[논문]생체 내 양성자 자기공명분광법을 이용한 지방간 쥐에서 간 지질 변화

김주연; 백현만

doi:10.7742/jksr.2018.12.5.623

생체 내 양성자 자기공명분광법을 이용한 지방간 쥐에서 간 지질 변화
Hepatic Lipid Changes in Fatty Liver Rat Model by In Vivo Short-TE 1H-MRS 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.12 no.5, 2018년, pp.623 - 630

김주연 (충북대학교 의공학과) , 백현만 (가천대학교 융합의과대학.이길여 암당뇨연구원 분자의학과)

초록
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비알코올성 지방간 질환은 만성 간질환의 가장 흔한 원인이다. 이 연구의 목적은 비알코올성 지방간 질환 동물모델을 확립하고 생체 내 짧은 양성자 자기공명분광법을 이용하여 비침습적으로 간의 대사물질과 지질의 변화를 정량 분석하고자 하였다. 각 실험은 고지방식 먹이를 먹고 나서 0주를 기준선으로 하고, 2, 4, 6, 8주에 쥐의 간 실질 조직으로부터 측정되었다. 0주를 기준선으로 하고 2주와 비교했을 때 0.9, 1.3, 2.3, 2.8 및 5.3 ppm 에서 유의미하게 증가하였다(p<0.01). 따라서 양성자 자기공명분광법은 고지방식 먹이를 먹고 2주 후부터 다양한 쥐의 간 지질 변화를 검출하고 특성화하는데 유용할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Non-alcoholic fatty liver disease is the most common cause of chronic liver diseases. This study was to characterize early hepatic lipid changes in fatty liver rat model by in vivo short-echo time(TE) $^1H$-MRS(Proton - Magnetic Resonance Spectroscopy). Each the examinations were measured from liver parenchyma in rats at 0, 2, 4, 6, 8 weeks followed by high fat diet, respectively. Significant increase in lipid signals. 0.9, 1.3, 2.3, 2.8, and 5.3 ppm was found in animals with 2 weeks(p<0.01). Therefore, $^1H$-MRS is useful in detecting and characterizing various hepatic lipid alterations as early as 2 weeks for the start high fat diet.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. 3T MR imaging showing volume of interest (a) and In vivo ¹H-MRS spectra of the rat liver parenchyma processed using LCModel with basis sets (b, at week and 2 weeks (insert)).
그림 Fig. 2. Chemical groups of a triglyceride molecule (a) and In vivo 1H-MRS spectra aligned by chemical shift (0, 2, 4, 6, 8 weeks) (b) Key: L1, lipid CH3CH2 (methyl); L2, lipid (CH2)n (methylene); L3, lipid CH2CH2CO (methylene to L5); L4, lipid CH=CHCH2CH2 (allylic); L5, lipid CH2CH2CO (a-methylene to carboxyl); L6, lipidCH=CHCH2CH=CH (diallylic- "PUFA");
표 Table 1. Peak area ratio of various metabolite name in proton magnetic resonance spectroscopy (¹H-MRS)
표 Table 2. Fatty acid ratios and resonant frequency (ppm) in proton magnetic resonance spectroscopy (¹H-MRS).
그림 Fig. 3. (a) Lip09, (b) Lip13, (c) Lip21, (d) Lip23, (e) Lip28, (f) Lip53 in 0 to 8 weeks after high fat diet. Data shows mean SD for each group using a two tailed t-test with significance threshold of **p<0.01.
그림 Fig. 4. (a) Total lipid, (b) Choline-containing compound, (c) Total saturated fatty acid, (d) Total unsaturated fatty acid, (e) Polyunsaturated bond, (f) Total unsaturated bond quantified in 0 to 8 weeks after high fat diet. Data shows mean SD for each group using a two tailed t-test with significance threshold of **p<0.01.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 양성자 자기공명분광법에서 지방간 질환의 간지질 이상을 감지하는데 사용될 수 있음을 증명했다. 양성자 자기공명분광법은 지방간 여부를 주관적으로 판단하는 초음파 검사와 달리 객관적 수치로 내장지방 면적과 간지방 침윤 정도를 비침습적으로 여러 번 측정할 수 있어 정확하고 정량적으로 측정하여 지방간을 진단할 수 있고, 진단 후 건강 상태 개선 여부를 추적 관찰하는데 유용하다.
본 연구에서는 양성자 자기공명분광법을 통하여 고지방 먹이를 먹고 2주 후부터 쥐의 간 실질 조직에서의 지질 신호가 증가하는 것을 알 수 있었으므로 간 질환 모델에 대한 정량을 평가하여 광범위한 범위 내에서 대사물질의 농도 변화를 분석하여 간질환에 대해 검증하는 데 있어서 새로운 치료 약물을 개발하고 새로운 치료 방법을 제시할 수 있을 것이다.
본 연구의 목적은 비알코올성 지방간 질환 동물 모델을 확립하고 임상용 3T 자기공명영상시스템을 이용하여 생체 내 짧은 양성자 자기공명분광법을 이용하여 비침습적으로 간의 대사물질과 지질의 변화를 정량 분석하고자 하였다.

