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저항성 운동이 알츠하이머 형질전환 생쥐 뇌의 베타 아밀로이드 대사와 인지기능에 미치는 영향
The effect of resistance exercise on β-amyloid metabolism and cognitive function in a mouse model of Alzheimer's disease 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.37 no.3, 2020년, pp.418 - 428  

장용철 (한국체육대학교 운동생화학실) ,  구정훈 (한국체육대학교 체육과학연구소)

초록
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본 연구는 알츠하이머(Alzheimer's disease: AD) 형질전환 생쥐를 대상으로 저항성 운동(resistance exercise: RE)이 해마의 베타 아밀로이드(β-amyloid: Aβ) 단백질 대사, 신경세포사멸 및 인지기능에 미치는 영향을 확인하는데 목적이 있다. AD 비 형질전환 생쥐(non-transgenic: non-tg, n=14)와 형질전환 생쥐(transgenic: Tg, n=14)를 무선 배정하여 비 형질전환 생쥐 대조군 (non-tg-control: NTC, n=7), 비 형질전환 생쥐 저항성 운동군(non-tg-RE: NTRE, n=7), 형질전환 대조군(tg-control: TC, n=7) 및 형질전환 저항성 운동군(tg-RE: TRE, n=7)으로 구분하였다. RE는 특수 제작한 사다리 저항성 운동 기구를 사용하여 점진적으로 set 수를 증가시켜 총 8주간 실시하였다. 운동 후 인지기능 능력을 평가하기 위한 수중미로검사와 Aβ 단백질 대사, 신경세포사멸 지표 및 SIRT1/PGC-1α 단백질 발현 수준을 확인하였다. 수중미로검사 결과 거리와 시간 모두 TC 집단에서 유의하게 증가 되었지만 RE를 실시한 TRE 집단에서 거리와 시간이 감소 되어 인지능력이 개선된 것으로 확인되었다. 또한, TC 집단에서 증가된 Aβ 단백질 발현은 RE를 통해 감소하는 것으로 나타났다. 신경세포사멸 관련 단백질인 Bcl-2/Bax ratio는 TC 집단에서 유의하게 감소되어 신경세포사멸이 증가 된 것으로 나타났지만 RE는 Bcl-2/Bax ratio을 증가시켜 신경세포사멸을 감소시킨 것으로 확인되었다. TC 집단에서 증가된 BACE1 및 ROCK1과 감소된 ADAM10과 RARβ 단백질 발현은 RE를 통해 감소되거나 증가 된 것으로 나타났고, SIRT1/PGC-1α 단백질 발현은 TC 집단에서 감소 되었지만 RE를 통해 증가 된 것으로 나타났다. 따라서 8주간의 RE는 AD의 병리학적 특징인 Aβ 단백질 발현을 감소시키고 관련 생성 기전들을 조절하여(SIRT1/PGC-1α 기전 활성, 아밀로이드 생성기전 억제, 비-아밀로이드 생성기전 활성) 신경세포사멸 억제시키고 결과적으로 인지기능을 개선 시킬 수 있는 효과적인 운동 방법이라고 생각된다.

