[논문]단기간 절식 및 반복적 절식과 재식이에 따른 식욕조절호르몬과 아디포넥틴 활성의 변화

김기훈; 김현국

doi:10.4163/kjn.2012.45.1.5

단기간 절식 및 반복적 절식과 재식이에 따른 식욕조절호르몬과 아디포넥틴 활성의 변화
The Effect of Food Restriction on Appetite Regulating Hormones and Adiponectin Activity 원문보기

韓國營養學會誌 = The Korean journal of nutrition．, v.45 no.1, 2012년, pp.5 - 11

Abstract ▼ AI-Helper

We investigated the effects of short-term food restriction and repeated fasting and refeeding on appetite regulating hormones and adiponectin activity in rats. To investigate the acute and chronic effects of food restriction in vivo, Sprague-Dawley rats were divided into a control group (CON), a 1 day fasting group, a 2 days fasting gruop, a 3 days fasting gruop, a fasting and refeeding for 1 week gruoup and a fasting and refeeding for 2 weeks group. Blood glucose, triglyceride and total cholesterol decreased in all fasting groups compared to those in the CON group. Free fatty acid of all fasting groups was higher than those in the CON, and were lowest in the three cycle fasting and refeeding group. Blood insulin following short-term food restriction was lower than that in the CON. blood ghrelin increased significantly (p < 0.01) following the short-term food restriction, However, blood ghrelin in the repeated fasting and refeeding groups decreased significantly decreased (p < 0.01) compared to that in the CON and short-term food restriction group. In contrast, blood leptin decreased significantly (p < 0.01) in the short term food restriction group and the three cycle of fasting and refeeding group but increased in the six cycle of fasting and refeeding group. No significant differences in adiponectin contents were observed in the short-term food restriction group. But, adiponectin increased significantly (p < 0.01) following the fasting and refeeding cycles. Blood adiponectin and blood leptin levels were showed positively correlated ($r^2$ = 0.469) when all samples were analysed together.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한, FR1W와 FR2W의 경우 혈장 인슐린 농도가 다소 상승하였는데 이는 절식에 따른 글루코스 항상성 조절 피드백의 한 부분으로서 고갈된 포도당을 보충하기 위해 간 및 근육에서의 저장 글리코겐의 이용 증가와 더불어 지방조직에서의 에너지 동원율 증가가 유기적으로 이루어지고 있음을 의미한다. 그러나 본 연구에서는 간 및 근육조직에서의 글리코겐 농도나 지방조직에서의 지방합성 및 분해 효소를 직접적으로 측정하지 않았기 때문에 이들의 상호관련성을 명확히 단정지울 수는 없겠으나 본 연구진에 의해 수행되었던 선행연구에서 지방축적의 중요한 조절인자인 LPL (lipoprotein lipase)의 활성이 식사 제한 후 재식이를 할 때 에너지의 과잉 섭취로 인해 LPL 활성이 증가하게 되고 이러한 LPL의 활성으로 인해 지방대사에 관여하여 과잉의 에너지를 지방조직에 중성지방의 형태로 저장되는 과정에서 유리지방산의 농도가 일시적으로 상승되었던 것으로 볼 때 이러한 이론을 뒷받침한다 하겠다.^13-15)
실험은 크게 일시적 절식과 반복적 절식에 의한 두 가지 측면의 해당 요인들에 변화양상을 살펴보고자 하였다. 즉, 일시적 절식에 따른 변화를 살펴보기 위해 실험동물을 정상군 (control; CON, n = 7)을 포함하여 24시간 (fasting for 1 day; F1D, n = 7)과 48시간 (fasting for 2 days; F2D, n = 7) 그리고 72시간 동안 절식한 군 (fasting for 3 days; F3D, n = 7)으로 구분하였으며, 반복적 절식 및 재식이에 따른 변화를 살펴보기 위해서는 절식횟수에 따른 추이를 살펴보고자 1주일간 (절식 4 회)의 반복적으로 절식과 재식이를 통제한 군 (fasting & refeeding for 1 week; FR1W, n = 7)과 2주일간 (절식 8회)의 동일한 통제를 제안한 실험군 (fasting & refeeding for 2 weeks; FR2W, n = 7)으로 나누어 실험에 임하였다.
그러나 아직까지 이와 관련해서 진행된 선행연구들은 주로 식욕조절호르몬에 관한 단편적 연구에 그치고 있거나 지방대사 관련 아디포사이트들의 상호작용에 대한 연구들로 제한되어 있어 이들간의 상호연관성이나 유기적 작용에 대해 이해하기에는 어려움이 있다. 특히, 금식 혹은 절식 등의 식이제한 상태에서의 호르몬 변화와 관련된 대사기전에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이므로 본 연구에서는 단시간의 절식과 반복적 절식 및 재식 이에 따른 관련 요인들의 변화양상을 확인하고 이들 요인들간의 상관성을 알아보기 위하여 실험동물을 대상으로 혈액생화학적인 변화와 식욕조절 호르몬과 아디포넥틴과의 상호관련성을 살펴보고자 하였다.

