골격근은 신체의 움직임 혹은 자세 유지와 에너지 공급 등과 같은 생리학적인 기능을 유지하는데 중요한 역할을 하며, 이는 단백질 합성 및 분해 과정의 적절한 균형 유지를 통해 조절된다. 하지만, 과도한 단백질 분해의 증가로 인한 이의 불균형은 근 위축을 유도하며, 이는 암, 당뇨, 항암화학요법과 같은 다양한 요인에 의해 발생한다. 특히, 항암화학요법에 의해 유도되는 근 위축은 암 환자들의 삶의 질 저하 및 사망 위험률 증가를 일으키는 것으로 알려져 있다. 이러한 항암화학요법 중 FOLFIRI 유도 근 위축은 미토콘드리아 기능 장애가 관여하며, 이는 산화스트레스 증가와 연관성이 있다. Camellia japonica 의 뿌리 추출물 (CJT)은 항산화 특성을 지니는 것으로 알려져 있어 이러한 효능을 토대로 CJT 가 근세포 분화를 개선하고 항암화학요법으로 인한 근 위축을 완화하여 근 위축의 예방 및 치료에 대한 근거를 제시하고자 연구를 진행하였다.
CJT 의 C2C12 myoblast 의 분화 및 미토콘드리아 기능에 대한 영향을 평가하기 위해, C2C12 myobalst 에 CJT 를 함께 처리하여 분화를 유도하였다. 그 후, C2C12 myotues 에서 MHC 의 발현량을 확인하기 위해 immunofluorescence 를 수행하였다. 또한, myogenesis 와 미토콘드리아 기능과 관련된 지표의 발현량은 RT-qPCR 혹은 western blotting 으로 측정하였고 C2C12 myotubes 내 미토콘드리아를 염색하여 미토콘드리아의 양을 측정하였다. 그 다음 FOLFIRI 로 유도된 근 위축에 미치는 영향 및 관련 기전을 확인하기 위해 C2C12 myotubes 로 분화 유도 후 CJT 와 FOLFIRI (5-fluorouracil, leucovorin, and irinotecan)를 함께 처리하였다. C2C12 myotubes 에서 미토콘드리아의 양, 미토콘드리아 막전위, 미토콘드리아 활성산소종, ATP 수준을 측정하였고 muscle atrophy 및 미토콘드리아 기능과 관련된 지표들은 western blotting 을 이용해 확인하였다. 더불어, wild-type AB*zebrafish (Danio rerio) embryos 와 Tg(mito:EGFP) zebrafish embryos 에 각각 CJT 와 FOLFIRI (5-fluorouracil, leucovorin, and irinotecan)를 함께 처리하여 근육 조직 및 미토콘드리아에서의 변화를 관찰하고 관련 마커를 RT-qPCR 로 측정하였다.
CJT 는 C2C12 myotubes 에서 MHC 양성 다핵의 myotubes (≥ 5 nuclei)의 형성을 증가시켰고 근육 분화 마커인 MyoD, myogenin, Myh isoforms 과 근육 단백질 합성에 관여하는 PI3K, Akt, mTOR, p70S6K 의 유전자 발현량을 유의적으로 증가시켰다. CJT 10 ng/mL 처리에 의해 미토콘드리아 관련 마커인 미토콘드리아 세포호흡 단백질 복합체, 미토콘드리아 생합성 및 미토콘드리아 융합 관련 단백질 발현량이 모두 유의적으로 증가한 반면, 미토콘드리아 분열 관련 단백질의 발현량은 유의적으로 감소하였다. 더불어, FOLFIRI 를 처리한 C2C12 myotubes 에서 CJT 처리는 FOLFIRI 에 의해 감소된 myotube 의 diameter 및 MHCI, MHCIIb, MHC 의 단백질 발현량을 유의적으로 증가시켰다. 또한, CJT 는 NFκB and FoxO1 의 신호전달경로를 억제함으로써 MAFbx 와 MuRF1 의 발현을 감소시켰을 뿐만 아니라 LC3BI 의 LCBII 로의 전환 및 p62 의 단백질 발현량을 감소시켰다. 더불어, CJT 는 PGC1α, MFN2, OPA1 의 발현량은 증가시키고 FIS1 의 발현량은 감소시킴으로써 FOLFIRI 에 의한 미토콘드리아 양의 감소를 회복시켰을 뿐만 아니라 FOLFIRI 에 의한 ROS 증가, MMP 손상, 세포호흡 단백질 복합체의 발현 감소 및 apoptosis 를 유도했으나 CJT 는 이들을 억제함으로써 미토콘드리아 기능 장애를 완화시켰다. 그 다음 CJT 는 zebrafish 에서 FOLFIRI 로 유도된 지근 및 속근 섬유의 muscle atrophy 를 모두 완화시켰다. 또한, FOLFIRI 는 미토콘드리아의 양과 미토콘드리아의 길이를 감소시킨 반면에, CJT 10 ng/mL 처리는 mfn2, sdha, cox4, atp5α1 의 유전자 발현량 증가에 따라 미토콘드리아의 양과 길이 및 기능을 유의적으로 증가시켰다.
본 연구 결과, CJT 는 myogenesis 를 촉진하고 미토콘드리아의 기능 및 dynamics 를 향상시켰다. 또한, 미토콘드리아 기능을 증진시키고 근육 분해를 억제함으로써 항암제 유도 근 위축을 완화시킴을 확인하였다. 따라서, CJT 는 근 위축의 예방 및 치료를 위한 유용한 소재로서 활용될 수 있을 것이다.