Exercise Science ISSN(Online) 2384-544 ORIGINAL ARTICLE 저항훈련은랫골격근에서 finasteride 에의해유도된단백질항상성교란을개선시킨다 오성희 1, 이동원 1, 이유현 2, 주정선 1 1 수원대학교스포츠과학부, 2 수원대학교식품영양학과 Resistance Training Ameliorates Finasteride-Induced Disturbance in Protein Homeostasis in Skeletal Muscle of Rats Sung-hee Oh 1, Dong-won Lee 1, Yoo-hyun Lee 2, Jeong-sun Ju 1 1 Department of Exercise Science, the University of Suwon, Hwaseong-si, Korea; 2 Department of Food and Nutrition, the University of Suwon, Hwaseong-si, Korea PURPOSE: Finasteride is a competitive inhibitor of 5-alpha reductase type 2 enzyme that is commonly used to treat benign prostatic hyperplasia and male pattern hair loss. It is not clear about the synergistic effects of finasteride and resistance training on protein homeostasis in androgen-target tissue such as skeletal muscle. Thus, the purpose of this study was to investigate the effects of 8-week finasteride and resistance exercise training on protein synthesis and autophagic degradation in rat skeletal muscle. METHODS: Forty-eight male wild-type Sprague Dawley rats (8weeks old) were randomly assigned into 4 groups: (1) sedentary control, (2) finasteride, (3) exercise, and (4) exercise plus finasteride. Rats of the finasteride group received finasteride, dissolved in corn oil (1 mg/kg) by oral gavage. Rats of the exercise group climbed a 1-m ladder inclined at 85 every 3 days for 8 weeks as a means of resistance exercise. They climbed the ladder 8 times with the load of 5%, 75%, 9%, and 1% of its body weight. Rates of the exercise plus finasteride group were given both interventions. We assessed autophagy flux, protein synthesis (mtor signaling and translation rate using the SUnSET assay), and muscular functions before and after 8-weeks of intervention, and performed one-way ANOVA to determine pre-post differences in each group. RESULTS: The finasteride treatment significantly reduced protein synthesis while activating autophagic degradation in skeletal muscle of rats. The exercise training increased both protein synthesis and autophagic degradation. The combined treatments decreased both protein synthesis and autophagy flux in the skeletal muscle (p<.5). CONCLUSIONS: Eight weeks of finasteride treatment appears to disturb the protein homeostasis, which is viewed as a balance of protein synthesis and degradation through the reduction in protein synthesis and activation in autophagic degradation simultaneously in skeletal muscle. Resistance exercise appears to alleviate the disruption of protein homeostasis induced by finasteride treatment. Key words: Finasteride, Autophagy, Autophagic flux, Protein homeostasis, Skeletal muscle 서론 양성전립선비대증 (Benign Prostatic Hyperplasia, BPH) 은노인남성 에게가장흔한질병중의하나로증상이점진적으로진전되는질병이 다. BPH 는 4 대부터증상이생기기시작하고, 5 대후반부터는삶의 질을저하시킬정도의증상을호소하는질병으로, 요도후부의점막 Corresponding author: Jeong-sun Ju Tel +82-31-23-2368 Fax +82-31-23-2563 E-mail jju625@hotmail.com 이논문은 216 년도정부 ( 교육부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아연구되었음 (NRF-216S1A5A818229). 