건강한 남성 피험자의 걷기 및 자전거 타기에 대한 급성 반응에서 다양한 혈청 연골 바이오마커 평가

바이오마커는 연골 대사를 모니터링하고 관절 구조의 변화를 감지하는 예후 또는 진단 마커 역할을 하는 데 사용될 수 있습니다(8). 이러한 바이오마커의 대부분은 연골 세포외 기질(ECM)의 필수 구성 요소입니다. 연골 바이오마커의 측정은 삼투압 및 기계적 부하가 단백질 분해에 의해 생성된 ECM 단편의 활막액으로의 유출을 촉발한 다음 관절낭 밖으로 유출시키는 원리를 기반으로 합니다. 따라서 생체지표 농도는 활막액, 혈액 및 소변의 면역분석법으로 측정할 수 있습니다. 마찬가지로, 관절 연골 건강 및 신진대사에 대한 운동의 급성 또는 장기 효과를 조사하기 위해 바이오마커 농도가 사용되었습니다.

가장 많이 연구된 혈청 연골 바이오마커는 연골 올리고머 매트릭스 단백질(COMP)입니다. 트롬보스폰딘-5로도 알려진 COMP는 5개의 동일한 하위 단위로 구성된 오량체 당단백질입니다. 각 단량체의 C 말단은 콜라겐 II, 콜라겐 IX, 마트릴린 및 프로테오글리칸과 같은 수많은 KDHM 단백질과 상호작용합니다(9). 또한 COMP는 콜라겐 분비와 원섬유 생성에 영향을 미쳐 원섬유 형성 속도, 조직화 및 직경에 영향을 미칩니다(10). 다른 KDHM 단백질과의 이러한 상호작용으로 인해 COMP는 연골 기질의 조립 및 구조에서 중요한 역할을 하며 기계적 특성을 결정합니다.

이러한 특성을 기반으로 COMP는 급성 부하 측면에서 널리 연구되었으며 기계에 민감한 것으로 나타났습니다(11). 혈청 COMP 수준은 적당한 달리기 중재 30분 후 -16%에서 +39% 사이로 변하는 것으로 나타났습니다(12). 그러나 무릎 굴곡이나 반복적인 요추 굴곡/신전과 같은 다른 급성 운동에 대한 반응으로 혈청 농도의 증가는 발견되지 않았습니다(13). 이는 급성 혈청 COMP 반응이 관절 부하 특성에 달려 있음을 시사합니다.

관심 있는 다른 바이오마커는 연골 KDHM 성분의 분해에 관여하는 단백질 분해 효소입니다. 매트릭스 금속단백분해효소(MMP)는 기질 특이성과 1차 구조가 다양한 효소군입니다.

일부 MMP 계열 구성원은 KDHM 리모델링 및 병리학적 분해 모두에 역할을 합니다. 예를 들어, MMP-3(스트로멜리신)은 KDHM의 대부분의 구성 요소를 분해하고 그 자체로 OA 발달에 중요한 역할을 하는 MMP-9(젤라티나제 B)와 같은 다른 MMP를 활성화합니다(14).

YKL-40은 연골 발병에 관여하는 또 다른 KDHM 단백질입니다. YKL-40의 기능은 자세히 정의되지 않았지만 글리코실라제로서 일반적인 조직 재형성 및 염증 과정에 관여하는 것으로 나타났습니다(15). 관절 염증 동안 YKL-40 수치가 증가하고, 염증 자극에 의해 레지스틴 수치도 상승합니다. 레시스틴은 초기에 설치류의 비만 및 인슐린 저항성과 관련이 있었던 아디포카인입니다.

운동에 대한 MMP, YKL-40 및 레지스틴 농도의 반응은 이전에 조사되었습니다. 마라톤 달리기는 기준치와 비교하여 마라톤 직후 혈청 MMP-3(+142%), YKL-40(+56%) 및 레지스틴(+107%) 농도를 증가시키는 것으로 나타났습니다(16).

Type II 콜라겐은 관절 연골의 주요 구성 요소입니다. 유형 II 콜라겐의 분해는 콜라게나제 및 MMP-9의 활성을 통해 발생합니다. Coll2-1은 II형 콜라겐 분자의 삼중 나선에 위치한 특정 펩타이드 에피토프이며 연골 변성의 지표입니다.

Coll2-1의 질산염 형태는 Coll2-1 NO2라고 불리며 산화 관련 연골 기질 분해를 반영합니다. Coll2-1(-13%) 및 Coll2-1 NO2(-19%)의 혈청 농도는 마라톤 달리기 후에 감소하는 것으로 나타났습니다(17).

Nagaokaet al. (18)은 강렬한 관절 부하에 노출된 운동선수의 연골 콜라겐 대사를 평가했습니다. 그들은 소변에서 제2형 콜라겐 합성과 분해 바이오마커를 모두 측정했습니다. 그 결과, 특히 배구, 농구, 핸드볼과 같이 잦은 점프 동작을 수행하는 운동선수의 경우 강렬한 관절 부하를 포함하는 지구력 운동에 반응하여 제2형 콜라겐 분해가 증가하는 것으로 나타났습니다.

우리 연구의 목적은 연골 세포외 기질 대사를 반영하는 혈청 바이오마커인 COMP, YKL-40 및 MMP3의 상관관계에 대해 일반적으로 사용되는 두 가지 운동 중재(걷기 및 자전거 타기)의 급성 효과를 조사하는 것이었습니다.