Effects of folic acid intake on the SAM/SAH ratio and methionine synthase activity in the brain of pregnant and lactating rats

Abstract

엽산은 단일탄소대사에서 조효소 역할을 하며 단일탄소대사과정은 신경세포의 증식 DNA의 합성 등의 과정에 메틸기를 제공함으로써 중추신경계에 중요한 역할을 한다. 임신 및 수유기에는 다양한 생리적 변화에 의해 엽산의 요구량이 증가한다. 따라서 이 시기에 엽산보충이 제대로 이루어지지 않으면 엽산결핍을 초래할 수 있으며 이는 태아뿐 아니라 모체에도 유의한 영향을 줄 수 있다. 본 연구는 임신 및 수유기의 엽산 섭취상태가 어미 쥐 뇌의 SAM/SAH ratio와 methionine 합성효소의 활성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 수행되었다. 생후 6주령 된 Spraque-Dawley 종 암컷 흰쥐를 2군으로 나눈 후, 각각의 군에 엽산 보충식이(8mg/kg diet)와 엽산 결핍식이(0mg/kg diet)를 교배 2주전부터 수유 21일이 되는 시점까지 제공하였다. 희생시기를 임신 전, 임신 20일, 수유 21일로 구분하고 각 시기에 희생된 실험동물로부터 혈장, 간, 뇌, 척수조직을 적출하여 실험에 이용하였다. 혈장의 엽산과 비타민 B12 의 농도는 radioimmunoassay법을 이용하여 분석하였고, 혈장 호모시스테인의 농도와 간, 뇌, 척수조직의 SAM/SAH의 농도, 그리고 뇌와 척수조직의 메티오닌 합성효소의 활성은 HPLC를 이용하여 분석하였다. 연구결과, 임신 및 수유기의 엽산 결핍식이는 어미 쥐 뇌의 SAM/SAH ratio와 메티오닌 합성효소의 활성 감소에 영향을 미쳤으며, 이러한 결과는 뇌 부위와 생식시기에 따라 다르게 나타났다. 이와 더불어 엽산 결핍식이는 혈장의 엽산, 비타민 B12 수준 및 간의 SAM/SAH ratio을 감소시키고 혈장의 호모시스테인의 수준을 증가시켰다. 임신 20일에 어미 쥐 hippocampus의 SAM/SAH ratio는 엽산보충군에 비해 엽산결핍군에서 유의적으로 낮았으며, 같은 시기에 cortex와 spinal cord의 SAM/SAH ratio는 두 군간에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 수유 21일에 어미 쥐 cortex 의 SAM/SAH ratio는 엽산보충군에 비해 엽산결핍군에서 유의적으로 낮았으며, 같은 시기에 hippocampus와 spinal cord의 SAM/SAH ratio는 두 군간에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 엽산 섭취 유무에 따른 Methionine 합성효소의 활성 차이는 임신 20일과 수유 21일경의 cortex에서만 나타났다. Hippocampus와 spinal cord의 methionine 합성효소의 활성은 엽산보충군과 결핍군 간에 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 뇌 부위의 SAM/SAH ratio는 어미 쥐의 생식시기(임신 및 수유기)에 따라서도 유의적인 차이를 보였다. 그러나 뇌 부위의 methionine 합성효소의 활성은 생식시기에 따른 차이를 나타내지 않았다. 엽산보충군 spinal cord의 SAM/SAH ratio는 생식시기에 따라서 유의적인 차이를 보이지 않은 반면, 엽산결핍군의 spinal cord, cortex와 hippocampus의 SAM/SAH ratio는 임신 전보다 임신 20일 및 수유 21일경에 그 수준이 유의적으로 감소하였다. 결론적으로, 임신 및 수유기 엽산결핍은 어미 쥐의 cortex 와 hippo-campus의 단일 탄소 대사에 영향을 미쳤으며 시기에 따라서 엽산의 결핍에 민감하게 영향을 받는 뇌 부위가 달라졌다. 즉 이는 임신 및 수유기의 엽산결핍은 어미 쥐 뇌의 단일탄소대사에 직접적으로 영향을 줄 수 있으며 단일탄소대사가 활성화되는 뇌 부위가 생식시기에 따라 달라질 수 있음을 시사한다. 또한 임신 및 수유기 때 뇌 SAM/SAH ratio의 유의적인 감소의 결과는 이 시기에 급격하게 증가된 메틸화 반응이 어미 쥐의 뇌에 영향을 미쳤음을 말해준다. 이상의 연구결과, 엽산의 섭취는 임신 및 수유를 경험하는 여성들 뇌의 단일탄소대사 즉, SAM/SAH ratio와 methionine 합성효소 활성에 영향을 주는 것으로 나타났다. 이러한 단일탄소대사 장애는 DNA, 핵산, 단백질, 인지질 등의 합성을 감소시켜 어미 뇌의 정상적인 기능을 저해시킬 수 있으므로 임신 및 수유기의 엽산보충은 충분히 이루어져야 한다. 후행연구에서는 엽산결핍이 어미 쥐의 뇌의 신경학적 기능에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 진행되어야 엽산이 뇌의 기능에 미칠 수 있는 좀 더 정확한 기전이 제시될 수 있을 것이다.;Folate plays a coenzymatic role in one-carbon metabolism. It is known that such metabolism provides a methyl group to neuronal cell proliferation and DNA synthesis, resultantly affecting development of the central nervous system. Folate requirement increases during pregnancy and lactation due to changes in multiple physiological metabolisms. Accordingly, it is likely to be folate