Exerise Siene Vol.26, No.4, Novemer 217: 288-294 https://doi.org/1.15857/ksep.217.26.4.288 ISSN(Online) 2384-544 ORIGINAL ARTICLE 저항성운동이제 2 형당뇨쥐고환조직의항산화효소및 GLUT8 발현에미치는영향 안승원 1, 박세환 2, 윤진환 1 1 한남대학교생활체육학과, ² 한남대학교스포츠의학 Effets of Resistne Exerise Trining on Antioxidnt Enzyme nd GLUT 8 Expression in Testes of Type 2 Dieti Rts Seung Won Ahn 1, Se Hwn Prk 2, Yoon Jin Hwn 1 1 Deprtment of Sports Siene, Hnnm University, Dejeon; 2 Institute of Sports Mediine, Hnnm Unniversity, Dejeon, Kore PURPOSE: This study ws performed to exmine the effets of resistne exerise trining on ntioxidnt enzymes tivity nd GLUT 8 expression in testis of rts. METHODS: At 3 weeks of ge the mle rts were divided into three groups: ontrol group (, n=8), dietes group (, n=8), nd exerise group (+RE, n=8). The exerise group ws onduted to lim 18 m vertil (8 degree inline) ldder with weight seured to their tils. For 8 weeks, the rts performed 5 dys per week whih is grdul ldder liming exerise. First week, the rts were fmilirized with liming up to the top ge without weight on their tils. After one week of dpttion, trining session were ommened with intensity t 3% of eh rt s ody weight; ngling weight used tthed to the til with plsti hirlip nd string. RESULTS: The results of this study ws following; Antioxidnt enzymes were signifintly differened y resistne exerise trining. In testes of exerise group, SOD/CAT/GPX were signifintly higher thn those in the dietes group (p<.5). Also, GLUT 8 expression of testes ws signifintly inresed in exerise group ompred with dietes group (p<.5). CONCLUSIONS: Theses results suggest tht resistne exerise in erly stge of dietes n improve ntioxidnt enzymes tivity in testes tissue. Also, it positively ffets gluose metolism through inrese GLUT 8 expression. Therefore, regulr exerise my e n effiient strtegy for mle reprodutive helth. Key words: Resistne exerise, Antioxidnt enzyme, GLUT 8, Testes, Dietes mellitus 서론 당뇨병은고혈당을특징으로하는만성적대사장애로, 최근현대사회에서급속한유병률을보이며개인의건강을위협하고있다. 건강에대한당뇨병의위협은남성생식계통에도지대한영향을미칠수있으며 [1], 당뇨병은테스토스테론수치및정세관지름감소와비정상 적인정자및불임의증가와같은남성생식기능관련합병증을초래한다. 이는고혈당으로유도된산화스트레스에기인한고환의스테로이드생성및정자형성의기능장애와도관련된다 [2]. 산화스트레스는각기관및조직의정상적기능을저하시켜다양한합병증을초래하며, 각종질환에서세포사멸을촉진하는병태생리학적과정으로간주된다 [3]. 