이연구는오성희석사학위논문의자료에기초하여작성됨. Keywords 피나스테라이드, 자가포식, 자가포식유동, 단백질항상성, 골격근 Received 3 Mar 219 Revised 17 Apr 219 Accepted 23 Apr 219 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4./) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Copyright 219 Korean Society of Exercise Physiology 159
아래에있는내선, 요도주위선이정상보다많이증식하여요도의넓이가줄어들거나심한경우막혀서배뇨장애를발생시킨다 [1]. BPH 발병의원인은아직명확하게알려져있지않지만호르몬의불균형 (androgen, estrogen), 전립선의간질 (stromal) 과상질 (epithelial) 의성장인자들 (growth factors) 의과잉발현, 사이토카인과스테로이드호르몬등이원인으로알려져있다. 그리고나이, 가족력, 인종, 당뇨, 관상동맥질환, 고혈압등과같은만성질환, 흡연등이연관되어있는것으로보고되어있고, 또한식생활습관과영양요소는다양한기전을통하여 BPH에영향을끼친다 [2]. 병리학적으로 BPH는상피와간질부분의세포증식성 (hyperplastic) 성장으로인하여전립선에서수많은결절 (nodules) 이생기는것이특징이다 [3]. BPH의임상적인치료로 5α-reductase inhibitors (5-ARI; e.g. finasteride) 가널리사용되고있다. 현재 finasteride는전립선에서다이하이드로테스토스테론 (dihydrotestosterone, DHT) 농도를감소시키고상피세포의세포사멸 (apoptosis) 을유도시킬수있는유일한약물이다. 하지만 5-ARI는전립선의크기를약 2% 정도만감소시킬수있고그결과로 4년내에수술처치의가능성을약 55% 감소시킬수있는것으로보고되었다 [4]. Finasteride는머크제약회사가 BPH 환자들을치료하기위해 Proscar 라는이름으로 1992년에개발하였다. 그후 BPH 환자들이복용하는과정에서 finasteride가모발의성장을촉진시킬수있다는점이밝혀지면서 1997년에 Propecia 라는탈모치료제로개발되었다. 5α-reductase는테스토스테론 (testosterone) 을 DHT로의전환을촉매하는효소이고 DHT는남성성스테로이드호르몬 (male sex hormone) 으로테스토스테론보다안드로겐수용체 (androgen receptor, AR) 와의반응이훨씬강력한것으로알려져있다. DHT는또한유전적인요인과함께남성형탈모증 (androgenetic alopecia) 을일으키는주요원인으로여겨지고있다 [5]. Finasteride는 5α-reductase 의효소활성을억제시키는약물로 DHT의농도를감소시킴으로써탈모를억제하는것으로보고 되었다 [6](Fig. 1). Finasteride는혈청 DHT 수준을약 7% 감소시키고전립선에서는약 9% 까지감소시킨다 [7]. Finasteride는대체로부작용이많지않은것으로알려져있지만, 사정양 (ejaculation volume) 의감소와성욕 (libido) 감퇴와같은남성성기능의감소, 그리고남성의여성화유방 (gynecomastia), 우울증과자살충동과같은부작용또한보고되었다 [8]. 또한몇개의사례연구에서 finasteride 투여가근통증 (myalgia) 과근육손상의지표인혈액의크레아틴키나제 (creatine kinase) 를증가시키는증상인혈청크레아틴키나제증 (hyperckemia) 을유발시키며 [9], 횡문근융해증 (rhabdomyolysis) 과같은근육손상과근육질환 (myopathy) 의위험성이보고되었다 [1,11]. 따라서 finasteride는골격근과같은남성호르몬표적조직에영향을미치는것은사실인것같다. Finasteride는이러한조직세포에서 DHT 생성을억제시키기때문에세포내단백질대사작용에관여하여단백질항상성 (protein homeostasis) 유지에영향을미칠것같다. 남성형탈모증치료를위해 finasteride (Propecia ) 가처방될때, 의사가주로 finasteride 복용과함께저항운동을권장한다. 그이유는 finasteride의복용으로인한 DHT의감소가근육내단백질합성의감소를일으켜환자들의근육감소증 (muscle atrophy) 이나근력감소유발에대한염려때문으로볼수있다. 그러한증상을완화시키기위한방편으로 finasteride 복용시, 근력운동즉저항운동이환자에게추천된다. 근육은단백질합성과단백질분해사이의균형, 즉단백질전환율 (protein turnover) 에의해근질량 (muscle mass) 을유지한다. 단백질합성의증가와또는단백질분해의감소는정적인단백질균형 (positive protein balance) 으로단백질이축적된다. 반면, 부정적인단백질균형 (negative protein balance) 은단백질합성의감소와또는단백질분해의증가로인해골격근의단백질손실이생긴다. 근육손실은단백질합성률의감소, 단백질분해률의증가, 또는이두가지과정의조합이원인이될수있다 [12]. 골격근의근질량증가 (hypertrophy) 를유도하는가 Fig. 1. Structure and mechanism of action of finasteride, a 5-alpha reductase inhibitor, reduces the conversion of testosterone to dihydrotestosterone. 16 Sung-hee, Oh, et al. Resistance Training Improves Disturbance of Protein Homeostasis in Skeletal Muscle
