보다염증반응이덜일어나고, 인슐린민감성이높을뿐만아니라, 피하지방조직에는갈색지방과비슷하게크기가작고그수가많은 (multilocular) 지방방울이존재한다는결과에근거하여, 일반적으로알려진흰색지방세포이외에다른종류의지방세포가존재할것이라는가설하에피하지방에서여러 2
3 Aging Tissue Bank 종류의지방세포들이분리되었다. 유전자발현 array 및다양한실험을통해서흰색지방과갈색지방의중간단계의특성을가지는베이지색지방세포가마우스뿐만아니라인간에게도존재한다고밝혀졌다. 갈색지방세포와마찬가지로베이지지방세포는여러개의작은지방방울로구성되어있으며, 미토콘드리아의수가많고, 갈색지방세포에서만발현된다고알려졌던, UCP1, PGC1α, Cidea 등의발현이높고, thermogenesis가일어나지만갈색지방과는현저한차이가있다 ( 그림1 참고 ). 우선베이지지방세포는갈색지방세포와같은줄기세포 (myf5 (encoding myogenic factor-5) 가발현되는줄기세포 ) 에서유래되지않았고, 확연히다른유전자발현패턴을보인다. 그리고갈색지방은어떤자극이없는조건에서도 UCP1 을비롯한 thermogenesis 관련유전자들이발현되지만, 베이지색지방의경우 β-adrenergic receptor agonist나 PPARγ agonist 등의인자들이없으면, 이러한 thermogenic 유전자들이발현되지않는다는점에서갈색지방세포와는확연히구분된다. 흰색지방조직에베이지지방세포가증가해서 thermogenesis가증가하는현상을흰색지방의 browning이라고한다. 하지만베이지색지방고유의생리학적분자생물학적특성에대해서는아직도많은연구가필요하다. 그리고최근임상연구에따르면베이지지방세포가많은사람은체중이적게나간다는보고가있어서, 베이지지방세포를늘림으로써, 비만및비만관련대사질환을치료하려는시도가주목받고있다. 갈색지방과베이지색지방세포의조절기전 기존에알려져있던갈색지방의활성화기전비만및대사질환치료의목적으로갈색지방과베이지색지방세포를증가시키거나활성화시키는방법에대한연구가다양하게이루어지고있다. 우선갈색과베이지색지방을활성화또는증가시키는가장일반적이고잘알려진방법은추위에노출되는것이다. 추위에노출되면신경회로 (neural circuitry) 를통해서갈색혹은베이지색지방으로 sympathetic outflow 가전달되어 thermogenesis 가일어날수있다. 하지만식품섭취, 일상적인추위, 운동등일상생활에서노출될수있는자극에의해서도갈색혹은베이지색지방이증가되어 thermogenesis 를증가시킬수있다고사료되고있다. 베이지색지방세포에서 thermogenesis가일어나는분자생물학적메커니즘은정확하게밝혀지지않았지만, 갈색지방세포에서 thermogenesis를조절하는분자생물학적메커니즘중가장대표적인것이신경뉴런이나면역세포에서분비되는카테콜아민 (catechoamine) 을통한 β3-adrenergic 수용체의활성화나 natriuretic peptides ( 소변을통해서나트륨분비를촉진시키는펩타이드 ) 에의해서그수용체가활성화되는것이다 ( 그림 2 참고 ). 교감신경뉴런에서전달된카테콜아민은 β3-adrenergic 수용체에결합해서 adenylyl cyclase를활성화시켜 camp의농도를높이고, protein kinase A (PKA) 를활성화시킨다. 다른메커니즘으로 natriuretic peptides에의해서그수용체가활성화되면 guanylyl caclase가활성화되어 cgmp의농도를높이고 protein kinase G (PKG) 를활성화시킨다. 이렇게각각다른인자들에의해서 3
4 Aging Tissue Bank 활성화된 PKA와 PKG는비슷한메커니즘을통해서 thermogenesis를유도한다. PKA와 PKG에의해서활성화된 Creb과 p38 MAPK는 PGC1α를활성화시켜 UCP1의발현을촉진한여 thermogenesis를유도한다. 근육에서분비되는 Irsin 에의한지방세포의 browning 운동을하면근육에서 PGC1α가활성화되어에너지소비를늘이고, 인슐린민감성을개선시키는등다양한건강증진효과를낸다는것이알려져있었다. 2012년도에하버드대학교의 Bruce M. Spiegelman 연구팀에서운동을하면 PGC1α 의존적이게 Irisin 이라는새로운호르몬이근육에서분비되어인슐린민감성을높이고에너지소비를증가시킨다고보고되었다. 놀랍게도 irisin이인슐린민감성을높이고에너지소비를증가시키는메커니즘중에일부는흰색지방을에너지소비가많은베이지색지방으로전환시키면서이루어진다는것이같은연구팀에서마우스를이용한연구에의해서밝혀졌다 ( 그림3). 그래서 irisin을증가시킬수있는인자들에대한연구가매우활발히진행되고있지만, 인간에게 irisin을투여했을때에는이러한효과가잘나타나지않는다는보고가있어서, irisin을비만환자의치료에적용할수있을지에대해서는더많은연구가필요하다. 최근에발견된여러조직에서분비되는다양한인자들에의한지방세포 browning 의유도 Irisin의발견이후에, 이호르몬이외에베이지색혹은갈색지방세포를증가시키는인자들을찾기위해서많은연구들이이루어졌고, 동물실험에서 systemic, autocrine, 혹은 paracrine 메커니즘으로이두지방세포를조절할수있는다양한조직혹은세포에서분비되는인자들이발견되었다 ( 그림4). 뉴런이나 M2 (alternatively activated) 마크로파지는 norepinephrine, 심장조직은 natriuretic 펩타이드, 간은 Fgf21, 근육은 Irisin, 갑상선은 T4를분비하여갈색혹은베이지색지방을증가시킨다. 이외에도갈색지방은 Bmp8b, Fgf21, Vegf를분비하여 autocrine 메커니즘으로 thermogenesis를증가시킨다는보고가있다. 그리고어떤세포에서분비되는지는밝혀지지않았지만, Orexin과 Bmp7도갈색지방의발달을증가시킨다고알려져있다 1. 특히 Fgf21은지방세포의 browning 이외에도다양한조직에작용하여체내에너지대사를조절하고, 인슐린저항성을개선시키는등대사질환을치료하는데중요한표적으로인식되고있다. 4
