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상기 황보
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1 한국체육학회지, 2017, 제56권제4호, The Korean Journal of Physical Education, 2017, 56(4), ISSN (Print) / ISSN (Online) 지구성운동에의한 PPARβ 의발현이고지방식이에의한골격근미토콘드리아 H 2 O 2 의배출과 GLUT4 발현에미치는영향 The Effects of PPARβ on High Fat Diet Induced Mitochondrial H 2 O 2 Emission and GLUT4 Expression in Skeletal Muscle 고진호 Mayo Clinic 김기진 * 계명대학교 Koh, Jin-Ho Mayo Clinic Kim, Ki-Jin Keimyung Univ. 요약고지방식이는골격근미토콘드리아로부터 hydrogen peroxide (H 2O 2) 배출을증가시키며, 과도한 H 2O 2 의배출은인슐린저항성의원인이다. 본연구는지구성운동에의한 Peroxisome proliferator-activated receptor β/δ (PPARβ/δ, PPARβ) 의발현이고지방식이에의한미토콘드리아 H 2O 2 의배출을감소시킬수있는지확인하는것이다. 생쥐는 8 주간고지방식이, 지구성운동또는지구성운동과고지방식이를병행실시하였으며, 포화지방산에의한근세포 (myotube) 미토콘드리아의 H 2O 2 배출과항산화효소에대한 PPARβ의효과를살펴보기위해 PPARβ, sodium palmitate 또는 PPARβ 와 sodium palmitate를병행처치하였다. 8주간고지방식이는골격근미토콘드리아로부터 H 2O 2 의배출을증가시키며 glucose transporter 4 (GLUT4) 와 superoxide dismutase (SOD)2 의발현을유의하게감소시켰다. 그러나 8주간지구성운동은 SOD2, catalase 및 GLUT4의발현을증가시켰으며, 고지방식이에의한골격근미토콘드리아의 H 2O 2 배출을감소시켰다. 또한근세포에 PPARβ의과발현은 SOD2, catalase 및 GLUT4를증가시켰으며, 포화지방산에의한미토콘드리아 H 2O 2 의배출을감소시켰다. 따라서지구성운동에의하여증가된 PPARβ는 SOD2, catalase 를증가시키며, 이는고지방식이에의한골격근미토콘드리아로부터 H 2O 2 의배출을감소시켜 GLUT4의발현감소를차단한다. 주요어 : 고지방식이, 지구성운동, PPARβ, 과산화수소, antioxidant, GLUT4 Abstract Chronic high fat diet (HFD) induced excessive hydrogen peroxide (H 2O 2) emission from mitochondria in skeletal muscle results in an increase insulin resistance. The aim of this study was to identify the effects of PPARβ induced by endurance exercise on excessive H 2O 2 emission from mitochondria in skeletal muscle by HFD. Studies of HFD, endurance treadmill exercise (Ex) and HFD+Ex in mice were conducted for 8 weeks. PPARβ transfection, sodium palmitate or PPARβ + sodium palmitate treatments in C 2C 12 myotubes were conducted to identify PPARβ effects on mitochondrial H 2O 2 emission induced by saturated fatty acids. HFD fed mice for 8 weeks result in an increase mitochondrial H 2O 2 emission and a decrease GLUT and SOD2, but endurance exercise for 8 weeks result in an increase SOD2, catalase and GLUT4 expression, and a decrease mitochondrial H 2O 2 emission in skeletal muscle. SOD2, catalase and GLUT4 expression were increased in myotubes by PPARβ overexpression result in a decrease mitochondrial H 2O 2 emission induced by palmitate. We concluded that an increased PPARβ by endurance exercise increases SOD2 and catalase that results in a decrease mitochondrial H 2O 2 emission, and blocks a decrease in GLUT4 expression. Key words: high fat diet, endurance exercise, PPARβ, hydrogen peroxide, antioxidant, GLUT4 * kjk744@kmu.ac.kr Copyrightc2017 KAHPERD