장효과적인방법은저항운동훈련에의한것으로알려져있다. 즉근육단백질의분해률보다는단백질의합성률을더증가시킨다는것을의미한다. 또한저항운동은체력을향상시키고, 근육량과근육횡단면적을증가시키며, 체지방률을감소시키며, 근력및근지구력의향상에도효과가있다 [13]. BPH의치료목적이든남성형탈모증치료의목적이든, finasteride를복용하면서저항운동을꾸준히하는환자들의골격근에서단백질항상성에직접적으로관여하는 2가지시스템인단백질합성 / 또는단백질분해시스템에관한연구는현재충분히되어있지않다. 따라서이러한조직세포의단백질합성에중요한역할을하는 mtor 신호시스템과단백질분해에중요한역할을하는자가포식 (autophagy) 이장기간의 finasteride 투여에의해어떠한변화를일으키는가를알아봄으로써 finasteride 투여로유발되는생리적현상들을규명해볼수있을것같다. 특히 BPH 환자의경우대부분이남성노인으로노화에의한근육감소증 (sarcopenia) 이진행되고있는상태이기때문에 finasteride 과저항운동의복합적처치는골격근에서단백질의항상성과관련된아직밝혀져있지않은작용을일으킬수있다. 따라서본연구는 BPH와남성형탈모증의치료약물로사용되는 finasteride (Proscar,Propecia ) 투여와저항훈련의복합적처치가골격근과같은안드로젠표적조직 (androgen target tissue) 세포에서단백질항상성유지와관련있는단백질합성과단백질분해시스템에미치는영향을동물모델을사용하여조사하고자한다. 분하였다 : sedentary+oil (sed+oil, n =12); sedentary+finasteride (sed+fina, n =12); exercise+oil (exe+oil, n =12); exercise+finasteride (exe+fina, n =12) (Fig. 2). 2. 실험방법 1) Finasteride 처치 Finasteride 처치그룹은 5α-reductase 억제제인 Finasteride (TCI, F675) 1 mg/kg을 8주동안매일경구투여하였고, 통제그룹은 finasteride를녹이는데사용되는 corn oil이 finasteride와동일한양으로매일경구투여되었다 [14]. 2) In vivo autophagy flux assay 지구성운동이마우스골격근의자가포식유동을변화시키는가를조사하기위해, in vitro autophagy flux assay를동물모델에적용시켜개발된 in vivo autophagy flux assay [15] 방법을사용하였다. 미세소관중합억제제 (microtubule depolymerizing agent) 인 colchicine (Col,.4 mg/kg/day, Sigma-Aldrich, #C9754) 을처치하는그룹과처치하지않는그룹을포함시켜 LC3-II를 Western blot으로측정하였다. Fig. 2에설명된것처럼, 골격근에서 in vivo autophagy의변화를측정하기위해실험초기에구분된 4개의그룹의동물들을희생시키기전이틀동안 ( 매일 1회 ) colchicine I.P. 주사그룹과 saline I.P. 주사그룹으로나누어 8개의그룹을적용시켰다. 연구방법 1. 실험동물본연구에사용된실험동물은 8주령의수컷 Sprague-Dawley (SD) Rats 48마리 ( 샘타코 ) 를구입하여 1주간의적응기를마친후, 각각그룹당 12마리씩무작위로임의배정하여실험에사용하였다. 사육실의온도는 22 C, 습도는약 5%, 명암은 12시간주기로조절하였다. 사료와물은충분히공급하였고, 실험동물취급법에따라실험하였으며, S대학교동물실험윤리위원회의승인을받아실시하였다. 초기동물그룹은다음과같이구 3) 저항운동프로그램본연구에서동물의저항운동은 Lee et al. [16] 의연구에서실시한 tower climbing 운동을수행하였다. 길이 1 m, 2. cm의 grid step ( 직경.5 mm) 과경사도 85 의철제사다리로구성된 tower climbing 운동장비를이용하였다. 운동프로토콜은먼저체중의 5% 의무게로꼬리부분에부하를주어 tower climbing 운동에 3일간적응하도록하였다. 적응기간이지난후,tower climbing 운동에참여하는동물들을체중의 5, 75, 9, 1, 12, 13, 14, 15% 까지 8주동안점진적으로증가시켰다. 훈련세션당 1번의등반을수행하였고각각의세션사이의 2분간의휴식을취하도록하였다. 훈련세션은일주일에 3일실시하였다. 같은케이지의동물들은함께훈련되었고동물들을사다리꼭대기의플랫폼위에놓고그중하나를사다리바닥에놓게되면운동하는동물은자연스럽게다른동물들과빠르게합류하게된다. Fig. 2. Experimental design of in vivo autophagic flux assay. Oil+sed, corn oil+sedentary group; fina+sed, finasteride+sedentary group; oil+exe, corn oil+exercise group; fina+exe, finasteride+exercise group; sal, saline; col, colchicine. 4) In vivo SUnSET assay 골격근의단백질합성은 in vivo SUnSET (surface sensing of translation) 방법으로측정하였다 [17]. 단백질합성률은흔히방사능동위원소추적자 (e.g., 3H-phenyalanine, 35S-methionine, 15N-lysine, 13C-leu- 오성희외 저항훈련은골격근의단백질항상성의교란을개선시킨다 161
