운동 시 골격근의 대사에 필요한 혈당의 세포 내 유입은 당수송체에 의해 이루어진다. 운동 양상의 차이에 따라 LDH 동위효소의 발현이 다르게 되는 현상은 GLUT-4 단백질 발현과 관련지을 수 있는데, 대부분의 선행연구들이 운동 수행 시 GLUT-4 세포 형질막 전위에 집중하였다. 본 연구는 운동으로 인한 LDH 동위효소의 활성변화를 알아보았다.
<h1>서 론</h1> <p>운동 시 골격근의 대사에 필요한 연료 공급은 혈당(glucose)의 세포 내 유입에 의해 이루어진다. 이러한 세포 내 당 이동은 촉진확산(facilitative diffusion)에 의해 유도되는데, 주로 당수송체(glucose transporter)가 그 역할을 담당한다. 당 수송체는 GLUT-1,2,3,4,5,7의 isoform이 존재하고, 이들 중 GLUT-4(glucose transporter type-4) 단백질은 골격근, 갈색지방과 백색지방 그리고 심장에 분포한다. 안정 시 골격근에서 GLUT-4는 세포 내 소포체(bilayer of vesicle)에 저장되어 있다가 인슐린 자극이나 운동에 의한 근수축 자극과 같은 세포 외부의 자극을 받게 되면 세포막 쪽으로 전위(translocation)되어 혈액이나 t-세관에 있는 당을 세포 내로 이동시키는 것으로 알려지고 있다. 일반적인 인슐린 자극에 의한 GLUT-4 활성 기전은 인슐린이 세포막의 수용체(receptor)와 결합한 후 세포 내에 존재하는 tyrosine kinase를 활성화 시키고, 인슐린 기질단백질인 IRS1과 IRS2 (insulin receptor substrate1 and 2)가 인산화 되어 p85와 결합하게 된 후 PI3 kinase(phosphatidylinositol 3-kinase)가 활성화 되고, 하위분자인 Akt의 인산화를 유도하여 GLUT-4 단백질의 세포막 전위를 증가시킴으로써 당 수송을 유도하는 것으로 보고되고 있다. 그러나 운동의 경우에는 인슐린 작용과는 다른 신호경로에 의해 GLUT-4 활성이 증가된다[4,51]. 운동에 의한 근수축 시 골격근 세포 내에서는 AMPK (adnosine mono-phosphate activated protein kinase)가 인산화되어 지방산 산화와 당 흡수를 촉진시키고 GLUT-4의 형질막 전위를 유도하여, 당 유입을 증가시킨다. Lauritzen 등은 규칙적인 유산소성 운동이 골격근 내 AMPK 와 GLUT-4 발현을 증가시키고, AMPK 억제가 GLUT-4의 전위를 억제시킴으로써 당의 세포 내 유입이 감소됨을 보고하였으며, Green 등(2008)은 16 시간의 고강도 간헐적 cycle 운동이 골격근(대퇴사두근)의 GLUT-4의 발현을 유의하게 증가하였다고 보고하였다. 또한 화학적 약물을 사용해 인슐린 분비를 억제시킨 후 운동을 시킨 결과 골격근에서 AMPK 의 활성 증가와 함께 운동군에서 GLUT-4 발현이 급격하게 증가하여 당 수송을 촉진시켰다. 이러한 연구 결과들은 운동에 의해 증가된 GLUT-4가 골격근 내 당 대사 작용을 촉진시켜 당대사 문제로 발생되는 대사 질환 및 관련 합병증 예방에도 중요한 역할을 수행한다는 것을 보여주고 있다.</p> <p>GLUT-4에 의해 세포내로 이동한 당은 무산소성해당과정을 거쳐 피루브산이 생성된다. 젖산탈수소효소(lactate de-hydrogenase; LDH)는 의해는 피루브산과 젖산의 상호작용을 촉매 하는 효소로서 에너지대사에서 중요한 역할을 차지한다. 척추동물에서 LDH 는 유전자 ldh A, B 및 C 의 서로 다른 하부 단위체를 갖고 있으며, 운동과 관련하여 활발하게 연구가 진행되고 있다. LDH \(\mathrm{A}_{4} \) 동위효소는 무산소적 조건 하에서 선택적으로 피루브산을 젖산으로 전환하는 pyruvate reductase로 알려져 있고 생리학적 저산소 환경에 노출되어 있는 골격근 같은 조직에서 우세하게 나타나는 반면에 LDH \( \mathrm{B}_{4} \) 동위효소는 유산소적 조건하에서 젖산을 피루브산으로 전환하는 lactate oxidase로 심근 같은 조직에서 우세하게 발현된다. 