APPsw 알츠하이머 질환 모델 생쥐(Tg)를 활용한 16주간 지구성 운동의 영향에 대한 연구를 통하여, 뇌세포에 산소와 영양물질을 원활히 공급하고 노폐물 및 탄산가스 제거율과 새로운 뇌신경 세포 생성을 증가시켰으며 특히 세포사멸을 유도하는 A\(\beta\)-42 단백질 발현량 감소시킴으로써 인지능력을 개선시켰다. 신경전달시스템시스템, 신경내분비 시스템, 인슐린 유사성장인자-1, 혈관내피성장인자를 활성시켜 뇌신경증식인자(BDNF) 단백질의 발현량도 증가시킴으로써 알츠하이머 질한 관련 뇌의 분자 표현형 단백질들에도 영향을 미침을 알 수 있었다.
<h1>고 찰</h1><p>알츠하이머 질환을 예방하거나 처치하기 위한 방법들이 의학 및 생명과학 분야에서 연구되어 왔지만 그 효과는 일시적이거나 부정적인 것으로 보고되고 있다. 특히 약물이 아닌 신체활동을 통한 알츠하이머 질환의 뇌 신경세포 보호 작용은 규명되지 않은 상태이다. 따라서 이 연구는 알츠하이머 질환 특성을 보이는 APPsw 알츠하이머 질환 모델 생쥐(Tg)를 활용하여 16주간 지구성 운동이 인지능력과 알츠하이머 질환 관련 뇌의 분자 표현형 단백질들에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 이 연구에서는 APPsw을 neuron-specific enolase (NSE) 유전자의 프로모터 조절 하에 연결시켜 생산된 알츠하이머 질환 모델 생쥐를 대상으로 수중 미로 검사를 실시한 결과 인지 능력에 결함이 있다는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 볼 때 이 질환모델 생쥐의 뇌 조직에서 APPsw 유전자의 발현은 알츠하이머 질환의 특성인 인지 능력의 결함과 관련성이 높다는 것을 알 수 있다.</p><p>이러한 인지 능력의 결함을 보이는 Tg를 대상으로 16주간 지구성 운동을 수행시킨 결과 인지능력이 향상된 것으로 나타났다. 이러한 결과는 알츠하이머 질환 모델생쥐(PS-2, TgCRND8, APP-23)를 대상으로 지구성 운동을 수행시킨 결과 인지능력이 향상되었다고 보고한 결과와 일치하는 것으로 나타났다.</p><p>이와 같이 지구성 운동을 통한 Tg의 인지 능력의 개선은 지구성 운동수행에 의해 뇌세포에 혈액을 통한 산소와 영양물질의 공급이 잘 이루어진 반면 노폐물 및 탄산가스 제거율이 높아진 현상과 새로운 뇌신경 세포의 생성 증가에 따른 기억력의 향상 및 뇌의 신경 전달 물질의 증가에 기인한 것으로 볼 수 있으며 특히, A\(\beta\)-42 단백질 발현량 감소와 직접적인 관련이 있는 것으로 볼 수 있다. 즉 지구성 운동에 의해 아밀로이드전구단백질(amyloid pre cursor protein) 분해 과정이 조절되거나 혹은 A\( \beta \) 분해율과 제거율이 증가되어 해마와 대뇌피질에 A\( \beta \) 단백질 침적이 감소되어 나타난 결과로 볼 수 있다. 또한 알츠하이머 질환에서 공통적으로 나타나는 대표적인 증후는 뇌신경 세포 외에 A\(\beta\)-42 단백질 침적에 의한 플라크 형성 및 신경 섬유원 농축이 형성되어 세포사멸을 유도하는 것으로 이러한 뇌에 A\(\beta\)-42 침적은 인지능력의 감소와 관련성이 높은 것으로 니타났다. 이 연구에서도 Tg 생쥐의 경우 non-Tg 생쥐에 비해 A\(\beta\)-42 단백질 발현량이 상당히 높은 것으로 나타나 아밀로이드 전구 단백질(amyloid precursor protein; APP) 유전자를 돌연변이시켜 생산한 알츠하이머질환 모델 생쥐에게서 A\(\beta\)-42의 침적이 약 15배정도 높았으며 아울러 인지능력의 결함을 보였다는 Hsiao 등의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.</p><p>반면 16주간 지구성 운동을 수행시킨 결과 non-Tg 집단과 Tg 집단 모두 현저하게 A\(\beta\)-42 단백질 발현량이 감소한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Adlard 등과 Cho 등의 결과와 일치하는 것으로 이러한 운동수행에 따른 A\(\beta\)-42 단백질 발현량의 감소는 앞서 설명했듯이 지구성 운동수행에 의해 뇌 세포에 혈액을 통한 산소와 영양물질의 공급이 잘 이루어지거나 아니면 노폐물 및 탄산가스 제거율이 높아져 나타난 현상으로 볼 수 있으며 특히 지구성 운동에 의해 아밀로이드 전구 단백질의 생성과정 혹은 A\( \beta \) 분해와 제거율이 조절되거나 증가되어 해마나 대뇌피질에서 A\( \beta \) 플라크 침적이 감소되어 나타난 것으로 볼 수 있다.</p><p>이와 같이, APP 유전자의 돌연변이에 의한 뇌 A\(\beta\)-42 단백질 발현량 증가는 인지적 능력 감소, 뇌 신경세포사와 당대사에 문제를 유발하며 신경세포의 생존에 있어 필수요소인 뇌신경증식인자(brain derived neurophic factor; BDNF)와 혈액 내 장벽(blood brain barrier)를 통해 글루코스 수송을 담당하는 포도당 수송체-1(glucose transporter-1, GLUT-1)의 발현량이 해마와 대뇌피질에서 현저하게 감소되는 것으로 보고되고 있다. 이 연구에서는 Tg 집단과 non-Tg 집단 간에 뇌신경증식인자(brain derived neurophic factor: BDNF) 단백질 발현량에는 차이가 없는 것으로 나타나 Wolf 등의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.</p><p>이와 같이 Tg 비교집단이 non-Tg 비교집단에 비해 BDNF 단백질 발현량이 현저하게 낮은 수준을 보일 것이라 생각되었으나 차이가 없는 것으로 나타났다. 이러한 원인에 대해서는 명확하게 설명할 수 없어 후속 연구를 통해 이 연구에서 활용한 APPsw 형질전환 생쥐의 BDNF 단백질 표현형을 다시 분석·연구할 필요가 있다. 그러나 non-Tg와 Tg 집단 모두 16주간 지구성 운동수행에 의해서는 현저하게 증가한 것으로 나타났다. 이러한 BDNF 단백질 발현량의 증가는 지구성 운동 자체가 신경전달시스템, 신경내분비 시스템, 인슐린 유사 성장인자-1(insulin like growth factor-1), 혈관내피성장인자(endo-thelial derived growth factor)를 활성화시켜 나타난 현상으로 볼 수 있는데 Cotman과 Berchtold, Russo-Neustadt 등과 Ding 등의 결과가 뒷받침해 주고 있다.</p>