지구성 운동이 STZ-당뇨 유발 쥐의 허혈/재 관류 손상 후 심근의 당대사 관련 표현형 단백질과 HSP-60 단백질 발현에 미치는 영향 The Effect of Exercise Training (EXE) on Myocardium Glucose Metabolic Phenotypic Proteins and HSP-60 Protein Expression after Ischemia/Reperfusion Injury in STZ-induced Rats원문보기
The objective of this study was to identify EXE (1 hr a day at 21 m/min for 5 day/wk, at 0 % grade for 6 wk) on myocardium glucose metabolic phenotypic proteins (AMPK-PGC-1${\alpha}$-GLUT-4) and HSP-60 protein expression after ischemia/reperfusion injury (IRI) in STZ-induced rats. EXE was...
The objective of this study was to identify EXE (1 hr a day at 21 m/min for 5 day/wk, at 0 % grade for 6 wk) on myocardium glucose metabolic phenotypic proteins (AMPK-PGC-1${\alpha}$-GLUT-4) and HSP-60 protein expression after ischemia/reperfusion injury (IRI) in STZ-induced rats. EXE was performed using STZ-induced diabetic rats on a rodent treadmill (28 m/min, 1 hr/day, 5 day/wk for 6 wk). The results of this study suggest that i) serum insulin level was not changed among groups (p>l0.05). ii) the LVDP level increased significantly in the STZ-EXE-IRI group compared to the STZ-IRI group at 60 min (p<0.01), 70 min (p<0.05) and 80 min (p<0.05) after reperfusion, respectively, and iii) AMPK phosphorylation (p<0.01), PGC-1${\alpha}$ protein (p<0.001), GLUT-4 protein (p<0.001) and HSP-60 protein expressions (p<0.05) increased significantly in the STZ-EXE-IRI group compared to the STZ-IRI group. In conclusion, the findings of the present study reveal that EXE may provide therapeutic value to insulin dependent diabetic patients with peripheral insulin resistance and myocardium injury by improving glucose metabolic proteins (AMPK-PGC-1${\alpha}$-GLUT-4) and heat shock protein-60 (HSP-60), along with increasing LVDP levels and decreasing glucose levels. Therefore, EXE protects the STZ-induced diabetic myocardium injury against ischemia/ reperfusion injury.
The objective of this study was to identify EXE (1 hr a day at 21 m/min for 5 day/wk, at 0 % grade for 6 wk) on myocardium glucose metabolic phenotypic proteins (AMPK-PGC-1${\alpha}$-GLUT-4) and HSP-60 protein expression after ischemia/reperfusion injury (IRI) in STZ-induced rats. EXE was performed using STZ-induced diabetic rats on a rodent treadmill (28 m/min, 1 hr/day, 5 day/wk for 6 wk). The results of this study suggest that i) serum insulin level was not changed among groups (p>l0.05). ii) the LVDP level increased significantly in the STZ-EXE-IRI group compared to the STZ-IRI group at 60 min (p<0.01), 70 min (p<0.05) and 80 min (p<0.05) after reperfusion, respectively, and iii) AMPK phosphorylation (p<0.01), PGC-1${\alpha}$ protein (p<0.001), GLUT-4 protein (p<0.001) and HSP-60 protein expressions (p<0.05) increased significantly in the STZ-EXE-IRI group compared to the STZ-IRI group. In conclusion, the findings of the present study reveal that EXE may provide therapeutic value to insulin dependent diabetic patients with peripheral insulin resistance and myocardium injury by improving glucose metabolic proteins (AMPK-PGC-1${\alpha}$-GLUT-4) and heat shock protein-60 (HSP-60), along with increasing LVDP levels and decreasing glucose levels. Therefore, EXE protects the STZ-induced diabetic myocardium injury against ischemia/ reperfusion injury.
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문제 정의
따라서 이 연구에서는 전 처치로서 지구성 운동이 당뇨 조건 하에서 허혈/재 관류 후 심근의 손상과 당대사 기능 저하를 개선시키는데 효과적인지를 규명하기 위해 STZ (streptozotocin)- 유도 당뇨 쥐를 활용하여 지구성 운동이 허혈/재 관류 상해 (Ischemic-reperfusion injury; IRI)후 심근의 생리적 기능 지표인 좌심실내압과 당 대사 관련 표현형 단백질(AMPK-PGC-1α -GLUT-4) 및 심근에서 특이적으로 발현되며 조직을 보호하는 단백질인 열충격 단백질(HSP-60)의 발현량을 분석하였다.
