[논문]고지방식이로 유도된 비만 마우스의 해마 및 대뇌피질에서 운동강도에 따른 nNOS 발현의 변화

백경완

doi:10.5352/jls.2019.29.1.18

고지방식이로 유도된 비만 마우스의 해마 및 대뇌피질에서 운동강도에 따른 nNOS 발현의 변화
The Effect of Exercise Intensity on Changes in Neuronal Nitric Oxide Synthase Expression in the Hippocampus and Cerebral Cortex of Obese Mice 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.29 no.1 = no.225, 2019년, pp.18 - 28

백경완 (부산대학교 스포츠과학부)

초록
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최근 비만에 의해 과발현된 신경세포형 산화질소 생성효소(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)가 정서적 행동을 조절하는 중요한 인자라는 보고되었다. 이와 관련한 최근의 연구에서 운동이 비만에 의해 과발현된 nNOS를 억제하고 정서적 우울감과 항불안 효과를 감소시켰다는 연구결과가 보고되었다. 운동은 nNOS를 억제하여 뇌의 기능을 향상시킬 수 있는 효과적인 전략으로 보이지만 운동은 강도에 따라 면역 반응에 큰 차이가 있다. 따라서 본 연구에서는 고지방식이(high-fat diet, HFD)로 유도된 비만 마우스에서 다른 강도의 운동을 실시하여 해마의 nNOS 발현의 차이를 분석하고자 하였다. 실험동물은 C57BL/6 마우스를 사용하였다. 대조군(CON, n=14)을 제외한 마우스(n=35)에게 6주 동안 60%의 고지방식이를 섭취시켜 비만을 유도하였다. 6주간의 비만유도 기간이 종료된 후 CON과 비만이 유도된 동물 각각 7마리씩 희생하여 비만유도를 확인하는데 사용되었다. 나머지 동물은 8주간의 운동중재 연구에 이용되었다. 이 때 CON을 제외하고 비만이 유도된 동물들은 고지방대조군(HFD) 그리고 저강도운동군(HFD-LI, n=7) 중강도운동군(HFD-MI, n=7) 그리고 HFD-고강도(HFD-HI, n=7)로 나누어졌다. HFD-LI는 12 m/min으로 75분, HFD-MI는 15 m/min으로 60분 그리고 HFD-HI는 18 m/min으로 50분 동안 동물용 트레드밀에서 운동이 수행되었다(동등한 운동량, 900 m). 해마(hippocampus)의 nNOS 단백질의 발현은 CON에 비해 HFD에서 유의하게 높았고(p<0.01), CON과 운동을 실시한 모든 그룹과 차이가 없었다. 하지만 HFD-LI에 비해 HFD-HI가 유의하게 nNOS 발현이 낮았다(p<0.05). 대뇌피질에서는 CON에 비해 HFD에서 유의하게 높았으나(p<0.01), 다른 그룹 간에 차이는 없었다. nNOS의 생성을 조절할 수 있는 인산화된 Akt (pAkt)의 발현이 CON과 HFD에 비해 운동을 실시한 나머지 그룹 모두에서 유의하게 높았다. 대뇌피질에서의 pAkt의 발현에서는 차이가 모든 그룹 간에 차이가 없었고, 소뇌에서는 CON에 비해 HFD-HI에서 유의하게 높았다(p<0.05). 소뇌에서는 각 그룹 간에 차이가 없었다. 결론적으로 nNOS는 고지방식이와 비만에 의해 과발현된 것으로 보여지고 이를 운동을 통하여 낮출 수 있는 것으로 보여지며, 이 때 운동량이 같다는 가정하에 상대적으로 높은 강도가 효과적일 가능성이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recent studies reported that obesity upregulated the expression of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and regulated particular behavior patterns in animal models. They also reported that ameliorated the increase in nNOS expression and decreased depression and anxiolytic effects. Thus, exercise seems to be an effective strategy for improving brain function by downregulating nNOS. However, the immune response differs greatly, depending on the exercise intensity. The aim of the present study was to investigate differences in brain nNOS expression in obese C57BL/6 mice that performed exercise of different intensities. Obesity was induced in 6-wks-old mice (n=35) by feeding a 60%-fat diet for 6-wks. A control (CON) group (n=14) was fed a normal diet. At the end of the induction 6-wks period of obesity, seven animals in the CON group and obesity-induced group were sacrificed to confirm obesity induction (preliminary experiments and confirmation of visceral fat accumulation). The remaining animals were then used in an 8-wks exercise intervention. Other than the CON (n=7), the obesity-induced animals were divided into the following groups: high-fat diet (HFD, n=7), HFD-low intensity (HFD-LI, n=7, 12 m/min for 75 min), HFD-moderate intensity (HFD-MI, n=7, 15 m/min for 60 min), and HFD-high intensity (HFD-HI, n=7, 18 m/min for 50 min). The exercise was performed on an animal treadmill. The expression of the nNOS protein in the hippocampus was significantly higher in the HFD group as compared with that in the CON group (p<0.01). However, there was no difference in the hippocampal expression of the nNOS protein in the other exercise groups as compared with that in the CON group. In contrast, nNOS expression in the HFD-HI group was significantly lower than that in the HFD-LI group (p<0.05). The expression of phosphorylated Akt (pAkt) was significantly higher in all the exercise groups as compared with that in the CON and HFD groups. There was no difference in the expression of pAkt in the cerebral cortex among groups, and the expression of pAkt in the cerebellum was significantly higher in the HFD-HI group as compared with that in the CON group (p<0.05). There were also no between-group differences in pAkt expression in the cerebellum among the various exercise groups. In conclusion, nNOS seems to be overexpressed in response to obesity, and it appears to be downregulated by exercise. Relatively high-intensity exercise may be effective in improving brain function by downregulating nNOS.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Experimental design.
그림 Fig. 2. A. Body weight change during the total experiment period in the total group. B. Body weight change during the induction of obesity phase in the normal diet-fed group and high-fat diet-fed group. C. Body weight change during the intervention phase in the exercised group. D. Food efficiency ratio.
그림 Fig. 3. Western blot showing nNOS protein in the hippocampus (A), cerebral cortex (B), and cerebellum (C) of all groups (1:CON; 2:HFD; 3:HFD-LI; 4;HFD-MI; 5:HFD-HI).
그림 Fig. 4. nNOS gene expression levels in the cerebral cortex (A) and cerebellum (B) of all groups.
그림 Fig. 5. Western blot showing pAkt^Ser473 protein in the hippocampus (A), cerebral cortex (B), and cerebellum (C) of all groups (1:CON; 2:HFD; 3:HFD-LI; 4;HFD-MI; 5:HFD-HI).

