저항성 운동이 알츠하이머 형질전환 생쥐 뇌의 베타 아밀로이드 대사와 인지기능에 미치는 영향

The effect of resistance exercise on βamyloid metabolism and cognitive function in a mouse model of Alzheimer’s disease

본 연구는 알츠하이머(Alzheimer’s disease: AD) 형질전환 생쥐를 대상으로 저항성 운동 (resistance exercise: RE)이 해마의 베타 아밀로이드(βamyloid: Aβ) 단백질 대사, 신경세포사멸 및 인지기능에 미치는 영향을 확인하는데 목적이 있다. AD 비 형질전환 생쥐(nontransgenic: nontg, n=14) 와 형질전환 생쥐(transgenic: Tg, n=14)를 무선 배정하여 비 형질전환 생쥐 대조군 (nontgcontrol: NTC, n=7), 비 형질전환 생쥐 저항성 운동군(nontgRE: NTRE, n=7), 형질전환 대조군(tgcontrol: TC, n=7) 및 형질전환 저항성 운동군(tgRE: 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/PGC1α 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 Bcl2/Bax ratio는 TC 집단에서 유의하게 감소되어 신경세포사멸이 증가 된 것으로 나타났지만 RE는 Bcl2/Bax ratio을 증가시켜 신경세포사멸을 감소시킨 것으로 확인되었다. TC 집단에서 증가된 BACE1 및 ROCK1 과 감소된 ADAM10과 RARβ 단백질 발현은 RE를 통해 감소되거나 증가 된 것으로 나타났고, SIRT1/ PGC1α 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/PGC1α 기전 활성, 아밀로이드 생성기전 억제, 비아밀로이드 생성기전 활성) 신경세포사멸 억제시키고 결과적으로 인지기능을 개선 시킬 수 있는 효과적인 운동 방법이라고 생각된다.

The aim of this study was to investigate the effect of resistance exercise(RE) on betaamyloid(Aβ) metabolism, neuronal cell death, and cognitive function in the transgenic mice model of Alzheimer s disease(AD). Fourteen transgenic(tg) mice and fourteen nontransgenic(nontg) mice were divided into four groups: (1)nontgcontrol(NTC, n=7) (2)nontgRE(NTRE, n=7) (3)tgcontrol(TC, n=7), and (4)tgRE(TRE, n=7). The groups with RE were performed to progressive RE on ladder equipment for 8 weeks. The groups with RE were performed to progressive RE on ladder equipment for 8 weeks. After then, the cognitive function was measured by using the water maze test ,and Aβ metabolismrelated proteins, neuronal cell death, and SIRT1/PGC1α pathway were also measured. Here, we found escape latency and time were significantly increased in the TC compared to the NTC group, but it was significantly reduced in the TRE group, indicating RE may ameliorate cognitive dysfunction. Next, we found an increased in Aβ protein of TC compared to NTC, but it was significantly reduced in the TRE group following RE. In neuronal cell death, Bcl2 was also significantly decreased and Bax was significantly increased in the TC compared to the NTC group, but RE can increase Bcl2 and reduce Bax, which may elevate the ratio of Bcl2/Bax. We further found a decrease in the level of ADAM10 and RARβ protein was significantly increased whereas increased in ROCK1 and BACE1 expression level was significantly reduced following RE in the TRE compared to the TC group. In addition, the level of SIRT1/PGC1α proteins was decreased in the TC group compared to NTC group, but, these markers were significantly increased in the TRE group following RE. Therefore, our finding indicated that RE may ameliorate cognitive deficits by reducing Aβ protein and neuronal cell death via regulating SIRT1/PGC1α, amyloidogenic pathway, and nonamyloidogenic pathway, which may play a role in an effective strategy for AD.