특히, 고환조직이산화스트레스에매우민 Corresponding uthor: Jin-Hwn Yoon Tel +82-42-629-799 Fx +82-42-629-7973 E-mil yoonjh@hnu.kr * 이논문은안승원 ( 한남대학교 ) 의석사학위논문을수정보완한것임. Keywords 저항성운동, 항산화효소, 당수송체, 고환, 당뇨병 Reeived 1 Nov 217 Revised 2 Nov 217 Aepted 22 Nov 217 This is n Open Aess rtile distriuted under the terms of the Cretive Commons Attriution Non-Commeril Liense (http://retiveommons.org/lienses/y-n/4./) whih permits unrestrited non-ommeril use, distriution, nd reprodution in ny medium, provided the originl work is properly ited. 288 Copyright 217 Koren Soiety of Exerise Physiology
https://doi.org/1.15857/ksep.217.26.4.288 감한조직 [4] 임을감안할때당뇨병의병적진행상태는고환의손상을더욱가속화시킬수있다. 이로인한고환조직의손상은결국정자운동성, 정자농도및수와밀접한관계를지니며정자의질적요인악화를초래하게된다 [5]. 생체시스템내에서 ROS는상반된역할을하는데, 낮은수준의 ROS는감염성인자에대한방어역할을함으로써, 다양한세포신호전달경로의활성을촉진한다. 반면, 자유라디칼 (free rdil) 의생성이세포의중화능력을초과하면산화스트레스가발생하며이는곧산화적손상에의한세포사멸을초래할수있다. 고환조직은고도불포화지방산함량이풍부하고항산화방어력이낮기때문에단백질, 지질과산화및 DNA 손상을발생시키는 ROS에취약하다. ROS 생성에따른고환의손상은수정능획득실패, 난자와정자의융합감소등정자기능에부정적영향을미친다 [6-8]. 반면선행연구에서체내항산화시스템의강화가당뇨병과관련된합병증의발생을완화시킬수있음이제기되었고, 규칙적인운동을통한항산화효소활성및산화손상에대한보호작용효과는일반적인견해라할수있다 [9]. 특히고환조직에대한운동의효과성연구에서, 규칙적인운동이노화쥐고환의항산화활동을상향조절하는요인일뿐만아니라, 만성적인에탈올섭취로유도된고환의산화적손상을완화시키는효과적인전략으로보고된바있다 [1,11]. 운동은산화스트레스관련질병의발병률을감소시키는것으로입증되고있으며, 활발한신체활동및운동의실천은병태생리학적과정과생물학적변화에긍정적영향을미치는요인으로써, totl ntioxidnt sttus 활성을유도할수있다 [12]. 당 (gluose) 은생식기능에대한주에너지원으로, 고환조직세포에서정상적인당섭취및대사 (metolism) 는남성의정상적인생식기능에중요하다 [13]. 반면, 당뇨병에유도된산화스트레스는고환생식세포로의당수송을방해한다. 비정상적당대사는고환특이적당수송체 (gluose trnsporter) 발현감소와연관되며, 이는남성생식능력저하와테스토스테론및부고환분비물의생체이용률감소를통해정자생성에악영향을미친다 [14]. GLUT 8은설치류와사람의고환조직과정자세포에서높은발현을보이는당수송체중하나로, 뇌, 간, 심장, 골격근및지방조직등에서도일부발현된다. GLUT 8과생식세포발달및정자형성의연관성은제기되고있는데선행연구에따르면, 정상적인정자기능과정자형성은 GLUT 8을통한당흡수에영향을받으며 [15], 또한 GLUT 8의결핍은정자미토콘드리아손상에인한정자운동성을감소시키는것으로보고되었다 [16]. 따라서 GLUT 8은정자의에너지대사조절에중요한인자로판단된다. 운동은각조직의당수송체발현에직접적으로관여하고, 당흡수를촉진함으로써인슐린감수성을향상시키는비약물적치료전략으로인식되어왔다. 특히남성생식기능에대한운동의 효과연구에서규칙적인유산소운동은당뇨병환자의정자농도와 운동성및정상정자의비율을증가시킬뿐만아니라, 비만환자의정 자질개선과생식관련호르몬의수치를향상시키는것으로보고되었 다 [17,18]. 이처럼남성생식기능에대한운동의긍정적효과는입증되고있으 나, 대부분의선행연구는유산소성운동을통한정자매개변수개선 및호르몬분비양상에국한되어있다. 남성의전반적인생식기능에대 한고환의역할, 그리고당뇨병과남성불임의밀접한연관성을감안할 때, 고환조직을 trget 으로한연구는필요하리라생각된다. 따라서본 연구는 8 주간의저항성운동중재가당뇨모델고환조직에서항산화 효소활성및특이적당수송체 GLUT 8 발현에미치는영향을규명하 고자하였다. 