AI 본문요약
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문제 정의

Tomiga와 그의 동료들의 연구 및 본 연구 모두 비만에 의해 nNOS가 과 발현되었고, 운동을 통해 감소할 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 우리의 연구는 비만에 의해 nNOS가 과 발현 되어 뇌의 기능 기능과 위축을 유도할 수 있다는 것을 전제로 하였다. 그러므로 연구 목적상 정상 마우스에 운동을 실시한 그룹이 없었다.
하지만 nNOS의발현의 차이가 이미 불안과 스트레스를 유발한다는 것이 잘 알려져 있으며 운동은 강도에 관계없이 nNOS를 억제하였기 때문에 운동 강도간에 우울 및 불안 관련 행동 차이가 유의하게 나타날 것이라고는 생각되지 않는다. 따라서 운동 강도에 관계없이 nNOS의 발현을 억제하기 때문에 강도보다는 적절한 운동을 실천하는 것 자체가 중요하며 단지 nNOS의 억제효과를 극대화하기 위해서는 높은 운동 강도가 효과적일 수도 있다는 사실을 제안한다.
하지만 이러한 예상은 어디까지나 추측일 뿐이며 정상 마우스에서의 nNOS 발현이 운동에 의해 어떻게 조절될 수 있는지는 추후연구에서 확인할 필요가 있을 것으로 보인다. 본 연구에서 모든 운동군은 HFD 섭취하면서 실시하였기 때문에 식이에 의한 요소의 개입을 차단하고 운동 독립적인 효과를 확인하였다. 그리고 그룹 간의 체중에서 유의한 차이가 없었기 때문에 운동은 체중과 식이에 의한 영향을 배제하고도 nNOS 억제에 효과적 이였다고 생각된다.
본 연구에서는 비만을 유도하고 식이와 관계없이 여러 강도의 운동을 통해 nNOS의 발현을 억제할 수 있는지를 확인하기 위하여 6주간의 HFD를 마우스에 자유식이로 공급하였다. 최종체중에서 6주간 고지방사료를 섭취한 모든 그룹은 일반식이군에 비해 유의하게 높은 체중증가로 나타났다(Fig.
따라서 본 연구자는 비만 마우스를 대상으로 nNOS의 발현이 운동 강도에 따라 차이가 있을 것이라는 가설을 세웠다. 본연구의 목적은 HFD가 공급된 비만 마우스에서 운동량을 동일하게 설정한 후에 각기 다른 강도의 운동을 동물용 트레드밀에서 수행하여 운동 강도가 해마의 nNOS 발현 수준에 미치는 영향을 조사하는데 있다.

가설 설정

따라서 본 연구자는 비만 마우스를 대상으로 nNOS의 발현이 운동 강도에 따라 차이가 있을 것이라는 가설을 세웠다. 본연구의 목적은 HFD가 공급된 비만 마우스에서 운동량을 동일하게 설정한 후에 각기 다른 강도의 운동을 동물용 트레드밀에서 수행하여 운동 강도가 해마의 nNOS 발현 수준에 미치는 영향을 조사하는데 있다.