2 586 한국체육학회지제 56 권제 4 호 서론 골격근은식후글루코스의 70% 이상을처리하는조직이다. 골격근에포화지방의초과축적은세포대사의조절장애와 apoptosis와같은 lipotoxicity를유도하며, 인슐린저항성뿐만아니라제 2형당뇨병의발병과관련이있다 (Holland et al., 2007; Kahn, Hull, & Utzschneider, 2006). 또한고농도의 Palmitate 는 diacylglycerol(dag), ceramides 및활성산소종 (reactive oxygen species, ROS) 의현저한증가를유도하며, 이는골격근의산화스트레스, 미토콘드리아기능장애, apoptosis 및인슐린저항성을유도하는것으로나타났다 (Borén, Taskinen, Olofsson, & Levin, 2013; C. Capurso & Capurso, 2012). 미토콘드리아는 hydrogen peroxide(h 2O 2), calcium, nitric oxide를포함한세포내많은신호체들을생산하며, 분배및제거를위한중요한기관으로인식되고있다 (Anderson et al., 2009). H 2O 2 는산화환원에민감한단백질내의티올잔기와직접반응하거나환원된글루타티온을산화된글루타티온 (GSH/GSSG, 세포의주요산화환원완충제 ) 으로비율을변화시킴으로서세포의산화환원상태를변화시킬수있다. 따라서미토콘드리아로부터배출되는 H 2O 2 의비율은세포의전반적인산화 환원 (redox) 환경의조절자이며미토콘드리아반응의중요한지표로간주된다 (Schafer & Buettner, 2001). 고지방식이는미토콘드리아 ROS의생산을증가시키며, 미토콘드리아에서생산되는 ROS는인슐린저항성과밀접한관련성이있다 (Anderson et al., 2009; Barbosa et al., 2013; Ding et al., 2016; Henriksen, 2013). 규칙적인신체활동은골격근의인슐린감수성과항산화능력을증가시키는데, 이는골격근의항산화능력과 ROS에의한인슐린저항성간에밀접한관련성이있음을나타낸다 (Savage, Petersen, & Shulman, 2007; Silveira et al., 2008; Van Loon & Goodpaster, 2006). 비록 1회의강한유산소운동이 ROS와근섬유의손상을유발할가능성이있으나, 규칙적인유산소운동은 ROS의과축적을해독하기위한세포의능력을강화시킬수있다 (Radak, Zhao, Koltai, Ohno, & Atalay, 2013). 중강도의규칙적인운동은 superoxide dismutase(sod), Glutathione Peroxidase(GPx) 그리고 catalase와같은내인성항산화효소의활성증가를통하여항산화방어시스템을강화시킨다 (Miyata et al., 2008). 핵수용체인 peroxisome proliferator activatedreceptor β/δ(pparβ/δ, PPARβ) 는지구성운동에의한골격근미토콘드리아생합성에필수적인역할을수행하며 (Koh et al., 2017), 글루코스의흡수 (Gan et al., 2011) 및 GLUT4의발현 ( 김상현, 김기진, 정수련및고진호 2015; 고진호및김기진, 2016) 에영향을미친다. GW compound(pparβ activator) 에의하여매개된 PPARβ의활성은섬유아세포 (Wang et al., 2015) 와혈관평활근세포 (Kim et al., 2011) 에서 GPx1과 catalase와같은내인성항산화효소의발현을증가시키는것으로나타났다. 특히 Cu/Zn-SOD(SOD1)(Yoo, Chang, & Rho, 1999), manganese (Mn)-SOD(SOD2)(G. Ding et al., 2007) 및 catalase(girnun, Domann, Moore, & Robbins, 2002) promoter 에 PPAR 반응부위가존재한다. 이러한결과들은 SOD1, SOD2, GPx1 및 catalase가 PPARβ 의목표유전자임을의미하며, 지구성운동에의한 PPARβ의발현이골격근 H 2O 2 배출에영향을미칠수있음을나타낸다. 그러나지구성운동에의한골격근의 PPARβ 발현이미토콘드리아의 H 2O 2 배출에어떠한영향을미치며, 고지방식이에의한 H 2O 2 의배출과 GLUT4 발현에대한 PPARβ 의역할을확인한연구는찾아보기힘들다. 따라서본연구는지구성운동에의한 PPARβ 의발현이고지방식이에의한 H 2O 2 의방출과감소된 GLUT4의발현에어떠한영향을미치는지확인하는것이다. 연구방법

