Effectiveness and safety of Korean mistletoe extract on muscle in elderly individuals with resistance exercise

Abstract

Given increased concerns about the degenerative decline in physical performance in the elderly, there is need for developing effective strategies to suppress the age-related loss of skeletal muscle mass and functional capacity through a lifestyle intervention. This randomized controlled trial examined whether a combination of Korean mistletoe extract (KME) supplement and exercise affected muscle mass, muscle function, and targeted molecular expressions. Sixty seven subjects aged 55-75 years were assigned to placebo, low-dose (1 g/day), or high-dose (2 g/day) of KME for 12 weeks. Muscle mass including body composition and muscular area, and physical performances were determined. RT-PCR and multiplex analyses were used to quantify intracellular signaling in muscle-biopsy samples. Body composition was significantly changed in the high-dose group within the group during the intervention period, as indicated by skeletal muscle mass (P = 0.040), fat free mass (P = 0.042), soft lean mass (P = 0.023), skeletal muscle index (P = 0.041), fat-free mass index (P = 0.030), percent body fat (P = 0.044), fat mass to lean mass ratio (P = 0.030) and leg skeletal muscle mass (P = 0.035), but not in the placebo and low-dose group. Knee strength was improved in both KME supplement groups compared to the placebo as measured by Cybex 120º/sec flexor at peak torque (P = 0.026). The dynamic balance ability was remarkably improved in the high dose group over 12 week period, as determined by Timed Up and Go (P = 0.005 for fast walk test and P = 0.024 for ordinary walk test). In consistent with these results, RT-PCR and multiplex analyses revealed that KME supplementation at a high dose was effective in suppressing gene expressions and protein phosphorylation related to muscle protein degradation, but stimulating those related to myogenesis. Particularly, significant differences were found in the following genes and proteins: REDD2 (P = 0.009 at week 12), Atrogin-1 (P = 0.002 at week 0 and P = 0.001 at week 12), and PTEN (P = 0.026 at week 0) for muscle protein degradation; and S6K1 (P < 0.0001 at week 0). myogenin (P < 0.0001 at week 0 and P = 0.040 at week 12), and IGF1R (P = 0.002 at week 12) for myogenesis. Moreover, immunocytofluorescence staining supported the previous intracellular pathway that fluorescence of high-dose group in Atrogin-1 gene degraded compared to placebo in week 0 and week 12. In addition, fluorescence of myogenin gene in the high-dose group became more powerful and clear in all cells compared to the placebo in week 12. These results suggest that KME supplementation with resistance exercise may be useful in suppressing the age-related loss of muscle mass in elderly.;본 연구는 노화로 인한 근육량 감소에 있어 겨우살이추출물분말 (Viscum album.var. coloratum)과 저항성 운동이 근육량 및 근육기능에 미치는 영향과 안전성을 평가하였다. 본 연구는 평행설계, 무작위 배정, 이중맹검, 대조식품 비교시험으로 진행되었으며, 이화여대 목동병원에서 IRB에 따라 진행되었다. 피험자는 55세 이상 75세 이하의 저항성 운동프로그램에 참여할 수 있는 남녀 79명을 모집하였다. 첫 방문에서 연구 참여 기준에 적합하다고 판정된 피험자 67명은 두 번째 방문 시, 등록된 순서에 따라 시험군 또는 대조군으로 무작위 배정되었고, 13명의 중도탈락으로 군당 총 18명으로 진행하였다. 피험자들은 대조식품과 겨우살이추출물 저용량 (1g/d), 고용량 (2g/d) 군으로 나뉘어져 12 주간 섭취하였다. 2번 째 방문과 5번 째 방문에는 공복 상태에서 1일 단백질 권장량의 1/3을 함유하는 식사섭취와 더불어 대조식품 또는 시험식품 1회 섭취량(4정)을 섭취하였고 신체계측, 근육량 및 기능에 관한 근육대사 관련 지표와 안전성 평가지표를 측정하였다. 또한, 시험 기간 동안 피험자들은 겨우살이추출물분말 섭취와 더불어 일주일에 세 번씩 저항성 운동을 실시하였다. 본 연구의 결과에서, 근육량과 관련된 지표인 체내 구성성분과 근육 면적은 그룹간의 차이는 유의적으로 나타나지 않았다. 비록 군내 비교를 통해 근육면적에서 고용량군이 유의적으로 감소하였지만, 고용량 군에서 골격근량과 제지방량을 포함한 근육량이 유의적으로 증가하였다. 근육 기능과 관련된 지표에서는 Cybex peak torque 120 º/sec flexor에서 군간 차이를 통해 시험군이 대조군에 비해 유의적으로 증가하였다. 또한, 0주 대비 12주 값의 변화 값은 set total work 120 º/sec flexor에서 저용량군이 유의적으로 증가하였다. 단기 신체활동능력평가인 SPPB에서는 0주 대비 12주 변화 값이 고용량군이 빨리 걷기와 평소 걸음걸이로 걷기 모두 유의적으로 증가하였고, 대조군 또한 평소 걸음걸이로 걷기에서 유의적으로 증가하였음을 확인하였다. 이를 토대로 본 연구는 근육량과 근육기능에 대해 생체 내 근육 대사를 기전으로 확인하고자 하였다. 근육대사와 관련하여 RT-PCR과 multiplex 분석 한 결과, 고용량군의 겨우살이추출물분말에서 근육 감소와 관련되는 유전자 발현을 억제시키고 근육분화와 관련되는 유전자 발현을 증가시키는 것으로 나타났다. 특히, 근육감소와 관련된 지표에서 REDD2 (5번 째 방문; P=0.009), Atrogin-1 (2번 째 방문; P=0.002과 5번 째 방문; P=0.001), 그리고 PTEN (2번 째 방문; P=0.026)이 대조군과 대비하여 고용량군에서 유의적으로 감소하였음을 확인하였다. 근육분화와 관련된 지표에서는 S6K1 (2번 째 방문; P<0.001), myogenin (2번 째 방문; P<0.0001과 5번 째 방문; P=0.04), 그리고 IGF1R (5번 째 방문; P=0.002)에서 대조군과 대비하여 유의적으로 증가하였다. 이 기전을 뒷받침하기 위해 immunocytofluorescence staining 분석을 하였고 실험 결과, 0주와 12주 모두에서 Atrogin-1 gene의 형광 발현이 대조군에 비해 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반대로 myogenin gene은 12주에서 고용량군이 대조군에 비해 형광 발현이 세포 전면에서 뚜렷하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 시험 결과를 바탕으로 겨우살이추출물분말을 섭취함과 동시에 저항성운동을 병행하는 것이, 노화로 인한 근육량 감소와 기능저하를 지연시키는 효과가 있는 것으로 사료된다.