제안 방법

1주일 간의 적응기간을 거친 후 일반식이 집단(n=14)과 고지방식이(HFD-fed) 집단(n=35)로 나누어 사육하였다. 6주 동안 일반식이 집단은 일반사료(Harlan Teklad, #2018S, Blackthorn, Bicester, UK; 탄수화물 58%, 지방 18%, 단백질 24%)를 공급받아 사육되었고, HFD-fed 집단은 고지방사료(ResearchDiets Inc.
, #D12492, NJ, USA; 탄수화물 20%, 지방 60%, 단백질 20%)를 섭취하여 비만이 유도되었다. 6주 동안의 비만유도기간 후 일반식이 집단과 HFD-fed 집단 각 7마리씩 희생하여 분석에 이용되었다. 희생되지 않은 나머지 실험동물(n=35)은 8주 동안의 중재를 실시하였다.
Tomiga와 그의 동료들이 수행한 이전 연구를 참고하여 단백질 발현을 분석하였다[45]. 뇌 조직의 각 부분에서 nNOS,Akt 및 인산화(phosphorylation)된 Aktser⁴⁷³ (pAkt ser⁴⁷³)의 단백질 수준을 평가하기 위하여 western blotting을 수행하였다.
현상된 밴드는 FluorChem HD2 (Alpha Innotech, San Leandro, CA,USA)를 이용하여 분석되었다. nNOS 발현 수준은 GAPDH수준에 대비하여 결정되었고 CON으로 표준화(normalization) 하였다. pAkt^ser473 발현 수준은 Akt에 대한 상대적 값으로 결정되었다.
각 샘플의 단백질(각 10 μg)을 7.5% SDS-PAGE (sodiumdodecyl sulfate polyacrylamide gel) 상에서 200 V에서 35분간 PVDF (polyvinylidene fluoride; Milipore, MA, USA)membrane에 semi-dry법으로 transfer 하였다.
각 조직은 Maxwell® 16 LEV System (Promega, Tokyo, Japan)를 사용하여 RNA를 추출하였다.
7 m/min의 임계속도를 가지는 것으로 확인되었다[7].따라서 그 이상의 속도는 운동 수행자체가 어려울 것으로 예상되었으며, 예비실험을 통하여 15 m/min의 강도는 비만이 유도된 실험동물이 동물용 트레드밀에서 뒤쳐지지 않으면서 1시간가량 운동을 충실히 수행할 수 있는 운동 강도로 확인하고 중강도의 운동 강도(속도)로 설정하였다. 따라서 본 연구에서 설정된 중강도의 운동을 기준으로 HFD-MI가 15 m/min의속도로 60분 수행하는 운동이 총 900미터(meter)의 운동량(거리)을 가지므로, HFD-LI는 12 m/min의 속도로 75서는 분 그리고 HFD-HI는 18 m/min의 속도로 50분 운동을 수행하여 운동량을 동일하게 통제하였다.
따라서 그 이상의 속도는 운동 수행자체가 어려울 것으로 예상되었으며, 예비실험을 통하여 15 m/min의 강도는 비만이 유도된 실험동물이 동물용 트레드밀에서 뒤쳐지지 않으면서 1시간가량 운동을 충실히 수행할 수 있는 운동 강도로 확인하고 중강도의 운동 강도(속도)로 설정하였다. 따라서 본 연구에서 설정된 중강도의 운동을 기준으로 HFD-MI가 15 m/min의속도로 60분 수행하는 운동이 총 900미터(meter)의 운동량(거리)을 가지므로, HFD-LI는 12 m/min의 속도로 75서는 분 그리고 HFD-HI는 18 m/min의 속도로 50분 운동을 수행하여 운동량을 동일하게 통제하였다. 운동 강도의 설정은 이전에 수행되었던 운동 강도 차이에 의한 대식세포 분화 연구의 트레드밀 운동 강도 설정을 참고하였다[5].
1). 모든 강도별 운동훈련 실시 동물들은 동물용 트레드밀(DJ-344; Daejong Instrument Industry, Daejoen, Korea)에서 운동을 수행하였다. 마우스의 운동 강도는 대체적으로 12-20 m/min의 속도로 1시간가량 수행된다.
소뇌 및 피질 조직을 구슬 균질기(TissueLyser LT, Qiagen,Germany)를 이용하여 균질화 하였다. 해마의 유전자 발현은해마를 수집하는데 소요된 시간이 5분 이상 경과하여 상당한RNA 분해가 일어날 가능성이 높아 분석되지 않았다.
이러한 결과는 HFD에 의하여 유발된 뇌의 기능적 장애가 해마 또는 대뇌피질의 nNOS에 의해 조절될 수 있으며, 운동은 nNOS/NO 경로를 통하여 HFD에 의해 유발된 우울증 및 불안 치료를 위한 치료법이 될 수 있음을 시사하였다. 운동은 HFD 섭취와 관련하여 비만과 뇌 기능저하를 개선하고 일반식 이를 섭취하는 좌식 마우스의 경우와 비교하여 인산화된 CREB의 비율을 증가시켰다. 여기서 해마의 cAMP 반응 요소결합단백질(CREB)의 인산화는 nNOS의 항 불안 효과에 필수적이다[49].
각 조직은 Maxwell® 16 LEV System (Promega, Tokyo, Japan)를 사용하여 RNA를 추출하였다. 유전자 발현 분석을 위하여quantitative real-time RT-PCR을 수행하였다. Taq Man gene Expression Assay probe를 사용하여 Step One Real-Time PCR system (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)에서nNOS (Nos1-Mm00435175_m1)의 mRNA 수준에서의 발현이 분석되었다.
연구에 의하면 12주간의 HFD 섭취는 해마 및 대뇌 피질의 nNOS 단백질 수준을 증가시켰으며 체지방과 장간막의 지방량을 증가시켰다. 이러한 변화를 확인한 후 6주간의 운동을 실시하였다. 운동은 HFD를 섭취함에도 불구하고 체지방을 감소시키고 해마 및 대뇌피질의 nNOS 발현 수준을 낮추었다고 보고 하였다.
희생되지 않은 나머지 실험동물(n=35)은 8주 동안의 중재를 실시하였다. 일반식이 집단 중 희생되지 않은 나머지 실험동물은 대조군(CON, n=7)으로 설정하였으며, 실험종료시까지 일반식이를 섭취하였다. HFD-fed 집단 중 희생되지 않은 나머지 실험동물은 실험종료 시까지 HFD를 섭취하면서 운동을 실시하지 않은 고지방대조군(HFD, n=7)과 운동 강도에 따라 저강도 운동군(HFD-LI, n=7), 중강도운동군(HFD-MI, n=7) 그리고 고강도운동군(HFD-HI, n=7)으로 분류되었다(Fig.
6주간의 비만유도 이후와 14주간의 모든 실험이 종료된 후 모든 실험동물은 단두대를 이용하여 최소한의 고통으로 희생되었다. 잘려진 쥐의 두개골을 열어 해마, 대뇌피질 및 소뇌를 신속하게 분리하여 액체질소로 급속 동결 시켰다. 이후 분석에 이용하기 전까지 모든 조직은 -80℃의 초 저온 냉동고에 보관하였다.
이후 암실에서 memberane에 enhanced chemiluminescence reagent (Bionote, Hwaseong, Korea)로 1분간 반응시킨 후 cassette에 넣고 투명 필름을 포갠 후 다시 X-ray필름(Ortho CP-G Plus film, Agfa-Gevaert NV, Belgium)을 포개어 감광시켰다. 형광에 노출된 X-ray 필름은 developer용액과 fixer 용액으로 현상하여 밴드를 확인하였다. 현상된 밴드는 FluorChem HD2 (Alpha Innotech, San Leandro, CA,USA)를 이용하여 분석되었다.