cine 등 ) 를사용하여표지된아미노산이얼마나많이근육단백질에통합되어단백질로변화하는가를수량화하는방법을통해측정되어왔다. SUnSET assay는최근에개발된비방사성비동위원소 (puromycin) 를이용하는 in vivo에서단백질합성률을 Western blot 방식으로측정할수있는기술이다. 먼저, 동물마취를시킨후,.2 M PBS 용액에용해된 puromycin을동물체중 1 g당.4 μmole을 I.P. 로주사한후골격근조직을정확히 15분후에적출시켰다. 나머지과정은 Western blot 방법과동일하며조직세포의단백질합성은 mouse monoclonal anti-puromycin 항체 (cat#mabe343, Millipore) 를사용하여분석되었다. 5) Western blotting 분석마우스골격근에서자가포식유동의측정은전기영동법 (Westrn blot) 에의해서분석되었다. 이실험에서는 Bio-Rad사의 Western blot 시스템을사용하여전형적인형태의전기영동법을사용하여특정한단백질의양을분석하였다. 간단히설명하면, 전경골근 (tibialis anterior, TA) 이그라인더에 protease inhibitors cocktail (Sigma-aldrich, #P2714) 이섞인 ripa buffer 안에서분쇄되어 lysates로만들어졌다. BCA assay 를통해전체단백질양이조사된뒤 SDS와염색약과함께섞어샘플을준비하였다. 단백질은전기영동에의해젤에서분리되고 nitrocellulose membrane (.2 μm, Bio-rad) 에전이시킨후 5% 의우유에 blocking 을하였다. 그후 primary 항체와함께 overnight 4 C에서 incubation을시키고 washing을실시한뒤 secondary 항체로 incubation을시켰다. 다시 washing 과정을거친뒤 ECL 용액 (Pierce Biotechnology) 에 incubation 되고필름에현상되어특정단백질수준을분석하였다. Band의강도는 densitometric scanning을하여 ImageJ (NIH) 프로그램을통해단백질양이수량화 (quantification) 되었다. 이실험에서사용된 Primary 항체 : anti-lc3b (L7543), anti-actin (A266), Sigma-Aldrich; antip62 (1842-1-AP), Proteintech; anti-phospho-p7s6 (ser235/236), antip7s6, Cell Signaling Technology. 6) Hanging test Finasteride와저항운동이골격근에미치는영향을조사하기위해각그룹의동물들의근육능력이평가되었다. 이검사는 Two limbs hanging test를통해동물들의평형성, 협응성, 근육상태를측정할수있으며 Aartsma-Rus & Putten이개발한방법이사용되었다 [18]. 2 mm 의두께, 6 cm 길이의철제와이어를 6 cm 높이의틀에고정시키고동물을두발 ( 앞발 ) 로만매달릴수있도록하여매달린시간 ( 초 ) 을측정하였다. 3. 자료처리 SPSS 21.을이용하여각측정변인에대해평균값과표준편차 (M ± SD) 를산출하여그룹간차이에대한유의성을일원변량분석 (one-way ANOVA) 으로검증하였으며, 사후검증은 Fishers LSD post-hoc 로실시하였다. 유의수준은 α =.5로설정하였다. 연구결과 1. 몸무게, 골격근과전립선무게본연구에서 8주 finasteride와저항운동후측정한몸무게는 4그룹간에통계적으로유의한차이는나타나지않았다 (p >.5, Table 1). Finasteride와저항운동이골격근의무게에미치는영향을비교하기위해 8주간 finasteride 및저항운동을처치한후동물들의전경골근 (TA) 과장지신근 (extensor digitorum longus, EDL) 을채취하여그무게를측정하였다. Exe+oil그룹에비해 exe+fina그룹에서 TA와 EDL 근육무게가약 12% 각각감소하였다 (p <.5). 몸무게로보정한두근육의무게 [ 근육무게 ([mg]/ 몸무게 [g]) 또한 sed+oil그룹과 exe+oil 그룹그리고 exe+oil그룹과 exe+fina그룹간의유의한차이를보여주었다 (p <.5, Table 1). 따라서본연구에서 8주저항운동은골격근의무게를유의하게증가시켰고 8주 finasteride 처치는저항운동으로증가된골격근의무게를유의하게감소시켰다. 8주 finasteride 와저항운동후측정한전 Table 1. Wet skeletal muscle and prostate weight, and weight-adjusted muscle and prostate weight Body weight, g 38.3±1. 371.±1.8 368.4±7.7 354.2±11.5 TA wet weight, mg 577. ± 27.1 593.3 ± 24.3 644.7 ± 25.2 565.6 ± 22.4 δ TA/BW, mg/g 2.4 ±.8 2.16 ±.4 2.36 ±.7 2.16 ±.6 δ EDL wet weight, mg 173.1 ±.2 178. ±.1 193.4 ±.2 169.7 ±.1 δ EDL/BW, mg/g.46 ±.2.48 ±.1.52 ±.2.48 ±.1 δ Prostate weight, g.59 ±.5.27 ±.4.38 ±.4 #.47 ±.4 # Prostate/BW, g/g.15 ±..7 ±..1 ±..13 ±. # Values are means ± S.E; n = 6/group. TA, tibialis anterior; EDL, extensor digitorum longus; BW, body weight. p<.5 vs. sed+oil, # p<.5 vs. sed+fina, δ p<.5 vs. exe+oil. 162 Sung-hee, Oh, et al. Resistance Training Improves Disturbance of Protein Homeostasis in Skeletal Muscle