5 Aging Tissue Bank 노화와지방세포의 browning 인슐린저항성은노화가진행됨에따라서증가하지만, 정확한기전은밝혀지지않았다. 최근연구에의하면노화가진행됨에따라서, 베이지지방세포가많이존재하는피하지방의양이줄어들고내장지방량이늘어났다. 그리고이러한현상은노화에따른인슐린저항성과밀접한연관이있다. 마우스를이용한연구에의하면노화가진행됨에따라서, 피하지방에존재하는베이지색지방세포의양이현저하게줄어들고, thermogenesis를유발하는 UCP1의발현도줄어들었다 ( 그림5). 놀랍게도 3개월된마우스에비해서 12 개월된마우스의피하지방에서 UCP1의발현은 800 fold 이상감소하였다. 이는노화가진행되면서베이지색지방이줄어들어흰색지방의 browning효과가감소함을의미하며, 노화관련대사질환과의연관성을보여준다. 노화가진행되면서어떠한요인에의해서 browning 효과가감소하는지는더많은연구가필요하지만, 노화마우스에서 adrenergic receptor 발현이감소하였고, catecholamine을분해하는효소의발현이증가되었다. 그리고외부적으로 β-3 adrenergic receptor agonist를마우스에주입하였을경우, aging에의해서줄어들었던 browning 효과가회복되었다. 이는 β-3 adrenergic receptor signaling이노화에따른 browning 효과의감소에중요한역할을한다는것을보여준다. 결론 갈색혹은베이지색지방을통해비만및대사질환을치료하는연구는현재관련분야에서각광받고있고, 다양한생리학적, 분자생물학적방법을통해서갈색지방의활성화또는베이지색지방을증가시키기위한연구가진행되고있다. 하지만흰색지방의 browning 혹은갈색지방의활성화와노화의상관관계에대한생리학적분자생물학적연구가많이부족하며, 특히흰색지방조직에서베이지지방세포의감소로인한 browning의감소가노화의한현상인지혹은노화를유발하는원인인지에대한연구가필요하다. Reference 1. Hughes VA et al. The American journal of clinical nutrition. 2004; 80: Gavi S et al. The journals of gerontology. Series A, Biological sciences and medical sciences. 2007; 62: Rogers NH et al. Aging Cell. 2012; 11: Yoneshiro T et al. Obesity. 2011; 19: Wu J et al. Cell. 2012; 150: Timmons JA and Pedersen BK. N Engl J Med. 2009; 361: 415 6; author reply Rogers NH and Smith RG, Aging, 2012; 4;11 5
6 Aging Tissue Bank 노화소식 Hepatic PPARγ and LXRα independently regulate lipid accumulation in the livers of genetically obese mice The nuclear hormone receptors liver X receptor α (LXRα) 과 peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) 는지방간의발달에중요한역할을한다고알려져있다. 그중 LXRα 는 lipid metabolism 에중요한역할을하는데, sterol metabolism 과잘알려진유전자인 apolipoprotein E 와 CYP7a1 이 LXR target gene 으로알려져있으며, hepatic fat accumulation 의조절에도중요한역할을한다고알려져있다. PPARγ 는 adipose tissue 에많이존재하고, fatty acid storage 와 glucose metabolism 을조절한다고알려져있다. 또한 adipocyte differentiation 를조절하며, PPARγ agonist 는고지혈증과고혈당증의치료제로써사용되어지고있다. 이논문에서는비만모델인 ob/ob mice에 PPARγ knock-out 된 mice 를사용하여 PPARγ 가 LXRα 를조절하여 fatty liver 의발달에영향을미치는지를확인하였다. 그결과, ob/ob-pparγ wild-type mice 에서는심각한지방간이생성되었고, ob/ob-pparγ ko mice 에서는지방간으로부터 recovery 되는것을확인하였다. 또한동일한 model에 LXR ligand 인 T 을처리하였을때, 유의적으로크기가증가한것을알수있었고, liver weight 와 hepatic TG level 도 control 과비교하였을때유의적으로증가한것을알수있었다. 결과적으로, 이논문의저자는 hepatic PPARγ 와 LXRα signaling 은독립적으로지방간의발달에기여한다는것을제안하였다. 6