3 지구성운동에의한 PPARβ 의발현이고지방식이에의한골격근미토콘드리아 H2O2 의배출과 GLUT4 발현에미치는영향 연구대상실험동물은 6 주령수컷생쥐 24마리를구입하여이용하였다. 실험동물은 1주간의환경적응기간후각각 6 마리씩정상식이-좌업그룹 (CHO-Sed), 정상식이-운동그룹 (CHO-Ex), 고지방식이-좌업그룹 (HFD-Sed) 및고지방식이-운동그룹 (HFD-Ex) 으로분류하였다. 동물은한우리에 2마리씩사육하였으며, 8주간일반식이 (Purina chow, Purina, USA) 또는고지방식이 ( 탄수화물과단백질 20%, 지방 60%, Research Diets, USA) 를물과함께자유롭게섭취하도록하였다. 사육실온도는 21 C로유지하였으며, 명기 (06:00-18:00) 와암기는각각 12시간으로조절하였다. 각각의그룹에따른처치를마친 24시간후생쥐의 tibialis anterior(ta) 근육을채취하여분석에이용하였다. 본연구는 Institutional Animal Care and Use Committee of the Mayo Clinic에의해승인되었다. 생쥐의골격근세포인 C 2C 12 는 american type culture collection(atcc, USA) 에서구매하였다. Dulbecco's Modified Eagle's medium(dmem) (Sigma, USA) 에 10% Fetal bovin serum(fbs, Gibco, USA) 과 Penicillin-Streptomycin(100 U/mL) 을첨가하여 C 2C 12 세포의성장배지로사용하였다. 세포배양기는 5% CO 2 와 37 C가유지되도록하였다. H 2O 2 를측정하기위해 T75 flask를이용하여세포를성장시켰으며, 단백질분석은 6 well culture plate를이용하였다. 세포가약 90-95% 증식되었을때 2% horse serum과 Penicillin-Streptomycin(100 U/mL) 이첨가된분화 (differentiation) 배지를이용하여 Myotube 로분화되도록유도하였다. 2. 운동방법지구성운동그룹은 8주간 (5 day/week) 트레드밀달리기를실시하였으며, Gan 등 (Gan et al., 2011) 연구를참조하여운동프로토콜을구성하였다. 본운동전이틀간트레드밀에적응하기위하여 10 m/min의속도로 9분간달린후 20 m/min 의속도로 1분간달리기를실시하였다. 본운동은 10 m/min의속도로 1 시간달린후매 15분마다 2 m/min씩속도를증가시켜생쥐가더이상달리지못할때까지실시하였으며, 생쥐가 5초이상전기자극판에머물러있으면더이상달리지못한다고판단하였다. 3. Ad-PPARβ construct V5-PPARβ/δ adenovirus는고진호등 (2015) 의방법을이용하여제작하였다. PPARβ primer(f: 5 -TTGCACCTAGTAAAAATGGCTAGCAAAGGAG AAGAA-3, R: 5 -GAGTGCGGCCGCGATATCTTA TTTGTAGAGCTCATCCAT-3 ) 를이용한 PCR 생성물은 pentr/d -Topo vector에삽입하였으며, 삽입된 cdna는 pad/cmv/v5-dest vector (Invitrogen, USA) 에전위하였다. 제작된 pad-v5- PPARβ/δ 는염기서열을확인하여 cloning 성공유 무를확인하였다. 4. 세포처치방법성장배지에서분화배지로교환한하루후, Ad-PPARβ-V5 또는 empty vector(ev) 를세포에전이하였다. 분화 6일째 sodium palmitate 또는 control BSA를처치하였다. 세포에 sodium palmitate 를처치하기위한방법은 Pillon 등 (2012) 의방법을이용하였다. 200 mm sodium palmitate 를 50% 에탄올에녹인후 10% fatty acid free low endotoxin BSA 용액 (Sigma, USA) 에 25배희석시켜지방산과 BSA가결합되도록 40 에서 2시간배양하였다. BSA-fatty acid solution은최종 0.2 mm이되도록세포분화배지에 40배희석시켰다. Control BSA는 10% BSA 용액에같은양의 50% 에탄올을첨가하고분화배지에 40배희석시켜사용하였다. 5. H 2O 2 분석미토콘드리아 H 2O 2 배출은 Fluorolog 3

4 588 한국체육학회지제 56 권제 4 호 spectrofluorometer(horiba Scientific, Japan) 를이용하였으며, Amplex Red oxidation(invitrogen, USA) 을모니터링하여분석하였다 (Lanza et al., 2012). Background fluorescence는미토콘드리아호흡 state 1을측정하였다. 미토콘드리아호흡버퍼는 (105 mm K-MES, 30 mm KCL, 10 mm KH 2PO4, 5 mm MgCl 2-6H 2O, 5 mg/ml BSA ph 7.4) 1 mm EGTA(pH 7.3) 를첨하하고, 10 mm Amplex Red, Horseradish peroxidase 1 U/ul 및 Superoxide dismutase 10 U/ul 를첨가하여준비하였다. 샘플이첨가된 2 ml 호흡버퍼에 H 2O 2 가세포막을투과할수있도록 5 mg/ml digitonin 을첨가하였으며, 미토콘드리아최대 H 2O 2 의배출을측정하기위해 10 mmol/l glutamate와 2 mmol/l malate(state 2, CI) 및 10 mmol/l succinate(state 2, CI+CII) 를첨가하였다. 