이러한 당뇨병에 대한 예방 혹은 처치 방법으로 신체활동이 관심을 받아온 이후로 여러 학자들이 당뇨성 심장질환 개선을 위한 방법으로 심장의 허혈성 전 처치(ischemic preconditioning)에 의한 심근보호 효과에 대해 관심을 갖고 연구들을 수행해왔으며 최근에는 지구성 운동이 전 처치로서 심근보호 효과를 발휘하는지를 검증하기 위해 많은 노력을 기울여 왔다. 따라서 이 연구에서도 당뇨실험모델동물을 대상으로 전 처치로서 지구성 운동이 당뇨 조건하에서 심근의 당 대사를 개선시키고 심장을 보호하는데 효과가 있는지를 검증하였다.
제안 방법
총 단백질량은 BSA (bovine serum albumin, 570 nm)를 이용하여 Bradford (1976)의 방법으로 정량하였다. 10% separa ting gel (3DW, 30% acrylamide: bisacrylamide, 1.5M tris pH 8.8, 10% SDS, TEMED, 10% ammonium persulfate)과 5% stacking gel (3DW, 30% acrylamide: bisacylamide, 1M tris pH 6.8, 10% SDS, TEMED, 10% ammonium persul fate)을 만들어 사용하였다. 원심분리(14,000 rpm, 10 min)한 상층액 과 5XSDS Sample loading buffer (60mM tris pH 6.
Methanol에 적신 PVDF membrane (Bio-rad, USA)과 Transfer buffer (190mM glycine, 50mM Tris-base, 0.05% SDS, 20% methanol)로 적신 3M paper (Whatman)를 차례로 겹쳐 Mini trans-blot cell (Bio-Rad, CA, USA)에 장치한 후 60 volt로 2시간을 전사하고 Membrane으로 증착이 끝나면 rocker platform 위에서 90분 동안 membrane을 3% skim milk 용액 (in TBS-T: 10 mM Tris-base, HCl-pH 7.6, 0.5 M NaCl, 0.05% Tween-20)으로 Blocking시켰다.
)을 투여하여 [35]의 방법에 따라 심장을 적출한 후 기관(trachea)에 도관 (cannula (PE 240))를 삽입하고 설치류 호흡계(rodent ventilator)를 활용해 인공 호흡시켜 in situ 상태에서 대동맥 cannula를 통한 역행성 관류 하에 Langendorff perfusion system 에 재빨리 매달았다. 그 후 좌심실 압 측정을 위해 압력 변압기 (pressure transducer, Power lab AD Ins, Australia)에 연결된 cannula transducer의 고무풍선에 생리식염수를 채우고 금속 cannula를 폐정맥을 통해 좌심실에 삽입시켜 좌심실 압력(left ventricular developed pressure)은 8-10 mmHg로 주고 생리적(고유의) 압력(physiological pressure (model, MLT 844, AD Ins))를 이용해 정압 관류(75～80 mmHg)하여 15분 이내 안정화되는 심장만을 사용하였다. 심장을 Langendorff perfusion system (Power lab AD Ins, Australia)에 고정하는 순간 부터 실험을 실시하는 전체 과정 동안 생리식염수가 담긴 원 형수조에 심장이 충분히 잠기게(약 1 cm)한 후 온도가 38±0.
당뇨 유발 확인은 STZ 주사 후 48시간∼ 72시간 사이 공복상태에서 꼬리 정맥으로부터 혈액을 채혈하여 혈당 수준이 300 ml/dl 이상인 흰쥐를 사용하였다.
