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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10012731&local_id=10017967
유산소 운동이 모체감염으로 유발된 뇌성마비 쥐의 수초발생 저하와 별아교세포 증가증에 미치는 효과에 관한 연구
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number G00017
Year(selected) 2006 Year
the present condition of Project 중단
State of proposition 재단승인
Completion Date 2008년 01월 30일
Year type 결과보고
Year(final report) 2008년
Research Summary
  • Korean
  • 본 연구는 임신중 산모에게 발생하는 모체감염으로 인한 뇌성마비(cerebral palsy; CP) 발생에 대한 유산소 운동의 효과를 과학적으로 검증하여 상대적으로 연구가 미흡한 뇌기능 이상 및 뇌신경 발생저하에 대한 운동의 효과를 체계적으로 규명해보고자 계획되었다. 일차년도 과제는"임신전 어미쥐의 유산소 운동이 모체감염으로 유발된 뇌성마비 새끼쥐의 수초발생저하(hypomyelination)와 별아교세포 증가증(astrogliosis)에 미치는 효과"로서 뇌성마비를 가진 신생아의 뇌에서 흔히 발견되는 뇌실주위 백질연화증(periventricular leukomalacia; PVL)에 대해 임신전 규칙적인 운동의 효과를 규명해보고자 하였다. 본 과제를 실행함에 있어서 크게 두 가지 선결문제가 있었다. 첫째는 다양한 뇌실부위중에서 어떤 부위를 target area로 설정할 것인가 둘째는 뇌성마비 모델을 만드는 다양한 선행 연구방법중 어떤 방법을 선택할 것인가 첫 번째 의문을 해결하기 위하여 운동이 뇌기능에 미치는 효과에 관한 선행연구를 정리하였고, 그 결과 뇌실주변 뇌부위 중 연구할 뇌부위로 3rd ventricle 주변부위 중 corpus collasum과 striatum 부위를 선택하였다. 두 번째 의문인 뇌성마비 모델과 관련하여서는 선행연구방법을 기초로 다양한 Pre-test를 실시하였다. 선행연구에서는 임상적으로 가장 흔하게 발생하는 모체감염으로 인한 PVL을 유도하기 위하여 임신중인 쥐에게 내독소(endotoxin) lipopolysaccharide(LPS) 주입하는 방법을 사용하였는데, LPS 투여방법과 투여시기, 투여횟수, 투여용량에는 선행연구별 차이가 존재하였다. 따라서, 본 연구의 Pre-test로서 먼저 임신쥐에게 LPS의 복강투여법(intraperitoneal injection)과 자궁내투여법(intrauterine injection)을 실시하여 자궁내투여법이 보다 효과적인 방법임을 증명하였고, 두 번째, LPS를 농도별로 투여하고 동시에 투여시기를 조절하여 가장 효과적인 투여농도와 시기를 정하였다.
    이러한 예비실험(Preliminary experiments)을 근거로 뇌성마비에 대한 임신전 운동의 효과를 규명하기 위한 본 실험을 실시하였다. 실험은 먼저 임신전 암컷 쥐를 운동군과 비운동군으로 분류한 뒤 운동군은 6주간 규칙적인 트레드밀 운동을 실시하였고, 반면에 비운동군은 케이지에서 별다른 처치없이 자유롭게 지내게 하였다. 6주간의 운동이 끝난 후 두 그룹 모두 수컷과 교배(mating)를 시키고 임신이 확인된 암컷 쥐를 대상으로 실험을 실시하였다. 모든 실험과정과 절차는 본 실험계획에 따라 순차적으로 진행하였다. 우선, 임신중 LPS 투여한 암컷쥐의 태아를 대상으로 염증성 사이토카인(inflamatory cytokines) 중 TNF-α와 COX-2의 발현을 측정하여 LPS를 투여한 모든 그룹에서 모체감염이 발생하였음을 확인하였다. 본 실험에서 계획된 행동검사(Behavior test)는 행동이상을 보기위해 신경학적 검사(Neurological assessment)를 태어난 후 2-3일째 실시하여 비운동군과 운동군간 출생후 초기에는 행동에 큰 차이가 없음을 확인하였고, LPS 투여와 비투여에 따른 결과도 예상과 달리 큰 행동이상을 관찰할 수 없었다. 일반적으로 모체감염으로 인한 뇌손상은 대부분 운동기능의 장애를 가져올 것으로 보고하고 있으나, 본 연구에서는 모체감염에도 불구하고 상반된 결과를 보여주었다. 따라서 본 연구결과가 모체감염의 정도에 따른 차이인지, 또는 단순히 개체차이인지 차후 실험을 통해서 그 이유를 알아보는 것 자체도 좋은 연구주제가 될 것으로 생각된다. 모체감염에 의한 뇌손상시 새끼쥐의 뇌실주위에서 발생하는 별아교세포 증가와 수초발생 저하를 관찰하기 위하여 별아교세포에 특이적으로 반응하는 glial fibrillary acidic protein(GFAP) 양성세포수와 마이엘린 수초에 가장 풍부한 단백질인 myelin basic protein(MBP)의 농도를 striatum 부위와 corpus collasum 부위에서 각각 측정한 결과, LPS 투여로 인하여 각종 뇌신경 호르몬을 분비하는 세포들이 시냅스를 형성하는 striatum 부위에서 GFAP 발현이 증가하고 신경다발이 지나가는 corpus collasum 부위에서 MBP 농도가 대조군에 비하여 감소하는 경향을 보였다. 그러나 사전운동을 통해서 GFAP의 증가가 감소하고, MBP 농도의 감소가 억제되는 경향이 나타났다. 이러한 결과는 임신전 규칙적인 운동이 임신중 태아에게 발생할 수 있는 뇌손상을 어느 정도 보호해 줄 수 있다는 가능성을 보여주고 있다.
