골격근 미토콘드리아와 인슐린저항성: 운동의 역할

곽효범 ( Hyo Bum Kwak ) 대한비만학회 2015 The Korean journal of obesity Vol.24 No.2

골격근, 간, β-세포, 지방세포, 위장, α-세포, 신장 그리고 뇌에서의 인슐린저항성은 비만 및 제2형 당뇨병 유발의 중요한 요인들이다. 이중에서 체중의 40-50%를 차지하고 있는 골격근의 인슐린저항성은 골격근 안으로의 포도당 흡수를 감소시킨다. 많은 선행연구들에 의하면 제2형 당뇨병 환자나 인슐린저항성이 있는 비만한 환자들은 정상인에 비해 골격근 내 적은 미토콘드리아가 존재한다고 보고되고 있다. 하지만 골격근 내 미토콘드리아가 인슐린저항성을 유발하는 원인인지에 대해서는 많은 논쟁이 되고 있다. 먼저 골격근의 인슐린저항성이 미토콘드리아의 기능장애와 관련되어 있다는 주장은 다음과 같은 가설에 근거하고 있다. 1) 비만 또는 제2형 당뇨병은 골격근의 지방산화 능력을 감소시키고 인슐린저항성을 유발하는 지방형성 중간물질들(예, FA-CoA, DAG, ceramide)의 축적을 증가시킨다. 2) 비만 또는 고지방섭취에 의한 인슐린저항성은 골격근 내 미토콘드리아의 과부하와 불완전한 지방산화에 의해 야기된다. 3) 골격근 내 미토콘드리아에서 생성된 산화적 스트레스(예, H2O2)가 비만 및 고지방섭취에 의한 인슐린저항성을 유발한다. 하지만 골격근 내 미토콘드리아의 기능장 애는 인슐린저항성을 유발하지 않는다는 상반된 주장도 다음과 같은 이유로 제기되고 있다. 1) 고지방섭취 동물은 인슐린저항성 유발뿐만 아니라 골격근 내 미토콘드리아의 증가도 야기한다. 2) 제2형 당뇨병과 인슐린저항성이 있는 비만한 환자들은 정상인에 비해 높은 골격근 지방산화능력을 나타낸다. 그러나 여러 가지 형태의 운동(일회성vs. 장기간, 유산소 vs. 저항성)은 비만과 제2형 당뇨병에 의해 야기되는 인슐린저항성을 처치하고 예방하는데 매우 중요한 역할을 한다. Insulin resistance in skeletal muscle, liver, β-cells, fat cells, the gastrointestinal track, α-cells, kidneys, and brain represents the core defect in obesity or type 2 diabetes (T2D). Among them, skeletal muscle insulin resistance due to obesity or T2D is manifested by decreased glucose uptake because skeletal muscle comprises 40-50% of the total human body mass. Many previous reports indicate that T2D patients or obese insulinresistant individuals have less mitochondria in their skeletal muscles than lean control subjects. Whether or not mitochondria in skeletal muscle play a causal role in insulin resistance has been debated. A large number of studies demonstrated that skeletal muscle insulin resistance is associated with mitochondrial deficiency including 1) reduced fatty acid oxidation and increased accumulation of lipid intermediates (e.g., FA-CoA, DAG, ceramide), 2) increased mitochondrial overload and incomplete fatty acid oxidation, and 3) increased mitochondrial oxidative stress (e.g., H2O2) in skeletal muscle. In contrast, some studies demonstrated that mitochondrial dysfunction in skeletal muscle is not responsible for insulin resistance, suggesting that 1) the development of insulin resistance in high-fat diet animals occurs with increased muscle mitochondria, and 2) fatty acid oxidation is higher in T2D patients and obese insulin-resistant individuals compared with lean control subjects. However, various types of exercises (acute vs chronic, aerobic vs resistance) are critical in the treatment and prevention of insulin resistance in obesity and T2D.

