식이열량 조절에 따른 뼈 번화에서 베타-아드레날린 수용체 신호의 역할에 대한 연구

Abstract

근래 에너지 대사 및 교감신경 활성과 뼈 대사 사이의 연관성에 대한 연구결과가 많이 보고되고 있다. 뼈에는 교감신경 섬유가 분포하고 있고, 신경 전달 물질 분비로 인해 베타2-아드레날린 수용체가 활성화되면 조골세포 분화 저해 및 파골세포 분화의 증가로 골량이 감소하는 것으로 알려져 있다. 고열량 식이나 저열량 식이에 의해 교감신경 활성화가 되는 것으로 알려져 있으므로 이들 식이 변화에 따른 뼈 대사 변화에 교감신경 활성이 관여할 가능성이 있을 것으로 생각된다. 따라서 본 연구에서는 성장기 생쥐에서 고열량 식이와 저열량 식이가 뼈의 질적, 양적 지표에 미치는 영향을 확인하고 그 과정에서 베타-아드레날린 수용체를 통한 교감신경 활성이 관여하는지 알아보고자 하였다. 6주령의 수컷 C57BL/6 생쥐를 60마리를 준비하고 정상 식이 (Rodent diet with 10 kcal % fat), 고열량 식이 (Rodent diet with 60 kcal % fat), 저열량 식이 (Rodent diet with 30 kcal % restriction) 그룹으로 20마리씩 나눈 후, 각 식이 그룹에서 10마리는 증류수를 주고, 나머지 10마리는 베타-아드레날린 수용체 저해제인 propranolol (0.05%)을 증류수에 섞어 투여하였다. 총 12주간 실험을 진행하였으며 매주 체중 변화를 확인하였고, 희생 전 dual-energy X-ray absorptiometry를 이용하여 체지방 제외 조직량 과 체지방량 변화를 확인하였고, 희생 후 대퇴골과 척추를 분리하여 X-ray microcomputed tomography를 이용, 골밀도를 포함한 양적, 질적 골지표의 분석을 시행하였다. 정상 식이와 비교하여 고열량 식이는 성장기 생쥐의 체중, 체지방 증가 및 체지방 제외 조직량 감소를 유도하였고, 저열량 식이는 체중, 체지방 감소 및 체지방 제외 조직량 증가를 유도하였다. Propranolol투여는 정상 식이와 저열량 식이 생쥐에서 체중, 체지방, 체지방 제외 조직량에 별다른 영향을 미치지 않았으나, 고열량 식이에 의한 체중과 체지방 증가를 유의하게 억제하였다. 고열량 식이는 정상 식이에 비해 대퇴골 해면골의 골밀도와 골조직/전체조직 비율(BV/TV)을 감소시켰으나 척추에서는 별다른 영향을 미치지 않았다. 저열량 식이는 대퇴골과 척추 모두에서 정상 식이에 비해 해면골의 골밀도와 BV/TV를 모두 감소시켰다. Propranolol투여는 정상 식이 생쥐에서는 골밀도에 별다른 영향을 미치지 않았으나, 고열량 식이에 의한 대퇴골 골밀도 감소를 완화시켰다. 저열량 식이 생쥐에서는 propranolol 투여가 대퇴골에는 별다른 영향을 미치지 못했으나 척추의 골밀도, BV/TV 감소는 완화시켰다. 이상의 결과를 종합하면 성장기에 고열량 식이에 의한 비만이나 저열량 식이에 의한 체중 감소는 모두 골밀도 감소를 유도하고 그 과정에 베타-아드레날린 수용체의 활성화가 부분적으로 관여하지만, 식이 변화의 종류나 교감신경 활성에 대한 뼈의 반응은 부위에 따라 다른 것으로 생각된다.