이 후 1차 항체인 anti-AMPK α (#2532, Cell Signaling, USA), anti- Phospho- AMPK (#2531, Cell Signaling, USA), anti-PGC-1α (SC-13067, Santa Cruz, CA, USA), anti-GLUT-4 (#2299, Cell Signaling, USA), anti-HSP-60 (SC-13966, Santa Cruz, CA, USA), anti-GAPDH (SC-20357, Santa Cruz, CA, USA)를 1:1,000으로 bolcking (3% skim milk)용액으로 각각 희석시켜 12시간 동안 흔들어 준 다음 TBS-T 용액으로 10분씩 5차례 세척한 후 2차 항체 (horseradish peroxidase-conjugated goat anti-rabbit 65- 6120, ZYMED, CA, USA; horseradish peroxidase-conjugated rabbit anti-goat 81-1620, ZYMED, CA, USA)를 Blocking 용액으로 1:5,000으로 희석시켜 90분 동안 흔들어 주고 난 후 TBS-T 용액으로 10분씩 5차례 세척하였다. 마지막 단계로 WBLR 용액(Western Blotting Luminol Reagent SC-2048, Santa cruz Biotechnology, CA, USA)에 membrane을 넣고 1분간 발색하고 얻어진 membrane을 이미지 분석 시스템(Molecular Imager ChemiDoc XRS System, Bio-Rad, USA)을 이용하여 스캔한 후 Quantity 1-D Analysis Soft ware (Bio-Rad, USA)를 이용하여 단백질량을 산출하였다.
운동 프로그램은 [6]이 제시한 운동 프로그램을 본 실험에 맞게 수정하여 사용하였다. 먼저 트레드밀 사전 적응 훈련으로 설치류용 트레드밀(DJ2-242, Dual Treadmill-Dae-Jong machine, Korea)을 활용하여 분당 15 m 속도로 1일 10분간 5일간 트레드밀 런닝을 실시하였으며 본 운동 시 운동방법은 6주간, 주 5일, 1일, 60분 운동량으로 분당 25 m 속도로 10분, 분당 28 m 속도로 40분, 마지막 분당 20 m 속도로 10분간 실시하였다.
모든 실험동물들은 pentobarbital sodium (50 mg/kg)을 복강을 에 투여, 마취시킨 후 개복하여 좌심실에서 혈액 8 ml를 채혈한 후 혈청 분리 튜브로 옮겨 30분 정도 실온에서 방치한 후 원심분리(3,000 rpm, 15분, 4°C)하여 혈청을 분리하였다.
모든 실험처치를 끝낸 집단들의 심장을 액화질소로 동결시 킨 후 분석 시까지 -70°C의 초저온 냉동기(Bio-Freezer, Forma Scientific)에 보관한 후 western blot 분석을 위해 protein extraction solution (Cat No. 17081-iNtRON, Korea) 1 ml에 심장의 좌심실 조직을 균질화(homogenizer, Pyrex Corning, USA) 시킨 후 14,000 rpm으로 10분간 4°C에서 원심분리(Centrifuge 5417R- effendorf, Germany)하였다.
실험 6주 동안 동일한 사육 조건(온도 20±2°C, 습도 45%, 주간전등: 07:00-19:00, 야간소등: 19:00- 07:00)을 갖춘 H대학교 동물실에서 Guiding Principles for the Care and Use of Animal (1964)의 지침에 따라 케이지 당 2마리씩 넣어 사육하였으며 실험기간 동안 미국영양학회에서 발 표된 AIN-76A 실험동물용 식이방법에 따라 제조된 사료 (5057-Purina)를 제공하였고 식이량과 수분 섭취량은 제한 없이 공급하였다.
심장을 Langendorff perfusion system (Power lab AD Ins, Australia)에 고정하는 순간 부터 실험을 실시하는 전체 과정 동안 생리식염수가 담긴 원 형수조에 심장이 충분히 잠기게(약 1 cm)한 후 온도가 38±0.5°C로 철저히 유지되도록 하여 심장을 in vitro 상태에서 안정화시켜 정상적으로 심장의 기능을 발휘할 수 있도록 modified Krebs- Henseleit bicarbonate buffer (mM: NaCl, 110; KCl, 4.7; MgSO4, 1.2; KH2PO4, 1.2; NaHCO3, 25; CaCl2, 3.2; glucose, 11; Na-EDTA, 0.5)를 활용하며 실험을 진행하는 동안 O2 95%, CO2 5%의 혼합가스를 심장에 지속적으로 공급해 주어 pH를 7.4로 유지시켰다.