7 Aging Tissue Bank 노화와노인성질환에대한분자염증기전과 DAMP 의관계 κ 7
8 Aging Tissue Bank < 은행동향 > 세미나개최 1. 초청세미나장소및일시 : 2015년 04월 22일 16:00 / 부산대약대세미나실연제 : Antioxidant Enzymes in the Pathogenesis of Atherosclerosis 연자 : 오구택교수 ( 이화여자대학교 ) 2. 초청세미나장소및일시 : 2015년 05월 2일 11:00 / 부산대약대세미나실연제 : What You See is What You Get? 연자 : 정준모교수 ( 이화여자대학교 ) 8
9 Aging Tissue Bank 노화조직을활용한최근연구논문 1. Chung, K.W., Choi, Y.J., Park, M.H., Jang, E.J. Kim, D.H., Park, B.H., Yu, B.P., Chung, H.Y.: Molecular Insights into SIRT1,Protection Against UVB-Induced Skin Fibroblast Senescence by Suppression of Oxidative Stress and p53 Acetylation, J Gerontol A Biol Sci Med Sci, [Epub ahead of print] 2. Kim, B.C., Jeong, H.O., Park, D. Kim, C.H., Lee, E.K., Kim, D.H., Im, E.K., Kim, N.D., Lee, S.H., Yu, B.P., Bhak, J., Chung, H.Y.: Profiling age-related epigenetic markers of stomach adenocarcinoma in young and old subjects, cancer informatics, 14,47-54 (2015) 3. Sung, B.k., Chung, J.W., Bae, H.R., Choi, J.S., Kim, C.M., Kim, N.D.: Humulus japonicus extract exhibits antioxidative and anti aging effects via modulation of the AMPK SIRT1 pathway, EXP THER MED, 9(5), (2015) 4. Sung, B.K., Chung, H.S., Kim, M.J., Kang, Y.J., Kim, D.H. Hwang, S.Y., Kim, M.J., Kim, C.M., Chung, H.Y.,and Kim, N.D.: Cytotoxic effects of ethanol extract from Salvia miltiorrhiza BUNGE on human cancer cell lines, EXP THER MED, 9(4), (2015) 5. Kim, M., Sung, B., Kang, Y.J., Kim, D.H., Lee, Y., Hwang, S.Y., Yoon, J., Yoo, M., Kim, C.M., Chung, H.Y., Kim, N.D.: The combination of ursolic acid and leucine potentiates the differentiation of C2C12 murine myoblastsn through the mtor signaling pathway, INT J MOL MED, 35(3), (2015) 6. Jung, K.J., Lee, E.K., Kim, S.J., Song, C.W., Maruyama, N.,Ishigami, A., Kim, N.D., Im, D.S., Yu, B.P., Chung, H.Y.: Anti-inflammatory activity of SMP30 modulates NF-κB through protein tyrosine Q1 kinase/phosphatase balance, J Mol Med(Berl), 93(3), (2015) 7. Jung, K.J., Lee, E.K., Kim, S.J., Song, C.W., Maruyama, N., Ishigami, A., Kim, N.D., Im, D.S., Yu, B.P., Chung, H.Y.: Anti-inflammatory activity of SMP30 modulates NF-κB through protein tyrosine Q1 kinase/phosphatase balance, J Mol Med, DOI /s (2014) 8. Cha, J.H., Wee, H.J., Seo, J.H., Ju, Ahn, B., Park, J.H., Yang, J.M., Lee, S.W., Lee, O.H., Lee, H.J., Gelman, I.H., Arai, K., Lo, E.H., Kim, K.W.: Prompt meningeal reconstruction mediat ed by oxygensensitive AKAP12 scaffolding protein after central nervous system injury, Nat Commun. 