연구방법 1. 실험동물및식이방법 실험동물은 8 주령의수컷 Otsuk Long-Evns Tokushim Ftty () 와 Long-Evns Tokushim Otsuk () 를일본오츠카제 약회사로부터구입하였다. rt 은시상하부의 CCK 수용체결함 으로인하여 16-24 주령사이에식욕이증가하고지방축적이나타나 유전적비만및제 2 형당뇨모델로사용되고있다. 그룹분류는무작위 표본추출법을이용하여통제군 (-Con, n = 8), 당뇨군 (- Con, n = 8), 당뇨 + 운동군 (-Ex, n = 8) 으로배정하였다. 사육실의 온도는 21 ±1 C, 습도는 55 ± 8% 로유지시키고, 명암은 12 시간 (7:- 19:) 주기가조절되는환경을조성하고, 식이는전실험기간동안고 형사료와물을충분히섭취하도록하였다. 이연구는동물윤리위원회 의승인 (HNU216-16) 을받았으며, 윤리규정에의거하여실험기간에 동물의고통및불편을최소화시키기위해노력하였다. 2. 연구절차 1) 저항성운동 (ldder liming) 운동방법은 3 주령을기점으로 1 주간의적응기를거친후 ldder Tle 1. Resistne exerise trining protool Steps Loding weight (% 1RM) 1 5 % 1RM 2 75 % 1RM 3 9 % 1RM 4 1 % 1RM 5 1 % 1RM+3 g 6 1 % 1RM+6 g 7 1 % 1RM+9 g 8 1 % 1RM+12 g 안승원외 저항성운동이제 2 형당뇨모델의고환조직에미치는영향 289
Vol.26, No.4, Novemer 217: 288-294 liming 실시하였다. 본연구에서실시한저항성운동은 Lee et l. [19] 의경사면사다리오르기운동을실험실환경에맞게수정한선행연구 [2] 를토대로실시하였다. 길이약 18 m, 간격 1.5 m의철제사다리를 8 경사로설치하고각동물의꼬리에무게부하를주어경사도를반복적으로오르는운동을 8주간실시하였다 ( 주 5회, 1일반복횟수 8회 ). 동일한운동량설정을위해각개체별최대부하강도 (repetition mximum: 1RM) 를측정하여부하에반영하였다. 본연구에서운동강도에따른운동방법은 Tle 1과같다. 2) 조직시료의준비실험종료후 12시간이상공복상태에서 Zoletil 5 R (1 mg/kg, i.p.; Vi Lortories, Crros, Frne) 을이용하여마취한후고환조직을추출하였다. 조직적출후증류수를이용하여혈액을완전히제거하고 dry ie-isopentne 용액으로급속동결시킨후분석전까지 -8 C 에보관하였다 [21]. 3) Western lotting Gel상의단백질을 semidry lotting system (Trn-lot SD, Bio-rd) 에서 15 mm Tris-glyine uffer (19 mm glyine, 5 mm Tris-se,.5% SDS, 2% methnol) 를사용하여 65 V에서 9분동안 nitroellulose memrne에 trnsfer 하였다. Memrne을 5% BSA/TBS에넣고 1시간동안 loking 시킨다음 TBS용액에서 1분간 3회세척한후,.5% BSA/TBS를사용하여 1:1,, 1:2,으로희석한 primry ntiody (GLUT 8, m; SOD1, sntruz; GPx, m; CAT, m) 에 memrne을넣고 old room에서 overnight 하였다. 다음날 TBS용액으로 1분간 3회세척하여 memrne에결합하지않은 1차항체를씻어주었다. Seondry ntiody (nti-rit IgR) 를.5% BSA/TBS를사용하여 1:3,으로희석시킨용액에 memrne을넣고 1시간동안 shking 시킨후항원과결합하지않은 2차항체를 TBS용액으로 1분간씩 3회세척하였다. ECL detetion regent를이용하여 Hyperfilm에현상하고스캔한후, 이미지분석프로그램 Imge J를이용하여산출하였다 [21]. 3. 자료처리방법측정된모든자료는 SPSS version 23을이용하여각집단의평균및표준편차 (Men ± SD) 를산출하였다. 종속변인에대한집단간차이는일원변량분석 (one-wy nlysis of vrine; ANOVA) 을이용하였다. 사후검정은 Dunn의방법을실시하였으며, 이때통계적유의수준은 α =.5로설정하였다. Superoxidde dismutse (SOD) Glutthione peroxidse (GPx) Ctlse (CAT) 3. 2.5 2. 