운동 프로그램은 [6]이 제시한 운동 프로그램을 본 실험에 맞게 수정하여 사용하였다. 먼저 트레드밀 사전 적응 훈련으로 설치류용 트레드밀(DJ2-242, Dual Treadmill-Dae-Jong machine, Korea)을 활용하여 분당 15 m 속도로 1일 10분간 5일간 트레드밀 런닝을 실시하였으며 본 운동 시 운동방법은 6주간, 주 5일, 1일, 60분 운동량으로 분당 25 m 속도로 10분, 분당 28 m 속도로 40분, 마지막 분당 20 m 속도로 10분간 실시하였다.
이 후 1차 항체인 anti-AMPK α (#2532, Cell Signaling, USA), anti- Phospho- AMPK (#2531, Cell Signaling, USA), anti-PGC-1α (SC-13067, Santa Cruz, CA, USA), anti-GLUT-4 (#2299, Cell Signaling, USA), anti-HSP-60 (SC-13966, Santa Cruz, CA, USA), anti-GAPDH (SC-20357, Santa Cruz, CA, USA)를 1:1,000으로 bolcking (3% skim milk)용액으로 각각 희석시켜 12시간 동안 흔들어 준 다음 TBS-T 용액으로 10분씩 5차례 세척한 후 2차 항체 (horseradish peroxidase-conjugated goat anti-rabbit 65- 6120, ZYMED, CA, USA; horseradish peroxidase-conjugated rabbit anti-goat 81-1620, ZYMED, CA, USA)를 Blocking 용액으로 1:5,000으로 희석시켜 90분 동안 흔들어 주고 난 후 TBS-T 용액으로 10분씩 5차례 세척하였다.
4로 유지시켰다. 이후 심박수, 정압(constant pressure), 관류량(flow rate, ml/min)이 안정화가 되었을 때 인위적인 허혈을 20분간 유도한 후 40분간 재 관류를 통하여 생리적 변인들을 측정하였다. 실험 프로토콜은 Fig.
실험 6주 동안 동일한 사육 조건(온도 20±2°C, 습도 45%, 주간전등: 07:00-19:00, 야간소등: 19:00- 07:00)을 갖춘 H대학교 동물실에서 Guiding Principles for the Care and Use of Animal (1964)의 지침에 따라 케이지 당 2마리씩 넣어 사육하였으며 실험기간 동안 미국영양학회에서 발 표된 AIN-76A 실험동물용 식이방법에 따라 제조된 사료 (5057-Purina)를 제공하였고 식이량과 수분 섭취량은 제한 없이 공급하였다. 집단은 당뇨 집단(STZ, n=8), 당뇨 허혈/재관류 상해집단(STZ-IRI, n=8)과 당뇨 운동전처치 허혈/재관류 상해집단(STZ-EXE-IRI, n=8)으로 무선 배정하여 구분하였다.
모든 실험동물들은 pentobarbital sodium (50 mg/kg)을 복강을 에 투여, 마취시킨 후 개복하여 좌심실에서 혈액 8 ml를 채혈한 후 혈청 분리 튜브로 옮겨 30분 정도 실온에서 방치한 후 원심분리(3,000 rpm, 15분, 4°C)하여 혈청을 분리하였다. 혈청 포도당은 생화학 분석기(EKTACHEM DT 60II, USA)를 이용하여 분석하였으며, 혈청 인슐린 농도는 enzyme immunoassay ELISA 분석용 kit (Mercodia AB, Uppsala, Sweden)을 이용하여 분석하였다.
환경 적응훈련 1주 중 본 실험에 들어가기 3일 전에 췌장의 β세포만을 특이적으로 파괴시키는 STZ (streptozotocin mixed anomers, SO130-SIGMA, USA)을 50 mg/kg을 10 mM citrate acid buffer (pH 4.5)에 녹인 후 복강에 1회 주사하여 당뇨를 유도하였다.
대상 데이터
이 연구에서 활용한 실험모델동물은 코아텍(KOATHCH) 실험동물센터에서 생산된 생후 6주령 된 Sprague- Dawley (SD)계 수컷 흰쥐(280±4.38 g)로 구입 후 1주간 환경적응 기간과 1주간 운동적응 훈련을 거친 후 본 운동으로 6주간 지구성 운동을 실시하였다.
