Effect of n-3 Fatty Acid Deficiency on Fatty Acid Composition in Brain, Retina and Liver Using a Novel Artificial Rearing System

Docosahexaenoic acid (22:6n-3, DHA) is highly enriched in membrane of brain and retina, and plays an important role in maintaining an optimal function of the central nervous system. We investigated the effect of n-3 fatty acid deficiency on rat brain, retina and liver fatty acyl composition at two different ages (3 wks and 15 wks) under DHA deficient condition. Rat pups born to dams fed a diet with $3.1\%$ of total fatty acids as $\alpha-linolenic$ acid (LNA) were fed using an artificial rearing system either an n-3 deficient (n-3 Def) or n-3 adequate (n-3 Adq) diet. Both diets contained $17.1\%$ linoleic acid (LA) but the n-3 Adq diet also contained $3.1\%$ LNA. Rats consuming the n-3 Def diet showed a lower brain $(50\%\;in\;13\;wks\;and\;70\%\;in\;15\;wks,\;p<0.05)$ and retinal $(50\%\;in\;13\;wks\;and\;63\%\;in\;15\;wks,\;p<0.05)$ DHA than those on the n-3 Adq diet, which was largely compensated for by an increase in docosapentaenoic acid (22:5n-6, DPAn-6). In the liver of the n-3 Def group, the percentage of DHA decreased by $97\%$ at 3 wks of age with an apparent increase in DPAn-6 relative to the n-3 Adq group (p<0.05), while there was a $65\%$ lower liver DHA in n-3 Def group at 15 wks of age than the n-3 Adq group (p<0.05). Liver arachidonic acid (20:4n-6, AA) was increased at 3 wks of age but decreased at 15 wks of age in the n-3 Def group compared with n-3 Adq group (p<0.05). In conclusion, the replacement of DHA by DPAn-6 in brain and retina fatty acid composition may be related to the suboptimal function in spatial learning, memory and visual acuity. This artificial rearing method presents a first generation model for n-3 deficiency that is similar to the case of human nutrition that commonly employed two generation model.

인공 사육 동물 모델 시스템을 이용한 n-3 지방산 결핍이 쥐의 뇌, 망막, 간의 지방산 조성에 미치는 영향

본 연구에서는 인공 사육 모델 시스템과 인공 쥐용 분유를 이용하여 출생 직후 12시간 이내에 엄마 쥐들로부터 신생 쥐를 분리하여 n-3 지방산 결핍분유와 n-3 지방산 적절분유로 3주 동안 사육한 후(이유기) 각각 장기들을 취하고 또한 성숙 쥐(15 wks)의 뇌, 망막, 간을 취하여 뇌 성장 발달 과정 동안 n-3지방산 결핍이 이들 장기들의 지방산조성 변화에 미치는 영향을 알아보고자 한다. 이유기와 성숙기 쥐의 뇌 지방산 조성은 n-3 지방산 적절군과 대조군과 비교했을 때, n-3지방산 결핍군의 경우 n-6지방산의 함량은 높았으나 (p<0.05), 총 monounsaturated 지방산과 총 n-3 지방산의 함량은 낮았고(p<0.05), 총 saturated 지방산의 경우는 변화가 없었다. 기대했듯이 뇌 DHA의 경우 n-3 지방산 결핍군은 n-3 지방산 적절군과 대조군에 비해 이유기 때 $50\%$, 성숙기에는 $70\%$까지 감소하였고 반면 n-6 계열인 DPAn-6의 함량은 상당히 증가하였음을 살펴볼 수가 있었다. 이유기의 망막의 총 saturated 지방산과 총 monounsaturated 지방산에는 식이군 사이에 변화가 없었고 22:4n-6, DPAn-6와 총 n-6 지방산의 함량은 n-3 지방산 결핍군에서 n-3 지방산 적절군과 대조군에 비해 증가하였으나(p<0.05), 22:5n-3, DHA와 총 n-3 지방산의 함량은 상당히 감소하였음을 관찰할 수가 있었다(p<0.05). 성숙 쥐 망막의 지방산조성의 경우 20:4n-6, 22:4n-6, 22:5n-6와 총 n-6 지방산의 함량은 n-3 지방산 결핍군에서 n-3 지방산 적절군과 대조군에 비해 증가하였으나(p<0.05), 22:5n-3, DHA와 총 n-3 지방산의 함량은 상당히 감소하였다(p<0.05). 특히 n-3 결핍군의 망막 DHA는 이유기 때 $57\%$ 감소에서 성숙기에 $63\%$까지 감소하였다. (p<0.05). 간의 경우, 이유기의 n-3 지방산 결핍군의 DHA는 $65\%$ 감소한 반면 간의 DPAn-6는 $59\%$ 증가하였다. 흥미로운 것은 이유기의 간 지방산 조성과는 대조적으로 성숙기의 n-3 지방산 결핍군의 18:2n-6, 20:3n-6, 20:4n-6와 22:4n-6 지방산 함량이 현저히 감소된 것과는 달리 DPAn-6의 함량이 n-3 지방산 적절군보다 $143\%$까지 증가되었음 관찰할 수 가 있었다(p<0.05). 이상의 장기들의 n-3지방산 결핍군은 이유기와 성숙기에서 DPAn-6/DHA비와 n-6/n-3비 또한 n-3 지방산 적절군과 대조군에 비해 컸으나(p<0.05) DPAn-6와 DHA의 합에는 변화가 없었다. 따라서 뇌 성숙 발달 과정동안 n-3 지방산 결핍은 뇌의 DHA의 결핍을 초래하고 이러한 비정상적인 조건에서 DPAn-6의 증가를 유발하였으며 이러한 지방산 조성의 변화와 공간과 후각에 기초를 하는 기억 학습 능력 저하의 관련성에 대해서는 앞으로 연구가 진행되어져야 할 것으로 사료되어진다.