1.5.5 1.6 1.4 1.2.8.6.4.2 1.6 1.4 1.2.8.6.4.2 Fig. 1. Comprison ntioxidnt enzymes expression in testes. Different lettes in the sme olumn represent signifintly mong the groups t p <.5. 연구결과 SOD 1 β-tin CAT β-tin 1. 고환조직항산화효소발현 +EX 6 kd 43 kd +EX 8 주간저항성운동중재후고환조직내항산화효소발현을비교 분석한결과는 Fig. 1 과같다. 고환조직내 SOD, CAT, GPx 발현은집 단간유의한차이가나타났으며 (p <.5), 사후검증을실시한결과, SOD, CAT, GPx 발현은통제군 (LE-C) > 운동군 (OL-EX) > 당뇨군 (OL- +EX 24 kd 43 kd +EX GPx 1 β-tin +EX 22 kd 43 kd +EX A B C 29 Seung Won Ahn, et l. Resistne Exerise Cn Improve Mle Reprodutive Helth
https://doi.org/1.15857/ksep.217.26.4.288 GLUT 8/β-tin 1.2.8.6.4.2 C) 순으로높은발현을나타내었다. 2. 고환조직내 GLUT 8 발현 8 주간저항성운동중재후고환조직내 GLUT 8 발현을비교분석 한결과는 Fig. 2 와같이집단간유의한차이가나타났다 (p <.5). 사후 검증결과, 통제군 (LE-C) > 운동군 (OLEX) > 당뇨군 (OL-C) 순으로유의 한차이를보이며높은발현을나타내었다. 논의 GLUT 8 β-tin Fig. 2. Comprison of GLUT 8 expression in testes. Different lettes in the sme olumn represent signifintly mong the groups t p <.5. 제 2 형당뇨병은인슐린저항성과전신대사장애를특징으로하는 가장흔한유형으로, 당뇨로유도된만성적고혈당및증가된산화스 트레스는다양한합병증을야기한다. 특히, 당뇨병과관련된산화스트 레스는남성생식세포계열의 DNA 손상과밀접한관련성을지닌다. 당뇨병환자가정상인과비교하여정자 DNA 손상수치가증가 [22] 됨 을감안할때, 남성생식계에서당뇨병, 산화스트레스그리고 DNA 손 상간의연관성은매우높다고할수있다. +EX 5 kd 43 kd 당뇨병을지닌불임남성은 ROS 의과생성과항산화방어체계의저 하로인해비정상적인정자를생성한다. 이에대해, Adewoyin et l. [23] 은천연항산화물질의섭취는남성생식건강을위한중요한요인이지 만, 규칙적인운동, 건강한생활습관등과같은행동적요인이동반되 어야함을제안하였다. 운동은산화스트레스에의한조직손상의감 소는물론이거니와조직성장 (growth), remodeling, 재생 (regenertion), 혈관재생 (revsulriztion) 등에긍정적영향을미칠수있다 [24,25]. 규칙적인운동은산화스트레스에의한독성 (toxiity) 으로부터남성생 식기능을보호할수있고, 고환조직에서활성산소를제거함으로써산 화적손상의예방및항산화효소활성증가를통한지질과산화를억 제한다 [26]. 고강도의유산소성운동은체내 ROS 생성을증가시키지 +EX 만, 항산화효소및 DNA repir 효소의높은활성으로인해산화스트레스에더효율적으로대처할수있다 [27]. 특히, 규칙적인유산소운동은고환조직에서향상된항산화방어를통해산화스트레스를감소시켜 Leydig ell 손상을보호함으로써남성생식계에긍정적영향을미칠수있다 [28]. Hjizdeh Mleki & Trtiin [29] 은 24주간의복합운동이불임남성의정액에서전염증성인자 (IL-1β, IL-6, IL-8, TNF-α) 와산화스트레스 (ROS, MDA, 8-Isoprostne) 를감소시킬수있음을보고하였다. 또한규칙적인복합운동이항산화효소 (SOD, CAT) 활성을유의하게증가시킴을확인하였다. Zho et l. [3] 은운동이고환조직에서세포항산화전사조절인자 Nrf 2 (nuler ftor erythroid 2-relted ftor) 의발현및활성을증가시킬수있고, 염증분자매개인자인 NFkB (nuler ftor kpp et) 의발현및활성을감소시킨다고하였다. 본연구결과에서도이상의선행연구와유사한경향을나타내었는데, 8주간의저항성운동중재후운동군 (OL-EX) 은당뇨군 (OL-C) 과비교하여고환조직에서 Fig. 1과같이항산화효소 SOD1, CAT, GPx 발현이유의하게증가되었다. 