데이터처리
생리적 변인인 좌심실내압은 집단(3)×시간(9) 반복측정에 의한 이원변량분석(repeated two way- ANOVA)을 실시하였으며 상호작용효과가 있을 경우 그 차이를 구체적으로 확인하기 위하여 SNK (Student Newman- Keuls)을 이용하여 사후검증을 하였다.
이 연구에서 얻어진 모든 결과는 SPSS/PC 11.0 통계 프로그램을 이용하여, 각 변인에 대한 기술 통계치(mean±SD)를 산출하였다.
혈청 포도당, 혈청 인슐린 수준, 당대사 관련 표현형 단백질(AMPK, PGC-1α, GLUT-4)과 HSP-60 단백질의 집단 간 차이를 확인하기 위해 일원변량분석(one way-ANOVA)을 실시하였다. 집단 간 유의한 차이가 있을 경우 LSD (least significant difference)를 이용하여 사후 검증을 실시하였다. 이때 가설 수락 기준은 α=0.
혈청 포도당, 혈청 인슐린 수준, 당대사 관련 표현형 단백질(AMPK, PGC-1α, GLUT-4)과 HSP-60 단백질의 집단 간 차이를 확인하기 위해 일원변량분석(one way-ANOVA)을 실시하였다.
이론/모형
총 단백질량은 BSA (bovine serum albumin, 570 nm)를 이용하여 Bradford (1976)의 방법으로 정량하였다. 10% separa ting gel (3DW, 30% acrylamide: bisacrylamide, 1.
성능/효과
6주간 지구성 운동에 따른 좌심실 압력(left ventricular developed pressure, LVDP)을 분석한 결과 집단 간과 기간 간에 상호작용 효과가 p<0.05 수준에서 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과, STZ-EXE-IRI은 STZ-IRI간과 각각 60분(p<0.01), 70분(p<0.05)과 80분(p<0.05)에서 차이가 있는 것으로 나타났다(Fig. 2).
Fig. 3A에서 보는 바와 같이, p-AMPK/AMPK 비율을 변량 분석한 p<0.05 수준에서 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과 STZ-EXE-IRI은 STZ과 STZ-IRI보다 p-AMPK/AMPK 비율이 더 높은 것으로 나타났으며 또한 STZ은 STZ-IRI보다 p-AMPK/AMPK 비율이 더 높은 것으로 나타났다.
Fig. 3B, C에서 보는 바와 같이, STZ-EXE-IRI의 심근 PGC-1 α와 GLUT-4 발현량은 STZ-IRI에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타나 앞서 제시된 운동에 의해 유발된 AMPK 증가는 PGC-1α 발현의 잠재적 조절자로서 작용하고 특히 AMPK와 PGC-1의 상호 신호전달 작용은 세포 내 당 수송체인 GLUT-4 를 발현을 증가시킨다고 한 Barger 등[3], Knuttih 등[21], Dohm [13], Lee 등[23]과 Sriwijitkamol 등[48]의 연구결과와 일치하는 것으로 나타났다.
Fig. 3B에서 보는 바와 같이, PGC-1α 단백질의 발현 량을 변량 분석한 결과 p<0.05 수준에서 집단 간에 차이가 있 는 것으로 나타나 사후 검증한 결과, STZ-EXE-IRI은 STZ과 STZ-IRI보다 PGC-1α 단백질의 발현량이 더 높은 것으로 나타났다.
Fig. 3C에서 보는 바와 같이, GLUT-4 단백질의 발현량을 변량 분석한 결과 p<0.05 수준에서 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과, STZ-EXEIRI은 STZ과 STZ-IRI보다 GLUT-4 단백질의 발현량이 더 높은 것으로 나타났으며 또한 STZ은 STZ-IRI보다 GLUT-4 단백질 의 발현량이 더 높은 것으로 나타났다.
Fig. 3D에서 보는 바와 같이, HSP-60 단백질의 발현량을 변량 분석한 결과 p<0.05 수 준에서 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과, STZ-EXE-IRI은 STZ과 STZ-IRI보다 HSP-60 단백질의 발현량이 더 높은 것으로 나타났다.