립선의무게가 sed+oil그룹에비하여 sed+fina그룹에서약 5% 유의하게감소하였고, exe+oil그룹에서는약 3% 감소하였다 (p <.5). Exe+fina그룹의전립선무게는 sed+oil그룹과유의한차이가발견되지않았다 (p >.5). 이결과는전립선의무게를몸무게로보정한값으로비교했을때도비슷하게나타났다. Sed+oil그룹에비하여 sed+fina그룹에서전립선의무게가약 55%, exe+oil그룹에서는약 33% 각각감소하였다 (p <.5, Table 1). 2. 8주 finasteride와저항운동이골격근의자가포식유동에미치는영향 8주 finasteride와저항운동이골격근의단백질분해에미치는영향을알아보기위해각그룹의 TA 근육을채취하여자가포식의활성화를측정할수있는두가지자가포식마커인 LC3와 p62의항체 (antibody) 를사용하여자가포식의유동을 western blot 분석방법으로측정하였다. LC3를이용한 in vivo autophagy flux assay 결과를보면 colchicine을처치하여자가포식을억제시켰을때 sed+oil그룹에비해 sed+fina와 exe+oil 두그룹에서각각약 57% 와 33% 증가하였고, sed+oil그룹에비해 exe+fina그룹에서약 46% 유의하게증가하였다 (p <.5, Fig. 3). p62의경우 saline 처치그룹들중, sed+oil그룹에비해 sed+fina그룹에서약 5%, exe+oil그룹에서약 25% 유의하게감소하였으며 (p <.5), exe+fina그룹에서는유의한차이가나타나지않았다 (p >.5). Sed+fina 그룹에비해 exe+oil그룹에서약 5%, exe+fina 그룹에서약 1% 유의하게증가하였다. 또한 exe+oil그룹에비해 exe+fina그룹에서약 25% 유의하게증가하였다 (p <.5, Fig. 3). 따라서 8주 finasteride와저항운동은각각골격근에서자가포식의활성화를증가시켰다. 8주 finasteride와저항운동의복합적처치는골격근에서두처치들의시너지한효과는나타나지않았다. 3. 8주 finasteride와저항운동이골격근의단백질합성에미치는영향 8주 finasteride와저항운동이골격근의단백질합성에미치는영향을알아보기위해각그룹의 TA 근육에서, 단백질합성의수준을알아볼수있는대표적인단백질로서 mtor시스템하위인자 (substrate) 인 phospho-s6 ribosomal protein (p-s6 ser235/236) 과 puromycin 항체를사용하여 western blot 분석방법으로측정하였다. S6 인산화는 sed+oil그룹에비해 sed+fina그룹이약 6% 와 exe+fina그룹에서약 5% 가각각유의하게감소하였다 (p <.5, Fig. 4A, B). 하지만 8주저항운동은 S6 인산화를변화시키지않았다 (p >.5). Puromycin 을사용하여측정한단백질합성수준을분석한결과를보면 sed+oil그룹에비해, sed+fina 그룹이약 45% 유의하게감소하였고 (p <.5), sed+oil 그룹과비교하여 exe+oil그룹은약 48% 가유의하게증가하였다 (p <.5). 또한 sed+oil그룹에비해 exe-fina그룹에서는약 95% 증가하였다. Sed+fina그 sed+oil sed+fina exe+oil exe+fina 18 kda 16 kda 62 kda - + - + - + - + Colchicine LC3-I LC3-II p62 LC3 ll/actin protein levels (arb. units) 3. 2.5 2. 1.5 1..5 42 kda # sal col sal col sal col sal col # # p62/actin protein levels (arb. units) 1.4 1.2 1..8.6.4.2 Actin A,# #, δ sed+oil sed+fina exe+oil exe+fina B C Fig. 3. The comparison of autophagy marker proteins and the effects of 8-week finasteride administration and resistance exercise on autophagy marker proteins in skeletal muscle of rats. Representative immunoblot images of LC3, p62 or actin (A). LC3-II/actin (B), p62/actin (C) were quantitated via densitometry from 6 mice per treatment conditions. Values are means±se; (n=6). p<.5 vs. sed+col. # p<.5 vs. sed+fina, δ p<.5 vs. exe+oil. 오성희외 저항훈련은골격근의단백질항상성의교란을개선시킨다 163