근육샘플은 ice-cold buffer[60 mm K-MEF, 35 mm KCl, 7.23 mm K 2EGTA, 2.77mM CaK 2EGTA, 20 mm imidazole, 0.5 mm DTT, 20 mm taurine, 5.7 mm ATP, 15 mm PCr, 6.56 mm MgCl 2-6H 2O(pH 7.1, 295 mosm) 에담그고결체조직 (connective tissue) 과지방을제거하였으며, 가능한작은근섬유다발이되도록분리하였다. 근섬유다발은미토콘드리아막을손상시키지않고근섬유막의투과성을높이기위해 50 µg saponin을처치하여 30분간배양하였다. 근섬유는 buffer Z(110 mm K-MES, 35 mm KCl, 1 EGTA, 5K 2HPO 4, 3MgCl 2-6H 2), 0.05 pyruvate, 0.02 malate 와 5mg/ml BSA(pH 7.4, 295 mosm)) 에세척한후내인성 adenylates를고갈시키기위해 10 mm pyrophosphate를처치하였다. 투과성이높아진근섬유는 2 µg/ml oligomycin 이함유된 2 ml buffer Z와함께 quzrtz cuvette에넣었으며, State 4 하에 H 2O 2 의생산을자극하기위하여 Glutamate(5M) 과 malate(2m) 를단계별로처치하였다 (Lanza et al., 2012). 6. Western blotting 샘플, 용해버퍼및시료의준비및고진호등 ( 고진호및김기진, 2017) 의방법을이용하였으며, Lowry et al(1951) 의방법을이용하여단백질을정량하였다. 시료는 SDS-polyacrylamide gel을이용하여전기영동을실시하였으며, nitrocellulose membrane에전이 (transfer) 하였다. 1차항체는 PPARβ 및 V5(Thermofisher, USA), GLUT4(Mike Mueckler 제공, USA), SOD2 및 catalase (Santacruz, USA) 그리고 β-actin(sigma, USA) 을이용하였다. 이차항체는 Horseradish peroxidase (HRP)-conjugated donkey anti-rabbit IgG과 donkey anti-mouse IgG는 Jackson Immuno Research Laboratories(USA) 에서구매하여이용하였다. 각각의항체가결합된단백질은 ECL kit(sigma, USA) 으로발광시킨후 C-DiGit blot scanner (Li-COR, USA) 를이용하여시각화하였다. Band의상대적강도는 C-DiGit blot scanner 의소프트웨어인 Image Studio Digits(Li-COR, USA) 을이용하였다. 7. 통계방법수집된자료는 SigmaPlot 12.0 통계패키지를이용하여측정항목별평균및표준편차를산출하였다. 분석항목의그룹간차이를분석하기위하여 twoway ANOVA를실시하였으며, 사후검정은 Fisher LSD를이용하였다. 모든통계적유의수준은 5% 미만으로설정하였다. 결과 1. 고지방식이와지구성운동에따른골격근미토콘드리아의 H 2O 2 배출 지구성운동이고지방식이에따른미토콘드리아 H 2O 2 의배출에어떠한영향을미치는지확인하기

5 지구성운동에의한 PPARβ 의발현이고지방식이에의한골격근미토콘드리아 H2O2 의배출과 GLUT4 발현에미치는영향 589 Fig. 1. Mitochondrial H 2O 2 emission according to high fat diet and endurance exercise. Sed; sedentary, Ex; endurance exercise, CHO; normal chow diet, HFD; high fat diet, *p<0.05 within group, #p<0.05 between group. 위하여 8주간고지방식이와지구성운동을실시한근육의미토콘드리아를추출하여 H 2 O 2 배출수준을측정하였다 (Fig. 1). 8주간지구성운동을실시한근육으로부터추출한미토콘드리아의 H 2 O 2 배출수준은좌업군보다 H 2 O 2 의배출수준이유의하게 (p<0.05) 낮은것으로나타났다 (Fig. 1). 8주간고지방식이는정상식이를실시한미토콘드리아의 H 2 O 2 의배출량이유의하게 (p<0.05) 증가하였으나, 8주간지구성운동과고지방식이를병행실시한그룹의미토콘드리아는고지방식이를실시한그룹보다 H 2 O 2 의배출이유의하게 (P<0.05) 감소하여정상식이를실시한그룹과차이가없는것으로나타났다 (Fig. 1). 2. 고지방식이와지구성운동에따른골격근항산화제의발현 Figure 1 의 H 2 O 2 의배출과관련하여 PPARβ, SOD2, Catalase 및 GLUT4 의발현이어떠한관련성이있는지확인하기위하여고지방식이와지구성운동에따른단백질수준을분석하였다 (Fig. 2). 8주간지구성운동은 PPARβ, SOD2, Catalase 및 GLUT4의발현을유의하게 (p<0.01) 증가시키는것으로나타났다 (FIg. 2A). 8주간고지방식이는 SOD2와 GLUT4의발현을유의하게 (p<0.05) 감소시켰으나 PPARβ 와 Catalase 의발현은차이가없는것으로나타났다. 8주간지구성운동과고지방식이를병행실시한결과, PPARβ, SOD2, Catalase 및 GLUT4의발현은모두유의하게 (p<0.01) 증가하였다. 