Glycine supplementation during calorie restriction accelerates fat loss and protects against further muscle loss in obese mice (2016)

https://doi.org/10.1016/j.clnu.2015.08.013

 

해당 논문은 비만 유도된 쥐에게 글리신을 보충하여 칼로리 제한 중 근육량 보호와 지방 감소에 미치는 영향을 조사한 연구이다. 고지방 식단(HFD)으로 비만을 유도한 수컷 C57BL/6 쥐를 사용하여 20일간 40% 칼로리 제한을 시행하며, 한 그룹에는 글리신을, 다른 그룹에는 알라닌을 제공하였다. 대조군에는 일반식을 자유롭게 섭취 가능하도록 제공하였다. 체성분 및 혈당 내성을 평가하고, 실험 종료 후 근육과 지방 조직을 분석하였다.

 

주요 내용 요약

• 체중 및 지방 감소
  • 칼로리 제한은 두 그룹 모두에서 급격한 체중 감소를 유도하였다. 글리신 그룹은 알라닌 그룹에 비해 더 많은 지방 감소, 특히 내장 지방 감소를 보였다.
  • 글리신을 보충한 쥐들은 알라닌을 보충한 쥐들보다 체지방이 더 많이 감소되었으며, 글리신 그룹은 내장 지방량이 26% 더 적었다.
• 근육량 보호 효과
  • 글리신 보충은 칼로리 제한 기간 동안 근육 손실을 줄이는 데 도움이 되었다. 글리신 그룹은 대퇴사두근의 근육량이 4% 더 높게 유지되었다.
  • 칼로리 제한 초기 10일 동안의 근육 보호 효과가 가장 두드러지게 나타났다.
• 대사 및 염증 조절
  • 글리신 보충은 지방 손실을 촉진하고 염증 유전자의 발현을 감소시켰으나, 칼로리 제한 종료 후 글리신과 알라닌 그룹 간에 유전자 발현의 차이는 크지 않았다.

 

연구 방법

1. 연구 대상 및 실험 설계

• 대상 동물
  • 16주령 수컷 C57BL/6 쥐 75마리 사용
  • 쥐들은 실험 기간 동안 12시간 밝음/12시간 어둠의 주기로 관리되었으며, 물은 자유롭게 섭취할 수 있도록 제공
• 비만 유도 방법
  • 쥐들에게 고지방 식단(HFD)을 8주간 제공하여 비만을 유도
  • 고지방 식단 구성: 총 칼로리의 36%가 지방에서, 19.4%가 단백질에서 유래
  • 실험 시작 전, 모든 쥐들의 체중과 체지방률을 기록하고, 비만 상태를 확인

2. 칼로리 제한 및 보충제 조건

• 칼로리 제한(CR) 조건
  • 8주간 고지방 식단 후, 비만 유도된 쥐들에 대해 40% 칼로리 제한 실시
  • 칼로리 제한 기간: 총 20일 동안 진행
• 보충제 투여군
  • 글리신 보충군(GLY): 1g/kg/일의 글리신을 포함한 칼로리 제한 식단 제공 (쥐 15마리)
  • 알라닌 보충군(ALA): 1g/kg/일의 L-알라닌을 포함한 칼로리 제한 식단 제공 (쥐 15마리)
  • 대조군(CON): 일반식(AIN93G)을 자유롭게 섭취하도록 하여 칼로리 제한 없이 관리 (쥐 15마리)

3. 식단 관리 및 영양소 구성

• 고지방 식단
  • 실험 초기 8주 동안, 쥐들에게 고지방 식단을 자유롭게 제공하여 체중 증가와 지방 축적 유도
  • 식단 구성: 19.4% 단백질, 36% 지방
• 칼로리 제한 식단
  • 제한된 칼로리 섭취를 보완하기 위해 비타민과 미네랄을 추가로 보충한 AIN93G 기반의 식단 제공
  • 글리신 및 알라닌 보충은 AIN93G 식단에 각각 1.9%의 비율로 첨가되어, 쥐들이 하루 1g/kg의 해당 아미노산을 섭취하도록 설정

4. 체성분 및 대사 측정 방법

• 체성분 분석
  • EchoMRI™-100 기기를 사용해 체중, 체지방량, 근육량, 자유 수분량 등을 분석
  • 체성분 측정 시점: 고지방 식단 후, 칼로리 제한 시작 전, 중간(10일차), 최종(20일차)
• 혈당 내성 검사(GTT)
  • 16시간 공복 후 글루코스(1g/kg)를 복강에 주입
  • 혈당 측정 시간: 기저 수치 및 투여 후 15, 30, 60, 90, 120분

5. 조직 수집 및 분석

• 조직 수집
  • 실험 종료 후, 내장 지방 및 주요 근육(대퇴사두근, 비복근, 전경골근 등) 수집
  • 수집된 조직은 -80°C에서 보관하여 후속 분석에 사용
• 유전자 및 단백질 분석
  • 유전자 발현 분석: 쿼드 근육에서 총 RNA 추출 후 cDNA로 변환, qPCR 수행
  • 단백질 분석: 근육 조직의 단백질을 추출하여 단백질 분해 및 합성 경로에 관련된 인자를 면역블롯팅으로 분석