32 kda 42 kda sed+oil sed+fina exe+oil exe+fina - + - + - + - + Colchicine Phospho-S6 (ser235/236) Actin A ~1 kda ~5 kda - + - + - + - + Colchicine Puromycin 42 kda Actin C Phospho-S6 (ser235/236) protein level (arb. units) 1.4 1.2 1..8.6.4.2 B Puromycin/actin protein level (arb. units) 2.5 2. 1.5 1..5,#,# D Fig. 4. The effects of 8-week finasteride administration and resistance exercise on phosphorylation of S6 in skeletal muscle of rats. Representative immunoblot images of phosphor-s6 (ser235/236) or actin (A). Phospho-S6 (ser235/236) (B) were quantitated via densitometry from 6 mice per treatment conditions. Quantification of protein synthesis following 8-week finasteride administration and resistance exercise in skeletal muscle of rats. Representative immunoblot images of puromycin or actin (C). Puromycin/actin (D). Each bar represents the means±se for muscles from 6 mice (n=6). p<.5 vs. sed+oil, # p<.5 vs. sed+fina. Two limb hanging time (sec) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 #, δ 에서 3% 감소하였고 exe+oil그룹에서는 5% 증가하였으며 (p <.5, Fig. 5), exe+fina 그룹에서는큰차이가없었다 (p >.5). Sed+fina 그룹에비해 exe+oil그룹에서 12% 증가하였고, exe+fina그룹에서 7% 증가하였다 (p <.5). 또한 exe+oil그룹에비해 exe+fina그룹에서 3% 감소하였다 (p <.5, Fig. 5). 따라서본연구에서 8주 finasteride 처치는근력과같은근기능을감소시켰으며 8주저항운동은근기능을오히려증가시켰다. 논의 Fig. 5. Comparison of two-limb hanging time following 8-week finasteride administration and resistance exercise. Each bar represents the means ± SE for muscles from 6 mice (n=6). p <.5 vs. sed+oil, # p <.5 vs. sed+fina, δ p<.5 vs. exe+oil. 룹과비교하여 Exe+oil 그룹에서 puromycin 의농도가약 95% 증가하였 고 (p <.5), sed+fina 그룹에비해 exe+fina 그룹에서 14% 증가하였다 (p <.5). Exe+oil 그룹에비해 exe+fina 그룹에서는유의한차이가나타 나지않았다 (p >.5, Fig. 4C, D). 따라서 8 주 finasteride 처치는골격근 의단백질합성을감소시킨것을알수있다. 4. 8 주 finasteride 와저항운동이근기능에미치는영향 8 주 finasteride 와저항운동의처치가골격근기능을변화시킬수있 는가를측정하기위해앞발매달리기검사 (two limb hanging test) 를통 하여각그룹의근력검사를측정하였다. 두개의앞발로만매달리기를 시행하고그시간 ( 초 ) 을측정한결과 sed+oil 그룹에비해 sed+fina 그룹 본연구에서는 finasteride의투여와저항운동이골격근의단백질의항상성에관여하는단백질합성및분해시스템에미치는영향조사하기위하여 8주동안랫에 finasteride를투여하거나저항운동훈련을실시한후골격근의단백질합성과분해시스템을측정하였다. BPH 환자에게사용되는약물인 finasteride는전립선이표적조직중의하나임이분명한것같다. 본연구에서 8주 finasteride를처치한후측정한전립선무게가평균약 5% 감소되었고몸무게로보정시킨전립선무게값즉, 전립선무게 / 몸무게 (mg/g) 비율또한비슷하게감소되었다. 하지만 8주 finasteride 처치는골격근 ( 전경골근, 장지신근 ) 의무게와근육무게 / 몸무게 (mg/g) 의비율을변화시키지못하였다. 두조직간의이러한차이가나타난것에대해정확히이해되지는않지만신체여러조직에서 5 alpha-reductase (5A-R) 의동질효소들 (isozymes) 의유전자발현상의차이에의한것으로생각된다. Finasteride는 5 alpha-reductase type 2 효소의작용을억제시켜 testosterone을 DHT로의전환 164 Sung-hee, Oh, et al. Resistance Training Improves Disturbance of Protein Homeostasis in Skeletal Muscle