이러한결과는일회성운동은고환조직내 SOD, CAT, GST 및 GPx 등의주요항산화효소활동수준을감소시킬수있으나, 적정강도의규칙적인운동이항산화효소상향조절에긍정적으로관여할수있다는연구와 [4], 8주간의저항성운동이설치류의고환에서 SOD 활성을유의하게증가시킨다고보고한선행연구 [31] 를지지할수있으리라생각된다. 다만, 증가된항산화효소의발현을당뇨로유도된고환손상의전반적인개선에대한독립적인인자로확신할순없지만, 장기간운동에따른항산화효소, 염증및산화스트레스상태의변화는고환손상을방지함으로써정액매개변수, 정자 DNA integrity의개선에일부기여할수있을것으로생각된다. 당뇨병은시상하부-뇌하수체-고환축 (hypothlm us-pituitry testiles xis, HPT) 의장애를초래하고남성생식건강을악화시킨다. 제2 형당뇨병에서나타나는내분비장애는고환조직의에너지대사및생식기능을방해할수있고 [32], 고환내변화된대사는남성생식능력 (fertility) 감소와높은상관을보이는것으로알려져있다 [33]. 당뇨병상태에서 GLUT isoform의특정기능은감소될수있으며, 이들의발현감소및기능장애는인슐린저항성을더욱가속화시키고조직및기관의정상적기능을방해한다 [34]. 당뇨병은혈액고환장벽 (loodtestis rrier, BTB) 의구조적이고기능적변화를초래한다. 다른혈액조직장벽 (lood-tissue rrier) 과마찬가지로 BTB를통한포도당수송은정상적인정자형성을위한필수적과정이다. BTB의주성분인 SCs (Sertoli ells) 에서는 GLUT 1, 2, 3, 8이발현된다 [35,36]. 하지만확인된모든당수송체가동일한방식으로조직으로의당수송에기여하는것은아니다. 선행연구에따르면, 정자질, 수정능력에관여하는당수송체 GLUT 1, 3, 5의발현은당뇨병조건하에서특이적인변화가없는반면, GLUT 8, 9는유의하게감소되는것으로나타났다 [15,37]. 이에 안승원외 저항성운동이제 2 형당뇨모델의고환조직에미치는영향 291
Vol.26, No.4, Novemer 217: 288-294 본연구에서 8주간의저항성운동에따른고환내 GLUT 8 발현을비교분석한결과, 운동군 (OL-EX) 은당뇨군 (OL-C) 에비하여통계적유의차를보이며높은발현량을나타내었다. Plmer et l. [38] 은고환및정자에서당이용률이높을수록정자의수정능력이개선될수있음을제기하였다. 또한, 당내성 (gluose tolerne) 은정자기능의중요한지표로써, DNA 손상정자및무수정능정자와양의상관을지니는반면정상형태정자비율과는음의상관을나타낸다고하였다. 이러한선행연구에비추어볼때, 본연구에서나타난고환조직의 GLUT 8 의증가된발현은당뇨병상태에서정자의전반적질개선에긍정적영향을미칠수있으리라판단된다. 아직까지고환조직에서운동으로유도된 GLUT 8 발현양상을보고한연구는희소한실정이므로이에대한좀더구체적인논의는제한적이다. 하지만운동이당뇨병상태에서각조직의정상적기능회복에기여하는다양한당수송체발현에대한긍정적효과는이미잘알려져있다. GLUT 8은고환조직 Leydig ells뿐만아니라세정관및정자의선체 (rosome) 와중부 (midpiee) 에서도발현됨을감안할때, 규칙적인운동을통한 GLUT 8 발현증가는정상적인정자의생리적반응및기능에긍정적영향을미칠수있으리라생각된다. 다만운동으로유도된고환조직내 protein 및 proteome 수준의긍정적변화에대한연구는여전히부족한상황이며, 고환조직에대한임상적연구는더욱많은제한적요소가따름으로아직까지는설치류를대상으로한심층적인연구가더필요한실정이다 [39]. 따라서본연구는남성생식계통기능저하와관련된인자들의변화에대한운동의효과성을규명함에있어기초적인자료를제공하는데의의가있다고판단된다. 결론 규칙적인저항성운동은고환조직에서항산화계활성및당수송체발현증가에기여할수있고, 이는당뇨로유도되는남성생식계통의기능저하에긍정적영향을미칠것으로생각된다. REFERENCES 1. Amrl S, Moreno AJ, Sntos MS, Seiç R, Rmlho-Sntos J. Effets of hyperglyemi on sperm nd testiulr ells of Goto-Kkizki nd streptozotoin-treted rt models for dietes. Theriogenology 26; 66(9):256-267. 2. Liu H, Lin S, Lv Q, Yng Q, Wu G, et l. Turine Reovers Testiulr Steroidogenesis nd Spermtogenesis in Streptozotoin-Indued Dieti Rts. Advnes in Experimentl Mediine nd Biology 217; 975:81-811. 