랫트의 섭식행동 조절에서 glucocorticoids의 작용효과

Abstract

[한글]

사람 및 동물에서 많은 경우, 섭식행동 이상(섭식장애)은 스트레스 축(Hypothalamic-pituitary-adrenal gland axis: HPA axis)의 변조와 연관성을 보이는 것으로 보고 되어 왔다. 스트레스 환경에 노출 시, 스트레스 축 활성화와 함께 분비되는 corticotropin-releasing hormone, adrenocorticotrophic hormone, corticosterone(사람의 경우 cortisol) 및 vasopressin, thyrotropin releasing hormone 등은 체내의 에너지 대사율을 변화시킬 뿐 아니라 뇌의 섭식중추에서 섭식행동 조절에도 관여하는 것으로 알려져 있다. 또한, 스트레스 시 뇌 및 혈중농도가 민감하게 조절되는 도파민, 세로토닌, 노르에피네프린 및 에피네프린 등의 단가 아민계 신경전달 물질들 역시 잘 알려진 섭식 조절 분자 들이다.본 연구에서는, 스트레스기인성 섭식장애 행동의 분자기전 연구의 일환으로, 랫트에게 생리적 스트레스 상황을 인위적으로 재현시킨 후 섭식량 및 체중 변화를 뇌의 세로토닌 신경계 변화와 함께 조사하였다. 랫트에게 합성 당질코르티코이드인 덱사메타손을 농도 별로 투여한 후, 시간 대 별로 섭식량, 체중 및 혈중 렙틴 농도를 측정하고, 뇌 부위별 세로토닌 수준을 High Performance Liquid Chromatography 방법으로 조사하였다. 또한, 세로토닌의 합성 및 대사에 관여되는 효소들의 유전자 발현 변화를 in situ 교잡법으로 검색하였다.덱사메타손은 0.1 mg/kg 및 1 mg/kg의 농도로 4 일간 매일 피하 주사하였다. 약물 투여 후 24 시간부터 섭식량 감소효과가 나타났으며, 이러한 감소효과는 시간이 지날수록 약물의 농도 의존적으로 뚜렷해졌다. 체중의 감소는 약물처치 2 일째부터 관찰되었으며, 고용량(1 mg/kg) 투여군에서는 체중 감소 폭이 점차 심화되었다. 고용량 투여군에 대한 pair-fed 군의 체중변화는 대조군과 유의한 차이를 나타내지 않은 점으로 보아, 덱사메타손에 의한 체중 감소효과는 섭식량 감소효과에 기인되지 않은 것으로 사료되었다.덱사메타손 투여는 혈중 렙틴 농도를 단기적으로 증가시켰으며, 장기적 투여군의 렙틴 혈중 농도는 대조군과 차이를 보이지 않았다. 렙틴은 섭식 억제 하며, 정상 생리 상태에서 현저한 체중 감소는 혈중 렙틴 수준 감소를 유도한다는 사실로부터, 덱사메타손 장기 투여에 의한 섭식량 및 체중감소 효과에는 혈중 렙틴이 관련될 것임을 짐작할 수 있다.중뇌 솔기핵 및 시상하부에서 세로토닌(5-HT)의 수준은 덱사메타손 투여에 의해 농도 의존적으로 감소되는 것으로 나타났다. 세로토닌의 대사산물인 5-HIAA 수준은 증가하였으나, 이러한 증가는 고용량의 약물 투여군에서 만 관찰되었다. 이 결과는, 덱사메타손에 의한 뇌조직의 세로토닌 수준 감소효과가, 적어도 부분적으로는, turnover rate 증가와 관련되었을 것임을 시사한다.세로토닌 합성의 속도제한 효소인 TPH의 mRNA 발현 정도를 중뇌 솔기핵에서 조사한 결과, 덱사메타손에 의한 단기적 효과는 관찰되지 않았으나, 장기 투여군에서는 대조군에 비해 증가한 것으로 나타났다. 또한, 덱사메타손 투여는 세로토닌 신경 말단에서 분비된 세로토닌을 회수하는 세로토닌 수송체(5-HTT)와 세로토닌 대사 효소인 MAO A의 mRNA 발현역시 TPH mRNA 발현과 같은 양상으로 증가시켰다. 이러한 결과로부터, 덱사메타손에 의한 뇌 조직 내 세로토닌의 단기적 감소현상은 세로토닌 합성 및 분해 효소 유전자 발현의 증가에 직접 기인되지는 않으나, 장기적 감소현상에는 이들 유전자 발현의 변화가 관련되었을 것임을 짐작할 수 있다. 아울러, 고용량의 덱사메타손 군에 대한 섭식제한 군(pair-fed) 에서는 TPH, 5-HTT 및 MAO A 유전자의 발현 정도가 대조군과 차이를 보이지 않았다. 이상의 사실을 종합해 볼 때, 덱사메타손에 의한 뇌 조직의 세로토닌 수준 감소는 덱사메타손의 섭식행동 억제 효과와는 무관하며, 세로토닌계 효소 및 수송체의 유전자 발현 증가는 덱사메타손의 체중 감소효과에 의한 2차 조절기전의 일부일 것이라 추측할 수 있다.

[영문]Stress has a major impact on feeding behavior. Plasma glucocorticoids and the hypothalamic release of 5-hydroxytryptophan(5-HT) sensitively respond to stress and feeding. In order to determine the molecular mechanism of stress-induced modulation in feeding behavior, we subcutaneously injected rats with dexamethasone(DEX), synthetic glucocorticoid, to mimic stress situation, and then examined food intake, body weight gain, plasma leptin levels, the brain serotonin contents and the gene expressions of tryptophan hydroxylase(TPH), monoamine oxidase A(MAO A) and serotonin reuptake transporter(5-HTT). Male Sprague-Dawley rats(250-300g) received a single or 4 daily injections of DEX(0, 0.1 or 1.0 mg/kg) shortly before the onset of dark period. Food intake and body weight gain were recorded. Rats were sacrificed at different time points after subcutaneous DEX by decapitation for the measurements of brain serotonin and its metabolite 5-HIAA levels using high performance liquid chromatography, and for plasma leptin assay using a commercial radioimmunoassay kit. Transcardiac perfusion was performed with 4% paraformaldehyde at each time point for mRNA in situ hybridization analyses of TPH, MAO A or 5-HTT in the dorsal raphe nucleus(DRN) where most of serotonergic neurons in the brain are located. Food intake and weight gain were suppressed by DEX. Weight loss by DEX did not appear to be resulted from reduced intake, because weight gain of the pair-fed group did not significantly differ from the vehicle group. Plasma leptin levels of the DEX rats were consistantly higher than the vehicle group, despite the significant weight losses. This result suggests that increases in the plasma leptin level by DEX might have contributed to the reductions in food intake and weight gain in the DEX group. Serotonin levels were decreased, but 5-HIAA increased, by DEX in the hypothalamus as well as in the raphe, suggesting increased 5-HT turnover in the brain. mRNA expressions of TPH, MAO A and 5-HTT were increased in the DRN by 4 daily DEX, but not by 4 days of pair-fed, suggesting that the increases may not be a consequence of reduced food intake. Taken together, it is suggested that DEX may increase gene expressions of MAO A and 5-HTT, and the brain 5-HT level is decreased, 5-HIAA increased, in turns, and that DEX-induced suppression in feeding and weight gain may not be mediated by brain 5-HT system.