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The aim of this study was to investigate the effect of resistance exercise(RE) on beta-amyloid(Aβ) metabolism, neuronal cell death, and cognitive function in the transgenic mice model of Alzheimer's disease(AD). Fourteen transgenic(tg) mice and fourteen non-transgenic(non-tg) mice were divide...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구의 목적은 AD 형질전환 생쥐를 대상으로 8주간 RE가 뇌의 Aβ 단백질 대사 및 신경세포사멸과 관련된 메커니즘과 Sirtuin-1 (SIRT1)/Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha(PGC-1α) 단백질 발현 및 인지기능에 미치는 영향을 확인하는데 있다.
  • 본 연구는 RE에 대한 AD의 병리학적 특징인 Aβ 단백질 축적과 인지기능에 미치는 영향을 확인하기 위해 Aβ 단백질 대사와 그 하위 기전을 확인하고 신경세포사멸 수준을 확인하였다.
  • 인지기능 저하는 AD 질환 모델에서 공통적으로 나타나는 현상으로 많은 선행연구에서 지구성 운동을 통한 인지기능 개선을 보고하였다 [12-14]. 이에 본 연구에서는 RE를 통해서도 인지기능 개선 여부가 나타나는지 확인하기 위해 WMT를 수행하였다(Fig. 1). 일반적으로 WMT 검사는 AD 마우스가 출발지점에서 목표 지점까지 도달하는 시간과 거리를 측정하는 방식으로 시간과 거리가 증가 될수록 인지기능이 저하되었다고 해석된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Aβ 단백질의 축적이 어떻게 지능을 감소시키는가? 알츠하이머 질환(Alzheimer’s disease: AD)은 치매의 70%를 차치하는 대표적인 뇌 퇴행성 질환으로 뇌 속에 베타 아밀로이드(β-amyloid: A β) 단백질의 축적과 타우(Tau) 단백질의 과인산화가 대표적인 병리학적 특징으로 산화적 스트레스와 함께 신경세포의 사멸을 일으켜 인지기능을 손상시킨다[2]. 이 중 Aβ 단백질 축적은 세포 내 핵심적 신호체계인 소포체, 인슐린 신호전달, 오토파지, 미토콘드리아 기능을 붕괴시켜 결과적으로 인지능력의 감소를 유발하는 것으로 보고되 었다[3-6]. 따라서 대다수의 연구 분야에서는 Aβ 단백질의 축적을 감소시키거나 억제시키는 방법이 AD의 병리학적 기전을 제어할 수 있는 효과적인 방법이라고 제시하였다.
알츠하이머 질환(Alzheimer’s disease: AD)란? 특히, 치매(Dementia)는 기억력의 감소와 행동적 장애가 나타나는 신경퇴행성 질환 (neurodegenerative disorder)으로 현재 우리나라 65세 이상 치매 인구가 80만 이상으로 추정될 만큼 사회적인 문제가 되고 있으며[1], 현 정부에서도 치매국가책임제라는 국정과제를 제시될 만큼 그 문제의 심각성은 증가 될 것으로 추측된다. 알츠하이머 질환(Alzheimer’s disease: AD)은 치매의 70%를 차치하는 대표적인 뇌 퇴행성 질환으로 뇌 속에 베타 아밀로이드(β-amyloid: A β) 단백질의 축적과 타우(Tau) 단백질의 과인산화가 대표적인 병리학적 특징으로 산화적 스트레스와 함께 신경세포의 사멸을 일으켜 인지기능을 손상시킨다[2]. 이 중 Aβ 단백질 축적은 세포 내 핵심적 신호체계인 소포체, 인슐린 신호전달, 오토파지, 미토콘드리아 기능을 붕괴시켜 결과적으로 인지능력의 감소를 유발하는 것으로 보고되 었다[3-6].
신체활동(physical activity)이 치매에 과학적으로 어떻게 도움이 되는가? 최근 세계보건기구에서 치매에 대한 관리 지침을 발표한 가운데 신체활동(physical activity)은 치매를 관리하기 위한 효과적인 방법이라고 제시하였다[7]. 이를 반영하듯 대다수의 선행연구에서도 신체활동은 뇌 혈류량, 뇌 글리코겐 및 신경 세포의 활성을 증가시켜 인지기능을 개선시키는 것으로 보고되었다[8-10, 28]. 또한, AD 동물 모델을 대상으로 지구성 운동을 수행한 선행연구에서는 뇌에 축적된 Aβ 단백질이 감소되고 이를 통해 뇌의 인지기능 향상을 보고하였다[11-13]. 특히 Koo 등[14]은 Aβ 단백질의 감소 기전을 분석한 결과 저강도 유산소성 트레드밀 운동이 Aβ 단백질을 생성시키는 기전을 감소시키는 반면 Aβ 단백질의 생성을 억제하는 기전을 증가시켜 결과적으로 Aβ 단백질의 발현 수준을 감소시킨다고 보고하였다.
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