Effects of Endurance Exercise and Ginsenoside Rb1 on AMP-Activated Protein Kinase, Phosphatidylinositol 3-Kinase Expression and Glucose Uptake in the Skeletal Muscle of Rats

This study investigated the effects of endurance exercise and ginsenoside $Rb_1$ on AMP-activated protein kinase (AMPK), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) protein expression and glucose uptake in the skeletal muscle of rats. A total of 32 rats were randomly divided into four groups: CON (Control group, n=8), Ex (Exercise group; 25 m/min for 1 h, 6 days/week, 2 weeks, n=8), $Rb_1$ (Ginsenoside $Rb_1$ group; n=8), and $Rb_1/Ex$ ($Rb_1$+Exercise group, n=8). The $Rb_1$ and $Rb_1/Ex$ groups were incubated in ginsenoside $Rb_1$ (KRBP buffer, $100{\mu}g/mL$) for 60 min after a 2-week experimental treatment. After 2 weeks, the expression of phosphorylated $AMPK{\alpha}$ $Thr^{172}$, total $AMPK{\alpha}$, the p85 subunit of PI3K, pIRS-1 $Tyr^{612}$, and pAkt $Ser^{473}$ were determined in the soleus muscle. Muscle glucose uptake was measured using 2-deoxy-D-[$^3H$] glucose in epitroclearis muscle. Muscle glucose uptake was significantly higher in the three experimental groups (Ex, $Rb_1$, $Rb_1/Ex$) compared to the CON group (P<0.05). The expression of $tAMPK{\alpha}$ and $pAMPK{\alpha}$ $Thr^{172}$ was significantly higher in the Ex, $Rb_1$, and $Rb_1/Ex$ groups compared to the CON group (P<0.05). The expression of pAkt $Ser^{473}$ was significantly higher in the $Rb_1$ group compared to the CON and EX groups. However, the expression of pIRS-1 $Tyr^{612}$ and the p85 subunit of PI3K were not significantly different between the four groups. Overall, these results suggest that ginsenoside $Rb_1$ significantly stimulates glucose uptake in the skeletal muscle of rats through increasing phosphorylation in the AMPK pathway, similar to the effects of exercise.

지구성 운동과 Ginsenoside Rb1가 쥐 골격근의 AMP-Activated Protein Kinase(APMK), Phosphatidylinositol 3-Kinase(PI3K) 발현 및 Glucose Uptake에 미치는 영향

본 연구는 2주간의 지구성 운동과 ginsenoside $Rb_1$이 쥐골격근의 AMPK insulin signaling($tAMPK{\alpha}$, $pAMPK{\alpha}$ $Thr^{172}$)과 PI3K insulin signaling pathway(pIRS-1 $Tyr^{612}$, PI3K $p^{85}$, pAkt $Ser^{473}$) 발현 및 glucose uptake에 미치는 영향을 분석하였다. 골격근내 glucose uptake에서는 비교집단과 비교하여 운동집단(59.4%), $Rb_1$집단(70.5%) $Rb_1/Ex$집단(58.6%)에서 유의하게 증가하였다. 2주간의 지구성 운동과 ginsenoside $Rb_1$이 AMPK insulin signaling pathway에 미치는 효과를 조사한 결과 비교집단에 비해 $AMPK{\alpha}$(Ex, 28.6%; $Rb_1$, 28.5%; $Rb_1/Ex$, 29.8%), $pAMPK{\alpha}$ $Thr^{172}$(Ex, 35.1%; $Rb_1$, 35.3%; $Rb_1/Ex$, 30.9%)의 발현이 유의하게 증가한 것을 알 수 있었다. 2주간의 지구성 운동과 ginsenoside $Rb_1$이 PI3K insulin signaling pathway에 미치는 효과를 알아본 결과 비교집단과 비교하여 IRS-1, PI3K $p^{85}$에서는 유의한 차이가 없었으나 pAkt $Ser^{473}$은 $Rb_1$ 집단에서 유의하게 증가한 것을 알 수 있었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, ginsenoside $Rb_1$은 운동과 더불어 근육 세포내 AMPK의 활성화와 근육 내 glucose uptake를 증가시켜 제2형 당뇨병 예방과 치료에 효과가 있을 것으로 생각된다. 그러나 본 연구의 결과로 PI3K insulin signaling pathway의 항당뇨 효과는 설명하기는 부족하다고 판단되며 추후 본 연구의 결과를 기초로 ginsenoside $Rb_1$의 농도, 처치시간, 처치방법을 고려한 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다.