대상 데이터

1주일 간의 적응기간을 거친 후 일반식이 집단(n=14)과 고지방식이(HFD-fed) 집단(n=35)로 나누어 사육하였다. 6주 동안 일반식이 집단은 일반사료(Harlan Teklad, #2018S, Blackthorn, Bicester, UK; 탄수화물 58%, 지방 18%, 단백질 24%)를 공급받아 사육되었고, HFD-fed 집단은 고지방사료(ResearchDiets Inc., #D12492, NJ, USA; 탄수화물 20%, 지방 60%, 단백질 20%)를 섭취하여 비만이 유도되었다. 6주 동안의 비만유도기간 후 일반식이 집단과 HFD-fed 집단 각 7마리씩 희생하여 분석에 이용되었다.
본 연구에서는 42마리의 6주령의 수컷 C57BL/6NHsd (Koatech, Gyeonggi-do, Korea) 마우스를 분양받아 사용하였다. 동물은 자동 항온 및 항습 그리고 12시간 자동 명암주기 시스템이 설치된 동물실험실에서 사육되었다. 또한 식이와 음수는 자유식이(ad libitum)로 공급되었다.
본 연구에서는 42마리의 6주령의 수컷 C57BL/6NHsd (Koatech, Gyeonggi-do, Korea) 마우스를 분양받아 사용하였다. 동물은 자동 항온 및 항습 그리고 12시간 자동 명암주기 시스템이 설치된 동물실험실에서 사육되었다.