단백질의 권장섭취량 충족 여부와 골격근량 감소와의 관계

정지현,이준혁,권유진 대한가정의학회 2019 Korean Journal of Family Practice Vol.9 No.6

Background: Sarcopenia has become a major concern owing to its association with a high risk of fall or fracture and metabolic impairments. There is insufficient evidence to support the role of dietary protein intake in reducing the prevalence of sarcopenia. This study was conducted to investigate the variation in low skeletal muscle index (SMI) with the dietary levels of protein intake. Methods: This study analyzed data of 3,482 male and 4,838 female aged 50 years or older from the Korean National Health and Nutrition Examination Survey (KNHNES) database (2008–2011). Low SMI was indicated by a value <0.789 in male and <0.512 in female. Multiple logistic regression was performed to analyze the association of SMI with protein intake, whereby it was tested whether the dietary intake of proteins met the estimated average requirement (EAR) or the reference nutrient intake (RNI) as stated in the dietary reference intake (DRI) for Koreans, 2015. Results: Irrespective of sex, the prevalence of low SMI was significantly high when the protein intake did not meet the EAR or RNI. Following adjustment for covariates, the odds ratio (OR) for low SMI in subjects with unmet EARs was 1.63 (1.28–2.09) in male and 1.35 (1.10–1.66) in female. The OR for low SMI in subjects with unmet RNI was 1.74 (1.38–2.18) in male and 1.39 (1.14–1.69) in female. Conclusion: The prevalence of low SMI was significantly higher when the protein intake did not meet the EAR or RNI as stated in the DRI for Koreans. 연구배경: 여러 연구에서 단백질 섭취량과 근육량의 관련성에 대해 다루었으나 현재 제시되고 있는 단백질의 권장섭취량이 근감소증의 유병률을 감소시키기에 적절한지에 대한 연구는 부족하였다. 본 연구는 한국 성인에서 한국영양학회가 제시하는 단백질 권장섭취량 충족 여부와 골격근량 감소의 관련성을 보기 위함이다. 방법: 골밀도검사가 시행된 2008–2011년 국민건강영양조사 자료를 이용하여 만 50세 이상의 성인을 대상으로 하였고 제외 기준 적용 후 남성 3,482명, 여성 4,838명이 포함되었다. 골격근량지수(skeletal muscle index, SMI)가 남성은 SMI가 0.789 미만이고 여성은 SMI가 0.512 미만일 때 골격근량 감소가 있는 것으로 정의하였다. 단백질 섭취량은 24시간 회상법을 이용해 산출된 값을 이용하여 2015 한국영양학회에서 제시한 평균필요량과 권장섭취량 충족 여부에 따른 골격근량 감소 여부에 대해 로지스틱 회귀분석으로 분석하였다. 결과: 골격근량 감소의 유병률은 평균필요량 불충족군에서 23.6%, 충족군에서 15.3%를 보였고(P-value<0.001), 권장섭취량 불충족 군에서 22.1%, 충족군에서 14.3%로 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(P-value<0.001). 다중 로지스틱 회귀분석 시행 결과 나이, 체중 상태, 현재 흡연 여부, 음주, 규칙적 신체활동을 보정하면 평균필요량 충족군을 기준으로 했을 때 불충족군에서 골격근량 감소의 오즈비 및 95% 신뢰구간은 남성에서 1.63 (1.28–2.09), 여성에서 1.35 (1.10–1.66)였으며, 권장섭취량 충족군을 기준으로 했을 때 불충족군에서의 골격근량 감소의 오즈비 및 95% 신뢰구간은 남성에서 1.74 (1.38–2.18), 여성에서 1.39 (1.14–1.69)를 보였다. 결론: 50세 이상 한국 성인에서 한국영양학회에서 제시한 하루 단백질 권장섭취량 충족하지 못하는 경우 골격근량 감소 유병률이 유의미하게 높았다.

