Dietary glycine supplementation activates mechanistic target of rapamycin signaling pathway in tissues of pigs with intrauterine growth restriction (2024)

https://doi.org/10.1093/jas/skae141

 

연구진은 자궁 내 성장 제한(IUGR)으로 태어난 돼지들이 성장 과정에서 근육 단백질 합성 신호(mTOR 경로)가 약화된다는 점에 주목했다. 일반적인 사료에는 글리신이 부족하고, IUGR 돼지는 글리신을 스스로 충분히 만들지 못한다. 이에 따라 연구팀은 옥수수-대두박 사료에 1% 글리신을 167일 동안 보충하여, 글리신이 세포 단백질 합성 경로를 활성화할 수 있는지를 조사했다. (주; IUGR 돼지는 인간의 경우 저체중 출생아로 볼 수 있다.)

 

핵심 3줄 요약

1. 자궁 내 성장 제한 돼지는 근육이 자라지 않는 이유가 '세포 단백질 합성 신호'가 약하기 때문이다.

2. 글리신을 보충하자 이 신호가 다시 켜지며 근육과 장의 성장이 회복됐다.

3. 글리신은 단순한 아미노산이 아니라, 세포의 성장 스위치를 작동시키는 영양 조절 인자이다.

 

연구 설계

• 대상 동물

  • 정상 체중(NBW) 돼지: 출생 체중 약 1.4~1.5kg

  • IUGR 돼지: 출생 체중 1.1kg 미만

• 실험 그룹 (4개)

  • NBW-Ala: 정상 체중 + 알라닌 보충

  • NBW-Gly: 정상 체중 + 글리신 보충

  • IUGR-Ala: 성장 제한 + 알라닌 보충

  • IUGR-Gly: 성장 제한 + 글리신 보충

• 사료 조건

  • 옥수수·대두박 기반 사료에 1% 글리신 또는 1.19% 알라닌(질소량 보정용)을 추가

  • 이유 후 21일령부터 약 167일간(188일령까지) 급여

• 분석 조직

  • 비복근(gastrocnemius muscle)

  • 척추근(longissimus lumborum muscle)

  • 공장(jejunum, 소장 일부)

  • 간(liver)

• 분석 방법

  • Western blot으로 단백질 발현량 측정

  • 분석 대상: mTOR, 4EBP1, p70S6K의 총량 및 인산화(활성형) 수준

  • 각 단백질의 활성화 정도를 비교하여 mTOR 신호 경로 활성 여부 평가

 

연구 결과

1) 비복근(gastrocnemius muscle)

• IUGR 돼지는 정상 돼지보다 mTOR, 4EBP1, p70S6K의 총량과 인산화 수준이 모두 낮았음

• 감소 폭

  • 총 mTOR: -11%

  • 인산화 mTOR: -22%

  • 총 4EBP1: -15%

  • 인산화 4EBP1: -21%

  • 총 p70S6K: -13%

  • 인산화 p70S6K: -17%

• 글리신 보충 시 모든 단백질의 발현 및 활성화 수준이 회복됨

  • 총 mTOR: +11%

  • 인산화 mTOR: +22%

  • 총 4EBP1: +13%

  • 인산화 4EBP1: +23%

  • 총 p70S6K: +13%

  • 인산화 p70S6K: +12%

• 즉, 글리신은 IUGR로 억제된 근육 내 단백질 합성 신호를 정상 수준으로 복원함

2) 척추근(longissimus lumborum muscle)

• IUGR 돼지는 mTOR 경로 단백질의 인산화 수준이 전반적으로 낮았음

  • 인산화 mTOR: -13%

  • 인산화 4EBP1: -15%

  • 인산화 p70S6K: -7%

• 글리신 보충 시 mTOR 및 하위 단백질들의 발현량이 10~13% 증가

• 정상 체중 돼지에서는 글리신 보충 효과가 거의 없었음

• → 글리신의 효과는 성장 제한(IUGR) 상태일 때만 뚜렷하게 나타남

3) 공장(jejunum, 소장 일부)

• IUGR 돼지는 장 세포 내 mTOR 신호가 억제되어 있었음

  • 총 mTOR: -12%

  • 인산화 mTOR: -15%

  • 총 p70S6K: -17%

  • 인산화 p70S6K: -27%

• 글리신 보충 시 모든 단백질의 총량 및 활성형이 15~28% 상승

• → 글리신이 장의 세포 대사 기능과 단백질 합성 신호를 동시에 강화함

4) 간(liver)

• IUGR이나 글리신 보충 모두 mTOR, 4EBP1, p70S6K의 발현이나 인산화 수준에 변화 없음

• → 글리신의 작용은 근육과 장에 국한된 조직 특이적 반응으로 나타남

5) 세포 수준의 해석

• IUGR 돼지의 근육과 장에서는 mTOR 신호 억제로 단백질 합성이 저하됨

• 글리신은 세포 내 mTOR 경로를 활성화하여 단백질 합성과 세포 성장을 촉진

• 글리신은 단순한 아미노산이 아니라 세포 신호 조절자 역할 수행

• 간 조직에서는 mTOR 경로 변화가 거의 없어, 조직별 대사 특성 차이를 시사함

• 근육과 장은 외부 영양 공급 의존도가 높아 글리신 효과가 크게 나타난 것으로 해석됨

 

 

글리신이 성장 제한 돼지의 근육 단백질 합성 신호를 되살리다

1) IUGR 그룹의 단백질 합성 신호는 명백히 약해져 있다.

• IUGR-Ala 그룹의 막대그래프는 전체적으로 낮게 나타남

• 즉, 성장 부진 돼지는 근육세포가 단백질을 합성하는 신호가 약해져 있음

• 세포 입장에서는 근육을 만들라는 신호가 잘 전달되지 않는 상태인 셈이다.

2) 글리신 보충은 이 약해진 신호를 완전히 회복시킨다.

• IUGR-Gly 그룹에서는 모든 단백질의 높이가 정상 돼지(NBW) 수준으로 올라감

• 즉, 글리신이 단순히 아미노산 재료로 쓰이는 것이 아니라, 세포 안의 단백질 합성 스위치(mTOR 경로) 자체를 켜는 역할을 한다.

• 특히 인산화된 형태의 mTOR, 4EBP1, p70S6K의 그래프가 글리신 보충 후 크게 상승하였다.

3) 정상 체중 돼지(NBW)에서는 변화가 거의 없음.

• 이미 단백질 합성 신호가 활발하기 때문에, 글리신 보충이 추가 효과를 내지 않음

• 즉, 글리신의 작용은 '신호가 꺼져 있던 상황(IUGR)'에서만 강하게 발휘된다.

 

연구 결론

IUGR 돼지는 근육과 장에서 mTOR, 4EBP1, p70S6K 단백질의 총량과 활성형이 모두 낮았지만, 글리신을 보충하자 이 신호들이 정상 수준으로 회복됐다. 즉, 글리신은 단순히 단백질 구성 성분이 아니라, 세포의 단백질 합성 신호를 직접 되살리는 조절자로 작용했다. 근육과 장에서는 효과가 뚜렷했으나 간에서는 변화가 없었다. 이는 글리신이 성장 부진의 핵심 원인을 세포 신호 수준에서 해결할 수 있음을 보여준다.

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