deficiency in these periods, if folate supplementation is not sufficient. It is believed that folate deficiency may affect maternal health as well as that of offspring. This study was carried out to investigate effects of folic acid intake on SAM, SAH concentrations and methionine synthase activities in the brain of pregnant and lactating rats. For this, we examined plasma vitamin Bs, plasma homocysteine levels, SAM, SAH concentrations in liver and brain, methionine synthase in regions of the brain of pregnant and lactating rats. Sixty female Sprague-Dawley rats were divided into two groups and were fed folic acid supplemented diet (FS; 8㎎/㎏ folic acid) or folic acid deficient diet (FD; 0㎎/㎏ folic acid) from 2 weeks prior to the mating throughout the pregnancy and lactation period. Twenty rats were killed at pre-pregnancy, day 20 of pregnancy and day 21 of lactation respectively. Plasma folate and vitamin B12 concentrations were measured by using radioimmunoassay. Plasma homocysteine concentrations, the SAM/SAH ratio and methionine synthase activities in tissue were measured by using HPLC. In the present study, folate deficient diet influenced on a decrease in plasma folate, vitamin B12 levels with a concomitant increase in plasma homocysteine level and reduced the SAM/SAH ratio and methionine synthase activity in the hippocampus and the cortex of pregnant and lactating rats. In the hippocampus, the SAM/SAH ratio was significantly lower in the FD group than in the FS group at day 20 of pregnancy. In the cortex, the SAM/SAH ratio of the FD group significantly decreased at day 21 of lactation and methionine synthase activities of the FD group significantly decreased at day 20 of pregnancy and day 21 of lactation compared to those of the FS group. In the spinal cord, no difference was observed between the two diets. As well, there were significant differences in the SAM/SAH ratio of regions of the brain according to reproductive states. Compared to the SAM/SAH ratio of the cortex, hippocampus and spinal cord at prepregnancy, those at pregnancy and lactation were significantly lower in all groups. In conclusion, folic acid intake affected the SAM/SAH ratio and methionine synthase activities in maternal brain as well as vitamin Bs and homocysteine levels in maternal plasma. It is known that the SAM/SAH ratio and methionine synthase activities are closely associated with numerous methylation reactions involving in nucleotide, DNA synthesis and neuronal cell proliferation. Therefore, it is believed that folate intake may improve the development and function of the central nervous system in maternal brain during pregnancy and lactation. To examine neurological and cognitive function precisely, further studies on effects of folate intake on changes in neurological function-related biomolecules are needed.