트레드밀 운동이 뇌성마비 흰쥐의 뇌 해마 신경세포 생성 조절과 인지기능에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

뇌성마비는 뇌가 미성숙하여 움직임과 자세조절에 장애를 가지는 비진행성 증후군으로서 인지, 의사소통, 감각기능, 지각, 운동 등과 연관된 문제를 가지고 있다. 이러한 뇌성마비는 분만 시의 외상이나 질식 등에 의해 발생할 수 있으며, 임신 중 모체나 태반의 감염에 의한 염증이 신생아의 뇌성마비를 일으키는 원인이 된다. 특히, 모체감염은 신생아의 뇌손상을 유발하는 염증인자의 발현, 신경세포사멸을 유도하는 cytokine network의 활성 등 다양한 생리적, 병리학적 손상을 야기한다.
뇌성마비 환자들에게 더 나은 신체적 상태는 이차적인 손상의 감소와 예방에 도움이 되는 것은 분명하다. 이러한 측면에서 봤을 때 트레드밀 운동과 같은 움직임에 기초한 (activity-based) 신체활동은 뇌 손상으로 유발되는 신경학적 장애를 개선하고 기능적 회복을 촉진하는 측면에서 매우 효과적인 방안이 될 수 있다. 특히, 뇌성마비로 인한 신경세포사멸의 증가와 신경세포생성의 감소를 역전시키고, Wnt signaling 활성을 유도할 수 있다면, 뇌성마비 아동의 인지기능 향상에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 생각된다.
따라서 본 연구에서는 뇌성마비로 인해 저하된 인지능력 개선에 대한 방안으로 운동의 효과를 보다 구체적으로 검증하고자 한다. 이를 위해 트레드밀 운동이 뇌성마비 흰쥐의 뇌 해마에서 Wnt/GSK3β/β-catenin signaling pathway를 활성화 시킬 수 있는지 살펴보고, 신경세포생성과 사멸 그리고 인지기능의 향상을 유도하는지 관찰함으로서 운동을 통한 뇌성마비의 치료 가능성을 알아보고자 한다.

임신 쥐를 LPS 주입군과 대조군으로 구분하였다. 임신 중 LPS 주입은 임신 15일, 17일, 20일에 0.15 mg/kg농도로 LPS 1mL을 복강에 투여하였다. 출생 후, 새끼 쥐들을 대조군, 운동군, 뇌성마비군, 뇌성마비 운동군으로 구분하였다. 출생 7일 후, 운동군과 뇌성마비 운동군은 하루 30분, 주 5회, 6주 동안 트레드밀 운동을 실시하였다. 인지기능의 변화를 확인하기 위해 step-down avoidance task를 통해 행동검사를 실시하였다. Wnt, GSK-3β, β-catenin은 hippocampus에서 western blot을 통해 확인하였으며, BrdU, DCX의 변화를 살펴보기 위해 immunohistochemistry를 실시하였다. 또한 LPS 주입에 의한 세포사멸을 살펴보기 위해 TUNEL를 실시하여 확인하였다.

뇌성마비군의 새끼 쥐들은 기억력의 감소를 보였고, hippocampus에서 Wnt, BrdU, DCX의 발현이 감소하는 결과를 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Maternal lipopolysaccharide (LPS) exposure increases the incidence of cerebral palsy (CP). In the present study, we investigated the effects of treadmill exercise on cognitive function in relation to the expression of Wnt in the brain by using rat pups of maternal LPS-induced cerebral palsy model. There were 2 groups of pregnant rats, and LPS-injection group and a control group. During their pregnancies, the rats in the LPS-injection group received 1 mL intracervical injection of 0.15 mg/kg LPS. After birth, the neonatal rats were divided into 4 groups: control group, exercise group, cerebral palsy and cerebral palsy and exercise group. Four weeks after birth, the rat pups in the cerebral palsy and exercise group were forced to run on a motorized treadmill for 30 min per day, 5 times a week for 6 weeks. Rat pups in the cerebral palsy group decreased memory function, expression of Wnt, BrdU-positive cells, and DCX-posotive cells and increased expression of GSK3β, β-caatenin, and TUNEL-positive cells. Rat pups in the cerebral palsy and exercise group showed alleviated memory impairment with enhanced expression of Wnt, BrdU, and DCX, suppressed level of GSK3β, β-caatenin, and apoptosis. We suggest that treadmill exercise increases neurogenesis and decreases apoptosis in the dentate