운동 강도에 따른 산화적 스트레스(ROS), NF-κB 발현과 장기간 트레드밀 운동이 ROS, NF-κB pathway, 면역 및 염증반응에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 운동 강도에 따른 ROS와 NF-κB 발현의 차이를 규명하고, 규칙적인 장기간 트레드밀 운동이 ROS, NF-κB pathway, 염증반응에 미치는 영향을 알아보는데 그 목적이 있다. 1,2차년도 실험에 참여한 피험자는 각각 15, 16명의 20대 성인남성들이었다. 1차년도 실험을 통해 운동강도에 따른 NF-κB의 활성기전을 규명한 결과 운동강도에 의존적으로 NF-κB가 활성화되는 것으로 나타났다. 결국 운동강도의 증가로 나타나는 산소섭취량의 증가는 산화적 스트레스를 강도 의존적으로 유발하고, 이어서 NF-κB 활성을 유도하는 것으로 보여진다. 여기에는 GPx와 SOD 항산화효소의 활성정도를 통해 강도의존적인 양상을 파악할 수 있었으며, 산화적 스트레스에 의해 초기 방어기전인 항산화효소 GPx와 SOD의 활성형태는 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 또한 운동강도에 따른 염증반응은 NF-κB 전사인자에 의해 그 발현이 조절되는 COX-2를 통해 알아본 결과 NF-κB의 DNA binding 경향과 유사하게 운동강도가 증가되면서 COX-2의 발현이 증가되는 것으로 나타났다. 이로써 운동강도의 차이에 따라 인체가 받는 스트레스는 강도 의존적으로 늘어나며, 세포내 NF-κB 상위기전 및 하위기전으로 그 영향이 미치는 것으로 보여진다. 2차년도 실험에서는 1차년도 실험을 바탕으로 NF-κB의 활성이 운동강도 의존적인 특성을 고려하여 일반적으로 적절한 운동강도로 알려진 60~70%의 강도의 운동을 16주간, 주 3회, 1회 400 kcal 정도의 운동을 실시한 후, NF-κB, 염증반응 및 면역기능을 분석한 결과 NF-κB의 DNA binding에는 통계적으로 유의한 차이를 관찰할 수 없었다. 이는 일시적인 자극의 연속으로 이루어지는 트레이닝의 경우, 운동상황 및 다양한 외부적 상황에 민감하게 반응할 수 있는 전사인자의 특성으로 생각되면, 특히 염증반응은 물론 면역기능, 세포사멸 등 다양한 세포내 이벤트에 관여하는 NF-κB 전사인자의 변화에 운동 트레이닝의 효과를 규명하기에는 제한요소가 많은 것으로 생각된다. 다만 NF-κB에 의해 조절되는 염증반응 인자인 COX-2는 16주간의 트레이닝에 의해 안정시는 물론 최대운동 직후에 유의한 수준으로 그 발현정도가 감소되는 것으로 나타나 트레이닝에 의한 염증반응의 대응 및 적응기전이 개선된 것으로 사료된다. 반면 면역기능에 있어서 16주간의 중강도 트레이닝의 효과는 관찰할 수 없었다. 결론적으로 운동강도의 증가에 따라 NF-κB와 COX-2는 강도 의존적으로 그 활성이 증가하였으며, 16주간의 중강도 트레이닝에 의해 NF-κB의 DNA binding과 면역세포인 T cell과 NK cell의 %변화에는 유의한 영향을 관찰하지 못했으나, 염증인자인 COX-2는 안정시는 물론 최대운동 직후에 유의하게 감소되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To determine whether the oxidative stress and NF-κB activation with different exercise intensity and the effect of long term treadmill exercise on NF-κB pathway, immune and inflammatory responses, GPx, SOD, COX-2, NF-κB, IKK, IκB, T cell, and NK cell were adopted as the main targets. . 1) Fifteen volunteers who participated in the exercise program were subject to four exercise intensities [40, 60, 80, and 100% of heart rate reserve (HRR)] on the treadmill as well as resting conditions. 2) Sixteen volunteers who participated in the long-term (16 weeks) exercise training on the treadmill. Isolated human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were collected during the resting state and immediately after exercise and subjected to the electrophoretic mobility gel shift assay and Western blot analysis. 1) As exercise intensity increased, both COX-2 expression and NF-κB DNA binding activity were enhanced. The expression of IκB kinase (IKK) and IκB were not significantly altered. However, exhaustive/vigorous exercise (100% HRR) could induce the phosphorylation of both IKK and IκB. In conclusion, a single bout exercise induced COX-2 expression and DNA binding activity of NF-κB which were dependent on exercise intensity in human PBMCs. 2) After training, COX-2 expression and NF-κB DNA binding were decreased in training group. However, training effects of T cell and NK cell were not shown in training group. Such reduction of NF-κB activation and subsequent COX-2 expression may confer adaptive survival response to rescue cells from oxidative stress. Therefore, intensity and/or duration of exercise can alter or correct undesired cellular functions caused by proinflammatory signal transmission mediated by inappropriately activated NF-κB.