베타-아드레날린 수용체의 활성이 골격근 내 미토콘드리아 생합성에 미치는 영향

김상현,김기진 한국운동생리학회(구 한국운동과학회) 2012 운동과학 Vol.21 No.3

김상현, 김기진. 베타-아드레날린 수용체의 활성이 골격근 내 미토콘드리아 생합성에 미치는 영향. 운동과학, 제21권 제3호. 347-354, 2012. 카테콜라민의 작용에 의해 골격근 내 미토콘드리아 생합성이 증가하는가에 대해서는 수 십년 전부터 관심의 대상이었다. 최근 몇몇 연구는 카테콜라민의 생성이 운동시에도 증가되기 때문에 운동에 의한 골격근 내 미토콘드리아 생합성 또한 카테콜라민의 작용에 의해 이루어진다고 주장한다. 이에 본 연구는 운동시 골격근 내 미토콘드리아 생합성이 실제로 베타 아드레날린성 작용을 통해 이루어지는가를 알아보았다. 이를 위해 흰쥐를 대상으로 갈색지방조직과 골격근에서 β-AR의 활성에 따른 미토콘드리아 생합성 정도를 분석하기 위해 norepinephrine과 베타 아드레날린성 촉진제(clenbuterol)를 처치하였으며, 운동에 의한 골격근 내 미토콘드리아 생합성 정도를 분석하기 위해서는 AMPK 활성체인 AICAR와 베타 아드레날린성 억제제(propranolol)를 처치하였다. 그 결과 norepinephrine과 clenbuterol에 의한 β-AR의 활성에 의해 갈색지방조직에서는 PGC-1α의 mRNA와 단백질 발현이 증가하였으나, 골격근에서는 PGC-1α mRNA와 단백질 발현뿐 아니라 미토콘드리아 전자전달계 효소 또한 아무런 변화가 없었다. 또한 AICAR 처치는 PGC-1α mRNA를 증가시켰으나, propranolol은 AICAR에 의해 증가된 PGC-1α mRNA를 더욱 증가시켜 β-AR의 활성 차단이 운동에 따른 골격근 내 미토콘드리아 생합성을 억제하지 않음을 알 수 있었다. Kim, S. H., Kim, K. J, The effect of β-AR on mitochondrial biogenesis in rat skeletal muscle, Exercise Science, 21(3): 347-354, 2012. Mitochondrial biogenesis by activation of β-adrenergic receptor (β-AR) with catecholamine in skeletal muscle was the object of interest for several decades. Several recent studies argue that because catecholamine formation is increased during exercise, mitochondrial biogenesis is also increased by catecholamine action in skeletal muscle. This study measured PGC-1α and mitochondrial electron transport enzymes to evaluate the mitochondrial biogenesis by β-adrenergic stimulates in rat skeletal muscle. Rats were subcutaneously injected with norepinephrine and clenbuterol(β-adrenergic agonist) for mitochondrial biogenesis by β-AR activation in brown adipose tissue(BAT) and skeletal muscle. Also propranolol(β-adrenergic antagonist) and AICAR was injected subcutaneous to determine whether catecholamine and necessary for exercise induced mitochondrial biogenesis. Norepinephrine and clenbuterol increased PGC-1α mRNA and protein expression in BAT, but they had no effect on PGC-1α and mitochondrial electron transport enzymes in skeletal muscle. While AICAR increased PGC-1α mRNA expression, propranolol suppression of PGC-1α mRNA expression did not occur, and was actually expressed more than AICAR treated group.