Fig. 3D에서 보는 바와 같이, 이 연구에서도 6주간 실험처치 후 집단별 허혈/재 관류 후 심근의 HSP-60 단백질 발현량을 분석한 결과 STZ-EXE-IRI의 경우, STZ-IRI에 비해 HSP-60 단백질 발현량이 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 전 처치로서 지구성 운동이 당뇨 조건 하에서도 허혈/재 관류로부터 발생되는 스트레스로 부터 심근 조직을 보호하는 데 긍정적인 효과가 있음을 의미하는 것으로 당뇨조건 하에서 심장의 허혈/재 관류로부터 발생되는 세포사멸을 억제시키는 것으로 보고한 Najemnikova 등[33], Chen 등[7]과 Powers 등 [40]의 연구와 일치하는 것으로 나타났다.
STZ-EXE-IRI and STZ had greater p-AMPK/AMPK ratio, PGC-1α, and GLUT-4 protein level in heart than STZ-IRI.
최근까지도 지구성 운동은 심근 조직의 산화적 능력과 대사적 효율성을 증가시키며 미토콘드리아 수와 양 뿐만 아니라 조직 및 세포의 대사적 기질 산화와 운반에 관련된 단백질들의 발현량을 증가시키고[5,50] 전 처치로서도 당뇨 조건에서 심근의 당 대사 기능과 심근 보호 기능을 향상시키는데 영향을 미친다고 보고되고 있다[2,39,47]. Table 1과 Fig. 1에서 보는 바와 같이, 이 연구에서도 전 처치로서 지구성 운동이 당뇨 조건에서 심근의 당 대사 기능과 심근 보호 기능을 향상시키는데 영향을 미치는가를 분석한 결과 STZ-EXE-IRI의 경우 현저하게 혈청 포도당 수준이 감소하였으며 심장의 생리적 지표인 좌심실내압도 허혈 처치 비교집단보다 현저하게 높은 것으 로 나타나 전 처치로서 지구성 운동수행이 심장의 생리적 기능을 향상시키고 당 대사를 개선시키는 효과적인 것으로 볼 수 있다.
Table 1에서 보는 바와 같이 전 처치로서 지구성 운동이 체중, 혈청 포도당과 인슐린 수준에 미치는 영향을 변량 분석한 결과, 체중은 집단 간에 p0.05 수준에서 차이가 없는 것으로 나타난 반면 혈청 포도당 수준을 변량 분석한 결과 집단 간에 각각 p<0.05 수준에서 차이가 있는 것으로 나타나 사후 검증한 결과 혈청 포도당 수준의 경우, STZ-EXE-IRI 은 STZ과 STZ-IRI보다 현저하게 감소(p<0.05)한 것으로 나타났다.
결론적으로 이 연구에서는 전 처치로서 지구성 운동수행이 당뇨 조건하에서 허혈/재 관류로 인한 심장기능의 저하를 개선시켰다는 결과를 좌심실내압 회복 정도를 통해 확인하였으며 또한 당뇨 조건하에서 허혈/재 관류로 인해 저하된 심근의 당 대사 기능이 향상되었다는 것을 혈청 포도당 감소와 함께 당 대사 관련 표현형 단백질(AMPK, PGC-1α, GLUT-4)의 발현량 증가를 통해 확인하였다.
그 결과 STZ-IRI의 경우 전형적인 당뇨의 특성인 고혈당 증세와 함께 심장의 생리적 지표인 좌심실내압이 현저하게 낮은 것으로 나타났으며 대부분 동물조직에 존재하며 에너지원-감지 효소(fuel-sensing enzyme)로서 심근과 골격근에서 지방산 산화와 포도당 흡수를 촉진시키는데 관여하는 AMPK, 대사적 조절인자로서 포도당과 지질 산화에 관여하는 PGC-1 α, 심근세포내로 포도당 운반 역할을 하는 포도당 수송체인 GLUT-4와 단백질 구조 변형을 억제하고 조직을 보호하는 단백질인 HSP-60 발현량이 허혈 처치 운동집단에 비해 현저하 게 낮은 것으로 나타났다.
또한 STZ은 STZ-IRI보다 PGC-1α 단백질의 발현량이 더 높은 것으로 나타났다.