을감소시킨다. 세가지종류의 5A-R의동질효소들 (type 1, 2, 3) 이발견되었으며신체여러조직에서이효소의유전자발현이다르게나타나는것으로알려져있다. 5 alpha-reductase type 1은간, 지방과골격근과같은대사적조직 (metabolic tissue) 에주로발현되어있고, type 2는주로전립선과같은생식계의조직에주로발현되어있다 [19]. 5A-R type 3에대해서는잘알려져있지않다. 따라서 type 2 5A-R 억제제인 finasteride 처치가 DHT 합성을감소시켜전립선무게를감소시키는데기여했을것으로생각되는반면골격근에서 type 2 5A-R의결핍으로인한 finasteride의작용이골격근의무게를변화시키지못하였을것으로보인다. 그뿐만아니라골격근에서 DHT의작용에의문이든다. 연구자들은 DHT의효과, 즉테스토스테론의 DHT로의전환이근육량, 근력및성기능에미치는영향을현재명확하게이해하지못하고있다. 테스토스테론의 DHT로의전환은전립선및피부와같은높은 5A-R 활성을갖는일부조직에영향을미치지만, 골격근및뼈를비롯한다른조직에는영향을미치지않는다 [2] 고하였다. 따라서전립선에서는 DHT의역할이테스토스테론에비해큰반면골격근에서는 DHT의작용보다는테스토스테론의작용이 androgenic 효과를발휘하는데있어더중요한역할을할수도있다. 골격근에서이두호르몬에대한정확한작용은앞으로명확히밝혀져야할것으로보인다. 본연구에서 8주 finasteride 처치가골격근에아무런영향을미치지않은것은아니었다. 8주저항운동은비훈련통제그룹 (sed+oil) 보다 TA 와 EDL 근육 / 몸무게비율을유의하게증가시켰다. 8주 finasteride 처치는 8주저항운동에인해증가된근육무게를유의하게감소시켜골격근에서저항운동훈련의효과를상쇄시키는결과를보여주었다 (Table 1). Finasteride에의한저항운동효과의상쇄작용, 즉근질량감소를유도한기전에대해본연구에서는조사되지않았지만, finasteride가골격근에서 5 alpha-reductase type 2 효소를억제시키는작용외의알려져있지않은다른영향이나효과에의해나타난결과일지도모른다. 예를들어, 세포사멸을유도하거나단백질분해시스템을활성화시켜근질량감소에영향을미칠수있다. Finasteride와저항훈련이골격근의자가포식에미치는영향이 in vivo에서 autophagic flux assay 방법을통해측정되었다. 이방법은자가포식체의분해, 즉 LC3-II의분해를억제시키는 colchicine을처치하는경우와처치하지않을경우를동시에두고 LC3-II 단백질수준을측정하는방법이다. 따라서각그룹에서 colchicine이처치된그룹만이자가포식의활성화를보여줄수있으며 colchicine이처치된그룹의 LC3-II 의단백질수준을그룹간비교해보았을때, 골격근에서 8주 finasteride 처치와저항운동둘다자가포식을약 5% 증가시켰으며, 8주 finasteride의투여가골격근의자가포식을운동으로증가된수준만큼이나증가시킨다는사실은본연구에서처음으로제시되었다. 또한 8주 finasteride와저항운동을복합적으로처치했을경우에서는추가적인 자가포식의활성화는발견되지않았다. 이결과는또다른자가포식마커인 p62 단백질수준을그룹간비교해보았을때도이와유사한결과가나타났다. p62 단백질은자가포식이활성화될때감소하게되고반대로자가포식이억제되었을때, 세포내에분해되지않고축적되어높은단백질수준을보여준다. p62의 Western blot 결과는 8주 finasteride와저항운동처치가각각 p62 단백질수준을감소시킨것을보여주었다. 즉, 8주 finasteride 및저항운동훈련은골격근에서자가포식을활성화시킨다는의미이다. 운동이골격근의자가포식을활성화시키는것은본연구뿐만아니라선행연구들 [21-23] 에서밝혀졌었다. 이선행연구들은운동프로그램을유산소운동훈련을사용하여자가포식이활성화되는것을보여주었고, 본연구는저항운동훈련또한자가포식유동을증가시킨다는것을최초로확인시켜주었다. 본연구에서실시한저항운동은어느정도의유산소운동훈련의효과를수반할수있을것으로도간주된다. 반면 8주 finasteride와저항운동의복합적처치는골격근에서 p62 단백질수준을통제그룹 (sed+oil) 의수준과비슷하게오히려증가시키는결과를보여주었다. 본연구에서측정된 p62 단백질은자가포식과관련되어있는분자물질은사실인것같지만자가포식의유동을측정하는데는중요한단백질이아닌것으로생각된다. 8주 finasteride 처치그리고 8주의저항운동훈련은골격근의자가포식을활성화시켰으며, p62 Western blot 결과또한 LC3를이용한 autophagic flux assay로측정된결과와비슷하게나타났다. 8주 finasteride의투여와저항운동이골격근의단백질합성에미치는영향을조사하기위해 mtor의하위경로인자인 phospho-s6 의인산화 (serine 235/236) 의수준을통해 mtor 단백질의활성화가측정되었고비방사성추적자인 puromycin을사용하여 SUnSET assay를통해조직세포내부에서번역 (translation) 이라고불리는 mrna code에의해단백질이합성되는수준이측정되었다. 8주저항훈련은골격근에서는단백질합성을증가시키고근비대 (hypertrophy) 를일으키는긍정적인효과를주는것이일반적인사실이다. 본연구에서 8주저항운동은골격근에서 mtor의유의한변화없이근육무게를증가시키는결과를보여주었다. 그러나전체적인단백질의합성률을보여주는 SUn- SET assay의결과는 mtor의활성화 (S6 인산화 ) 의결과와일치하거나다른결과를보여주었다. S6의인산화와마찬가지로, 8주 finasteride 처치는골격근에서 puromycin 수준이감소즉, 8주 finasteride 처치는단백질의합성을유의하게감소시켰다. 이것은 finasteride 처치에의한항엔드로겐작용 (anti-androgenic effect) 에의한동화작용의억제및이화작용 ( 예, 단백질분해 ) 의증가가이러한결과를보여주었을것으로여겨진다. 8주저항운동은근육에서는단백질합성을약 48% 증가시켰고단백질합성에긍정적인영향을미쳤다. 이결과는본연구에서측정된앞발매달리기검사 (two-limb hanging test) 에서얻어진결과를지지해준다. 앞발매달리기검사는설치류동물의근력이나근기능을 오성희외 저항훈련은골격근의단백질항상성의교란을개선시킨다 165
