[논문]고지방식이가 쥐의 Type-I 근육손실에 미치는 영향

백경완; 차희재; 박정준

doi:10.5352/jls.2013.23.12.1509

초록
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'지질독성'이라는 용어는 근육과 같은 지방세포가 아닌 조직에서 여분의 지질 축적이 어떻게 세포의 기능저하와 괴사를 유도하는지를 설명하는데 사용되어 왔다. 고지방을 투여한 근세포 배양에서 지질독성이 확인된 바는 있지만, 생체 내 시험에서, 특히 지질독성에 의해 대사적으로 영향을 받는 Type-I 근육에서 이러한 결과가 확인된 바는 없다. 이 연구의 목적은 고지방식이가 쥐의 Type-I 근육의 형태학적 변화와 세포사멸 단백질 발현에 어떠한 영향을 미치는지를 밝히는 것이다. 이를 위해 6주간 고지방식이와 일반식이를 섭취한 쥐의 Type-I 근육 내 지질축적, 염증반응, 핵 침윤현상, cleaved PARP 단백질 발현을 각각 Oil Red O staining, H & E staining, Western blot 을 이용하여 비교 분석하였다. 6주 후 고지방식이 집단에서 지질축적, 염증반응, 핵 침윤현상, cleaved PARP 단백질 발현이 일반식이 집단에서 유의하게 증가하였다. Type-I 근육량은 일반식이 집단에 비해서 고지방식이 집단에서 낮은 경향을 보였으나 통계적으로 유의하지는 않았다. 이러한 결과는 고지방 식이가 지질독성에 의해 Type-I 근육의 세포괴사를 유도한다는 것을 의미하며, 이는 고지방 섭취가 직접적으로 근 감소증과 관련이 있음을 시사한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The term lipotoxicity has been used to describe how excess lipid accumulation leads to cellular dysfunction and death in non-adipose tissues, including skeletal muscle. While lipotoxicity has been found in cultured skeletal muscle cells with high-fat feeding, the consequences of lipotoxicity in vivo...

The term lipotoxicity has been used to describe how excess lipid accumulation leads to cellular dysfunction and death in non-adipose tissues, including skeletal muscle. While lipotoxicity has been found in cultured skeletal muscle cells with high-fat feeding, the consequences of lipotoxicity in vivo are still unknown, particularly in Type-I muscle, which is metabolically affected by lipotoxicity. The aim of this study was to investigate the effects of a high-fat diet on changes in the morphology and apoptotic protein expression of Type-I muscle loss in rats. The rats were fed either a high-fat diet or a normal diet for six weeks, and then lipid accumulation, inflammation response, and nucleus infiltration were measured, and PARP protein expression was cleaved by Oil Red O staining, H & E staining, and Western blot, respectively. Lipid accumulation, inflammation response, nucleus infiltration, and cleaved PARP protein expression were significantly (p<0.05) higher in the high-fat diet group than they were in the normal diet group. The weight of Type-I muscle tended to be lower in the high-fat diet group compared to the normal diet group, but the difference was not statistically significant. These results indicate that a high-fat diet triggers cell death in Type-I muscle via lipotoxicity, which suggests that a high-fat diet may be associated with sarcopenia.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 고지방식이가 쥐의 Type I 근섬유의 지질 축적과 그에 따른 근 조직의 형태학적 변화, 그리고 세포사멸에 미치는 영향에 대해서 알아보고자 한다.

제안 방법

세포사멸을 관찰하기 위하여 Western blot을 통하여 세포사멸이 증가되었다는 것을 나타내는 지표인 cleaved PARP 단백질의 발현량을 측정하여 어떠한 변화가 나타났는지 알아보고자 하였다.
실험동물은 체중 35~75 g 범위 내에 있는 Sprague-Dawley종 수컷 14마리를 ㈜대한바이오링크(충청도, 한국)에서 분양받아 부산대학교 동물실험실에서 사육하였다. 실험식이 시작 전 일반배합사료(Purina Co., Seoul, Korea)로 예비 사육한 후 평균체중이 유사하도록 무선배정방식(randomized complete block design)에 의해 일반식이군(ND group) 7마리와 고지방식이군(HFD group) 7마리로 나눈 후 Table 1과 같이 6주간 사육하였다. 실험기간 중 식이는 4℃에서 보관하였으며, 매일 일정 시간에 공급하여 자유로이 섭취하게 하였다.