3. PPARβ 과발현과 Palmitate 처치가미토콘드리아 H 2O 2 배출에미치는영향지방산에의하여증가한 H 2O 2 배출에대한 PPARβ의역할을확인하기위하여생쥐의근세포에 sodium palmitate 처치와 PPARβ 과발현유무에따른미토콘드리아 H 2O 2 최대배출수준을확인하였다 (Fig. 3). PPARβ 과발현된세포와 EV 처치된세포의미토콘드리아로부터배출된 H 2O 2 는차이가없는것으로나타났다. Palmitate는미토콘드리아 H 2O 2 의배출을대조군보다유의하게 (p<0.05) 증가시키는것으로나타났다. 그러나 PPARβ 와 Palmitate 병행처치는 Palmitate 처치그룹보다 H 2O 2 의배출수준이유의하게 (p<0.01) 낮은것으로나타났다 (Fig. 3). Fig. 2. PPARβ, antioxidant and GLUT4 expression according to high fat diet and endurance exercise. Sed; sedentary, Ex; endurance exercise, CHO; normal chow diet, HFD; high fat diet, *p<0.01 within, #p<0.05 between group.

590 한국체육학회지제 56 권제 4 호 Fig. 3. Mitochondrial H 2O 2 emission according to palmitate and PPARβ overexpression. EV; empty vector, Ctrl; control, *p<0.05 within group, #p<0.05 between group. 4. PPARβ 과발현과 Palmitate 처치가항산화효소및 GLUT4 단백질발현에미치는영향 PPARβ 의과발현이 palmitate 처치에의한항산화제와 GLUT4의발현에어떠한영향을미치는지확인하였다 (Fig.

6 590 한국체육학회지제 56 권제 4 호 Fig. 3. Mitochondrial H 2O 2 emission according to palmitate and PPARβ overexpression. EV; empty vector, Ctrl; control, *p<0.05 within group, #p<0.05 between group. 4. PPARβ 과발현과 Palmitate 처치가항산화효소및 GLUT4 단백질발현에미치는영향 PPARβ 의과발현이 palmitate 처치에의한항산화제와 GLUT4의발현에어떠한영향을미치는지확인하였다 (Fig. 4). PPARβ 가과발현된세포는 EV가처치된세포보다 SOD2, catalase 및 GLUT4 의발현을유의하게 (p<0.01) 증가시켰다. Palmitate와 EV가처치된세포의 SOD2, catalase 및 GLUT4는 EV가처치된대조군과차이가없는것으로나타났다. Palmitate와 PPARβ 가과발현된세포의 SOD2(p<0.01), catalase (p<0.05) 및 GLUT4(p<0.01) 의발현은 Palmitate 만처치된그룹보다유의하게증가하였다 (Fig. 4). 논의 포유류골격근에서 H 2 O 2 는포도당수송조절과 관련된세포의신호조절인자로서중요한역할을수행하는것으로보인다 (Henriksen, Diamond- Stanic, & Marchionne, 2011). 근세포의미토콘드리아에서생성되는 H 2O 2 는세포의다양한기능을위해중요하며 (Stone & Yang, 2006), 글루코스수송과정에영향을미치는 IRS/PI3K/Akt 의존적기전에참여하는것으로나타났다 (Kim, Saengsirisuwan, Sloniger, Teachey, & Henriksen, 2006). 그러나비만또는초과된영양상태에서근미토콘드리아로부터과도하게생성되는 H 2O 2 는인슐린신호와글루코스수송의감소로인슐린저항성을유발할수있다 (Hey Mogensen et al., 2012; Anderson et al., 2009). 본연구의결과에서도장기간고지방식이는미토콘드리아의 H 2O 2 배출증가와함께 GLUT4 의발현을감소시켰으나, 지구성운동을병행한고지방식이는미토콘드리아의 H 2O 2 배출이정상수준으로회복되었으며 GLUT4의발현은증가한것으로나타났다 (Fig. 1,2). 24시간포화지방산에노출된세포의미토콘드리아에서 H 2O 2 의배출이증가되었으며, GLUT4의발현도감소하였다 (Fig. 3,4). 최근 palmitate 에노출된 C 2C 12 에서 GLUT4 유전자의발현이감소되는것으로나타났으며 (Yang et al., 2013), 2시간동안 H 2O 2 에노출된근세포는 Akt 인산화, GLUT4 이동및글루코스흡수가감소하여인슐린저항성이나타났다 (Ding et al., 2016). 본연구는골격근또는근세포의미토콘드리아 complex 1과 2를활성화시켜미토콘드리아의최대 H 2O 2 배출량을분석하였으며, 장기간고지방식이또는포화지방산에의한미토콘드리아로부터과도한 H 2O 2 Fig. 4. Antioxidant and GLUT4 expression according to palmitate and PPARβ overexpression. EV; empty vector, Pβ; PPARβ, Ctrl; control, *p<0.05 within group.