3. Kur S, Sluj M, Bnsl MP. Bisphenol A indued oxidtive stress nd poptosis in mie testes: Modultion y selenium. Andrologi 217. doi:1.1111/nd.12834 4. Aitken RJ, Romn SD. Antioxidnt systems nd oxidtive stress in the testes. Oxidtive Mediine nd Cellulr Longevity 28;1(1):15-24. 5. Amrl S, Oliveir PJ, Rmlho-Sntos J. Dietes nd the impirment of reprodutive funtion: possile role of mitohondri nd retive oxygen speies. Current Dietes Reviews 28;4(1):46-54. 6. Dröge W. Free rdils in the physiologil ontrol of ell funtion. Physiology Reviews 22;82(1):47-95. 7. Romeo C, Sntoro G. Free rdils in dolesent vrioele testis. Oxidtive Mediine nd Cellulr Longevity 214;912878. doi: 1.1155/ 214/912878 8. Vlko M, Leifritz D, Monol J, Cronin MT, Mzur M, et l. Free rdils nd ntioxidnts in norml physiologil funtions nd humn disese. Interntionl Journl of Biohemistry Cell Biology 27; 39(1):44-84. 9. Goon JA, Aini AH, Muslmh M, Anum MY, Nzimoon WM, et l. Effet of Ti Chi exerise on DNA dmge, ntioxidnt enzymes, nd oxidtive stress in middle-ge dults. Journl of Physil Ativity Helth 29;6(1):43-54. 1. Somni SM, Husin K. Exerise trining lters kinetis of ntioxidnt enzymes in rt tissues. Biohemistry Moleulr Biology Interntionl 1996;38(3):587-595. 11. Husin K, Somni SM. Intertion of exerise trining nd hroni ethnol ingestion on testiulr ntioxidnt system in rt. Journl of Applied Toxiology 1998;18(6):421-429. 12. Mendoz-Núñez VM, Hernández-Monjrz B, Sntigo-Osorio E, Betnourt-Rule JM, Ruiz-Rmos M. Ti Chi exerise inreses SOD tivity nd totl ntioxidnt sttus in sliv nd is linked to n improvement of periodontl disese in the elderly. Oxidtive Mediine Cellulr Longevity. 214;214:63853. doi:1.1155/214/63853 13. Gómez O, Romero A, Terrdo J, Mesonero JE. Differentil expression of gluose trnsporter GLUT 8 during mouse spermtogenesis. Reprodution 26;131(1):63-7. 14. Ding GL, Liu Y, Liu ME, Pn JX, Guo MX, et l. The effets of dietes on mle fertility nd epigeneti regultion during spermtogenesis. Asin Journl of Andrology 215;17(6):948-953. doi:1.413/18-682x.15844 15. Kim ST, Moley KH. The expression of GLUT 8, GLUT 9, nd GLUT 292 Seung Won Ahn, et l. Resistne Exerise Cn Improve Mle Reprodutive Helth
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