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유산소 운동수행이 흰쥐 골격근의 면역관련 TLR4 단백질의 신호전달 활성에 미치는 영향

Effect of endurance exercise on TLR4 signaling-mediated protein expression in rats

김효정|김창근|여효성
한국운동생리학회|2012.05|운동과학 (Exercise Science)|제21권 제2호|pp. 223-230|DOI 10.15857/ksep.2012.21.2.223

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염증반응NFκB지구성 운동Endurance exerciseTLR4Inflammatory response

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근 수축(muscle contraction) 활동은 세포 내의 다양한 신호경로를 자극하고 유전자 전사의 변화를 유도할뿐 만 아니라 면역기능과 염증 민감성에 영향을 미친다. 일반적으로 좌식 생활자는 만성적 염증반응을 나타내는 반면 적절한신체 활동은 염증반응을 감소시키며 일회성 고강도 운동수행은 다양한 면역 세포들의 염증반응을 증가시킨다. 운동으로 인한염증반응의 증가는 근손상을 초래하며, 혈액에서의 염증성 cytokine 증가는 근 단백질 합성 저하 및 제지방량 감소와 관련있는 것으로보고되었다. 운동에 의한 면역 및 염증반응과 관련된 지표로 Toll-like receptors (TLRs)가 제시되고 있다. TLRs는 미생물 병원체(microbial pathogen)의 특정 패턴을 인식하여 TNF-α와 같은 염증 반응을 일으키는 유전자를 발현시킴으로써 면역 활동을 조절한다. TLRs은인체의 지방, 간, 근육 조직을 포함하는 다양한 세포에서 발현되며 이중 TLR4는 세포막에 존재하며 Lipopolysaccharide (LPS)에 반응하여전신의 염증반응을 조절한다. TLR4 signaling은 MyD88 의존형과 MyD88 비의존형으로 나뉘며 최종적으로 NFκB를 활성화시켜 염증반응에 관여한다. 이 연구는 12주령 실험용 쥐(SD-Rat) 35마리를 대상으로 실험동물용 트레드밀을 이용하여 최대산소섭취량의 약75~85% 수준(28 m/min)으로 지구성 운동을 수행시킨 후, 운동직후, 운동 후 30분, 운동 후 1시간, 운동 후 6시간에 Extensor Digitorum Longus (EDL)를 적출하여 TLR4 관련 단백질 발현의 변화를 SDS-PAGE 와 Western blotting을 통해 분석하였다. 실험을 통해 TLR4단백질은 운동 후 점차적으로 유의하게 감소하여 운동 후 회복기 6시간 시점(42%)에 최대 감소율을 보였다. MyD88 단백질은 운동후 회복기에 유의한 변화가 없었다. 또한 전사인자인 NFκB는 운동 후 점차적으로 증가하는 경향을 보이며 운동 후 1시간(51%)에유의하게 증가하였고 회복기 6시간 후에 기저수준으로 감소되었다. 이상의 결과는 TLR4와 NFκB 발현에서의 연관성과 함께 지구성운동 후 회복기에 골격근에서 나타나는 TLR4의 감소가 염증반응에 대한 방어 효과를 나타낼 가능성을 보여주고 있다.

Abstract

The innate immune response is the first line of defence against infectious disease. A group of proteins that comprise Toll or Toll-like family of receptors (TLRs) has been suggested as one of the markers associated with immune and inflammatory responses. TLR4 among the TLRs produces a response by lipopolysaccharide (LPS) and controls inflammatory responses. This study was performed to demonstrate the change of TLR4 signaling-mediated protein expressions in skeletal muscle during the recovery of an intensive endurance exercise. Sprague-Dawley rats (12 week, n=35) were randomly divided into five groups(n=7 each) to time period of the exercise (pre, post 0 h, 30min, 1 hr and 6 hrs). The rats ran on the rodent treadmill for 1 hour at the level of 75~80%V̇O2max (28 m/min). The change of TLR4, MyD88 protein expression and NFκBp65 DNA binding activity were analyzed by western blotting in Extensor Digitorum Longus (EDL) muscle. TLR4 protein expression was significantly decreased by 41%(p=.036) at 6hrs of recovery with the intensive endurance exercise whereas MyD88 was not changed. NFκB was significantly increased by 51%(p=.014) at 1h of recovery but returned to the resting level at 6 hrs of recovery. These results suggest a possibility of an interaction between TLR4and NFκB expression and the exercise-induced changes in these molecules during recovery period may a key role to defence inflammatory response in rat skeletal muscle.

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