여자 대학생의 골격근량, 기초대사율, 복부비만율 및 건강관련체력의 관계 - 무용전공자와 일반전공자를 대상으로 -

신말연 한국무용과학회 2020 한국무용과학회지 Vol.37 No.1

The purpose of the current study was to investigate the relationship between abdominal obesity(%), skeletal muscle mass, basal metabolic rate and health related physical fitness among dance-major(n=59) and general major(n=46) of female college students. The subjects were 105 female college students recruited in the current study. The body composition variables such as percent body fat, abdominal obesity, skeletal muscle mass and basal metabolic rate and health-related physical fitness such as muscular strength, muscular endurance, cardio-respiratory fitness and flexibility were assessed. The measured data were conducted for independent t-test and pearson correlation analysis through the SPSS 23.0 program and the significant level was set to .05. Dance-major students had high value of skeletal muscle mass, basal metabolic rate, muscular strength, muscular endurance and flexibility as compared to general major students. However, there was no significant difference in abdominal obesity and cardio-respiratory fitness. Among dance-major students, there was statistically significant correlation between skeletal muscle mass and muscular strength, and flexibility, basal metabolic rate and muscular strength, and flexibility. Among general major students, there was statistically significant correlation between abdominal obesity and cardio-respiratory fitness and muscular endurance, skeletal muscle mass and muscular strength, basal metabolic rate and muscular strength. These results indicate that health-related physical fitness effects on percent body fat, skeletal muscle mass, basal metabolic rate, abdominal obesity among female college students. 본 연구는 무용전공 여대생 59명과 일반전공 여대생 46명을 대상으로 골격근량, 기초대사율, 복부비만율 및 건강관련체력의 차이를 분석하고 상관관계를 분석하였다. 연구대상자들의 신체조성 요인은 신장, 체중, 체지방률, 골격근량, 기초대사율, 복부비만율을 측정하고 건강관련체력 요인은 배근력, 근지구력, 심폐지구력, 유연성을 측정하였다. 자료의 통계 처리는 SPSS(ver 23.0)을 활용하여 기술통계분석을 하였고 집단 간의 신체조성과 건강관련체력의 차이를 분석하기 위하여 Independent T-test를 적용하고 골격근량, 기초대사율, 복부비만율, 배근력, 근지구력, 심폐지구력, 유연성 간의 관계를 분석하기 위하여 다중상관분석(analysis of multiple correlation)을 실시하였다. 본 연구결과는 첫째, 두 집단의 차이를 분석한 결과 복부비만율과 심폐지구력은 유의한 차이가 나타나지 않았고 무용전공자들의 골격근량, 기초대사율, 배근력, 근지구력 및 유연성은 일반전공자들보다 유의하게 높게 나타났다. 둘째, 무용전공자들의 상관관계를 분석한 결과 골격근량과 기초대사율은 배근력과 유연성이 통계적으로 유의한 정적 상관관계로 나타났다. 셋째, 일반전공자들의 상관관계를 분석한 결과 복부비만율은 심폐지구력과 근지구력이 부적 상관관계로 나타났고, 골격근량과 기초대사율은 배근력과 유의한 정적 상관관계로 나타났다. 결론적으로 여자 대학생들의 기초대사율과 골격근량의 증가는 건강관련체력의 배근력과 유연성에 긍정적인 영향을 미치고 일반전공 여대생의 체지방률과 복부비만율의 증가는 심폐지구력과 근지구력에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며 무용전공자들의 심폐지구력 향상을 위한 구체적인 방안이 시급하다고 사료된다.

골격근 분화과정에서의 세포 불균일성에 대한 세포 견인력 기반 분석

권태윤(Tae Yoon Kwon),조영빈(Youngbin Cho),고웅현(Ung Hyun Ko),신현정(Jennifer H. Shin) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

