해마 치상회에서 운동에 의해 생성되는 신경세포의 안정화 시기와 생존기간 및 인지기능 변화에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 해마 치상회에서 규칙적인 운동(수영, 트레드밀 운동)으로 생성되는 신경세포의 안정화 시기와 생성 수 및 생존․유지 기간은 어느 정도인지 그리고 이때의 인지기능에 어떠한 변화가 나타나는지에 대하여 살펴보고자 한다.
이를 위하여 본 연구는 성인 rats을 대상으로 8주간의 수영 및 트레드밀 운동을 실시하여 해마의 NGF 단백질 수준과 neurogenesis 및 이에 따른 인지기능 변화를 BrdU 주입 후 BrdU, NeuN 및 DCX 항체를 이용하여 time-point별(2일, 1주, 2주, 4주, 3개월, 6개월)로 살펴보고자 한다.
본 연구에 사용된 실험동물은 생후 24주령된 SD(Sprague-Dawley)계 흰쥐(수컷) 144마리를 대상으로 각 집단간 48마리씩 배정하여 3개 집단(통제집단: Control Group; COG, 수영운동집단: Swimming Exercise Group; SEG, 트레드밀 운동집단: Treadmill Exercise Group; TEG)으로 무선배정 하였다. 그 후 SEG와 TEG를 대상으로 수영과 트레드밀 운동을 주 5일, 8주간 실시하였다. 이와 동시에 해마의 세포 생성율을 살펴보기 위하여 Thymidine analog인 BrdU (5-bromo-2'-deoxyuridine-5'-mono- phosphate)를 50 mg/kg b.w.의 양으로, 복강에 주입하였다. 그 후 해마의 neurogenesis를 살펴보기 위하여 PBS로 고정하여 BrdU immunohistochemistry를 실시한 반면 단백질 수준을 위한 western blotting을 실시하였다. 그 결과 해마에서 NGF 단백질 수준은 2일, 1주, 2주 및 4주시점에서 집단간 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(각 시점별 p>.001). 즉 NGF 수준은 COG에 비해 SEG와 TEG에서 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 특히 2일, 2주 그리고 4주시점에서 SEG가 유의하게 증가한 반면 1주시점에서는 SEG와 TEG간에는 유의한 차이가 없었다.
또한 해마에서 BrdU-labeled cells의 변화를 time-point별로 살펴본 결과 BrdU-positive cells은 모든 시점에서 집단간 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(6개월: p>.05; 2일, 2주, 4주 및 3개월: p>.01; 1주: p>.001). 특히 1주와 4주시점에서 SEG의 BrdU-positive cells 수가 유의하게 증가한 반면 나머지 시점에서는 SEG와 TEG간에는 유의한 차이가 없었다. DCX-positive cells은 4주를 제외한 모든 시점에서 집단간 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(6개월: p>.05; 2일: p>.01; 1주, 2주, 3개월: p>.001). 특히 3개월 시점에서 SEG의 DCX-positive cells 수가 유의하게 증가한 반면 나머지 시점에서는 SEG와 TEG간에는 유의한 차이가 없었다. NeuN-positive cells은 모든 시점에서 집단간 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(2주: p>.01; 2일, 1주, 4주, 3개월 및 6개월: p>.001). 특히 모든 시점에서 SEG의 NeuN-positive cells 수가 유의하게 증가한 것으로 나타났다.
한편 인지기능은 모든 시점에서 집단간 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
결론적으로 성인 rats을 대상으로 8주간 규칙적인 운동, 특히 수영 운동은 해마의 NGF 수준을 증가시키고 신경세포의 생성 수 및 생존․유지기간을 향상시켜 neurogenesis를 촉진시키는 것으로 밝혀졌다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We investigated the effects of swimming and treadmill exercise on the level of nerve growth factor (NGF) protein and neurogenesis in the hippocampus, and cognitive function of adult rats over a period of 8 weeks. We divided 144 male Sprague-Dawley rats into 3 groups: (1) a control group (COG; total n = 48, n = 8 for each time-point), (2) a swimming exercise group (SEG; total n = 48; n = 8 for each time-point), and (3) a treadmill exercise group (TEG; total n = 48, n = 8 for each time-point). The SEG and TEG were made to perform their respective exercisetype for 5 days per week over a period of 8 weeks. The level of NGF on the second day, and after the first, second, and fourth week increased significantly in the SEG and TEG, compared to the COG (p < 0.001 for each time-point). Specifically, a significant increase was observed in the SEG at the 2-day, 2-week, and 4-week time-points. A significant difference in the number of BrdU-positive cells was found between groups at all time-points (6 months: p < 0.05; 2 days, 2 weeks, 4 weeks, and 3 months: p < 0.01; 1 week: p < 0.001). Specifically, a significant increase was observed in the SEG at the 1-week and 4-week time-points. The number of NeuN-positive cells in the SEG increased significantly at all time-points (2 weeks: p < 0.01; 2 days, 1 week, 4 weeks, 3 months, and 6 months: p < 0.001). The number of DCX-positive cells between groups was also significantly different at all time-points, except for the fourth week, (6 months: p < 0.05; 2 days: p < 0.01; 1 week, 2 weeks, 3 months: p < 0.001). Specifically, a significant increase was observed in the SEG at the 3-month time-point. These results show that regular exercise in adult rats increased the level of NGF in the hippocampus, increased the number of newly proliferated nerve cells, and extended the period of neuron survival and maintenance, thereby stimulating neurogenesis. Furthermore, this phenomenon was more apparent when the exercise form was swimming.