세포질 내에 높은 LDH 의 활성은 운동뿐만 아니라 여러 조건에서 젓산 형성을 촉진시킨다. Brooks 등(1988)은 lactate shuttle 이론에서 무산소성 해당과정에서 생성된 젖산이 monocarboxylate transporters (MCTs) 수송단백질의 수송으로 미토콘드리아 내로 들어가 mitochondrial LDH (mLDH) 에 의해 다시 피루브산으로 전환되어 유산소성 해당과정의 ATP 생성에 관여한다고 하였다[14,30]. 이는 젖산의 산화를 촉진하는 내부의 LDH pool 때문이다. LDH 동위효소는 훈련에 따른 근육의 반응을 연구하는 하나의 지표로서, 활성산소에 의한 세포막 손상 여부, 운동 훈련 및 운동 강도 조절의 기준치로 이용되고 있으며 특히, 혈청 LDH 수준은 연령, 성차, 인종, 근육량, 신체활동, 기후조건 등에 의해 영향을 받으며, 운동선수의 훈련 상태에 따라서도 변화한다. Revan 등(2010)은 운동경험이 없는 남자대학생을 대상으로 단시간 최대운동으로 탈신시 까지 트레드밀 운동을 시킨 결과 혈장 LDH 가 유의하게 증가하였다고 보고하였다. 한편, Rodrigues 등(2010)은 운동경험이 있는 남자 고등학생을 대상으로 저항성운동을 실시한 결과 저항성운동 쎄션의 휴식차이가 LDH 반응양상이 다르게 나타난다고 보고하였다.</p> <p>이와 같이 운동 형태나 휴식시간의 차이에 따라 LDH 동위효소의 발현이 달리 나타나고 있는 현상은 LDH 동위효소의 발현이 세포 내부로의 당 수송의 역할을 하고 있는 GLUT-4 단백질 발현과 관련지어 생각해 볼 필요가 있다. 또한 LDH 는 무산소성 해당과정과 유산소성 해당과정에서 ATP 생성과 관련된 효소로서 해당과정의 초기 GLUT-4 단백질에 의한 당 수송은 매우 중요하다. 운동 시 인체에서 변 화하는 다양한 변인 중 LDH 는 인체의 심근 및 골격근 대사 산물로서 인체 내의 변화를 관찰할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 장기간 지구성 운동의 경우에는 LDH 효소의 활성도를 크게 증가시키는 것으로 보고되고 있으며, 특히 무산소성 운동뿐 아니라 유산소성 운동에 의해서도 증가하고, 훈련정도에 따라서도 활성에 영향을 받는 것으로 알 려져 있다. Ohkuwa 등(1986)은 creatine kinase (CK)와 더불어 비 혈장특이성 효소들이 무산소성 대사과정의 활성도를 알 수 있는 지표로 이용된다고 보고하였으며, Guezennec 등(1986)은 운동 시에 나타나는 LDH 의 변화를 체력을 평가하는 생화학적인 지표로 제안하였다.</p> <p>이와 같이 LDH 와 운동에 관한 연구가 여러 각도에서 연구 분석되고 있으나 대부분이 일반적인 혈청효소의 변화에 관한 내용으로 LDH 의 부분적인 영역만을 다루고 있을 뿐 운동과 관련하여 조직에서 LDH 와 동위효소에 관한 연구를 집중적으로 다룬 보고는 희소한 실정이다.</p> <p>대부분의 선행연구들이 트레드밀 달리기, 수영과 같은 유산소성 운동 수행 시 골격근 내 GLUT-4 세포 형질막 전위에 초점을 맞추고 있는 것에 반하여, 본 연구는 저항성 운동이 포도당 수송체 단백질과 LDH 동위효소의 활성변화에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.</p> <p>따라서 본 연구는 S.D 쥐를 이용하여 12주 동안의 사다리 오르기 저항성 운동 수행 후 가자미근과 비복근 내 GLUT-4 발현량 및 LDH 동위효소들의 변화를 측정하여 당 대사 및 젓산 기전에 대한 기초자료를 제공하는데 그 목적이 있다.</p>