The Effect of Resistance Training on Muscle and Bone Quality in C57BL/6N mice: Related to Fibroblast Growth Factor Signaling

Abstract

서론: 근육의 질과 뼈의 질을 좋은 상태로 유지하는 것은 노년의 삶의 질 향상과 밀접한 연관성을 지닌다. 규칙적인 운동은 근육뿐만 아니라 뼈의 질 향상에 중요한 역할을 지니는 것으로 알려져 있다. 하지만 운동으로 인해 유도되는 상호작용의 기전에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 근육과 뼈는 서로 이웃한 기관으로써 기능적으로 밀접한 관계를 지닌다. 여러 선행 논문에 따르면 근육과 뼈의 상호 커뮤니케이션에 있어서 마이오카인(myokine)이 잠정적인 중재자 역할을 할 것이라고 얘기하고 있다. 이 중 FGF-2는 저항성 운동을 통해 분비될 것으로 기대되며, FGF 수용체에 결합하여 뼈의 질에 긍정적인 영향을 미칠 신호전달을 유도할 것이라고 사료된다. 따라서 이 연구에서는 FGF-2와 FGFR 신호전달 체계가 저항성 운동으로 인해 유도되는 근육과 뼈의 질 향상에 중요한 역할을 하는지 알아보고자 하였다. 이를 확인하기 위해 FGFR 억제 물질을 투여하여 정확한 사실관계를 확인하고자 하였다.

방법: 성장기의 8주령 C57BL/6N 쥐를 다음과 같이 임의로 분배하였다

억제 물질 투여 통제군 (Inh-C), vehicle 물질 투여 통제군 (Sham-C), 저항성 운동과 억제물질 투여군 (RT-Inh), 저항성 운동과 vehicle 물질 투여군 (Sham-C). FGFR 억제 물질로는 NVP-BGJ398 (50mg/kg body weight

Novartis, Switzerland)가 사용되었으며, vehicle로는 PEG-300을 Glucose 5% 와 2:1 비율로 혼합하여 사용하였다. 저항성운동은 주 3회의 빈도로 8주간 실시 되었으며, 매주 몸무게, 악력을 측정하였고, 마지막 운동 프로그램 종료 시점으로부터 48시간 후 운동관련 지표를 측정하였다. 운동관련 지표 측정 후 48시간의 회복기간을 가진 다음 근육과 뼈, 그리고 장기를 적출하여 생물학적 지표를 분석하였다.

결과: FGFR 억제 물질 투여군은 악력, 근지구력, 심폐지구력 관련 지표를 저하시키는 것으로 나타났다. 신체 조성과 근육 무게는 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이 효과는 운동군에서도 동일하게 나타났으며, 운동으로 인해 나타나는 근력 증가와 근 지구력 향상, 뼈의 질 증가는 FGFR 억제 물질 투여로 인해 억제되는 것으로 나타났다. 억제물질 투여는 뼈의 질 또한 유의미하게 낮추는 것으로 나타났으며, FGF2 유전자와 myostatin 유전자 발현 또한 근육과 뼈에서 낮추는 것으로 나타났다.

결론: FGFR 억제 물질은 근육의 질과 뼈의 질을 낮추며, 이 효과는 8주간의 저항성 운동으로 인해 회복되지 않는 것으로 나타났다. Myostatin과 FGF2의 유전자 발현은 근육과 뼈에서 상반되는 발현양상을 보였으며, 이는 이 연구의 가설과는 다른 결과를 도출하였다. 운동과 FGFR 억제 물질, 그리고 유전자 발현의 관계를 정확히 규명하기 위해서는 추가적인 실험이 필요할 것으로 사료된다.

Many studies identified that muscle and bone are functionally interlinked to one another and maintain the quality and strength of muscle and bone are important for quality of human life. Here, I examine the relationship linking Fibroblast growth factors, potential candidates for the role player in muscle and bone cross talk, to bone and muscle quality during growth and resistance exercise. To elucidate the relationship and potential role of FGFs and its signaling, FGFR inhibitor was used while 8 weeks of resistance training was conducted. Administration of FGFR inhibitor decreased grip strength, reduced muscular endurance and running capacity. 8 weeks of inhibitor treatment did not affect muscle mass, body weight or body composition. Inhibitor treatment showed no difference with resistance trained group while the group without inhibitor treatment with exercise showed significant increase in grip strength, muscular and aerobic endurance capacity and maximal load lifted during session. RT-Sham group solely showed hind limb muscle mass increments. FGF2 gene expression responded to resistance training in gastrocnemius muscle but, did not respond much in tibia. However, FGF2 gene expression in tibia exhibited the change in much larger scale than gastrocnemius muscle when inhibitor were treated. Myostatin gene expression in bone and muscle responded opposite to each other with 8 weeks of resistance training. FGFR inhibitor treatment in normal and exercise condition both attenuated muscular strength, endurance and aerobic endurance capacity. 8 weeks of resistance training could not restore the detrimental effects, however seemed to affect FGF-2 mRNA expression in bone. Myostatin responded to resistance training and inhibitors in gastrocnemius muscle but one responded to resistance training in bone tissue. Further analysis is needed to elaborate the definite correlation between gene expressions and resistance training with or without inhibitor treatment.