생체 내에 존재하는 다양한 조직들은 분화가 완료된 세포뿐만 아니라 아직 분화가 진행되지 않은 세포 역시 포함하여 구성되어 있다. 이러한 생체 내의 세포 불균일성은 조직 재생의 측면에서 보았을 때 매우 중요한 요소이다. 인체가 움직이는 것과 힘을 내는 것을 관장하고 있는 골격근 조직의 경우 근 위성세포(myo-satellite cell)와 같이 아직 분화가 진행되지 않은 세포가 존재하기에 부상이 발생했을 때 스스로 재생할 수 있는 능력을 갖고 있다. 그러나 대부분의 기존 골격근 관련 연구에서는 이러한 다세포 환경에서 존재하는 세포 불균일성의 특성 및 중요성에 대한 충분한 고찰이 이루어지지 않았다. 이는 골격근 분화를 분석함에 있어서 그릇된 판단으로 이어질 수 있으며, 특히 세포 견인력, 세포간 응력과 같은 생물물리학적 분석에 대해 잘못된 해석을 초래할 수 있다. 이에 본 연구에서는 실제 골격근과 비슷한 강성을 갖는 하이드로젤 위에 마이크로미터 사이즈의 콜라겐 패턴을 만들어 세포 견인력 측정이 가능한 생체 외 골격근 세포 분화 모델을 구축하였다. 골격근 모델 내에서 분화가 완료된 근관세포(myotube) 및 분화 전 상태인 근아세포(myoblast)를 확인하였으며, 생체 내에 존재하는 근 위성세포와 비슷한 역할을 한다고 알려진 예비세포(reserve cell)의 존재를 통해 세포 불균일성을 확인하였다. 또한 각 세포들이 나타내고 있는 서로 다른 세포 견인력 분포를 통해 분화 과정 동안의 세포 견인력의 불균일성 및 각 세포들의 물리적 특성들을 파악하였다. 본 연구를 통한 골격근 분화 과정 중 세포 불균일성에 대한 고찰은 추후에 근육 분화 및 재생 관련 연구에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

신장암의 다발성 골격근 전이 - 1례 보고 -

이승구,강용구,박원종,정진화,서유준,Rhee, Seung-Koo,Kang, Yong-Koo,Park, Won-Jong,Chung, Jin-Wha,Sur, Yoo-Joon 대한근골격종양학회 2002 대한골관절종양학회지 Vol.8 No.2

상피암의 인접 골격근으로의 직접 전파는 많이 보고되었으나, 골격근으로의 원격전이는 드물고 특히 다발성 전이는 매우 드문 것으로 알려져 있다. 골격근내의 가변적인 혈류량, 근수축이나 난류성 혈류 등과 같은 물리적인 요인, 골격근내의 산성 환경, 젖산, 세포외 기질의 단백분해효소 억제인자 등이 골격근으로의 원격 전이를 억제하는 원인으로 제시되고 있다. 저자들은 최근 다발성 골격근 전이를 동반한 신장암(이행성 상피세포암) 1례를 경험하였기에 이를 보고하는 바이다. Although direct skeletal muscle invasion by carcinoma is well recognized, distant metastasis to skeletal muscle is uncommon. Furthermore, multifocal skeletal muscle metastasis is a very exceptional event. Some factors such as variable intra-muscular blood flow, mechanical factors including turbulent blood flow and muscle contraction, intra-muscular acidic condition, lactic acid, protease inhibitors in the extra-cellular matrix were proposed as causes of the rarity of distant metastasis to skeletal muscle. We report here a case of a 67 year old male who had multifocal skeletal muscle metastasis from the transitional cell carcinoma of left kidney.

골격근 기억기전 연구동향 분석

이호준 ( Hojun Lee ) 중앙대학교 학교체육연구소 2021 Asian Journal of Physical Education of Sport Scien Vol.9 No.5