특히, 전 처치로서 지구성 운동에 의해 유발된 AMPK가 PGC-1α 발현의 잠재적 조절자로서 작용하고 AMPK와 PGC-1의 상호작용은 세포내 당 수송체인 GLUT-4를 발현을 증가시킨다고 제시한 Barger 등[3], Dohm [13], Knuttih 등[21], Lee 등[23]과 Sriwijitkamol 등[48]의 결과 를 다시 확인하였다. 마지막으로 전 처치로서 지구성 운동이 HSP-60 단백질의 발현량 증가를 통해 당뇨 조건하에서도 허혈/재 관류로부터 발생되는 스트레스로부터 심근 조직을 보호한다는 것을 확인하였다.
후속연구
따라서 당뇨성 심근의 허혈 스트레스로 부터 전 처치로서 운동이 지닌 심근 보호 효과를 규명하기 위해서는 지구성 운동에 의한 심근의 다양한 열충격 단백질(HSP-60, HSP-72, HSP-90, HSF-1, GRP-75, 78)의 발현 양상과 DNA 손상정도 및 항산화 기능 변화에 대한 후속 연구가 이루어져야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구성 운동이 당뇨 조건에서 심근의 당 대사를 개선하고 심장을 보호하는 데 효과가 있는지를 검증한 결과는 무엇인가?
그 결과 STZ-IRI의 경우 전형적인 당뇨의 특성인 고혈당 증세와 함께 심장의 생리적 지표인 좌심실내압이 현저하게 낮은 것으로 나타났으며 대부분 동물조직에 존재하며 에너지원-감지 효소(fuel-sensing enzyme)로서 심근과 골격근에서 지방산 산화와 포도당 흡수를 촉진시키는데 관여하는 AMPK, 대사적 조절인자로서 포도당과 지질 산화에 관여하는 PGC-1 α, 심근세포내로 포도당 운반 역할을 하는 포도당 수송체인 GLUT-4와 단백질 구조 변형을 억제하고 조직을 보호하는 단백질인 HSP-60 발현량이 허혈 처치 운동집단에 비해 현저하 게 낮은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 당뇨 조건하에서 인슐린 결핍, 고혈당과 심장의 좌심실내압과 AMPK, PGC-1α, GLUT-4와 HSP-60 발현량 감소는 심장 기능이상, 심근의 포도당과 대사 이상뿐만 아니라 병리학적 심근비대를 유발시킨다고 제시한 Li 등[25], Sriwijitkamol 등[48], Chen 등[7], Garvey 등[15], Liao 등[27], Patti 등[36]과 Shan 등[45]의 결과와 일치 하는 것으로 나타났다.
허혈에 의한 심근의 손상은 어떤 것을 유도하는가?
심혈관질환들 중 관상동맥질환의 병리학적 증후는 허혈 (ischemia)에 의한 심근 손상으로 보고되고 있다[43]. 허혈에 의한 심근의 손상은 심장 기능의 저하로 인한 심근 세포 사멸을 유도하며[40] 특히 당뇨병성 심장은 허혈 손상에 가장 민감하게 반응하는 것으로 당뇨 질환 모델의 동물 실험을 통하여 보고되고 있다[11,42]. 이러한 당뇨 성 심장질환 개선을 위한 방법으로 심장의 허혈성 전 처치(ischemic preconditioning)에 의한 심근보호 효과에 대해 여러 학자들이 관심을 갖고 연구들을 수행해왔다.
당뇨병은 어떻게 당뇨환자의 사망률을 증가시키는가?
당뇨병은 산화적 스트레스로 인한 세포내 방어 시스템 손상을 초래하여 세포사멸을 가속화시켜 심근경색으로 인한 당뇨환자들의 사망률을 증가시킨다[2,11,42]. 특히, 당뇨병은 심근 세포내 단백질의 3차 구조를 유지시켜 세포손상을 최소화 하고 항상성 유지에 중요한 역할을 하는 분자 샤페론의 일종인 열충격 단백질(heat shock proteins)합성의 감소와 당대사 관련 단백질인 AMPK (AMP-activated protein kinase), PGC-1α (peroxisome proliferator activated receptor coactivator-1α)와 GLUT-4 (glucose transporter-4)의 발현량을 감소시켜 심근의 세포손상과 당 대사 저하를 유발시킨다[14, 19,25,27,36,41,48,49,51].
참고문헌 (52)
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