데이터처리

이원반복분산분석(Two-way repeated-measures ANOVA)과 Bonferonni의 사후분석법(post hoc test)을 수행하여 각 그룹 간의 체중과 식이효율을 분석하였다. nNOS단백질의 발현과 유전자 발현 수준의 그룹 간 차이 및 pAKT^ser473의 수준은 one-way ANOVA와 Bonferonni의 사후분석법을사용하여 평가되었다. 통계적 차이가 p<0.
모든 데이터는 평균±표준편차로 표시되었다.
, Armonk, NY, USA)을 사용하여 수행되었다. 이원반복분산분석(Two-way repeated-measures ANOVA)과 Bonferonni의 사후분석법(post hoc test)을 수행하여 각 그룹 간의 체중과 식이효율을 분석하였다. nNOS단백질의 발현과 유전자 발현 수준의 그룹 간 차이 및 pAKT^ser473의 수준은 one-way ANOVA와 Bonferonni의 사후분석법을사용하여 평가되었다.

이론/모형

nNOS의 mRNA 수준은 GAPDH (Gapdh-Mm99999915_g1)으로 표준화하고 ΔΔCt 방법을 사용하여 정량화하였다[32].
Tomiga와 그의 동료들이 수행한 이전 연구를 참고하여 단백질 발현을 분석하였다[45]. 뇌 조직의 각 부분에서 nNOS,Akt 및 인산화(phosphorylation)된 Aktser⁴⁷³ (pAkt ser⁴⁷³)의 단백질 수준을 평가하기 위하여 western blotting을 수행하였다. 실험에 사용된 단백질은 각각의 조직을 따로 분리하고 프로테아제 억제제 혼합액(Abcam, Cambridge, MA, USA)이 포함된1X immunoprecipitation assay (RIPA) buffer를 이용하여 조직을 융해시킨 후 4℃에서 13,000 rpm으로 5분간 원심 분리하여 상층액에서 얻었다.
따라서 본 연구에서 설정된 중강도의 운동을 기준으로 HFD-MI가 15 m/min의속도로 60분 수행하는 운동이 총 900미터(meter)의 운동량(거리)을 가지므로, HFD-LI는 12 m/min의 속도로 75서는 분 그리고 HFD-HI는 18 m/min의 속도로 50분 운동을 수행하여 운동량을 동일하게 통제하였다. 운동 강도의 설정은 이전에 수행되었던 운동 강도 차이에 의한 대식세포 분화 연구의 트레드밀 운동 강도 설정을 참고하였다[5]. 본 연구에서 구별되는 저강도, 중강도 그리고 고강도의 운동은 강도에 따른 운동의 효과의 차이를 확인하고자 하는 것이지 객관적이고 절대적인 운동 강도를 의미하는 것은 아니다.
실험에 사용된 단백질은 각각의 조직을 따로 분리하고 프로테아제 억제제 혼합액(Abcam, Cambridge, MA, USA)이 포함된1X immunoprecipitation assay (RIPA) buffer를 이용하여 조직을 융해시킨 후 4℃에서 13,000 rpm으로 5분간 원심 분리하여 상층액에서 얻었다. 총 단백질량은 Bradford법으로 정량하였다. 각 샘플의 단백질(각 10 μg)을 7.