7 지구성운동에의한 PPARβ 의발현이고지방식이에의한골격근미토콘드리아 H2O2 의배출과 GLUT4 발현에미치는영향 591 의배출증가가 GLUT4의발현을감소시킨다는것을확인하였다. 그러나 GLUT4 단백질의발현감소가 H 2O 2 에의한단백질산화에의한것인지또는 GLUT4의상위기전에변화가발생한것인지는추가연구가필요할것으로생각된다. H 2O 2 는비교적온건한활성산화제로인식되고있으나, Fenton 반응 (CU2+ 또는 Fe2+ 를이용한 ) 을통하여쉽게매우활성적인 hydroxyl radical(oh) 로환원되며, 이는인슐린신호기전과글루코스수송을현저하게감소시켜인슐린저항성을유도한다 (Evans et al., 2002, 2003; Henriksen et al., 2011). 미토콘드리아에서생성되는 H 2O 2 는 superoxide 로부터생성된다 (Brand, 2010; Lambeth, 2004). Superoxide는산소 (O2) 분자의전자하나가환원되며나타나는 SOD1과 2에의하여 H 2O 2 로빠르게전환된다. SOD1 은주로세포질과미토콘드리아막간공간에위치하며, 그에반하여 SOD2는미토콘드리아매트릭스에위치한다. SODs 는 superoxide 의축적을차단하며, iron sulful clusters를함유하는단백질들을비활성화하고손상시킬수있다 (Fridovich, 1997). 본연구에서, 장기간고지방식이는 SOD2를감소시켰으며 (Fig. 2), 이로인하여근세포내 superoxide의축적이증가했을것으로생각된다. Peroxidases는 H 2O 2 를물로환원시킨다음, 글루타티온 (glutathione) 또는아스코르브산염 (ascorbate) 과같은 2차환원제를산화시키며, Catalase가산화되면 H 2O 2 를환원제로이용하여 H 2O 2 를산소분자로산화시킬수있다 (Stone & Yang, 2006). 따라서미토콘드리아에서 SOD2와 Catalase 는미토콘드리아뿐만아니라세포내생리학적수준의 H 2O 2 수준을유지하기위해매우중요하다. SOD2 (Ding et al., 2007) 와 catalase(girnun et al., 2002) promoter는 PPAR 반응부위가있으며, 최근골격근에서 PPARβ의활성증가가 GPx1, SOD3와 catalase 유전자발현을증가시키는것으로나타났다 (Fan et al., 2017). 지구성운동은 PPARβ 의발현을증가시키는데 (Koh et al., 2017), 8주간고지방식이에의한 H 2O 2 의생성증가가지구성운동병행으로정상수준을유지한것은 PPARβ 의 발현증가와관련이있다 (Fig 1, 2). 본연구는 H 2O 2 에대한 PPARβ 의역할을명확하게확인하기위하여세포에 PPARβ의발현또는 PPARβ와포화지방산을함께처치한결과 PPARβ 는 SOD2와 catalase 를현저히증가시켰으며, 포화지방산에의한 H 2O 2 의증가를차단하였다. 따라서지구성운동에의한 PPARβ 의발현은 SOD2와 catalase의발현을통하여세포내 H 2O 2 의생리학적수준을유지하도록조절하며, 장기간고지방식이에의한 ROS가 GLUT4 의발현을감소시키는것을차단할수있다. 그러나 H 2O 2 의감소가 GLUT4의발현증가를유도했을가능성은매우낮다. 지구성운동으로골격근에서증가된 PPARβ 는 NRF-1/MEF2A를통하여 GLUT4 의발현을증가시키는것으로나타났으며 ( 고진호및김기진, 2016; 고진호및김기진 2015b), 본연구에서나타난 GLUT4 발현의증가는이와관련이있다. 결론 고지방식이에의한미토콘드리아로부터과도한 H 2O 2 의배출은 GLUT4의발현을감소시킨다. 그러나지구성운동에의하여증가한 PPARβ의발현은 SOD2와 Catalase 를증가시키며, 이는고지방식이에의한골격근미토콘드리아의 H 2O 2 의배출증가와 GLUT4 의발현감소를차단한다. 참고문헌 김상현, 김기진, 정수련, 고진호 (2015). 일회성저강도지구성운동시 MEF2A 를통한 PPARδ 의 GLUT4 생합성조절. 운동과학, 24(1), 고진호, 김기진 (2016). 지구성운동을통한 GLUT4 발현에 MEF2s 가미치는영향. 한국체육학회지, 55(1), 고진호, 김기진 (2015a). 흰쥐의장기간지구성운동

8 592 한국체육학회지제 56 권제 4 호 과골격근 PPARβ/δ 기능억제가 GLUT4 발현에미치는영향. 한국체육학회지, 54 (4), 고진호, 김홍수, 김기진 (2015). PPARβ/δ 과발현은 PGC-1α ubiquitination의감소를통해 PGC-1α 단백질을증가시킨다. 운동과학, 24(4), 고진호, 김기진 (2017). 생쥐의지구성운동에의한 Tfam 발현이 AMPK, PPAR β/δ PGC-1 α 의발현에미치는영향. 한국체육학회지, 56(2), Anderson, E. J., Lustig, M. E., Boyle, K. E., Woodlief, T. L., Kane, D. A., Lin, C.