전통적인 근핵도메인이론에 의하면 골격근의 부피와 근핵의 수는 정적상관관계에 있으며 두 변수 간 비율은 항상 일정하게 유지되는 것으로 알려져 있다. 하지만 골격근섬유 분석 장비의 비약적 발전으로 인해 이 전통적인 이론이 강하게 도전받고 있는 실정이다. 이와 관련하여 부상하고 있는 신생이론인 골격근 기억기전은 근감소 시, 근핵의 수는 장기간 소멸되지 않고 유지되어 추후 운동자극에 신속하고 효과적인 반응을 유도하는 세포학적 기전을 제공할 수 있음을 주장하고 있다. 최근 이 신생이론인 골격근 기억기전은 대다수 동물모델을 이용한 실험으로 증명되고 있으나 아직 인간 대상연구 및 적용의 제한점으로 인해 운동과학자들의 컨센서스에 도달하지는 못한 상황이다. 따라서 본 연구에서 현재까지 진행되어 온 골격근 기억기전의 연구동향을 분석하여 관련 실험의 제한점 및 가능성을 탐색하고 미래 연구방향을 제언하고자 한다. Based on the paradigm of the myonuclear domain theory, it is considered that a positive relationship exists between myonuclear number and skeletal muscle size. However, a series of recent experiments with advanced microscopy suggest that hypertrophy-induced myonuclei are not lost for a long period under atrophic condition, implying that myouclei that are added to muscle fiber may play an important role in muscle memory mechanism. However, there is still controversy as to whether this new theory should be accepted as a general consensus in the field of exercise science communities. Therefore, the potential and limitation of the theory will be widely discussed in the review. And future research directions as to skeletal muscle memory mechanism will be suggested.

단기간 지구성운동시 해당효소 발현억제가 흰쥐의 골격근 내 탄수화물 절약효과를 유도한다

김상현,김기진,김필상,정수련 한국운동생리학회(구 한국운동과학회) 2013 운동과학 Vol.22 No.2

장기간의 지구성 트레이닝에 적응된 골격근은 동일한 강도의 운동 시 글리코겐이 적게 사용된다는 것은 잘 알려져 있다. 그러나 단기간 지구성운동에 의해 실제로 골격근 내 탄수화물 절약효과와 같은 에너지 대사적응이 어떻게 이루어지는가는 확실치 않다. 이에 본 연구는 단기간 지구성운동 후 상완삼두근에 강직성 경련수축을 가하여 단기간 지구성운동 시 골격근 내 탄수화물 절약효과가 실제로 일어나는가를 알아보았다. 이를 위해 48마리의 흰쥐를 각각 16마리씩 3그룹(Sed, 1day Ex, 3day Ex)으로 분류한 다음 하루 6시간의 수영을 실시하였다. 그런 후 골격근은 마지막 지구성운동 18시간 후 상완삼두근에 radial nerve를 통해 3분간의 전기 자극을 주지 않거나 혹은 가한 직후 바로 적출하였다. 골격근 수축자극 동안 글리코겐의 사용은 비운동그룹과 비교하여 1day Ex 그룹은 22 %, 3day Ex 그룹은 46 % 절약효과가 있었다. 젖산 또한 1day와 3day Ex 그룹은 Sed 그룹에 비해 각각 26 %와 46 % 적게 생산되었다. ATP는 지구성운동과 강직성 수축에 따른 차이가 없었으며, CP의 경우 단기간 지구성운동에 의해 유의하게 감소하였으나, 그 감소 정도는 모든그룹 간 차이가 없었다. 그리고 해당효소인 glycogen phosphorylase와 PFK는 단기간 지구성운동 후 비운동그룹에 비해 유의 하게 감소하였으며, 이러한 감소 경향은 글리코겐과 젖산농도와 유의한 상관관계가 있었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 지 구성운동 초기의 골격근 적응은 해당효소의 조절에 의해 탄수화물 절약효과가 나타남을 알 수 있다. It is well established that chronic endurance trained muscles utilize less glycogen during same absolute intensity exercise. However, it has not been studied if short term endurance exercise can induce same glycogen sparing adaptation. To answer this question, triceps of short-term endurance trained animal were electrically stimulated in situ to determine if this short exercise protocols were enough to cause glycogen saving adaptation. Forty-eight rats were randomly assigned into 3 groups(Sedentary, Sed; 1 day exercise, 1day Ex; 3 day exercise, 3day Ex). Exercise groups were trained by a 6h long swimming program. Muscle samples were harvested 18h post last bout of training either with or without 3-min long, electrical stimulation through radial nerve of upper arm. Glycogen utilization during stimulation was significantly less in the muscles of 1day Ex(22 %) and 3day Ex(46 %) group compare to the Sed group. The lactate production in the muscle of 1day Ex(26 %) and 3day Ex(46 %) group were significantly attenuated. There were no difference in ATP utilization among groups by electrical stimulation. The CP was decreased in all groups, but rate of decline among groups were same. The expressions of glycogen phosphorylase and PFK in glycolytic enzymes in triceps were significantly decreased in the 1day Ex and 3day Ex group when compare to the Sed group. There is a positive relationship between glycolytic enzymes and glycogen utilization capacity of skeletal muscles. These results indicate that glycogen saving effect is controlled by reduced glycolytic enzymes expression during early phase of skeletal muscle adaptation by endurance exercise training.