판별하는데사용되는검사방법으로 8주 finasteride 처치는이매달리기시간을약 3% 감소시켰지만, 8주저항운동훈련은매달리기시간을약 5% 증가시킬수있었다. 또한 8주 finasteride와저항운동의복합적처치는저항운동으로증가된매달리기시간을약 3% 감소시키는것으로보아 finasteride 처치는근력와근기능에대해부정적인영향을미치는것으로보인다. BPH 환자나남성형탈모증환자들이 finasteride 를장기간투여했을때성기능의장애외에도근통증 (muscle pain) 이발생시키고근위축 (muscle atrophy) 이나근쇠약 (muscle weakness) 증상을유발시킨다는연구및사례가있다 [9-11,24]. Finasteride는 5A-R을억제시키는것을통해테스토스테론이 DHT로전환하는것을차단시켜 BPH와남성형탈모증을완화시킨다 [6]. 테스토스테론은남성호르몬으로서의역할이외에도인체의단백질합성을증가시켜근육의발달을돕는다 [25]. 또한테스토스테론이남성의생식기이외에주로영향을미치는장소는골격근이라할수있고골격근을강화시키는역할을한다 [26]. 본연구에서 finasteride 처치후얻어진결과들은 finasteride는테스토스테론을 DHT로전환되는것을차단시키기때문에 finasteride 처치가안드로겐의작용을억제시켜단백질의분해의증가 / 합성의감소에의해생겨난현상인것으로보인다. 본연구를통해 finasteride의처치는골격근조직의단백질항상성에영향을미치는것이확인되었다. 8주저항훈련이골격근의단백질분해와합성을동시에활성화시키는반면 8 주 finasteride 처치는골격근의단백질합성은증가시켰지만단백질분해는감소시켰다. 지속적인 finasteride 처치는골격근의단백질항상성유지에부정적인영향을미친다. 본연구에서또한 8주저항훈련은골격근에서 finasteride를복용으로교란된단백질항상성을상쇄시키는데기여를하였다. 따라서의사가추천하는 finasteride 복용시저항운동은골격근의단백질항상성유지에긍정적인효과를줄수있을것같다. 8주이상의장기간이러한처치는조직내단백질항상성유지에또다른영향을미칠수도있다. 차후연구에서인간을대상으로하는장기간 finasteride와저항운동의복합적처치에대한충분한임상학적인연구를통해본연구를뒷받침해주고근위축이나근쇠약과같은몇가지근질환과도관련이있는가를단백질항상성측면에서더자세히확인이되었으면한다. 또한 finasteride를복용하는환자에게가장적절한저항운동의강도나빈도등을찾아이러한대상자들을위한저항운동프로그램이개발될필요도있다고생각된다. 본연구에서는단백질분해시스템중에서자가포식에만초점을맞추어 finasteride 및저항운동훈련의영향을골격근에서만조사되었지만세포내또다른단백질분해를맡고있는유비퀴틴-프로테아좀시스템 (ubiquitin-proteasomal system, UPS) 은조사되지않았다. 앞으로 finasteride 및저항운동훈련이세포내두단백질분해시스템인 UPS와자가포식의활성에미치는영향을동시에확인해보는것도차후연구로서의미와 가치가있을것으로고려된다. 본연구에서 finasteride는 corn oil에용해되어투여되었고대조군또한 corn oil이 8주동안매일투여되었다 (.6-1 ml). 고지방식단은에너지대사, 호르몬, 염증인자, 면역시스템, 암과관련된유전자발현과신호경로에영향을미칠수있다 [27]. 따라서 8주섭취한 corn oil이본연구의결과에미치는영향을조사하지못한것은연구의제한점으로두고자한다. 현대사회에서는많은성인들이하나또는둘이상의약물을복용하면서일상생활을하고있는것이사실이며또현대인들은건강을위해다양한형태의운동이나신체활동을하고있다. 예를들어, 고지혈증환자는콜레스테롤을낮춰주는 statin 약물 ( 예, simvastatin, atorvastatin 등 ) 을복용하며자발적이든비자발적이든규칙적인운동을실행한다. 하지만약물복용과지속적운동의복합적처치가신체의생리적변화와조직세포내의신호체계, 병리학적기전, 대사적작용등의변화에미치는효과를조사한연구는아직까지미미한수준이다. 따라서앞으로꾸준한약물복용과함께지속적인운동훈련이골격근을포함한대사적조직세포에미치는다양한생리적현상이나작용들을조사하는많은연구가필요할듯하다. 결론 본연구는랫모델을이용하여 8주 finasteride 및저항운동그리고 finasteride와저항운동의복합적처치가안드로겐표적조직인골격근에서단백질합성과단백질분해시스템에미치는영향을조사하였다. 8주 finasteride 처치는골격근의단백질분해를활성화시켰지만단백질합성을감소시켰다. 반면 8주저항운동훈련은골격근에서단백질합성뿐만아니라단백질의분해도증가시켰다. 8주 finasteride 처치에의해교란된단백질항상성은저항훈련에의해상쇄되었고, 따라서저항훈련은골격근의단백질항상성유지에긍정적인영향을미치는것으로여겨진다. CONFLICT OF INTEREST 이논문작성에있어서어떠한조직으로부터재정을포함한일체의지원을받지않았으며, 논문에영향을미칠수있는어떠한관계도없음을밝힌다. REFERENCES 1. Van Rij S, Gilling P. Recent advances in treatment for Benign Prostatic Hyperplasia. F1Res. 215;4. pii: F1 Faculty Rev-1482. 2. Leedahl DD, Vo PH, Maxson PM, Lovely JK. Benign prostatic hyper- 166 Sung-hee, Oh, et al. Resistance Training Improves Disturbance of Protein Homeostasis in Skeletal Muscle
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