제안 방법

혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 유리지방산의 분석은 효소법을 이용한 kit (Sigma Chemical Co, MO, USA)를 사용하였으며, 인슐린 농도는 ELISA 분석용 kit (Mercodia AB, Uppsala, Sweden)로 측정하였다. 또한 혈장 아디포넥틴은 adiponectin ELISA 분석용 kit (B-Bridge International, Inc. CA, USA)와 혈장 렙틴과 그렐린의 분석은 ELISA 분석용 kit (Phienix Pharmaceuticals, Inc. CA, USA)를 사용하여 분석하였다.
본 연구에서는 단시간의 절식과 반복적 절식 및 재식이에 따른 관련 요인들의 변화양상을 확인하고 상호간의 상관성을 알아보기 위하여 실험동물 (SD계 수컷 흰쥐)을 사용하여 정상대 조군 (CON), 24시간 절식군 (F1D), 48시간 절식군 (F2D), 72시간 절식군 (F3D), 절식 (4회) 및 재식이군 (FR1W) 그리고 절식 (8회) 및 재식이군 (FR2W)으로 각각 7마리씩 총 42마리로 혈액생화학적인 변화, 식욕조절 호르몬 및 아디포넥틴과의 상호관련성을 살펴보았다. 그 결과 다음과 같은 결론을 내렸다.
사육실 환경조건은 온도 23 ± 2℃, 상대습도 50 ± 10%, 소음 60 db 이하, 조명 200 Lux, 조명시간 12시간 명암주기 등의 환경 범위 내에서 실험하였다.
즉, FR1W군은 FR2W의 희생 1주일 전 절식과 재식이가 시작되었으며, F3D는 72시간 전, F2D군은 48시간 전 그리고 F1D군은 24시간 전에 절식하였다. 실험동물의 희생은 xylazine hydrochloride 10 mg/kg (Rumpun^Ⓡ, Bayer Korea, Korea)와 tiletamin/zolazepam 20 mg/kg (Zoletil^Ⓡ. Virbac Laboratories, Carros, France)을 복강내 병용 주사하여 마취한 다음 복대동맥에서 채혈하면서 희생시켰다. 채취된 혈액은 즉시 4℃에서 3,000 rpm으로 20분간 원심분리하여 혈장을 취해 분석 전까지 -80℃에 냉동보관하였다.
즉, 일시적 절식에 따른 변화를 살펴보기 위해 실험동물을 정상군 (control; CON, n = 7)을 포함하여 24시간 (fasting for 1 day; F1D, n = 7)과 48시간 (fasting for 2 days; F2D, n = 7) 그리고 72시간 동안 절식한 군 (fasting for 3 days; F3D, n = 7)으로 구분하였으며, 반복적 절식 및 재식이에 따른 변화를 살펴보기 위해서는 절식횟수에 따른 추이를 살펴보고자 1주일간 (절식 4 회)의 반복적으로 절식과 재식이를 통제한 군 (fasting & refeeding for 1 week; FR1W, n = 7)과 2주일간 (절식 8회)의 동일한 통제를 제안한 실험군 (fasting & refeeding for 2 weeks; FR2W, n = 7)으로 나누어 실험에 임하였다.