지구성 운동 시 NT-PGC-1α가 흰쥐 골격근 내 미토콘드리아 생합성에 미치는 영향

김상현 ( S. H Kim ),정수련 ( S. R Jung ),김기진 ( K. J Kim ) 한국운동생리학회(구 한국운동과학회) 2012 운동과학 Vol.21 No.4

본 연구의 목적은 PGC-1α의 짧은 형태인 NT-PGC-1α가 골격근 내 미토콘드리아 생합성에 어떠한 영향을 미치는가를 알아보는 것이다. 지구성 운동에 따른 골격근 내 PGC-1α, NT-PGC-1α 그리고 미토콘드리아 생합성 정도를 알아보기 위해 18마리의 흰쥐를 각각 6마리씩 3그룹(sedentary; Sed, 1 day exercise; 1d Ex, 3 day exercise; 3d Ex)으로 분류한 다음 수영을 실시(6 h/day)하였다. 골격근은 마지막 운동훈련 18시간후 적출하였다. 그 결과 지구성 운동에 따른 골격근 내 PGC-1α의 발현은 1일 운동 후에는 Sed 그룹에 비해 유의하게 증가 하였으나, 3일 운동 후에는 1일 운동에 의해 증가된 정도가 Sed 그룹 수준으로 감소하였다. NT-PGC-1α는 1일 운동 후에는Sed 그룹과 비교해 차이가 없었으나, 3일 운동 후 유의하게 증가하였다. 그리고 지구성 운동에 따른 골격근 내 COXⅠ과NADH-UO는 1일과 3일 트레이닝 후 모두 유의하게 증가하였다. 또한 NT-PGC-1α가 미토콘드리아 생합성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 C2C12 골격근 세포에 NT-PGC-1α adenovirus를 처치하여 NT-PGC-1α를 과발현 시킨 후 미토콘드리아 효소의 발현정도를 분석한 결과 미토콘드리아 효소인 cytochrome c, COXⅠ, ATP synthase, citrate synthase 모두 유의하게 증가하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, PGC-1α는 미토콘드리아 생합성 초기에 관여하고, NT-PGC-1α는 PGC-1α에 의해증가된 미토콘드리아 생합성을 계속 유지하거나 약간 더 증가시키는데 중요한 역할을 할 것이다. N-truncated peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α splice variant (NT-PGC-1 α) has similar biological effects to peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α(PGC-1α) in brown adipose t issue. But, t he e ffect of NT-PGC-1α on mitochondrial biogenesis in skeletal muscles has not been clearly identified. The purpose of this study is to verify that NT-PGC1 induce the mitocondrial biogenesis in skeletal muscle. Eighteen rats were randomly assigned into 3 groups (Sedentary, Sed; 1 day exercise, 1d Ex; 3 day exercise, 3d Ex). Exercise groups were trained by using a 6 h/day swimming program. Muscle samples for PGC-1α, NT-PGC-1α and mitochondrial enzymes were harvested 18 hours after the last bout of exercise. The expression of PGC-1α was increased in the 1d Ex compared with Sed group, but 3d Ex group was not changed compared with Sed group. NT-PGC-1α was increased in the 3d Ex group from the Sed group. The expressions of cytochrome oxidase subunit I (COXⅠ)and NADH-ubiquinone oxidoreductase (NADH-UO) were increased in the 1d Ex and 3d Ex group from the Sed group. Three day overexpressed NT-PGC-1α C2C12 myotubes were harvested for mitochondrial enzymes. The expressions of mitochondrial enzymes, cytochrome c, COXⅠ, ATP synthase and citrate synthase were increased in the NT-PGC-1α overexpressed C2C12 from the Sed group. These findings suggest that PGC-1α protein is responsible for initial increase in mitochondrial biogenesis. While NT-PGC-1α is important for chronic exercise induced increase in mitochondrial proteins.