  • English
  • Periventricular leukomalacia (PVL) is closely associated with cerebral palsy (CP) that can be induced by maternal intrauterine infection during pregnancy. PVL is characterized by hypomyelination and astrogliosis in the deep periventricular white matter. In this study, we investigate the effects of maternal pre-exercise before pregnancy on hypomyelination and astrogliosis in neonatal rats. The maternal rats were randomly divided into four groups (n = 5 in each group): the control group, the lipopolysaccharide (LPS)-treated group, the pre-exercise group, and the pre-exercise and LPS-treated group. The maternal rats in the pre-exercise groups were made to run on a treadmill for 30 min at a mild-intensity, once a day for 6 weeks before mating. The maternal rats mated for 1 day. After confirming of pregnancy, the pregnant rats in the LPS-treated groups were intracervically injected with 0.5 mg/kg LPS into the uterus at gestational day 15, 17, and 19. At gestational day 19, the expressions of tumor necrosis factor-α and cyclooxygenase-2 mRNA in the prenatal rat brains were determined at 6h after LPS injection. Immunohistochemistry for myelin basic protein (MBP) and glial fibrillary acidic protein (GFAP) were performed to determine hypomyelination and astrogliosis of periventricular white matter region on the 8 days after birth. Our results revealed that LPS decreased MBP expression and increased GFAP expression, while maternal pre-exercise before pregnancy enhanced MBP expression and suppressed GFAP expression in periventricular white matter region of the neonatal rats. The findings of our study provide evidences that regular exercise before pregnancy may help to prevent prenatal brain injury of offspring during pregnancy.
Research result report
  • Abstract
  • 본 연구는 "임신전 어미쥐의 유산소 운동이 모체감염으로 유발된 뇌성마비 새끼쥐의 수초발생저하(hypomyelination)와 별아교세포 증가증(astrogliosis)에 미치는 효과"로서 뇌성마비를 가진 신생아의 뇌에서 흔히 발견되는 뇌실주위 백질연화증(periventricular leukomalacia; PVL)에 대해 임신전 규칙적인 운동의 효과를 규명해보고자 하였다.
    실험은 임신전 암컷 쥐를 운동군과 비운동군으로 분류한 뒤 운동군은 6주간 규칙적인 트레드밀 운동을 실시하였고, 반면에 비운동군은 케이지에서 별다른 처치없이 자유롭게 지내게 하였다. 6주간의 운동이 끝난 후 두 그룹 모두 수컷과 교배(mating)를 시키고 임신이 확인된 암컷 쥐를 대상으로 실험을 실시하였다. 먼저 임신중 LPS 투여한 암컷쥐의 태아를 대상으로 염증성 사이토카인(inflamatory cytokines) 중 TNF-α와 COX-2의 발현을 측정하여 LPS를 투여한 모든 그룹에서 모체감염이 발생하였음을 확인하였다. 행동검사(Behavior test)는 행동이상을 보기위해 신경학적 검사(Neurological assessment)를 태어난 후 2-3일째 실시하여 비운동군과 운동군간 출생후 초기에는 행동에 큰 차이가 없음을 확인하였고, LPS 투여와 비투여에 따른 결과도 예상과 달리 큰 행동이상을 관찰할 수 없었다. 