대상 데이터

본 연구의 실험동물로는 5주령의 체중 150~200 g 내외의 Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐 42마리를 사용하였다. 사육실 환경조건은 온도 23 ± 2℃, 상대습도 50 ± 10%, 소음 60 db 이하, 조명 200 Lux, 조명시간 12시간 명암주기 등의 환경 범위 내에서 실험하였다.

데이터처리

0을 이용하여 각 그룹별 측정항목의 결과에 대한 평균 및 표준편차를 산출하고, 실험결과의 유의성 분석을 위하여 일원변량분석 (one-way repeated ANOVA)을 실시하였다. 사후검정은 Turkey법을 사용하였으며, 통계학적 유의수준은 5%로 하였다.
통계처리는 SPSS 10.0을 이용하여 각 그룹별 측정항목의 결과에 대한 평균 및 표준편차를 산출하고, 실험결과의 유의성 분석을 위하여 일원변량분석 (one-way repeated ANOVA)을 실시하였다. 사후검정은 Turkey법을 사용하였으며, 통계학적 유의수준은 5%로 하였다.

이론/모형

채취된 혈액은 즉시 4℃에서 3,000 rpm으로 20분간 원심분리하여 혈장을 취해 분석 전까지 -80℃에 냉동보관하였다. 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 유리지방산의 분석은 효소법을 이용한 kit (Sigma Chemical Co, MO, USA)를 사용하였으며, 인슐린 농도는 ELISA 분석용 kit (Mercodia AB, Uppsala, Sweden)로 측정하였다. 또한 혈장 아디포넥틴은 adiponectin ELISA 분석용 kit (B-Bridge International, Inc.

