금식에 의한 시상하부-뇌하수체-성장호르몬 축의 변화 : 암, 수 쥐간의 차이에 관한 연구 Study on the Differences between Male and Female Rats = Changes in Hypothalamic-pituitary-growth Hormone(GH) Axis by Fasting

국문 초록 (Abstract)

연구배경: 포유동물에서 금식은 성장호르몬의 합성과 분비에 큰 영향을 미침이 알려져 있다. 금식에 의한 성장호르몬 축의 변화의 연구에는 수컷 쥐가 주로 사용되어져 왔다. 그러나 성장호르몬의 합성과 분비 양상은 성에 따른 차이를 보임이 알려져 있다. 본 연구는 금식에 대한 성장호르몬 축의 변화가 성에 따른 차이를 보이는지 알아보기 위해 행해졌다.
방법: 암·수 Sprague-Dawley 쥐 (8∼9주; 5마리/군)를 72시간 동안 금식시키거나 음식물을 자유로이 공급하였다. 혈청 상장호르몬과 IGF-I 농도는 방사면역측정법을 통해 측정하였다. 시상하부 GHRH, SRIF, NPY, 그리고 뇌하수체 성장호르몬의 mRNA는 RNA 소화효소 보호분석법을 통해 측정하였다. 뇌하수체 GHRH 수용체, GHS 수용체, 그리고 SRIF 수용체 mRNA는 역전사-중합효소연쇄반응을 통해 측정하였다.
결과: 금식에 의해 암·수 쥐에서 체중은 각각 18.0%와 17.0% 감소하였다. 금식시킨 수컷 쥐에서는 성장호르몬과 IGF-I 농도가 감소하였으며, 시상하부 GHRH mRNA의 현저한 감소와 NPY mRNA의 현저한 증가를 보였다. GHRH의 감소에도 불구하고 뇌하수체 성장호르몬 mRNA는 금식에 의한 변화를 보이지 않았으며, 오히려 GHRH-R와 GHS-R의 발현은 금식에 의해 현저한 증가를 보였다. 반면에 SRIF 수용체아형 2와 4의 발현은 금식에 의해 현저한 억제를 보였다. 금식에 의한 암컷 쥐에서의 성장호르몬 축의 변화는 대체로 수컷 쥐와 비슷하였으나 다음의 두 가지 중요한 차이를 보였다. 첫째, 성장호르몬 농도는 금식에 의해 저하되지 않았다. 둘째, sst2와 sst4 mRNA의 발현은 금식에 의한 변화를 보이지 않았다.
결론: 수컷 쥐에서 금식에 의한 시상하부 뉴로?타이드, 뇌하수체 GHRH-R, sst2의 발현 변화 등은 기존에 보고된 결과와 일치하는 결과를 얻었다. 금식에 의한 뇌하수체 GHS-R의 발현 증가는 금식시 역시 증가되는 ghrelin과 함께 GHRH에 대한 뇌하수체의 반응성을 증가시키는데 기여할 것으로 사료된다. 이러한 변화는 기전의 일환으로 작용할 가능성도 있는 것으로 보여진다. 수컷 쥐에서 보이는 성장호르몬 농도의 억제가 암컷 쥐에서 관찰되지 않은 이유는 아마도 암컷 쥐에서의 이러한 보상성 기전이 더 우세하게 일어나 결과일 수도 있다고 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Fasting has a profound impact on GH synthesis, and is released in all mammalian species that have been studied. The male rat has long been used as a model to determine the mechanism on how fasting mediates these changes. However, many aspects of GH synthesis, release and function are known to be gender-dependent. This study was conducted in order to determine if changes in the GH-axis, in response to fasting, differs between the sexes.
Methods: Male and female rats(8∼9 weeks; n=5/group) were fasted for 72h, or supplied food ad libitum. The mean circulating serum GH and IGF-I concentrations were measured by radioimmunoassay. The levels of hypothalamic GH-releasing hormone (GHRH), somatostatin (SRIF), neuropeptide Y (NPY) and pituitary GH mRNA were measured using an RNase protection assay. The levels of pituitary GHRH receptor (GHRH-R), GH secretagogue (GHS) receptor (GHS-R) and SRIF receptor (sst 1-5) mRNA were measured by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR).
Results: Fasting resulted in a comparable weight loss in both the males and the females, (18.0±0.9%) and (17.0%±0.85), respectively. In the fasted males, there was a characteristic decrease in the serum GH (98±60 vs. 7±4ng/mL) and IGF-I (367±35 vs 152±12ng/mL), associated with a decrease in the hypothalamic GHRH, and an increase in the NPY mRNA, levels of 52±6% and 138±6%, respectively, compared to those of the fed controls (p<0.05). In spite of the reduction in the GHRH, fasting did not alter the levels of the pituitary GH mRNA, and in fact increased the expression of the pituitary receptors, GHRH-R and GHS-R, to 185±15 and 169±25%, respectively, to those of the fed controls. In contrast to the positive impact of fasting on the GH-stimulatory receptors, fasting led to a dramatic decrease in the expressions of the somatostatin receptor subtypes, sst2 (29±5% of Fed) and sst4 (60±7% of Fed). Fasting had comparable effects on the GH-axis of the female rats, with two notable exceptions; first, fasting did not suppress the mean circulating GH levels (16±3 vs. 38±28ng/mL) and second, did not alter the sst2 and sst4 expressions.
Conclusion: These results corroborate the other reports regarding the effects of fasting on the expressions of hypothalamic neuropeptides, pituitary GHRH-R and sst2, in male rats. This is the first report demonstration that fasting stimulates the expression of pituitary GHS-R in both sexes. This is of great interest given the fact that ghrelin and GHS-R ligand, is also elevated by fasting. We propose that the upregulation of both ghrelin and GHS-R may play important roles in increasing the sensitivity of the pituitary to GHRH, in that these GH-stimulatory systems work synergistically. These changes may compensate for the fasting-induced suppression of hypothalamic GHRH input. We might speculate that such compensatory mechanisms are dominant in the female rat, in that circulating GH levels are not suppressed by fasting (J Kor Soc Endocrinol 17:473∼485, 2002).