Maternal chromium restriction modulates miRNA profiles related to lipid metabolism disorder in mice offspring (2017)

https://doi.org/10.1177/1535370217719059

 

해당 논문은 임신과 수유 기간 동안 어미 쥐가 크롬 결핍 상태였을 때, 이로 인해 태어난 자손의 대사 건강에 미치는 영향을 분석한 연구이다. 크롬은 탄수화물과 지질 대사에 중요한 미량 원소로, 크롬 결핍은 혈중 지질 농도 상승, 체지방 증가, 대사 장애를 초래할 수 있다. 연구에서는 특히 크롬 결핍이 자손의 체중과 지방량을 증가시키고, 특정 miRNA(미세 RNA)의 발현 변화를 통해 MAPK 경로를 조절하여 지질 대사 장애를 유발한다는 점을 밝혔다.

 

연구의 주요 배경 및 필요성

1. 크롬의 생리적 역할

   • 크롬은 인체 내에서 인슐린 감수성을 증가시키고, 혈중 포도당과 지질 대사를 조절하는 데 중요한 역할을 한다.
   • 크롬이 부족하면 혈중 총 콜레스테롤(TC), 중성지방(TG) 수치가 증가하며, 고밀도 지단백 콜레스테롤(HDL-C) 수치가 감소한다.

2. 임신 중 영양과 대사 건강

   • 임신 및 수유 중의 영양 상태는 태아와 자손의 장기적인 대사 건강에 중요한 영향을 미친다.
   • 크롬 결핍은 임신 중 산모의 대사적 스트레스를 증가시키고, 자손의 대사 적응성을 저하시킬 수 있다.

3. miRNA와 대사 질환

   • miRNA는 지질 대사와 세포 신호 전달을 조절하는 비번역성 RNA로, 특정 miRNA 발현의 변화는 대사 질환과 연관되어 있다.
   • 크롬 결핍이 miRNA의 발현에 미치는 영향과 그로 인해 발생하는 대사 장애 기전을 이해하는 것은 새로운 치료 전략 개발에 기여할 수 있다.

 

연구 방법 및 설계

1. 동물 실험 설계

   • 임신한 C57BL/6J 암컷 쥐를 두 그룹으로 나누어, 한 그룹은 크롬이 충분한 식단을 제공받았고(CX 그룹), 다른 그룹은 크롬이 90% 줄어든 식단을 제공받았다(RX 그룹).
   • 출생 후 새끼 쥐는 총 4개 그룹으로 나누어 16주간 사육되었다.
     • CC 그룹: 정상 식단 제공 어미의 자손, 정상 식단 유지
     • CR 그룹: 정상 식단 제공 어미의 자손, 크롬 결핍 식단 유지
     • RC 그룹: 크롬 결핍 어미의 자손, 정상 식단 유지
     • RR 그룹: 크롬 결핍 어미의 자손, 크롬 결핍 식단 유지

2. 분석 항목

   • 체중 및 지방량: 출생 시, 3주차, 16주차 체중 및 지방 패드 무게 측정
   • 혈청 지질 농도: 총 콜레스테롤(TC), 중성지방(TG), HDL-C 및 LDL-C 측정
   • miRNA 발현 변화: 자손의 지방 조직에서 miRNA 발현 프로파일을 miRNA 배열과 qPCR로 분석
   • MAPK 경로 분석: miRNA와 MAPK 경로 간의 상호작용과 지질 대사 관련 유전자 발현 분석

 

연구 결과

1. 체중 및 지방량 변화

   • 체중 증가: RC 그룹과 RR 그룹의 체중은 16주차에 각각 26.4g, 28.4g으로, CC 그룹(20.3g)보다 유의미하게 증가했다.
   • 지방량 증가: RC 그룹의 지방 패드 무게는 CC 그룹보다 약 39% 증가했으며, 이는 체지방 축적이 증가했음을 나타낸다.

2. 혈청 지질 농도의 변화

   • 총 콜레스테롤(TC): RC 그룹에서 TC 수치는 1.83 mmol/L로, CC 그룹(1.25 mmol/L)보다 유의미하게 상승했다.
   • 중성지방(TG): RC 그룹과 RR 그룹에서 TG 수치는 각각 1.04 mmol/L와 1.21 mmol/L로, CC 그룹(0.57 mmol/L)보다 크게 증가했다.

3. miRNA 발현 변화

   • 크롬 결핍 자손의 지방 조직에서 miR-149-5p, miR-338-5p, miR-324-3p 등 8개의 miRNA 발현이 감소했다.
   • 이러한 miRNA는 MAPK 경로를 통해 지질 대사 조절과 지방 세포 분화에 중요한 영향을 미친다.

4. MAPK 경로 활성화

   • MAPK 경로의 주요 유전자(Map3k7, Mapk14, Atf2)가 RC 그룹에서 과도하게 활성화되었다.
   • 이는 체지방 축적과 지질 대사 장애를 유발하는 주요 메커니즘으로 작용했다.

 

 

그래프 설명

1. Body Weight (16 Weeks):

   • RC 및 RR 그룹에서 16주차 체중이 CC 및 CR 그룹보다 유의미하게 증가했다. 이는 크롬 결핍이 자손의 체중 증가에 미치는 영향을 보여준다.

2. Fat Pad Weight (16 Weeks):

   • RC 및 RR 그룹에서 지방 패드 무게가 CC 및 CR 그룹보다 증가했다. 이는 지방 축적 증가를 반영한다.

3. Serum Total Cholesterol:

   • RC 그룹에서 총 콜레스테롤 수치가 가장 높았다. 이는 크롬 결핍이 자손의 혈중 지질 농도에 영향을 미친다는 것을 나타낸다.

4. Serum Triglycerides

   • CR, RC, RR 그룹에서 중성지방 수치가 증가했으며, 특히 RC와 RR 그룹에서 상승이 두드러졌다. 이는 지질 대사 장애와 관련이 있다.

 

연구 결론

크롬 결핍은 모체와 자손 간 대사 건강의 연결 고리로 작용하며, 자손의 체중 증가, 지방 축적, 그리고 혈중 콜레스테롤과 중성지방 수치 상승을 유발했다. 특히, miRNA 발현의 변화가 MAPK 경로를 통해 지방 세포 분화와 대사 장애를 유도하는 기전으로 확인되었다. 이 연구는 임신 중 크롬과 같은 필수 미량 원소 섭취가 자손의 대사 건강 유지에 중요하다는 점을 강조했다.

 

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