-T., et al. (2009). Mitochondrial H2O2 emission and cellular redox state link excess fat intake to insulin resistance in both rodents and humans. The Journal of Clinical Investigation, 119(3), Barbosa, M. R., Sampaio, I. H., Teodoro, B. G., Sousa, T. A., Zoppi, C. C., Queiroz, A. L., et al. (2013). Hydrogen peroxide production regulates the mitochondrial function in insulin resistant muscle cells: effect of catalase overexpression. Biochimica Et Biophysica Acta, 1832(10), Borén, J., Taskinen, M. R., Olofsson, S. O., & Levin, M. (2013). Ectopic lipid storage and insulin resistance: A harmful relationship. Journal of Internal Medicine, 274(1), Brand, M. D. (2010). The sites and topology of mitochondrial superoxide production. Experimental Gerontology, 45(7-8), Capurso, C., & Capurso, A. (2012). From excess adiposity to insulin resistance: The role of free fatty acids. Vascular Pharmacology, 57(2-4), Ding, G., Fu, M., Qin, Q., Lewis, W., Kim, H. W., Fukai, T., et al. (2007). Cardiac peroxisome proliferator-activated receptor δ is essential in protecting cardiomyocytes from oxidative damage. Cardiovascular Research, 76(2), Ding, H., Heng, B., He, W., Shi, L., Lai, C., Xiao, L., et al. (2016). Chronic reactive oxygen species exposure inhibits glucose uptake and causes insulin resistance in C2C12 myotubes. Biochemical and Biophysical Research Communications, 478(2), Evans, J. L., Goldfine, I. D., Maddux, B. A., & Grodsky, G. M. (2002). Oxidative Stress and Stress-Activated Signaling Pathways: A Unifying Hypothesis of Type 2 Diabetes. Endocrine Reviews, 23(5), Evans, J. L., Goldfine, I. D., Maddux, B. A., & Grodsky, G. M. (2003). Are Oxidative Stress-Activated Signaling Pathways Mediators of Insulin Resistance and β -Cell Dysfunction? Diabetes, 52(1), 1-8. Fan, W., Waizenegger, W., Lin, C. S., Sorrentino, V., He, M.-X., Wall, C. E., et al. (2017). PPARδ Promotes Running Endurance by Preserving Glucose. Cell Metabolism, 25(5), e4. Fridovich, I. (1997). Superoxide anion radical (O2/-??), superoxide dismutases, and related matters. Journal of Biological Chemistry, 272(30), Gan, Z., Burkart-Hartman, E. M., Han, D.-H., Finck, B., Leone, T. C., Smith, E. Y., et al. (2011). The nuclear receptor PPARβ/δ programs muscle glucose metabolism in cooperation with AMPK and MEF2. Genes & Development, 25(24), Girnun, G. D., Domann, F. E., Moore, S. A., & Robbins, M. E. C. (2002). Identification of

9 지구성운동에의한 PPARβ 의발현이고지방식이에의한골격근미토콘드리아 H2O2 의배출과 GLUT4 발현에미치는영향 593 a Functional Peroxisome Proliferator- Activated Receptor Response Element in the Rat Catalase Promoter. Molecular Endocrinology (Baltimore, Md.), 16(12), Henriksen, E. J. (2013). Effects of H2O2 on insulin signaling the glucose transport system in mammalian skeletal muscle. Methods in Enzymology, 