제안 방법

Fig. 2는 전형적인 트리글리세리드 분자의 화학적 구조(a)와 고지방식 먹이를 먹고 0, 2, 4, 6, 8주에서 쥐의 간 실질 조직에서 양성자 자기공명분광법을 화학적 이동에 의해 정렬했다(b).^[8,10] 비알코올성 지방간을 가진 다양한 지질 피크에서 상당한 증가를 보였다는 것이 일관되게 관찰되었다.
각 지질 대사산물들은 고지방식 먹이를 먹이기전 0주를 기준선으로 하고 2, 4, 6, 8주령별로 비교하여 대사물질의 농도 값을 측정하여 퍼센트(%) 를 구했다. 피크 아래에 있는 지질 대사산물들은 Table 1과 같이 측정되었다.
고지방식 이전(0주)과 이후(2, 4, 6, 8주)에서 정량된 지방산들의 차이를 보기 위해서 SPSS 버전 21 소프트웨어 패키지(SPSS, Chicago, IL, USA)를 사용하여 분석하였다. Student’s t-test를 수행하였으며, 통계적 유의 수준은 p<0.
선형적 결합(Linear Combination) 모델 피팅은 실험적인 기저계(Basis set)를 사용하였다. 먼저 미가공된 데이터(Raw data) 를 불러온 다음 기저계를 통해 곡선 맞춤(Curve fitting)을 하였다. 지질 대사산물 정량화 데이터의 10% 미만의 표준 편차(%SD)가 허용되었다.
^[12]동물실 온도는 12시간마다 밤낮으로 22°C로 유지 되었다. 실험은 고지방식 먹이를 먹이기 전 0주를 기준선으로 하고 2, 4, 6, 8주에서 쥐의 간 실질 조직을 촬영했다. 쥐는 일반적인 흡입 마취절차에 의해 마취하였고(Isofluorane 1.
이러한 각 지질 대사산물들을 수학적 공식을 이용해 지방산 성분들을 구하여 고지방식 먹이를 먹이기 전 0주를 기준선으로 하고 2, 4, 6, 8주령별로 비교하여 대사물질의 농도 값을 측정하여 퍼센트 (%) 를 구했다. 지방산 성분들은 Table 2과 같이 측정되었다:^[14]전체 지질(Total lipid), 전체 포화 지방산(Total saturated fatty acid), 전체 불포화 지방산 (Total unsaturated fatty acid), 전체 불포화 혼합물 (Total unsaturated bond), 다중 불포화 혼합물 (Polyunsaturated bond), 콜린(Choline-containing compound).
자기공명영상으로 T2-weighted fast spin echo를 사용하여 횡단면, 시상면, 관상면(FOV 60 mm× 60 mm, slice thickness = 1.5 mm)으로 총 세 단면의 축 방향으로 얻었다.

대상 데이터

12마리의 6주 된 수컷 Sparague-Dawley rat(Weight, 200±20 gram)에게 60% 지방, 20% 단백질, 20% 탄수화물이 포함된 60% 고지방식 먹이를 주었다.
양성자 자기공명분광법은 Point-resolved spectroscopy(PRESS) 시퀀스를 사용하였다.^[12] 파라미터는 TR/TE = 2500 / 35 ms를 사용하였고, NEX = 64로 총 스캔 시간 10분을 사용하여 데이터를 획득했다. Voxel size는 8×8×8 mm³로 최대한 큰 혈관을 피하여 균일한 간 실질 조직에 위치했다.
본 연구는 한국기초과학지원연구원의 3T MRI 장비분석 지원 서비스를 이용해 수행되었다.
유용한 신뢰성 지표로써 %SD라 불리던 CramérRao 하한은 오류 추정을 위해 사용되었다.

데이터처리

Student’s t-test를 수행하였으며, 통계적 유의 수준은 p<0.05 이었다.
결과는 평균±표준 편차로 나타내었다.

이론/모형

5 mm)으로 총 세 단면의 축 방향으로 얻었다. 양성자 자기공명분광법은 Point-resolved spectroscopy(PRESS) 시퀀스를 사용하였다.^[12] 파라미터는 TR/TE = 2500 / 35 ms를 사용하였고, NEX = 64로 총 스캔 시간 10분을 사용하여 데이터를 획득했다.
자기공명영상과 양성자 자기공명분광법은 3.0 Tesla MRI scanner(e.g., Philips Achieva TX System, Netherlands)와 4-channel receive-only array animal coil (CG-MUC18-H300-AP, Shanghai Chenguang Medical Technologies Co., Ltd., China)을 사용하였다. 자기공명영상으로 T₂-weighted fast spin echo를 사용하여 횡단면, 시상면, 관상면(FOV 60 mm× 60 mm, slice thickness = 1.