성능/효과

6주간의 HFD를 통한 체중의 변화는 일반식이군과 고지방식이(HFD-fed)군 사이에 2주부터 유의차(p<0.001)가 나타나기 시작하여 운동중 재시작 전까지 그 차이가 유지되었다(Fig. 2B).
6주간의 비만유도 이후와 14주간의 모든 실험이 종료된 후 모든 실험동물은 단두대를 이용하여 최소한의 고통으로 희생되었다. 잘려진 쥐의 두개골을 열어 해마, 대뇌피질 및 소뇌를 신속하게 분리하여 액체질소로 급속 동결 시켰다.
HFD 섭취를 통해 비만이 유도되었고 nNOS는 normal diet를 섭취한 마우스에 비해 발현이 높았기 때문에 아마도 이런 결과는 비만에 의해 nNOS가 과 발현된 상태인 것으로 생각되었다. Tomiga와 그의 동료들의 연구 및 본 연구 모두 비만에 의해 nNOS가 과 발현되었고, 운동을 통해 감소할 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 우리의 연구는 비만에 의해 nNOS가 과 발현 되어 뇌의 기능 기능과 위축을 유도할 수 있다는 것을 전제로 하였다.
결론적으로 비만은 해마와 대뇌피질의 nNOS의 발현을 증가시킬 수 있으며, 운동은 강도에 관계없이 nNOS의 발현을 억제하는데 효과적이다. 그러나 운동 강도가 높을수록 해마에서의 nNOS의 억제와 소뇌에서의 인산화 증가에 효과적이였다.
결론적으로 비만은 해마와 대뇌피질의 nNOS의 발현을 증가시킬 수 있으며, 운동은 강도에 관계없이 nNOS의 발현을 억제하는데 효과적이다. 그러나 운동 강도가 높을수록 해마에서의 nNOS의 억제와 소뇌에서의 인산화 증가에 효과적이였다. 따라서 운동은 비만으로 인한 뇌의 건강 저하를 방지하고 향상시키는데 중요하며 이에 과도한 스트레스 없이 수행 가능한 범위 내에서 높은 강도의 운동이 더욱 효과적일 수도 있다.
대뇌피질에서는 pAktSer473 단백질 발현에서 그룹 간의 차이가 없었고(Fig. 5B), 소뇌에서는 HFD-HI군의 pAktSer473 단백질 발현(Fig. 5C)이 CON군에 비하여 높게 발현되는 것으로 나타났다(p<0.05).
대뇌피질의 nNOS 유전자 발현(Fig. 4A)은 CON군에 비하여 HFD군에서 유의하게 높았다(p<0.01).
nNOS의 과 발현과 관련된 설치류대상 연구에서 nNOS의 약리학적 선택적 억제는 해마의 신경발생을 증가시키고[50] 공간 기억을 향상시키며[4] 공격성을 억제하였다[20]. 따라서 병리학적 상태에서 과발현된 nNOS의 억제는 긍정적인 효과를 나타내었다. 또한 많은 연구들에서 뇌의 nNOS를 감소시키면 우울증이나 불안 같은 정서적 행동을 조절할 수 있다고 보고하였다[17, 20, 47].
또한 후속연구를 통하여 비만으로 인해nNOS가 증가할 수 있고 이는 운동에 의하여 억제될 수 있다고 하였다[45]. 따라서 비만으로 인한 nNOS의 발현 증가는 결과적으로 신경독성으로 나타날 수 있으며, 운동을 통해 과발현된 nNOS를 억제할 수 있다는 가능성을 제시한다.
본 연구에서는 해마와 대뇌피질에서 nNOS의 발현이 HFD군에서 유의하게 높게 나타나 비만으로 인해 nNOS의 발현이증가한 것을 확인하였다. 또한 운동은 CON군과 같은 수준으로 nNOS의 발현을 유지하는 것으로 나타났다. 고무적이게도 유전자 발현 및 단백질 발현에서 모두 nNOS의 발현이 HFDHI군에서 가장 낮게 나타났다.
2D). 또한 운동을 실시하였음에도 불구하고 운동집단이 HFD군과 비교 하여 식이 효율의 차이가 없었다는 것은 결국 본 연구에서 수행된 트레드밀 운동에 의해 소모된 에너지만큼 칼로리의 섭취가보상작용으로 이루어졌다는 것을 의미한다. 이러한 사실 또한 식이조절 없이 운동만으로 체중의 감량이나 유지가 어렵다는 이전의 연구결과들과 일치한다.
비록 운동이 장기적인 체중감량에 직접적으로 영향을 미치지는 않지만 다양한 만성질환과 건강상의 이점을 제공한다는 것은 잘 알려진 사실이다[8, 40]. 또한 운동의 실시여부와 상관없이 HFD를 섭취한 모든 그룹에서 식이효율이 높게 나타났다. 이러한 사실은 결과적으로 HFD 사료의 섭취가 높은 식이효율을 나타냄으로써 비만이 유도되었다는 것을 의미한다(Fig.
그리고 마지막으로 최근에 이루어진 Tomiga와 그의 동료들의 연구들에서도 이러한 부위별 차이가 존재하였다[45].본 연구까지 포함하여 모든 연구들은 뇌의 nNOS의 발현에 부위별 차이가 있음을 강력하게 지지한다. 하지만 뇌의 nNOS 단백질 발현의 부위별 차이에 대한 기전은 명확하게 알려져 있지 않다.
본 연구에서는 해마와 대뇌피질에서 nNOS의 발현이 HFD군에서 유의하게 높게 나타나 비만으로 인해 nNOS의 발현이증가한 것을 확인하였다. 또한 운동은 CON군과 같은 수준으로 nNOS의 발현을 유지하는 것으로 나타났다.
그러나 최근 연구에서 장기간의 훈련을 통하여 pAkt^Ser473의 인산화 증가가 확인되었다[45].본 연구에서도 pAkt^Ser473의 증가가 강도와는 관계없이 운동수행에 의해 해마에서 유의하게 증가하였다. 이러한 결과는 운동을 통하여 nNOS 단백질 수준과 해마에서의 인산화를 변화시켜 NO 생산을 조절할 수 있음을 시사한다.