성능/효과

1) 혈장 글루코스, 중성지방, 총 콜레스테롤 및 인슐린은 정상대조군에 비해 모든 절식군에서 낮게 나타났으며 F3D, FR1W, FR2W군에서는 통계적으로 유의하게 낮게 나타났다 (p＜0.05). 유리지방산 농도는 정상대조군에 비해 F1D, F2D, F3D군에서 유의하게 높게 나타났으며 (p＜0.
2) 식욕관련 호르몬에 대한 변화에서는 혈장 그렐린은 농도는 FR1W군과 FR2W군은 정상대조군을 비롯하여 다른 모든 군에 비해 통계적으로 유의하게 높게 나타났다 (p＜0). 혈장 랩틴의 농도는 정상대조군에 비해 다른 모든 군에서 통계적 으로 유의하게 낮게 (p＜0.
3) 혈장 아디포넥틴과 식욕조절 호르몬과의 상관관계 분석에서는 혈장 아디포넥틴과 랩틴과는 상호간 반비례관계를 나타내고 있지만 통계적 유의수준은 나타나지 않았다. 혈장 아디포넥틴과 그렐린의 상관관계는 통계적으로 유의성 있는 비례관계를 나타내었다 (p＜0.
그러나 반복적 절식 및 재식이군인 FR1W군과 FR2W군에서는 각각 18.42 ± 2.81 과 19.20 ± 5.24로 나타나 정상대조군과 단기간 절식군에 비해 모두 유의하게 증가한 것으로 나타났다 (p＜0.05)(Table 2).
이는 혈장 아디포넥틴이 증가할 경우 식욕조절 호르몬의 주요한 역할을 담당하는 렙틴과 그렐린 중 그렐린이 더욱 민감하게 아디포넥틴과 반응함을 보였다는 것을 의미한다. 따라서 단기간의 절식 및 1~2주간의 반복적 절식과 재식이과정에서 아디포사이토카인 중 아디포넥틴은 각각 식욕을 증진하고 억제하는 호르몬으로 잘 알려진 그렐린과 렙틴의 비례 및 반비례관계를 가지는 조절기전이 있음을 알 수 있었다.
또한 FR1W군에서는 32.84 ± 8.20로 나타나 정상대조군과 F1D군에 비해 유의하게 감소하였으며, FR2W에서도 24.02 ± 6.01로 나타나 정상대조군과 F1D군 그리고 F2D군에 비해서도 통계적으로 유의한 감소를 나타냈다 (p ＜ 0.05).
또한 FR2W군의 경우는 35.40 ± 8.58로 나타나 단기간 절식군들 (F1D, F2D, F3D)에 대해 서만 유의하게 높은 수치를 보였으며 (p＜0.05), 정상대조군과 FR1W군에 대해서는 통계학적 유의차가 없었다 (Table 1).
이는 Kraemer와 Castracane³²⁾의 연구에서 렙틴의 경우 절식군과 이후 재식이를 시행한 군에서 모두 정상대조군에 비해 유의한 감소를 나타냈으나, 아디포넥틴의 수준은 주령 및 절식여부와 관련하여 유의할 만한 차이를 발견하지 못하였다고 보고한 결과와 일치하며, 절식시 지방조직에서 렙틴과 아디포넥틴 mRNA의 발현이 모두 감소함에도 불구하고 혈장 렙틴과는 달리 혈장 아디포넥틴은 변화가 없었다는 보고³³⁾와도 유사한 결과이다. 또한 본 연구에서는 반복적 절식과 재식이군의 경우 혈장 렙틴이 정상대조군 보다 유의하게 감소하였고, 4회의 절식과 재식이를 시행한 FR1W군과 총 8회의 절식과 재식이를 반복한 FR2W군에서 절식과 재식이의 시행시간 경과에 비례하여 유의하게 높게 나타났다. 그러나 혈장 아디포넥틴은 이와 상반되게 FR1W군과 FR2W군에서 모두 정상대조군과 단기간 절식군들에 비해 유의하게 증가하였다.
또한, 1주일간의 반복적인 절식 (절식 4회)과 재식이군인 FR1W군과 2주일간의 반복적인 절식 (절식 8회)과 재식이군인 FR2W군에서도 각각 61.59 ± 8.34와 65.19 ± 9.91로 나타나 정상대조군에 비해 유의하게 감소양상을 보여주었다 (p＜0.01).
또한, FR1W군에서도 27.25 ± 7.56으로 나타나 정상대조군에 비해서는 현저히 낮은 수치를 나타내었으며 (p＜0.01), 단기간 절식군들에 대해서는 F2D군에 대해서만 통계학적 유의차를 보였다 (p＜0.05).
또한, FR2W군은 423.89 ± 40.02로 나타나 정상대조군과 FR1W군에 대해서만 유의하게 높게 나타났다 (p＜0.05).
본 실험에서 혈장 글루코스의 농도 (mg/dL)는 정상대조군에서 120.55 ± 14.71로 나타난 반면 단기간 절식군인 F1D군에서는 64.78 ± 8.17로 나타나 약 46%의 유의한 감소를 보여주었으며 F2D군과 F3D군에서도 각각 60.06 ± 3.75과 69.46 ± 10.27로 나타나 F1D군과 유사한 결과를 나타냈다 (p＜0.01).