5:4952. doi: /ncomms5952. (2014) 9. Kim D.H., Sung B., Chung H.Y., Kim N.D. : Modulation of Colitis-associated Colon Tumorigenesis by Baicalein and Betaine, J Cancer Prev, 19(3), (2014) 10. Kim D.H., Park M.H., Lee E.K., Choi Y.J., Chung K.W., Moon K.M., Kim M.J., An H.J., Park J.W., Kim N.D., Yu B.P., Chung H.Y.: The roles of FoxOs in modulation of aging by calorie restriction, Biogerontology, 16(1):1-14(2014) 11. Jin, H., Lee, W.S., Eun, S.Y., Jung, J.H., Park, H.S., Kim, G., Choi, Y.H., Ryu, C.H., Jung, J.M., Hong, S.C., Shin, S.C., Kim, H.J.: Morin, a flavonoid from Moraceae, suppresses growth and invasion of the highly metastatic breast cancer cell line MDA-MB 231 partly through suppression of the Akt pathway.int J Oncol. 45: (2014) 9
10 Aging Tissue Bank 12. Kim, D.H., Park, M.H., Chung, K.W., Kim, M.J., Jung, Y.R., Bae, H.R., Jang, E.J., Lee, J.S., Im, D.S., Yu, B.P., Chung, H.Y.:The essential role of FoxO6 phosphorylation in aging and calorie restriction. Age. 36(4):9679 (2014) 13. Noh, K.K., Chung, K.W., Choi, Y.J., Park, M.H., Jang, E.J., Park, C.H., Yoon, C., Kim, N.D., Kim, M.K., Chung, H.Y.:β-Hydroxy β-methylbutyrate Improves Dexamethasone-Induced Muscle Atrophy by Modulating the Muscle Degradation Pathway in SD Rat. Plos one. 9(7):e (2014) 14. Choi, Y.J., Uehara, Y., Park, J.Y., Kim, S.J., Kim, S.R., Lee, H.W., Moon, H.R., Chung, H.Y.: MHY884, a newly synthesized tyrosinase inhibitor, suppresses UVB-induced activation of NF-κB signaling pathway through the downregulation of oxidative stress. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 24(5): (2014) 15. Kim, D.H., Sung, B., Kan,g Y.J., Jang, J.Y, Hwang, S.Y., Lee, Y., Kim, M., Im, E., Yoon, J.H., Kim, C.M., Chung, H.Y., Kim, N.D.: Anti-inflammatory effects of betaine on AOM/DSS induced colon tumorigenesis in ICR male mice. Int J Oncol. 45(3):1250-6(2014) 16. Park, C.H., Kim, D.H., Park, M.H., Kim, M.K., Kim, N.D., Kim, C.M., Tanaka, T., Yokozawa, T., Chung, H.Y., Moon, H.R.: Chinese Prescription Kangen-karyu and Salviae Miltiorrhizae Radix Improve Age-Related Oxidative Stress and Inflammatory Response through the PI3K/Akt or MAPK Pathways. The American Journal of Chineses Medicine. 