비만 노쇠와 골격근에서의 단백질 대사 조절

Abstract

Obese Frailty and Protein Metabolism Regulation in Skeletal Muscle

Frailty, a representative form of pathological aging, is a geriatric syndrome defined as a condition in which it is difficult to maintain homeostasis of an individual due to deterioration of physiological functions according to aging. Previous studies have suggested that the typical characteristic of frailty is rapid weight loss, but in a recent study, obese elderly people were found to be about 1.5 times more likely to develop frailty than underweight and normal-weight elderly people. However, studies on obese frailty are still insufficient, and the use of the term Obese frailty has not been proposed for a long time. Therefore, the purpose of this study is to reconsider the risk of obese frailty by comparing normal frailty and obese frailty through normal diet mice and high fat diet mouse models, and finally to provide basic data for geriatric obesity intervention studies. The study subjects were C57BL/6N mice. 12-month-old mice were classified into normal diet and high-fat diet groups and physical phenotype was evaluated at 12, 16, and 18 months. Individuals corresponding to two or more of the lower 20% (weight of the upper 20%) of each item were selected as the (pre)frailty mouse model, and those who did not correspond to any one were selected as the robust group. Afterwards, the functions and characteristics of the normal frailty mouse group and the obese frailty mouse group were compared and analyzed through body composition (DEXA), blood analysis, and biochemical analysis experiments. The normal diet frailty group had higher body weight and lower behavioral phenotypes compared to the normal diet robust group. The high-fat diet frailty group had higher lean mass, fat mass, bone density (BMD), and lower behavioral phenotypes compared to other groups. In the physical phenotype test, the grip test, which measured grip strength, and the Rota-rod test, which measured walking speed, showed significant differences between the frailty and robust groups. In addition, in the biochemical analysis results, significant results were found in the protein metabolism-related biomarkers p-AKT, smad-2/3, Foxo3α and autophagy-related biomarkers ATG7, p62, and Cathepsin L markers. Through this, this study confirmed that the most powerful indicator of frailty is the physical phenotype test, and among them, muscle strength and walking ability are suggested as one of the exercise treatments that can delay and prevent frailty. In particular, grip strength is also related to the daily living ability and mortality of the aging and is presented as a representative indicator of aging. Through follow-up studies using the results of this study, it is expected that studies on the multifaceted mechanism of obese frailty and clinical treatment effects will be possible.

|비만 노쇠와 골격근에서의 단백질 대사 조절

병적 노화의 대표적 형태인 노쇠(frailty)는 노화(aging)에 따른 생리학적 기능의 저하로 개체의 항상성을 유지하기 어려운 상태로 정의되는 노인성 증후군이다. 기존 선행연구에서는 노쇠의 대표적인 특징을 급격한 체중감소로 제시하였지만, 최근 연구에서는 비만 노인이 저체중 및 정상 체중의 노인에 비해 노쇠 발생 가능성이 약 1.5배이상 높은 것으로 나타났다. 하지만 비만 노쇠에 대한 연구는 아직 미비한 실정이며, 비만 노쇠(Obese frailty)라는 용어의 사용이 제안된 것도 오래되지 않았다. 따라서 본 연구는 정상식이 마우스와 고지방식이 마우스 모델을 통해 일반 노쇠와 비만 노쇠를 비교하여 비만 노쇠의 위험성을 재고하고, 최종적으로는 노인비만 중재연구에 기초 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 연구 대상은 C57BL/6N 마우스로, 12개월령의 마우스를 정상식이와 고지방식이 집단으로 분류하여 각 12, 16, 18개월에 신체표현형을 평가하였고, 각 항목의 하위 20%(고지방식이 그룹은 체중은 상위 20%)에 2개 이상 해당되는 개체를 (전)노쇠 마우스 모델, 하나도 해당되지 않는 개체를 건강 그룹으로 선별하였다. 이후 신체조성검사(DEXA), 혈액검사, 생화학분석 실험을 통해 일반 노쇠 마우스 집단과 비만 노쇠 마우스집단의 기능과 특성을 비교 분석하였다. 정상식이 노쇠 집단은 정상식이 건강 집단에 비해 높은 체중, 낮은 행동 표현형 기록이 확인되었다. 고지방식이 노쇠 집단은 다른 집단에 비해 높은 제지방량, 지방량, 골밀도, 낮은 행동 표현형 기록이 확인되었다. 신체 표현형 검사에서는 악력을 측정한 grip test와 보행속도를 측정한 Rota-rod test에서 노쇠 집단과 건강 집단 간 유의미한 차이를 나타냈다. 또한 생화학 분석 결과에서는 단백질 대사 관련 바이오마커인 p-Akt, Smad-2/3, Foxo3α과 오토파지 관련 바이오마커인 ATG7, p62, Cathepsin L 마커에서 유의미한 결과가 나타났다. 이를 통해, 본 연구에서는 노쇠를 결정짓는 가장 강력한 지표가 신체 표현형 검사임을 확인했으며, 노쇠를 예방하고 치료하기 위해서는 근력과 보행능력을 키울 수 있는 운동 처치가 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다. 특히 악력은 노인의 일상생활 능력 및 사망률과도 관련이 있으며, 노화를 나타내는 대표적인 지표로 제시된다. 본 연구 결과를 활용한 후속 연구를 통해 비만 노쇠에 대한 다각적인 기전 연구와 임상적 처치 효과에 대한 연구가 가능할 것으로 기대된다.