자발적 운동과 수동적 운동이 lipopolysaccharide로 유도된 만성 뇌 염증 모델에 대한 기억력과 long term potentiation 향상에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 다양한 뇌질환에서 공통적으로 나타나는 염증반응에 기인하여, 만성 뇌 염증모델에서 신경연접가소성에 주요한 부분인 장기강화현상 (long-term potentiation, LTP)과 신경세포생성(neurogenesis)변화를 통해 인지기능변화를 확인하고, 자발적인 운동과 수의적인 운동 간의 효과를 비교한 연구이다.
현재 연구에서는 대조군, 뇌 염증 유발군, 뇌 염증 유발 후 수동적 운동으로 트레드밀을 운동을 시행한 군, 뇌 염증 유발 후 자발적 운동으로 휠 운동을 시행한 군, 이렇게 4개의 군으로 분류한 후에, 자발적 운동과 수동적 운동이 기억력 증가 및 학습능력을 검사하기 위한 행동검사, 장기강화에 미치는 영향을 확인하기 위한 전기생리학적 실험, 신경성장인자 발현에 미치는 영향을 조사하기 위한 RT-PCR과 웨스턴 블롯과 신경세포생성에 미치는 영향을 조사하기 위한 면역조직화학 염색법을 시행하였다.
현재 연구에서, 수동적 운동과 자발적 운동은 뇌 염증에 의해 감소된 기억력과 공간학습능력을 향상시켰으며, 뇌 염증에 의해 감소된 BDNF와 그의 리셉터인 Trk-B와 같은 신경성장인자를 RNA와 단백질 수준에서 강화시켰다. 또한 뇌 염증에 의해 강화된 세포증식을 유의하게 억제하였다. 마지막으로, 수동적 운동과 자발적 운동은 해마의 Mossy fiber-CA3에서에서 뇌 염증에 의해 억제된 장기강화 (LTP)를 강화시켰다. 이러한 결과들로부터, 수동적 운동과 자발적 운동은 뇌 염증에 의해 억제된 장기강화와 신경성장인자를 강화시키고, 비정상적으로 증가된 세포증식을 억제함으로써, 뇌 염증에 의해 저하된 기억력과 공간학습능력을 향상시켰다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Brain inflammation, resulted from activation of glial cells, has been reported to play a pivotal role in the pathogenesis of chronic neurodegenerative disorders, such as Alzheimer's disease and Parkinson’s disease. In the present study, we investigated the effects of both voluntary and forced exercises on memory and long-term potentiation (LTP) in lipopolysaccharide-induced brain inflammation model.
In the present study, we randomly divided into four groups: the sham-control group, brain inflammation-induced group, the brain inflammation-induced and treadmill exercise group, and the brain inflammation-induced and wheel exercise group. And then, we performed the behavior tests for measurement of memory function and spatial learning ability, electrophysiological experiment for measurement of LTP, RT-PCR and western-blot for measurement of BDNF and Trk-B, and immunohistochemistry for ascertainment of BrdU in hippocampus of rats.
In the present results, brain inflammation impaired memory function and spatial learning ability, suppressed the expression of BDNF and Trk-B in both mRNA and protein level, and induced excessive cell proliferation in the hippocampal dentate gyrus. Finally, brain inflammation inhibited induction of LTP in the hippocampal mossy fiber-CA3 region. On the other hand, both voluntary wheel exercise and forced treadmill exercise ameliorated the impairment of memory function and spatial learning ability, enhanced the expressions of BDNF and Trk-B in both mRNA and protein level, and suppressed the excessive cell proliferation induced by brain inflammation. In addition, both voluntary wheel exercise and forced treadmill exercise maintained LTP suppressed by brain inflammation. From these results, it can be suggested that both voluntary exercise and forced exercise improve memory function and spatial learning ability impaired by brain inflammation through enhancing expressions of BDNF and Trk-B, and LTP in the hippocampal mossy fiber-CA3 region, and suppressing the excessive cell proliferation in the hippocampal dentate gyrus.