42(4):1-19 (2014) 17. Kim S. R., Jung Y. R., Kim D. H., An H. J., Kim M. K., Kim N. D., Chung H. Y. : Caffeic acid regulates LPS-induced NF-κB activation through NIK/IKK and c-src/erk signaling pathways in endothelial cells, Arch Pharm Res., 37(4): (2014) 18. Lee, Y.J., Sung, B.K., Jang, Y.J., Kim, D.H., Kang, J.Y., Hwang, S.Y., Kim, M.J., Lim, H.S., Yoon, J.H., Chung, H.Y., Kim, N.D.: Apigenin-induced apoptosis is enhanced by inhibition of autophagy formation in HCT116 human colon cancer cells. Int J Oncol. 44(5): (2014) 19. Sung, B., Kang, Y.J., Kim, D.H., Hwang, S.Y., Lee, Y., Kim, M., Yoon, J.H., Kim, C.M., Chung, H.Y., Kim, N.D.: Corosolic acid induces apoptotic cell death in HCT116 human colon cancer cells through a caspase-dependent pathway. Int J Oncol. 33(4): (2014) 20. Lee, S.H., Kang, Y.J., Sung, B., Kim, D.H., Lim, H.S., Kim, H.R., Kim, S.J., Yoon, J.H., Moon, H.R., Chung, H.Y., Kim, N.D.: MHY-449, a novel dihydrobenzofuro [4,5-b][1,8] naphthyridin-6-one derivative, induces apoptotic cell death through modulation of Akt/FoxO1 and ERK signaling in PC3 human prostate cancer cells. Int J Oncol. 44(3): (2014) 21. Lee, S.H., Kang, Y.J., Kim, D.H., Sung, B., Kang, J.A., Chun, P., Yoon, J.H., Moon, H.R., Kim, H.S., Chung, H.Y., Kim, N.D.: A novel oxiranylchromenone derivative, MHY336, induces apoptosis and cell cycle arrest via a p53- and p21-dependent pathway in HCT116 human colon cancer cells. Int J Oncol. 44(3): (2014) 22. Kim, M.K, Kang, Y.J., Kim, D.H., Hossain, M.A., Jang, J.Y., Lee, S.H., Yoon, J.H., Chun, P., Moon, H.R., Kim, H.S., Chung, H.Y., Kim, N.D.: A novel hydroxamic acid derivative, MHY218, induces apoptosis and cell cycle arrest through downregulation of NF-κB in HCT116 human colon cancer cells. Int J Oncol. 44(1): (2014) 10
11 Aging Tissue Bank < 홍보 > 노화 수명연장연구에필요한시료를찾으십니까? 부산대 Aging Tissue Bank 로오십시오 본은연구자들에게노화기전및노화제어에필요한연구시료와정보를신속하게제공하여노화연구를원활히지원하는것을목적으로하고있습니다. 노화조직과노화쥐이미지 1) 노화조직의연구소재분양 1. 자유식이 Sprague Dawley(SD) rat(al) 연령별노화조직 2. 식이제한 SD rat(cr) 연령별노화조직 3. LPS처리노화조직 (SD rat) 4. AAPH처리노화조직 (F344 rat) 5. 자유식이 C57BL/6 mouse 연령별노화조직 6. 유전자변이모델동물 (GH결손, mini rat) 조직 7. 노화촉진모델동물 (SMP30유전자변이마우스 ) 8. 각종항산화물질투여노화조직 (SD rat) 구체적인것은 homepage를방문하시기를바랍니다 ) 노화제어후보물질분양 1) 천연물유래활성물질 1. Lithospermate B 2. Oligonol 3. Resveratrol 4. Ursodeoxycholic acid 5. Ginsenoside Rb2 2) 합성물질 1. MHY MHY MHY MHY MHY1685 3) 비파유래활성분획 1. Ursolic acid-rich fraction 3) 노화관련 Data Base 구축을통한통합정보제공 a) b) c) d) e) 1), 2) 의연구소재가필요하시면다음으로연락주십시오 Tel : H.P : Fax : agingbank@pusan.ac.kr; hyjung@pusan.ac.kr 11
12 소식지
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