간헐적으로 저 산소 환경에 노출시킨 생쥐에서 운동에 의한 폐 조직에서의 HIF-1α와 TNF-α의 발현의 변화

Abstract

[한글]배경: 저 산소 환경에서 운동을 시행함으로 지구력을 높이려는 시도가 있어왔다. 저 산소 운동에 의해 산소 운반능이 호전되었고 적절한 근신경계에 자극을 유도하여 효과적으로 힘과 속도를 늘렸다는 연구가 보고 되었다. 그러나 저 산소상태는 생체에 강력한 자극으로 작용하여 폐의 내피세포와 상피세포의 개형을 유도할 수도 있으며 혈관형성을 유도하여 혈관 분포를 개선할 수 있다. 이런 과정은 운동 중에도 역시 관찰될 수 있다. HIF-1α는 저 산소에 노출되었을 때 혈관의 개형 및 기관지 개형에 관여하는 중요한 요인이며 또한 저 산소에 노출되었을 때 TNF-α를 활성화하고 폐 섬유화를 유발하여 만성적 심폐 개형을 유발한다고 하였다. 저 산소 운동의 효과에 대한 연구는 주로 근육에서 활발히 이루어지고 있으며 심폐 기능적인 부분에 대해서 연구되고 있으나 폐 실질에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 없다.

목적: 간헐적 저 산소 환경에 노출시킨 생쥐에 있어 운동을 시행했을 때 폐 조직에서 HIF-1α와 TNF-α의 발현의 변화를 연구하고자 하였다.

방법: 실험 방법은 10주령의 수컷 BALB/c 생쥐 총 16마리를 저 산소 운동군(HE, n=4), 대기 운동군(NE, n=4), 저 산소 비운동군(HC, n=4), 대기 비운동군(NC, n=4)으로 나누어 실험하였다. 생쥐는 태어난 지 12시간 안에 무작위로 두 군으로 나누어 저 산소 환경(산소 분압 13%)과 대기 환경(산소 분압 약 21%)에서 10주 동안 사육하였고 각 군은 10주 후 다시 두 군으로 나누어 한 군은 10주 동안 규칙적인 운동을 시키고 다른 군은 운동을 시키지 않았다. 실험에 사용한 산소 분압 13%는 고산지대 3,800m와 동일한 수준이었다. 운동을 시킨 생쥐의 경우 운동시행 10주 후에 폐를 적출하였고 운동을 시키지 않은 생쥐의 경우 태어난 지 20주 이후 희생시켜 폐를 적출한 후 RT-PCR 방법으로 HIF-1α 와 TNF-α mRNA를 측정하였다.

결과: 저 산소 운동군(HE)의 HIF-1α의 발현이 저 산소 비운동군(HC)과 대기 운동군(NE)보다 유의하게 증가 하였다. 대기 운동군(NE)에서 HIF-1α의 발현이 대기 비운동군(NC)과 저 산소 비운동군(HC)보다 유의하게 증가하였다. 저 산소 비운동군(HC)에서 HIF-1α의 발현이 대기 비운동군(NC)보다 증가 하였다.

저 산소 운동군(HE)에서 TNF-α의 발현이 저 산소 비운동군(HC)과 대기 운동군(NE)보다 유의하게 증가하였다. 대기 운동군(NE)에서 TNF-α의 발현이 대기 비운동군(NC)과 저 산소 비운동군(HC)에 비해서 증가하였다. 저 산소 비운동군(HC)과 대기 비운동군(NC)과의 TNF-α의 발현의 차이는 없었다.

결론: 이상의 결과를 종합해 보면 간헐적 저 산소 환경에 노출된 경우 폐 조직에서 HIF-1α가 증가했으며 또한 운동자극에 의해서도 HIF-1α가 의미 있게 증가했다. 특히 간헐적 저 산소 환경에 노출된 이후 운동을 시행한 경우에 HIF-1α의 발현이 가장 많이 증가했으며 이것으로 보아 간헐적 저 산소에 노출된 이후 정상 산소 운동을 시행했을 때 폐 조직에서의 TNF-α의 발현에 강력한 영향을 줄 수 있다고 생각된다. 또한 간헐적 저 산소 자극과 운동자극간의 상승효과가 있을 것으로 생각된다. 저산소증과 운동에 의한 HIF-1α와 TNF-α의 발현의 증가가 폐 조직에서 실제적으로 어떤 작용을 하는지에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 생각 된다.

[영문]Background: The physical training with hypoxic environment(HE) increases cardiopulmonary performance. Hypoxia is a potent stimulus for lung endothelial and epithelial remodeling. Vascular remodeling establishes and improves blood vessel supply such as vasculogenesis, angiogenesis and arteriogenesis. These processes are observed during physical training also. HIF-1α is a crucial factor affecting hypoxia-induced vascular remodeling. TNF-α is known to induce pulmonary vasoconstriction. Recent data suggest that HIF-1α involve in the regulation of muscle adaptations after HE. But the changes of HIF-1α and TNF-α is not well known in lung tissue after HE. Aims: We investigated that the changes of HIF-1α and TNF-α in lung tissues of mice exercised with intermittent hypoxic condition.

Methods: 16 male BALB/c mice within 12hours after birth were randomly divided into four groups: normoxia control group(NC, 21% O2), hypoxia control group(HC, 13% O2), normoxia exercise group(NE, 21% O2), and hypoxia exercise group(HE, 13% O2). Each of the exercise groups was subjected to travel treadmill 3 days per weeks for 10 to 20 weeks. Upon the completion of experiment, the lungs are removed, and evaluate HIF-1α and TNF-α mRNA expression in lung tissue with RT-PCR technique. Results: The mRNA expressions of HIF-1α were significantly increased(p<0.05) in NE and HE groups and those are more increased in HE group(p<0.05). The mRNA expressions of TNF-α were significantly increased(p<0.05) in HE groups.

Conclusions: These data suggest HIF-1α was activated by exercise and more with hypoxic stimulus in lung tissue. Exercise after exposure to intermittent hypoxia is strong stimulus of HIF-1α and TNF-α in lung tissue. And the relation of HIF-1α and TNF-α elevation in lung with HE and cardiopulmonary improvement deserves to be evaluated.