성능/효과

0.9, 1.3, 5.3 ppm에서는 주령별에 따라 점점 퍼센트가 증가하였고(p<0.01), 2.1, 2.3, 2.8 ppm에서 8주에서 대사물질의 농도 값이 감소하였다.
[1] 비알코올성 지방간 질환은 비만과 당뇨병이 증가하고 특히 간세포암종(Hepatocellular carcinoma)의 위험성과 관련이 있다. 간세포암종에 관한 동물모델 실험이 시작되고 있지만 치료, 진단, 예방을 위해서는 추가적인 연구가 시급히 필요하다.
전체 지질과 전체 포화 지방산의 변화가 가장 유의하게 나타난 것으로 보아 전체 포화 지방산의 증가는 주로 전체 지질의 증가에 관여한 것을 알 수 있다. 간에서의 전체 포화 지방산의 증가는 포화지방산에 의해 유도된 활성화된 세포 사멸과 관련이 있는 것을 알 수 있었다.^[18] 반면에 전체 불포화 지방산은 대사물질의 농도 값이 유의미하게 증가하지 않았지만(p>0.
고지방식 먹이를 먹이기 전 0주를 기준선으로 하고 2주 동안 먹은 후에 전체 지질과 전체 포화 지방산을 비교했을 때, 대사물질의 농도 값이 유의미 하게 증가하였다(p<0.01).
양성자 자기공명분광법에서 각 지질 대사산물들을 0주를 기준선으로 하고 2주와 비교했을 때 0.9, 1.3, 2.3, 2.8, 그리고 5.3 ppm에서 대사물질의 농도 값이 유의미하게 증가하였다 (p0.05).
전체 지질과 전체 포화 지방산의 변화가 가장 유의하게 나타난 것으로 보아 전체 포화 지방산의 증가는 주로 전체 지질의 증가에 관여한 것을 알 수 있다.

후속연구

[5] 운동 요법은 간지방을 줄이지만 간염과 섬유증을 개선하는 에너지 대사나 신진대사 변화에 대한 명확한 객관적 분석을 필요로 하지 않다.
^[1] 비알코올성 지방간 질환은 비만과 당뇨병이 증가하고 특히 간세포암종(Hepatocellular carcinoma)의 위험성과 관련이 있다. 간세포암종에 관한 동물모델 실험이 시작되고 있지만 치료, 진단, 예방을 위해서는 추가적인 연구가 시급히 필요하다.^[2] 간지질 함량은 간섬유화와 간경변의 발전에 중요한 역할을 하는 것으로 제안되어 왔다.
그러나 쥐의 호흡을 지속적으로 모니터링하고, 긴 TR을 사용함으로써 최대한 큰 혈관을 피하여 균일한 간실직 조직에 위치하여 획득했다. 추후에는 불균일한 자장을 균일한 자장으로 보정하기 위해서 추가적으로 반복적인 자장 보정(Shimming)을 사용하여 관심 영역 내에 잡음들을 차단할 수 있을 것으로 보인다. 향후 연구에서는 지질 대사산물에 대한 보다 자세한 정보를 얻기 위해서 고자장의 양성자 자기공명분광법을 촬영하고, 병리조직 표본 검사를 하여 지방산 성분의 정량화의 정확성을 향상시킬 것이다.
추후에는 불균일한 자장을 균일한 자장으로 보정하기 위해서 추가적으로 반복적인 자장 보정(Shimming)을 사용하여 관심 영역 내에 잡음들을 차단할 수 있을 것으로 보인다. 향후 연구에서는 지질 대사산물에 대한 보다 자세한 정보를 얻기 위해서 고자장의 양성자 자기공명분광법을 촬영하고, 병리조직 표본 검사를 하여 지방산 성분의 정량화의 정확성을 향상시킬 것이다.^[25]

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	H-MRS가 무엇인가	비침습적 양성자 자기공명분광법은 비알코올성 지방간 질환을 진단하는데 널리 사용되어 왔다.[8,9,10] 1H-MRS는 비침습적인 방법으로 높은 민감도(Sensitivity)와 특이성(Specificity)을 가진 자기공 명영상 기법 중 하나이다. 비알콜성 지방간, 간 섬유증, 간경화와 같은 다양한 질병을 진단하는데 흔하게 사용되고 있다.
	비알코올성 지방간 질환은 무엇과 관련되어 있는가?	비알코올성 지방간 질환은 만성 간질환의 가장 흔한 원인이다.[1] 비알코올성 지방간 질환은 비만과 당뇨병이 증가하고 특히 간세포암종(Hepatocellular carcinoma)의 위험성과 관련이 있다. 간세포암종에 관한 동물모델 실험이 시작되고 있지만 치료, 진단, 예방을 위해서는 추가적인 연구가 시급히 필요하다.
	간 조직 검사가 보편적이지만 이의 문제는 무엇인가?	하지만 간 조직 검사는 여전히 질병을 진단하고 평가하는 데 있어서 가장 보편적으로 알려져 있다. 그러나 침습적인 방법으로 제한된 조직 검사는 문제를 일으킨다.[5] 운동 요법은 간지방을 줄이지만 간염과 섬유증을 개선하는 에너지 대사나 신진대사 변화에 대한 명확한 객관적 분석을 필요로 하지 않다.[6]

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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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