대상 데이터

고지방 식이에 의한 근 조직 내 지질축적을 알아보기 위해 본 연구의 조직은 Type-I 근육인 가자미근 조직을 사용하였다. 현재까지 비만과 관련된 근육에 관한 연구는 대부분 속근인 Type-II 근섬유를 이용하여 이루어져왔다.
실험동물은 체중 35~75 g 범위 내에 있는 Sprague-Dawley종 수컷 14마리를 ㈜대한바이오링크(충청도, 한국)에서 분양받아 부산대학교 동물실험실에서 사육하였다. 실험식이 시작 전 일반배합사료(Purina Co.

데이터처리

0 통계 package를 이용하였다. 그룹 간의 항목별 차이를 비교하기 위해 일원분산분석(One-way ANOVA)를 실시하였으며, 사후검정은 Duncan test를 실시하였다. 각 항목별 통계적 유의 수준은 α=0.

이론/모형

세포사멸이 얼마나 일어났는지 알아보기 위하여 쥐의 가자미근에서 단백질을 추출하여 cleaved PARP (poly-ADP-ribose polymerase)를 측정하였으며 이를 위하여 western blot을 실시하였다.

성능/효과

실험기간 동안 고지방식이군은 일반식이군에 비해 총 체중 증가량, 주당 평균 체중 증가량, 주당 평균 체중 증가량이 유의하게 높았다. 그리고 주당 섭취한 식이량은 고지방식이군이 유의하게 낮았으나, 식이효율은 고지방식이군이 일반식이군에 비해 유의하게 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 연구에서 사용된 고지방식이가 지방함량이 45%로 정상적인 식이에 비하여 높기 때문에 정상식이와 같은 양을 섭취하더라도 열량이 높고, 과도한 지방의 섭취는 체중의 증가와 함께 중성지방의 형태로 지방조직에 과잉 축적되어 비만을 초래되었음을 의미한다[3, 9].
이러한 이유로 노화과정 중에서 섬유 들의 위축(atrophy) 정도가 비교적 크고, 동시에 산화능력 감소 역시 큰 것으로 알려진 Type II 섬유와는 기질적으로 차이를 나타내는 Type I 섬유 조직인 쥐의 가자미근이 지방 축적에 따른 세포사멸과 근 감소의 변화를 알아보는데 더욱 적합할 수 있다[10]. 따라서, 본 연구에서는 비만에 의한 가자미근 세포 내 지질의 축적이 근육의 세포사멸을 통하여 근 감소가 일어나는가를 알아보았다. 그러나 비만유도 후 고지방식이군 (0.
이러한 결과는 고지방식이로 인하여 비만이 유도되었으며, 이에 따라 근세포 내의 지질함량 또한 증가하여 가자미근 조직 내의 지질축적이 일어났음을 의미한다.
06 mg/g)에 비해서 다소 낮게 나타났지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 이러한 결과는 고지방식이에 의해 체중이 증가하고 비만이 유발되어 지방조직이 증가된다 할지라도 근육조직의 감소와 같은 극적인 상황까지는 일어나지 않는다는 것을 의미한다. 그러나 본 연구에서 고지방식이에 의한 가자미근세포 내 지질축적과 근육의 세포사멸 기전의 활성화가 확인되었기 때문에 비만의 정도가 심하고 비만이 장기화 된다면 근 감소가 일어날 수 있는 가능성은 여전히 존재한다고 생각한다.
이와 같이 염증반응과 핵의 침윤현상 모두 고지방식이군이 일반식이군에 비하여 높게 나타났다는 사실은 고지방식이로 인해 세포사멸과 관련된 염증반응과 핵의 침윤현상이 증가되어 세포사멸이 증가 되었다는 것을 보여준다. 이러한 염증반응의 증가는 고지방식이가 근육조직에서 염증반응을 유도한다는 사실을 의미하며, 핵의 침윤 현상의 증가는 비만에 의하여 근세포에서 세포사멸 또는 세포의 괴사가 활발하게 일어나 이를 처리하기 위하여 동시에 증가된 것으로 사료된다.
이와 같이 염증반응과 핵의 침윤현상 모두 고지방식이군이 일반식이군에 비하여 높게 나타났다는 사실은 고지방식이로 인해 세포사멸과 관련된 염증반응과 핵의 침윤현상이 증가되어 세포사멸이 증가 되었다는 것을 보여준다. 이러한 염증반응의 증가는 고지방식이가 근육조직에서 염증반응을 유도한다는 사실을 의미하며, 핵의 침윤 현상의 증가는 비만에 의하여 근세포에서 세포사멸 또는 세포의 괴사가 활발하게 일어나 이를 처리하기 위하여 동시에 증가된 것으로 사료된다.