본 연구에서 단기간 절식을 실시한 실험군의 경우 절식이 지속됨에 따라 혈장 렙틴은 현저하게 감소 (p＜0.01)하는 경향을 보인 반면, 그렐린의 농도는 절식 1일째에 정상대조군에 비해 증가하는 경향을 보였으며 2일째부터 통계학적으로 유의하게 증가되었다 (p＜0.05). 이는 절식과정을 통해 실험동물의 식욕이 증가하여 그렐린의 농도의 상승을 유발하고, 렙틴의 분비가 억제된 것으로 생각되어진다.
본 연구의 결과를 살펴보면 혈액생화학적 분석 중 혈당과 중성지방 그리고 인슐린의 농도는 단기간 절식을 통해 정상대조군 보다 유의하게 감소한다는 사실을 확인하였는데, 이는 식이 섭취의 중단이 지속됨에 따라 긴급에너지원인 혈당은 물론이고 지방 또한 생체기능의 유지에 필요한 에너지원으로 사용됨을 의미하는 것이다. 이는 절식으로 인한 혈당저하로 인해 에너지 고갈상황이 지속됨에 따라 지방조직에서 지방분해의 활성이 높아져 혈중 유리지방산의 농도가 상승된 결과로 추측할 수 있다.
05). 유리지방산 농도는 정상대조군에 비해 F1D, F2D, F3D군에서 유의하게 높게 나타났으며 (p＜0.05), FR1W의 경우 정상 대조군에 비해 증가하였으나 F1D, F2D, F3D군에 비해서는 감소한 것으로 나타났다. FR2W군은 정상대조군과 FR1W군에 대해서만 유의차 (p＜0.
05). 즉, 혈장 아디포넥틴이 증가 할수록 그렐린도 증가하는 것으로 나타났다 (Fig. 2).
한편, FR2W군의 경우에는 1.21 ± 0.22로 나타나 FR2W군에 비해 유의하게 증가하였으나 (p＜0.05), 정상대조군과 F1D군에 비해서 유의하게 낮게 나타났으며 F2D과 F3D군에 비해서는 유의하게 높게 나타났다 (p＜0.05).
한편, 혈장 아디포넥틴과 렙틴 및 그렐린과의 상관관계를 분석한 결과 혈장 아디포넥틴과 렙틴은 통계학적으로 유의한 차이나 상관성은 발견할 수 없었으나 다소의 반비례관계 (r² = 0.0464)가 있었고 그렐린의 경우 혈장 아디포넥틴과 통계적으로 유의한 비례관계 (r² = 0.5049)에 있었다. 이는 혈장 아디포넥틴이 증가할 경우 식욕조절 호르몬의 주요한 역할을 담당하는 렙틴과 그렐린 중 그렐린이 더욱 민감하게 아디포넥틴과 반응함을 보였다는 것을 의미한다.
혈장 그렐린의 농도 (μU/mL)는 정상대조군에서 3.49 ± 0.40로 나타난 반면, 단기적 절식군들이 F1D과 F2D군 그리고 F3D군에서 각각 4.44 ± 0.19와 4.83 ± 0.23 그리고 4.37 ± 0.40로 나타나 정상군에 비해 유의하게 증가하였으며 (p＜0.05), 반복적 절식 및 재식이군인 FR1W군과 FR2W군에서는 각각 9.37 ± 0.63과 7.50 ± 0.98로 나타나 정상군 및 단기적 절식군 (F1D 군, F2D군, F3D군)들에 비해 통계학적으로 유의한 증가를 보였다 (p＜0.01).
2) 식욕관련 호르몬에 대한 변화에서는 혈장 그렐린은 농도는 FR1W군과 FR2W군은 정상대조군을 비롯하여 다른 모든 군에 비해 통계적으로 유의하게 높게 나타났다 (p＜0). 혈장 랩틴의 농도는 정상대조군에 비해 다른 모든 군에서 통계적 으로 유의하게 낮게 (p＜0.05) 나타났으며, F2D, F3D, FR1W군은 F1D군과 비교에서 유의하게 낮게 나타났다 (p＜0.05). 혈장아디포넥틴의 변화에서는 정상대조군에서 F1D, F2D, F3D군과 유의차는 나타나지 않았으며, FR1W군과 FR2W군에서 정상대조군과 단기간 절식군에 대해서 모두 유의하게 높게 나타났다 (p＜0.
3) 혈장 아디포넥틴과 식욕조절 호르몬과의 상관관계 분석에서는 혈장 아디포넥틴과 랩틴과는 상호간 반비례관계를 나타내고 있지만 통계적 유의수준은 나타나지 않았다. 혈장 아디포넥틴과 그렐린의 상관관계는 통계적으로 유의성 있는 비례관계를 나타내었다 (p＜0.05).
혈장 인슐린의 농도 (μU/mL)는 정상대조군의 45.42 ± 12.25에 비해 F1D군, F2D군 그리고 F3D군에서 각각 22.73 ± 8.01, 15.77 ± 4.30 그리고 17.79 ± 2.16으로 나타나 현저한 감소를 나타내었다 (p＜0.01).
05). 혈장아디포넥틴의 변화에서는 정상대조군에서 F1D, F2D, F3D군과 유의차는 나타나지 않았으며, FR1W군과 FR2W군에서 정상대조군과 단기간 절식군에 대해서 모두 유의하게 높게 나타났다 (p＜0.05).

