저항성 운동이 제2형 당뇨쥐 골격근의 IL-15발현에 미치는 영향

Abstract

골격근에서 만들어지는 싸이토카인으로 알려진 마이오카인은 지방조직에 직접적으로 미치는 영향에 관한 관심도 증가되었으며, 특히 현대사회에서 문제가 되는 비만, 더 나아가서 대사증후군과 연관된 마이오카인의 역할이 더욱 중요시 되고 있다. 특히 최근에는 마이오카인 중 IL-15가 중요하게 부각되고 있으며, IL-15는 근육세포의 분화를 촉진하고 근 수축과 관련된 단백의 양을 근육세포 내에 축적하는 작용을 가진 것으로 알려져 있다. 또한 IL-15는 분화된 근육세포와 근육섬유에서 근육 특이적 마이오신 heavy chain의 축적을 촉진시키고, 생쥐의 C2C12 세포에서 과발현된 IL-15는 근육의 비대(hypertrophy)를 유발시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 결과들을 통해 IL-15가 골격근 섬유의 성장에 중요한 역할을 할 것으로 여겨진다. 또한 운동의 종류와 강도에 따른 IL-15 변화의 경향성이 명확하지 않다고 판단되며, 골격근 섬유의 성장에 중요한 역할을 하며, 지방조직의 크기를 조절하는 중요한 매개자 역할을 하는 것으로 최근 밝혀지고 있는 IL-15의 발현과 근육량을 늘리면서 지방분해를 촉진시키는 저항성 운동에 초점을 둔 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 제2형 당뇨병 모델동물(Zucker rat)을 대상으로 8주간의 저항성 사다리 운동을 시행함으로써, 저항성 운동이 인터류킨-15 발현에 어떠한 영향을 미치는지 규명하는데 있다. 본 연구의 실험동물은 제2형 당뇨병 모델 동물인 초기체중 100g~125g의 5주령 ZDF rat (ZDF/Gmi-fa/fa) 23마리를 분양받아 각각 4그룹 : (1) 정상대조군 (Con-ZLC, sedentary ZLC group), (2) 당뇨대조군 ((Con-ZDF, sedentary ZDF group), (3) 정상운동군 (Ex-ZLC, exer -cised ZLC group), (4) 당뇨운동군 (Ex-ZDF, exercised ZDF group)으로 배정 후 일주일간의 저항성사다리 운동에 대한 적응기를 가진 후 본 운동에 참여하였다. 저항성 사다리 운동은 자체 제작한 쥐 전용 사다리(100×12 cm, 2 cm grid, 85° incline)를 이용하여 실시하였다. 6주령이 되었을 때부터, 8주간 부하를 달고 높이 100cm와 경사도 85°의 자체 제작된 사다리를 오르는 운동을 실시하였다. 주당 3일, 1일 10회씩 저항성 사다리 운동을 실시할 것이며, 초기무게는 전날 들었던 최고증량의 50%, 70% 무게로 시작하여 10회를 실시하였다. 근력측정(Grip-strength test)의 경우 매주 측정할 것이며, 복강내 당부하검사 (IPGTT, Intraperitoneal glucose tolerance test)는 운동시작과, 운동종료시점에 측정하여 비교하였으며, 골격근 부피측정 (Pet-CT)은 운동종료후 촬영할 것이며 정상군과 당뇨군에서의 차이를 비교 하였다. 운동이 종료되면 근육조직 및 혈액을 채취할 것이며, 근육조직 및 혈액샘플은 ELISA (Enzyme-Linked Immu -mosorbent Assay)법을 통하여 IL-15의 Protein 농도를 측정 하였다. 자료처리는 (독립표본 t-검증, inpendent t-test)으로 하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 신체 조성적 측면의 변화를 살펴보면 근육량을 늘리면서 지방분해를 촉진시키는 저항성 운동은 ZDF group에서 체중이 통제집단에 비해 운동집단에서 통계적으로 유의하게 감소하는 것으로 나타났으며 muscle volume역시 운동집단에서 통계적으로 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 악력의 경우는 통제집단에 비해 운동집단에서 증가하는 경향성을 나타내었다. 글루코스 수준의 변화에 있어서는 ZDF group간 통제집단에서 공복시 혈당이 운동집단에 비해 높게 유지 되었으며 Glucose-AUC역시 높은 수준을 나타내었다. 마지막으로 IL-15의 발현량에 있어서는 근육별 차이는 있었으나 운동을 처치하였을 경우 IL-15의 발현량이 정상군 까지는 아니지만 향상된 간접적인 결과를 나타내었다. 결론적으로 근육량을 늘리면서 지방분해를 촉진시키는 저항성 운동은 글루코스 수준에 있어서는 저항성 운동이 안정시 혈당의 수준을 낮추는데 영향을 미칠수 있으며 글루코스 투여 후 즉각적으로 증가된 혈당 수준을 정상수준으로 낮추는데 긍적적인 역할을 하며, muscle volume과 악력에도 긍적적인 역할을 하는 것으로 판단되며 보다 많은 운동의 종류 및 강도와 관련된 연구는 당뇨의 치료와 그로인해 발생되어지는 합병증에 대한 처치 및 예방에 도움이 될 것이라 사료된다.

Interleukin-15 (IL-15) which is highly expressed in skeletal muscle is well known as myokine that decreases adipose tissue and functions glucose regulation and also skeletal muscle glucose transport. There is no study about the investigating changing of IL-15 with the effect of exercise in ZDF rats. So, we study the effects of resistance exercise on the change of IL-15 level and glucose tolerance in ZDF rats. 6 week-old Male ZDF and ZLC (ZDF Lean Control) was randomly divided into 4 groups: sedentary ZLC (Con-ZLC), sedentary ZDF (Con-ZDF), exercised ZLC (Ex-ZLC) and exercised ZDF (Ex-ZDF). Ex-ZLC and Ex-ZDF rats were trained to climb a 1.1-m vertical (80° incline) ladder with weights secured to their tail for Progressive warkload resistance exercise(the training was started at 50% or 70% of MW(maximal weight of the last trail) and the tail weight was added progressively 10 g at every trials). And the animals were trained once every 3 days for 8 weeks. Grip strength and intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) were performed at onset and after restistant exercise session. Also expression of IL-15 was measured using ELISA(Enzyme-Linked Immumosorbent Assay) in extracted soleus muscle and anterial tibialis muscles.. After 8 weeks resistance training, reduction of the body weight was observed in the Ex-ZDF group, compared to Con-ZDF group. And grip strength of trained rats was increased compared with sedentary rats after 8 weeks exercise. Glucose tolerance using IPGTT in diabetes rats was significantly improved in resistance exercised rats(Ex-ZDF) Also, the expression of IL-15 was significantly increased (p<0.01) especially in the soleus muscles of Ex-ZDF group. In the case of the change of body composition, the exercise group of the ZDF group in resistance exercise to increase muscle mass and to promote breakdown of fat showed a statistically significant decrease in weight, and a significant increase in muscle volume, compared with the control group. A significant increase in grip strength was observed in the exercise group. In the case of glucose level, in the ZDF group, the control group had a higher fasting blood sugar and glucose-AUC than the exercise group. In the case of the expression of IL-15, although it was different according to the type of muscles, there was a slight but non-significant increase in IL-15 after the exercise intervention. In conclusion, resistance exercise to increase muscle mass and to promote breakdown of fat, can decrease the level of blood sugar, had a positive effect on decreasing the increased level of blood sugar after supplementation of glucose, on muscle volume and on grip strength. Therefore, the research regarding to types of exercise and exercise intensity would help to treat diabetes and to prevent its complications.