이러한 결과는 6주간의 HFD를 통해 효과적인 체중증가를 유도하여 비만이 성공적으로 유도된 것을 의미한다. 비만을 성공적으로 유도하여 운동중재를 실시하였고 HFD-MI군에서 중재초기에 유의한 체중의 감소가 있었으나 결과적으로 최종체중에 차이가 없었다. 이러한 사실은 운동이 체중조절에 효과적이며 감량된 체중을 유지하는데 도움을 주기는 하지만 식이조절이 없이는 체중감량에 도움을 주지 못한다는 이전의 연구결과와 같다[27, 41, 46].
소뇌에서의 nNOS 유전자 발현(Fig. 4B)은 CON군과 비교하여 HFD군에서 nNOS 유전자의 발현이 높았으며(p<0.05), HFD-HI군은 HFD군에 유의하게 nNOS의 발현이 낮은 것으로 나타났다(p<0.05).
운동중재를 시작한 후 1주차(실험시작 7주차)부터 HFD-MI군이 HFD군에 비하여 유의하게 체중이 유의하게 낮게 나타났다(p<0.05).
2B). 이러한 결과는 6주간의 HFD를 통해 효과적인 체중증가를 유도하여 비만이 성공적으로 유도된 것을 의미한다. 비만을 성공적으로 유도하여 운동중재를 실시하였고 HFD-MI군에서 중재초기에 유의한 체중의 감소가 있었으나 결과적으로 최종체중에 차이가 없었다.
운동은 HFD를 섭취함에도 불구하고 체지방을 감소시키고 해마 및 대뇌피질의 nNOS 발현 수준을 낮추었다고 보고 하였다. 이러한 결과는 HFD에 의하여 유발된 뇌의 기능적 장애가 해마 또는 대뇌피질의 nNOS에 의해 조절될 수 있으며, 운동은 nNOS/NO 경로를 통하여 HFD에 의해 유발된 우울증 및 불안 치료를 위한 치료법이 될 수 있음을 시사하였다. 운동은 HFD 섭취와 관련하여 비만과 뇌 기능저하를 개선하고 일반식 이를 섭취하는 좌식 마우스의 경우와 비교하여 인산화된 CREB의 비율을 증가시켰다.
고무적이게도 유전자 발현 및 단백질 발현에서 모두 nNOS의 발현이 HFDHI군에서 가장 낮게 나타났다. 이러한 결과는 운동 강도에 따른 nNOS의 발현 차이는 분명히 존재하며 실험동물이 무리 없이 수행할 수 있는 수준 내에서 운동 강도는 높으면 높을수록 nNOS의 발현을 억제하는데 도움을 줄 수 있다는 것을 의미하며 본 연구에서 새롭게 확인된 사실이다. 특히 대뇌피질의 nNOS 유전자 발현차이를 확인했을 때 HFD-LI군은 CON군에 비해서는 발현이 높고 HFD군과는 유의한 차이가 없었고HFD-HI군은 CON군을 제외한 모든 그룹에 비해 유의하게 낮아 nNOS의 억제에 가장 효과적인 것으로 나타났다.
또한 운동의 실시여부와 상관없이 HFD를 섭취한 모든 그룹에서 식이효율이 높게 나타났다. 이러한 사실은 결과적으로 HFD 사료의 섭취가 높은 식이효율을 나타냄으로써 비만이 유도되었다는 것을 의미한다(Fig. 2D). 또한 운동을 실시하였음에도 불구하고 운동집단이 HFD군과 비교 하여 식이 효율의 차이가 없었다는 것은 결국 본 연구에서 수행된 트레드밀 운동에 의해 소모된 에너지만큼 칼로리의 섭취가보상작용으로 이루어졌다는 것을 의미한다.
본 연구에서는 비만을 유도하고 식이와 관계없이 여러 강도의 운동을 통해 nNOS의 발현을 억제할 수 있는지를 확인하기 위하여 6주간의 HFD를 마우스에 자유식이로 공급하였다. 최종체중에서 6주간 고지방사료를 섭취한 모든 그룹은 일반식이군에 비해 유의하게 높은 체중증가로 나타났다(Fig. 2A, Fig.2B). 이러한 결과는 6주간의 HFD를 통해 효과적인 체중증가를 유도하여 비만이 성공적으로 유도된 것을 의미한다.
이러한 결과는 운동 강도에 따른 nNOS의 발현 차이는 분명히 존재하며 실험동물이 무리 없이 수행할 수 있는 수준 내에서 운동 강도는 높으면 높을수록 nNOS의 발현을 억제하는데 도움을 줄 수 있다는 것을 의미하며 본 연구에서 새롭게 확인된 사실이다. 특히 대뇌피질의 nNOS 유전자 발현차이를 확인했을 때 HFD-LI군은 CON군에 비해서는 발현이 높고 HFD군과는 유의한 차이가 없었고HFD-HI군은 CON군을 제외한 모든 그룹에 비해 유의하게 낮아 nNOS의 억제에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 단백질수준에서의 발현은 유전자 발현의 수준과 차이가 있고 또한 뇌의 부위에 따른 차이가 있었다.
이러한 결과는 운동을 통하여 nNOS 단백질 수준과 해마에서의 인산화를 변화시켜 NO 생산을 조절할 수 있음을 시사한다. 특히 소뇌에서도 높은 강도의 운동훈련에 의해 유의하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 기본적으로 소뇌에서 풍부하게 존재하는 nNOS의 발현도 높은 강도의 운동에 의해 조절될 수 있음을 시사한다.
05). 해마에서 pAkt^Ser473의 단백질 발현(Fig. 5A)은 CON군과 HFD군 간에는 차이가 없었으나, 운동을 실시한 그룹인 HFD-LI, -MI 그리고 -HI군에서는 CON군과 비교했을 때와 HFD군과 비교했을 때 모두 유의한 차이가 있었다. 유의 수준은 HFD군과 HFD-LI를 비교했을 때(p<0.
해마와 대뇌피질의 nNOS 단백질의 발현(Fig. 3A, Fig. 3B)은 CON군에 비하여 HFD군에서 유의하게 높게 나타났다(p<0.001).

