쥐의 뒷다리 부유 후 저항성 사다리 운동이 근육에 따라 근회복과 Heat Shock Protein 72 발현에 미치는 영향

Abstract

골격근의 활동이 제한되어 근위축(Atrophy)이 유발될 경우 효과적으로 회복을 하는 것이 중요하므로 이와 관련된 방법과 물질들이 계속해서 연구되고 있다. 쥐의 뒷다리 부유(Hindlimb unloading)는 근육의 불용으로 인해 사람에게 나타나는 근위축을 재현하는 모델이다. 반면 저항성 사다리 운동은 단기간의 트레이닝으로 근위축에 대항하여 근비대(Hypertrophy)를 유발하는 가장 효과적인 방법이다. 따라서 본 연구에서는 Sprague-Dawley rat을 대상으로 2주간의 뒷다리 부유를 통해 근위축을 유발하고, 4주간의 중력재부하와 저항성운동을 실시하여 근육별로 근육의 회복 정도와 HSP72의 발현량을 비교하였다. 9주령의 수컷 Sprague-Dawley rat을 대상으로 대조군(CON)과 뒷다리 부유 후 중력재부하(HRE) 그룹, 뒷다리 부유 후 저항성 사다리운동 (HEX) 그룹으로 나누어 각 그룹 당 7마리씩 배정하였다. 근위축을 유발하기 위해 2주간 뒷다리부유를 실시하였다. 그 후 회복효과를 근섬유 형태별로 확인하기 위해 중력재부하(Reloading)와 저항성 사다리 운동을 4주간 실시하여 가자미근(Soleus)과 비복근(Gastrocnemius)을 분석하였다. 표현형 분석을 위해 근육 무게(Wet weight)를 측정하고 Troponin I-SS, Troponin I-FS, 근위축 관련인자(Atrogin-1, Murf-1), 염증관련인자(TNF-α, IL-6), HSP72의 mRNA와 단백질 발현량을 각각 Real-time PCR과 western blot을 통해 분석하였다. 본 연구의 자료는 SPSS 22.0 통계 프로그램을 이용하여 분석하였다. 기술통계를 통해 각 항목별 평균과 표준오차를 구하고 집단 간 차이의 검증은 Independent t-test와 one-way ANOVA를 실시하였다. 모든 통계의 유의 수준은 P<.05로 설정하였다. 2주간의 뒷다리 부유를 실시한 결과 가자미근과 비복근의 근 무게가 유의하게 감소하였다. 4주간 저항성 사다리 운동을 실시한 그룹의 Grip strength가 두 그룹의 비해 유의하게 증가하였다. 가자미근과 비복근에서 Troponin I-SS와 Troponin I-FS 단백질을 분석한 결과 가자미근의 HRE 그룹에서만 Troponin I-FS가 유의하게 증가 되었다. 가자미근의 Atrogin-1 mRNA level은 HRE, HEX그룹이 CON 그룹에 비해 유의하게 증가하였고 TNF-α는 HRE그룹에서, IL-6는 HEX그룹에서만 유의하게 증가하였다. 비복근의 Atrogin-1과 Murf-1의 mRNA 발현량은 중재 그룹 모두 CON 그룹에 비하여 유의하게 감소하였다. HSP72의 단백질 발현량은 가자미근에서 HRE, HEX 그룹 모두 CON 그룹에 비해 유의하게 증가하였다. 중력재부하와 저항성 사다리 운동이 근육에 회복에 있어서 긍정적인 효과를 나타냈지만 분자수준에서 중재 간에 큰 차이가 나타나지 않았으므로 근회복과 HSP72 발현량의 차이를 확인하기 위해 추후 연구에서 기전 연구와 함께 적절한 중재기간을 적용하여 연구될 필요가 있다.

Introduction : It is important to recover effectively from skeletal muscle atrophy. Therefore, it has been widely studied to promote effective recovery from atrophy induced by disuse. Hindlimb unloading in rats is a model that reproduces muscle atrophy in animals due to muscle disuse. The resistance ladder climbing exercise is the most effective way to induce muscle hypertrophy against muscle atrophy by short-term training. In this study, muscle recovery and HSP72 expression levels were compared in muscle by muscle gravity reloading and resistance exercise for 4 weeks in the Sprague-Dawley rats.

Method : 9-week-old male Spregue-Dawley rats were divided into following groups

control group(CON), reloading after hindlimb unloading group(HRE), and resistance ladder climbing exercise group after hindlimb unloading group(HEX). In order to confirm the recovery effect by muscle fiber type, gravity reloading and resistive ladder exercise were performed for 4 weeks. Muscle wet weight was measured by phenotypic analysis of Soleus and Gastrocnemius. Troponin I-SS, Troponin I-FS, atrophy-related factors(Atrogin-1, Murf-1), inflammation- related factors(TNF-α, IL-6), and mRNA and protein levels of HSP72 were analyzed by real-time PCR and western blot analysis. All data were analyzed by using SPSS 22.0 statistical program. The descriptive statistics were used to determine the mean and standard error for each item, and an independent t-test and one-way ANOVA were conducted to verify the difference between groups. All statistical significance levels were set at P <.05.

Results : Muscle wet weight was decreased significantly in Soleus and Gastrocnemius after 2 week Hindlimb unloading. The grip strength of the 4 week resistance ladder climbing exercise(HEX) group was significantly higher than that of the two groups. Analysis of Troponin I-SS and Troponin I-FS proteins in Soleus and Gastrocnemius showed that Troponin I-FS was significantly increased only in the soleus HRE group. Atrogin-1 mRNA levels of Soleus were significantly increased in the HRE and HEX groups compared to the CON group. TNF-α was significantly increased in the HRE group and IL-6 was significantly increased in the HEX group. The mRNA levels of Atrogin-1 and Murf-1 of Gastrocnemius were significantly lower in the intervention group than in the CON group. The expression level of HSP72 was significantly increased in Soleus compared to CON group in both HRE and HEX groups.

Conclusion : Although gravity reloading and resistance ladder climbing exercises had positive effects on muscle recovery, there was no significant difference between the interventions at the molecular level. Further studies on mechanism is required and at the same time, we recommend to apply the appropriate intervention period to identify differences in muscle recovery and HSP72 expression levels.