528, Henriksen, E. J., Diamond-Stanic, M. K., & Marchionne, E. M. (2011). Oxidative stress and the etiology of insulin resistance and type 2 diabetes. Free Radical Biology and Medicine, 51(5), Hey Mogensen, M., Jeppesen, J., Madsen, K., Kiens, B., & Franch, J. (2012). Obesity augments the age induced increase in mitochondrial capacity for H2O2 release in Zucker fatty rats. Acta Physiologica, 204(3), Holland, W.L., Brozinick, J. T., Wang, L. P., Hawkins, E. D., Sargent, K. M., Liu, Y., et al. (2007). Inhibition of ceramide synthesis ameliorates glucocorticoid-, saturated-fat-, and obesity-induced insulin resistance. Cell Metabolism, 5(3), Kahn, S. E., Hull, R. L., & Utzschneider, K. M. (2006). Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature, 444(7121), Kim, H. J., Ham, S. A., Paek, K. S., Hwang, J. S., Jung, S. Y., Kim, M. Y., et al. (2011). Transcriptional up-regulation of antioxidant genes by PPARδ inhibits angiotensin II-induced premature senescence in vascular smooth muscle cells. Biochemical and Biophysical Research Communications, 406(4), Kim, J. S., Saengsirisuwan, V., Sloniger, J. A., Teachey, M. K., & Henriksen, E. J. (2006). Oxidant stress and skeletal muscle glucose transport: Roles of insulin signaling and p38 MAPK. Free Radical Biology and Medicine, 41(5), Koh, J.-H., Hancock, C. R., Terada, S., Higashida, K., Holloszy, J. O., & Han, D.-H. (2017). PPARβ Is Essential for Maintaining Normal Levels of PGC-1αand Mitochondria and for the Increase in Muscle Mitochondria Induced by Exercise. Cell Metabolism, 25(5), e5. Lambeth, J. D. (2004). NOX enzymes and the biology of reactive oxygen. Nature Reviews Immunology, 4(3), Lanza, I. R., Zabielski, P., Klaus, K. A., Morse, D. M., Heppelmann, C. J., Bergen, H. R., III, et al. (2012). Chronic Caloric Restriction Preserves Mitochondrial Function in Senescence without Increasing Mitochondrial Biogenesis. Cell Metabolism, 16(6), Miyata, M., Kasai, H., Kawai, K., Yamada, N., Tokudome, M., Ichikawa, H., et al. (2008). Changes of urinary 8-hydroxydeoxyguanosine levels during a two-day ultramarathon race period in Japanese non-professional runners. International Journal of Sports Medicine, 29(1), Pillon, N. J., Arane, K., Bilan, P. J., Chiu, T. T., & Klip, A. (2012). Muscle cells challenged with saturated fatty acids mount an autonomous inflammatory response that activates macrophages. Cell Communication and Signaling: CCS, 10(1), 30. Radak, Z., Zhao, Z., Koltai, E., Ohno, H., & Atalay, M. (2013). Oxygen Consumption

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