유산소 운동으로 유도된 골격근에서의 혈관신생 작용 : 수영운동에 의한 혈관신생 유전자 발현의 조절

정선효(Jeong Sunhyo) 한국문화융합학회 2020 문화와 융합 Vol.42 No.5

본 연구는 고지방 식이를 섭취한 난소절제 암컷 쥐에서 유산소 운동이 골격근의 혈관신생을 조절함으로써 비만을 개선하는지를 조사하였다. 암컷 쥐는 고지방 식이를 섭취한 모의 수술 군(H/S), 고지방 식이를 섭취한 난소절제 수술 군(H/O) 및 고지방 식이를 섭취하고 유산소 운동을 실시한 난소절제 군(H/O/E)으로 구분하여 8주 동안 사육되었다. 몸무게, 백색지방조직 무게 및 골격근에서 혈관신생과 관련된 인자들의 유전자 발현을 조사하였다. 몸무게 증가도와 백색지방조직무게는 H/S에 비해 H/O에서 증가되었으나, H/O에 비해 H/O/E에서는 감소되었다. H/S에 비해 H/O는 골격근에서 혈관신생 촉진인자(: FGF-2와 VEGF-A)와 MMPs의 mRNA 발현이 감소되었으나, 혈관신생 억제인자들(: TSP-1, TIMP-1 및 TIMP-2)의 mRNA 발현은 증가하였다. 반면 H/O에 비해 H/O/E는 골격근에서의 혈관신생 촉진인자와 MMPs의 mRNA 발현이 증가되었으며 혈관신생 억제인자들의 mRNA 발현은 감소하였다. 본 연구는 고지방 식이를 섭취한 난소절제 암컷 쥐에서 유산소 운동이 골격근에서 혈관신생을 촉진함으로써 건강을 개선한다는 것을 제시하였다. 따라서 본 연구결과는 고지방 식이를 섭취한 폐경기 비만 여성의 비만 조절에 대한 수영운동의 분자생물학적 정보를 제공할 것이다. This study investigated whether aerobic exercise improves obesity through skeletal muscle angiogenesis in female ovariectomized mice fed a high-fat diet. The female mice were divided into high-fat diet sham-operated group (H/S), a high-fat diet ovariectomized group (H/O), and a high-fat diet and ovariectomized group with aerobic training (H/O/E). Over 8 weeks we measured weight gain, white adipose tissue mass, and mRNA expression of angiogenic factors in skeletal muscle. Compared with the H/S, mice in the H/O group demonstrated increased body weight and white adipose tissue mass. Compared to H/O, the H/O/E group demonstrated significant reductions in all dependent variables. Compared to the H/S group, the H/O group demonstrated decreased mRNA expression of angiogenic activators (FGF-2 and VEGF-A) and matrix metalloproteinase (MMP); however, this group also exhibited increased mRNA expression of angiogenic inhibitors (TSP-1, TIMP-1, and TIMP-2) in skeletal muscle tissue. The addition of aerobic exercise appeared to increase the mRNA expression of angiogenic activators and MMPs while decreasing the mRNA expression of angiogenic inhibitors in skeletal muscle tissue. Our results suggest that aerobic exercise promotes angiogenesis in skeletal muscle tissue, potentially improving the health of female ovariectomized mice fed a high-fat diet. Building off these results, future studies may generate additional molecular biological information on the anti-obesity effects of swimming in postmenopausal females who consume a high-fat diet.