후속연구

그리고 그룹 간의 체중에서 유의한 차이가 없었기 때문에 운동은 체중과 식이에 의한 영향을 배제하고도 nNOS 억제에 효과적 이였다고 생각된다. 따라서 비만일 때 운동은 독립적이고 효과적으로 nNOS를 억제하는 것은 거의 확실하다고 생각되며 추후 연구는 운동이 독립적인지 아닌지에 관련한 연구가 아니라 운동에 의해 nNOS의 경로를 어떻게 독립적으로 조절하는지에 초점이 맞추어져야 할 것으로 생각된다.
앞서 언급한 여러 연구들은 비만과 운동 그리고 nNOS와 cAMP 인산화와 관련하여 의미 있는 연구들이다. 하지만 비만인에게 뇌의 건강과 정서적인 문제들을 해결하기 위해 운동을 추천하기 위한 가이드라인을 제시하기 위해서는 좀 더 많은 연구가 이루어져야 한다. 운동은 비만을 줄이기 위한 효과적인 전략이지만 비만에 운동을 처방하기 위해서는 다양한 요인들이 고려되어야 한다.
정상적인 생리적 상황이라면 아마도 nNOS의 발현이 운동에 의해서 크게 증가하거나 감소할 것이라고 생각되지 않으며 또한 그것이 비정상적인 nNOS의 발현이라고 보기에도 무리가 있다. 하지만 이러한 예상은 어디까지나 추측일 뿐이며 정상 마우스에서의 nNOS 발현이 운동에 의해 어떻게 조절될 수 있는지는 추후연구에서 확인할 필요가 있을 것으로 보인다. 본 연구에서 모든 운동군은 HFD 섭취하면서 실시하였기 때문에 식이에 의한 요소의 개입을 차단하고 운동 독립적인 효과를 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	nNOS란 무슨 효소인가?	성인 사람의 뇌에서 nNOS는 중추 신경계에서 NOS의 주요 이성체(isomer)이다[11, 48]. nNOS는 뉴런에서 최초로 발견된 칼슘/칼모듈린-의존형 효소이다[33]. 또한 신경세포의 시냅스 가소성 및 신호전달과 관련된 신경활성을 촉진하고 뇌의 혈류량의 변화를 유발하는 것으로 보고되었다[3].
	L-아르기닌에 의한 세가지 동형 NO합성효소는 어떻게 구분되는가?	NO는 전구체인 L-아르기닌(L-arginine)에 의한 세가지의 동형(isoform) NO 합성효소(nitric oxide synthase,NOS)로부터 합성된다. 세 가지 NO 합성효소는 신경세포형 산화질소 합성효소(neuronal NOS, nNOS), 유도성 산화질소 합성효소(inducible NOS, iNOS) 그리고 내피세포형 산화질소합성효소(endothelial NOS, eNOS)로 구분된다. 성인 사람의 뇌에서 nNOS는 중추 신경계에서 NOS의 주요 이성체(isomer)이다[11, 48].
	운동이 건강에 미치는 이점은?	운동은 많은 건강상의 이점을 가지고 있다. 일반적으로 비만을 개선시킬 수 있고 골격근에서의 포도당 항상성을 유지하는데 도움을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 고령자를 대상으로 한 연구에서 운동은 해마의 크기를 증가시키고 해마 의존성 학습과 기억을 향상시킨다는 것을 보여주었다[18]. 설치류에서 운동은 해마의 BDNF를 증가시키고 해마의 신경 발생을 향상시키는 것으로 나타났다[28, 43]. 또한 설치류에서 자발적인 운동 수행이 가능한 풍부한 사육 환경을 제공하였을 때 노화에 의해 유발된 nNOS 발현 증가를 억제하였으며 정서적 불안을 완화하는 효과가 있었다[45]. 하지만 앞서 언급한 바와 같이 뇌에서 과도한 NO가 신경 독소로 작용할 수 있다고 제안되기도 하였다[1].

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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