모체감염에 의한 뇌손상시 새끼쥐의 뇌실주위에서 발생하는 별아교세포 증가와 수초발생 저하를 관찰하기 위하여 별아교세포에 특이적으로 반응하는 glial fibrillary acidic protein(GFAP) 양성세포수와 마이엘린 수초에 가장 풍부한 단백질인 myelin basic protein(MBP)의 농도를 striatum 부위와 corpus collasum 부위에서 각각 측정한 결과, LPS 투여로 인하여 각종 뇌신경 호르몬을 분비하는 세포들이 시냅스를 형성하는 striatum 부위에서 GFAP 발현이 증가하고 신경다발이 지나가는 corpus collasum 부위에서 MBP 농도가 대조군에 비하여 감소하는 경향을 보였다. 그러나 사전운동을 통해서 GFAP의 증가가 감소하고, MBP 농도의 감소가 억제되는 경향이 나타났다. 이러한 결과는 임신전 규칙적인 운동이 임신중 태아에게 발생할 수 있는 뇌손상을 어느 정도 보호해 줄 수 있다는 가능성을 보여주고 있다.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구는 "임신전 어미쥐의 유산소 운동이 모체감염으로 유발된 뇌성마비 새끼쥐의 수초발생저하 ypomyelination)와 별아교세포 증가증(astrogliosis)에 미치는 효과"로서 뇌성마비를 가진 신생아의 뇌에서 흔히 발견되는 뇌실주위 백질연화증(periventricular leukomalacia; PVL)에 대해 임신전 규칙적인 운동의 효과를 규명해보고자 하였다. 이러한 예비실험(Preliminary experiments)을 근거로 뇌성마비에 대한 임신전 운동의 효과를 규명하기 위한 본 실험을 실시하였다. 연구결과, 임신중 LPS 투여한 암컷쥐의 태아를 대상으로 염증성 사이토카인(inflamatory cytokines) 중 TNF-α와 COX-2의 발현을 측정하여 LPS를 투여한 모든 그룹에서 모체감염이 발생하였음을 확인하였다. 모체감염이 확인된 쥐에서 태어난 새끼쥐를 대상으로 신경학적 검사(Neurological assessment)를 태어난 후 2-3일째 실시한 결과 예상과 달리 모든 그룹에서 행동이상의 차이를 발견할 수 없었다. 모체감염에 의한 뇌손상시 새끼쥐의 뇌실주위에서 발생하는 별아교세포 증가와 수초발생 저하를 관찰한 결과, LPS 투여로 인하여 각종 뇌신경 호르몬을 분비하는 세포들이 시냅스를 형성하는 striatum 부위에서 GFAP 발현이 증가하고 신경다발이 지나가는 corpus collasum 부위에서 MBP 농도가 대조군에 비하여 감소하는 경향을 보였다. 그러나, 이러한 현상은 임신전 규칙적인 사전운동을 통해서 GFAP의 증가가 감소하고, MBP 농도의 감소가 억제되는 경향이 나타났다. 이러한 결과는 임신전 규칙적인 운동이 임신중 태아에게 발생할 수 있는 뇌손상을 어느 정도 보호해 줄 수 있다는 가능성을 보여주고 있다.
    1차년도 연구과제는 여성의 임신전 규칙적인 운동이 임신중 발생할 수 있는 태아의 뇌손상에 대한 간접적인 보호효과(in-directive protective effect)를 부각시켜 평상시 규칙적인 운동참여에 대한 중요성을 알리고자 하였다. 본 연구를 진행하는 과정에서 두 가지 선결문제가 발생하였고, 선행연구의 문헌조사를 하는 과정에서 얻어진 자료를 토대로 운동과 뇌기능 관련 Review 논문을 국내학술지에 게재하였다. 본 연구결과는 뇌성마비에 대한 운동의 직접적인 효과를 과학적으로 규명한다는 차원에서 다음과 같은 연구결과의 기여 및 활용이 기대된다. 우선 뇌성마비나 뇌손상에 대한 운동의 효과를 규명한 연구가 부족한 실정에서 뇌성마비 동물모델을 검증함으로써 보다 많은 연구자들이 뇌성마비 연구를 보다 쉽게 접근할 수 있는 기초자료를 제공하고, 학문적으로도 뇌성마비의 원인이 되고 있는 백질 연화증에 대한 다양한 분야의 연구자들의 참여를 유도하여 뇌성마비 연구의 발전에 기여할 것으로 기대한다. 또한 임신중 운동과 뇌성마비에 관한 추가적인 연구를 통하여 보다 안전하고 효과적인 임신 중 운동프로그램의 개발에 도움이 될 것으로 생각된다. 궁극적으로는 임신전 여성들의 규칙적인 운동의 중요성을 과학적인 근거로 강조함으로써 여성의 건강증진과 복지에 큰 기여를 할 것으로 생각된다. 최종적으로 본 연구결과는 논문이 완성되면 국내·외 학술대회에 발표하고 논문이 완성되면 국.내외 학술지에 투고할 예정이다. 또한 연구 진행 중 파생된 추가적인 데이터는 현재 "한국체육학회지"에 투고 중에 있다. 특히, 본 연구에서 뇌성마비 모델을 만들기 위해 임신중인 쥐에게 사용된 내독소(endotoxin) lipopolysaccharide(LPS)의 투여방법과 투여시기, 투여횟수, 투여용량에 대한 pre-test 결과를 정리하여 논문으로 발표함으로써 뇌성마비 연구에 조금이나마 도움이 될 것으로 기대한다.
  • Index terms
  • 임신전 운동, 유산소 운동, 뇌손상, 모체감염, 뇌성마비, 백질연화증, MBP, GFAP, PVL, LPS, hypomyelination, astrogliosis, Maternal infection
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