 

 

그래프 설명

1. Weight Loss (%): 글리신 보충군(GLY)과 알라닌 보충군(ALA) 모두 체중 감소를 보였으며, 글리신 보충군이 약간 더 높은 체중 감소를 보였다.
2. Fat Mass Loss (%): 글리신 보충군이 알라닌 보충군에 비해 더 많은 체지방 감소를 나타내며, 체지방 감소에 있어 글리신의 효과가 두드러진다.
3. Lean Mass Loss (%): 알라닌 보충군에 비해 글리신 보충군에서 근육 손실이 적어, 글리신의 근육 보호 효과를 보여준다.
4. Epididymal Fat Loss (%): 글리신 보충군이 알라닌 보충군보다 더 많은 내장 지방을 감소시키는 효과를 나타냈다.

 

연구 결과

1. 체중 및 체지방 변화

• 고지방 식단의 효과
  • 고지방 식단(HFD)으로 인해 체중이 13% 증가하고, 체지방량은 29% 증가함
  • 혈당 내성 저하: HFD 그룹은 대조군(CON)에 비해 혈당 수치(AUC)가 24% 높았음 (P < 0.001)
• 칼로리 제한의 체중 감소 효과
  • 칼로리 제한 20일 후, ALA 그룹은 평균 7.1g, GLY 그룹은 평균 7.5g의 체중 감소를 보임 (P < 0.01)
  • 글리신 보충군(GLY)은 알라닌 보충군(ALA)보다 체지방 감소가 14% 더 높았음 (P < 0.05)

2. 체지방 및 근육량 변화

• 체지방 감소 효과
  • 글리신 보충군(GLY): 체지방량이 49% 감소, 내장 지방량 26% 감소 (P < 0.05)
  • 알라닌 보충군(ALA): 체지방량이 41% 감소, 내장 지방량에서 유의미한 차이 없음
• 근육량 변화
  • 칼로리 제한 중 두 그룹 모두 근육량 감소, GLY 군은 알라닌 그룹보다 대퇴사두근 근육량이 4% 더 보존됨 (P < 0.01)
  • 특히, 칼로리 제한 초기 10일 동안 GLY 군의 근육 손실이 27% 더 적었음 (P < 0.05)

3. 대사 및 염증 유전자 발현

• 염증 유전자 발현 감소
  • CR 후, ALA와 GLY 모두에서 염증 유전자(Tnfa, Ccl2, Ccl5) 발현이 감소함 (P < 0.05)
  • HFD 그룹과 비교했을 때, ALA와 GLY 그룹은 인슐린 감수성 및 지방산 대사를 담당하는 유전자(Ppara, Pparg)의 발현이 유의미하게 증가함 (P < 0.05)
• 글리신의 초기 효과
  • GLY 군은 초기 10일 동안 지방 감소와 염증 감소에 더 효과적이었으며, 20일 후 유전자 발현의 차이는 크지 않았음

4. 혈당 조절 및 인슐린 감수성 개선

• 혈당 내성 개선
  • 칼로리 제한 후 ALA 및 GLY 그룹 모두 혈당 내성이 대조군과 유사한 수준으로 회복됨
  • GLY 군과 ALA 군 간 혈당 조절 능력에서의 추가적인 차이는 없었음

5. 체지방 및 근육 손실 간 상관관계

• 체지방 변화와 근육 손실의 관계
  • 초기 체지방률이 높은 쥐들이 CR 중 더 많은 체지방을 잃었으며, GLY 군은 전체 체지방 감소가 더 컸음
  • 초기 체지방률과 염증 및 대사 관련 유전자 발현 간의 상관관계 발견
    • 높은 초기 체지방률은 염증 유전자(Tnfa, Ccl2 등)의 높은 발현과 연관
    • 낮은 초기 체지방률은 단백질 분해 유전자(Atrogin-1, Foxo4 등)의 낮은 발현과 연관

6. 단백질 합성 및 분해 신호 경로 분석

• 단백질 분해 경로 활성화
  • 칼로리 제한 후, ALA와 GLY 그룹 모두에서 단백질 분해와 관련된 유전자(Atrogin-1, Foxo1) 발현 증가 (P < 0.05)
  • GLY 군에서의 초기 근육 보호 효과는 칼로리 제한 초기 10일 동안 염증 반응의 감소와 관련 있을 가능성 있음
• 단백질 합성 경로 분석
  • CR 중 Akt/mTOR 경로의 활성은 감소하였으나, GLY와 ALA 그룹 간 차이는 발견되지 않음

 

연구 결론

칼로리 제한 동안 글리신을 보충하면 지방 감소를 촉진하면서 근육 손실을 줄이는 데 도움이 되는 것을 쥐 모델에서 확인하였다. 이는 급격한 체중 감소가 필요한 사람들에게 특히 유용할 수 있으며, 체중 감량과 동시에 근육량을 유지하려는 목표를 가진 사람들에게 효과적인 영양 보충 전략이 될 수 있다. 다만, 이 연구는 생쥐를 대상으로 한 것이므로, 인간에게 동일한 효과가 나타난다고 단정하기는 어렵다. 관련된 추가 연구를 통해 인체 적용 가능성을 탐색할 필요가 있다.

 

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