후속연구

그러나 본 연구에서 고지방식이에 의한 가자미근세포 내 지질축적과 근육의 세포사멸 기전의 활성화가 확인되었기 때문에 비만의 정도가 심하고 비만이 장기화 된다면 근 감소가 일어날 수 있는 가능성은 여전히 존재한다고 생각한다. 이와 관련하여 지속적인 고지방식이에 따른 근 섬유 특이적 근 감소뿐만 아니라 근 기능 변화에 대한 추가적인 연구가 진행 중에 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	근 감소증(Sarcopenia)이란 무엇인가?	근 감소증(Sarcopenia)은 원래 나이가 들어감에 따라 근육량이 감소하는 현상으로 여겨져 왔으나[11], 근래에는 근육량 감소뿐만 아니라 근력과 근 기능 감소까지 모두 내포하는 것으로 정의되고 있다[2]. 이에 대한 기전(mechanism)으로는 노화, 동화 호르몬 감소, 염증성 사이토카인 증가, 단백질 합성과 분해 조절 장애, 근 신경 퇴화 증가, 부적절한 영양섭취, 운동부족 등이 알려져 있다[2].
	고지방식이에 의한 근육 세포 내 중성지방 함량은 근섬유 타입에 의해 어떻게 변하는가?	이는 아마도 노화가 근 감소증의 주요 원인으로 알려져 있고 이로 인한 근력 감소가 Type II 근섬유에서 가장 두드러지게 나타나기 때문일 것이다. 그러나 최근의 동물실험결과에 의하면 고지방식이에 의한 근육 세포 내 중성지방(intramyocellular triacylglycerol) 함량이 Type I 근섬유에서는 증가하였으나 Type II 근섬유에서는 변화가 없는 것으로 나타났다[5]. 이러한 연구결과는 지질독성에 의한 근 감소 현상은 Type I 근섬유에서도 일어날 수 있다는 가능성을 시사한다.
	과다한 지방이 근육 조직 내로 유입되어 중성지방 및 산화되지 않은 지방산 대사산물인 long chain fatty acyl CoA (LCAC)가 근육 내에 축적되면 어떤 증상을 보이는가?	과다한 지방이 근육 조직 내로 유입되면 중성지방 및 산화되지 않은 지방산 대사산물인 long chain fatty acyl CoA (LCAC)가 근육 내에 축적된다[7]. 이는 세포 내 활성산소 (oxygen free radical)의 증가와 신호 전달 체계의 이상을 가져와 근 기능을 저해시킨다[1]. In vitro 실험에서 과다한 지방 공급은 근 세포의 세포사멸(apoptosis)을 증가시키는 것으로 확인되었다[13].

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