후속연구

결론적으로 식이량의 조절을 통한 체중감량프로그램에서 공통적으로 아디포넥틴의 변화가 중요한 매개변수가 될 수 있다는 사실을 확인할 수 있었으며, 보다 장기간에 걸친 섭취 열량 및 식이량의 변화에 따른 아디포넥틴의 변화양상에 대한 연구를 통하여 실험적 또는 임상적으로 아디포넥틴의 조절을 통한 체지방의 개선 및 체중조절의 기전을 규명할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지방세포에서 다양한 사이토카인의 분비가 인체에 미치는 영향은?	한편, 최근에 지방세포에서 다양한 사이토카인 (cytokine)들이 분비됨으로써 인슐린 저항성, 지질과 탄수화물의 대사, 면역기능, 염증반응, 혈관벽의 기능과 형태, 혈압유지 및 생식기능에 이르기까지 매우 다양한 기능을 수행하는 내분비기관의 역할을 한다는 사실들이 밝혀지게 되었다.7-9) 이처럼 지방세포에서 분비되는 다양한 사이토카인들을 아디포사이토카인 (adi-pocytokine)이라 명명하고 각각의 대사적 기능에 주목하고 있다.
	식욕조절 호르몬의 기전에 대해 설명하시오.	일반적으로 과도한 식욕은 무분별한 음식물 섭취로 이어져 결국 비만으로 이어지게 되는데 최근 들어 식욕을 통한 에너지 대사에 영향을 미치는 인자로 렙틴 (leptin)과 그렐린 (ghrelin)과 같은 식욕조절 호르몬에 대한 관심이 고조되고 있다. 현재 까지 밝혀진 이들 호르몬들의 식욕조절기전은 렙틴의 경우 지방세포에서 주로 생산되고 혈액으로 분비되는 호르몬으로 시상하부에서 작용하여 식욕을 촉진시키는 신경펩타이드인 neu-ropeptide Y (NPY)의 생성과 분비를 억제하여 음식물 섭취를 감소시키고 에너지 소모를 증가시켜 체지방량을 조절한다고 알려져 있으며, 그렐린은 위 점막세포에서 분비되어 음식섭취와 체내 영양분 상태에 대한 신호를 시상하부에 전달하는 역할을 하는 것으로 NPY와 Agouti related peptide (AgRP)의 생산을 증가시켜 식욕을 상승시킨다고 알려져 있다.5,6) 따라서 이러한 식욕조절 호르몬들의 생성과 분비율이 체내 체지방량과 높은 상관관계를 가지고 있다는 점에 주목할 필요가 있다.
	그렐린의 역할은 무엇인가?	일반적으로 과도한 식욕은 무분별한 음식물 섭취로 이어져 결국 비만으로 이어지게 되는데 최근 들어 식욕을 통한 에너지 대사에 영향을 미치는 인자로 렙틴 (leptin)과 그렐린 (ghrelin)과 같은 식욕조절 호르몬에 대한 관심이 고조되고 있다. 현재 까지 밝혀진 이들 호르몬들의 식욕조절기전은 렙틴의 경우 지방세포에서 주로 생산되고 혈액으로 분비되는 호르몬으로 시상하부에서 작용하여 식욕을 촉진시키는 신경펩타이드인 neu-ropeptide Y (NPY)의 생성과 분비를 억제하여 음식물 섭취를 감소시키고 에너지 소모를 증가시켜 체지방량을 조절한다고 알려져 있으며, 그렐린은 위 점막세포에서 분비되어 음식섭취와 체내 영양분 상태에 대한 신호를 시상하부에 전달하는 역할을 하는 것으로 NPY와 Agouti related peptide (AgRP)의 생산을 증가시켜 식욕을 상승시킨다고 알려져 있다.5,6) 따라서 이러한 식욕조절 호르몬들의 생성과 분비율이 체내 체지방량과 높은 상관관계를 가지고 있다는 점에 주목할 필요가 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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