Effect of Chlorella vulgaris on Glucose and Lipids Metabolism in Wistar rats Fed High Fat Diet

Abstract

본 연구는 클로렐라가 고지방식이를 섭취한 Wistar 종 동물 모델에 있어서 당대사 및 지질대사에 미치는 영향을 알아보고자 실행되었다. 6 주령의 Wistar 종 수컷 흰쥐 60마리를 군당 10마리씩 6군으로 나누어 9주간 사육하였다. 식이 구성은 지방수준 (정상군, 고지방군)과 클로렐라 수준 (0%, 5%, 10%)에 따라 공급하였다. 정상식이의 경우, AIN-93G diet를 기본으로 하고 고지방식이의 경우 열량의 40%가 지방으로부터 공급되도록 AIN-93G diet을 변형하여 각각 클로렐라를 식이무게의 0%, 5%, 10%로 공급하였다. 클로렐라가 인슐린 분비능에 미치는 영향을 알아보기 위한 지표로 실험 식이 공급 후 7주에 insulinogenic-index를 계산하였다. 또한 클로렐라가 당대사에 미치는 영향을 알아보기 위하여 포도당 경구 당부하 검사를 실시하였고, 실험기간이 종료 된 후에는 혈청 렙틴, 공복 혈당, 혈장 내 공복 인슐린과 글루카곤 농도, 골격근 GLUT4 단백질 발현을 측정하였으며, 인슐린 저항성 지표인 HOMA-IR을 계산하였다. 실험식이가 지질대사에 미치는 영향을 알아보기 위해 혈중 총 지질, 중성지방, 총콜레스테롤 및 HDL-콜레스테롤과 간과 변 내의 총 지질, 중성지방 및 총콜레스테롤 농도를 측정하였다. 포도당 경구 당부하 검사 결과, 정상식이군들과 고지방식이군들에서 각각 모든 시간의 혈당은 군간 유의적인 차이는 없었으나 5% 클로렐라군과 10% 클로렐라군의 혈당이 0% 클로렐라군에 비하여 낮은 경향을 보였다. 포도당 반응면적 또한 군간 유의적인 차이가 없었다. insulinogenic-index는 정상식이군들과 고지방식이군들에서 군간 유의적인 차이가 없었으나, 정상식이군들에서 5% 클로렐라군이 0% 와 10% 클로렐라군들에 비하여 높은 경향을 보였고, 고지방식이군들에서는 5%와 10% 클로렐라군들이 0% 클로렐라군 보다 높은 경향을 보였다. 혈청 렙틴 농도는 정상식이군들에서 5%와 10% 클로렐라군들이 0% 클로렐라군에 비해 유의적으로 낮았고, 고지방식이군들에서는 10% 클로렐라군이 유의적으로 낮았다. 공복혈당 농도와 HOMA-IR은 고지방식이군들에서 10% 클로렐라군이 0% 클로렐라군 보다 유의적으로 낮았다. GLUT4 단백질 발현은 고지방식이군들에서 10% 클로렐라군이 0% 클로렐라군 보다 유의적으로 낮았고 정상식이군들에서는 군간 유의적인 차이가 없었으나 클로렐라를 섭취한 군들이 섭취하지 않은 군보다 높았다. 혈청 내 총 지질은 고지방식이군들에서 클로렐라를 섭취한 군들이 섭취하지 않은 군에 비하여 유의적으로 낮았고, 중성지방과 총 콜레스테롤 농도는 10% 클로렐라군이 0% 클로렐라군 보다 유의적으로 낮았다. HDL-콜레스테롤 농도와 HDL-콜레스테롤/총 콜레스테롤 비율은 정상식이군들과 고지방식이군들에서 각각 군간 유의적인 차이는 없었으나 클로렐라 섭취군들이 섭취하지 않은 군에 비하여 높았다. 간 내 총 지질과 총 콜레스테롤 농도는 고지방식이군들에서 10% 클로렐라군이 0% 클로렐라군 보다 유의적으로 낮았고, 중성지방 농도는 클로렐라를 섭취한 군들이 섭취하지 않은 군에 비하여 유의적으로 낮았다. 변 무게는 클로렐라를 섭취한 군들이 섭취하지 않은 군들 보다 높았고, 변으로의 총 지질, 중성지방과 총 콜레스테롤 배설은 정상식이군들과 고지방식이군들에서 각각 5%와 10% 클로렐라군들이 0% 클로렐라 군에 비하여 유의적으로 많았다. 결론적으로 10% 클로렐라 섭취는 고지방식이를 섭취한 정상시험동물을 대상으로 5% 클로렐라 섭취보다 혈당조절과 지질대사에 미치는 효과가 더 크게 나타났다. 이러한 결과는 GLUT4 단백질 발현, 공복혈당, 혈장 인슐린, 혈청 렙틴 농도와 지질대사를 통해 알 수 있었다. 고지방식이군들에서 10% 클로렐라 섭취는 GLUT4 단백질 발현을 증가시켜 인슐린 자극에 의해 GLUT4 단백질의 이동을 증가시킴으로써 고지방식이 섭취에 의한 고혈당을 감소시켰다. 혈장 인슐린과 혈청 렙틴 농도 또한 10% 클로렐라군들에서 낮았으며, 변으로의 지질 배설을 증가시켜 혈액과 간의 총 지질, 중성지방과 총 콜레스테롤 수준을 낮추었다. 그러므로 10% 클로렐라 섭취시 지질수준은 증가하지 않고 혈당이 가장 효과적으로 조절될 수 있음을 알 수 있었고, 당대사 및 지질대사와 관련하여 고지방식이에 의해 발생할 수 있는 인슐린 저항성 예방에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 이로써 클로렐라는 혈당조절에 유익한 소재로서 이용할 수 있는 가능성을 시사한다.;The aim of this study was to examine the effect of chlorella vulgaris on glucose and lipids metabolism in rats fed high fat diet. Sixty 6-week-old male Wistar rats were divided into two groups; normal diet groups and high fat diet groups, then the rats in each group were further divided into three subgroups and fed 0%, 5% and 10% (w/w) chlorella-containing diets respectively and raised for 9 weeks. The insulinogenic index was calculated to determine the effect of chlorella on glucose-stimulated insulin secretion (GSIS), and the oral glucose tolerance test (OGTT) was performed at the seven weeks after the feeding of experimental diets. To evaluate the blood glucose regulation effect of chlorella, the concentrations of serum leptin, fasting blood glucose, plasma insulin and glucagons, and GLUT4 protein expression were measured. Homeostasis model assessment-insulin resistance (HOMA-IR) was calculated to determine the effects of chlorella on insulin sensitivity. The biomarkers for lipid metabolism were serum total lipids, TG, total cholesterol, HDL-cholesterol concentrations and HDL-cholesterol/total-cholesterol. The concentrations of total lipids, TG and total cholesterol were also measured in liver and fecal. In the OGTT, blood glucose concentrations were not significantly affected by the intake of chlorella at all times, but that of the 5% and 10% chlorella groups were slightly lower than 0% chlorella group in normal diet and high fat diet groups, respectively. The AUC was also not significantly different among the normal diet and high fat diet groups, respectively. The insulinogenic-indices were not significantly different among the normal diet groups. High fat diet groups were also not significantly influenced. Serum leptin concentration was significantly lower in 5% and 10% chlorella groups than 0% chlorella group in normal diet groups, and that of 10% chlorella group was significantly lower than 0% chlorella group in high fat diet groups. The fasting glucose concentration and HOMA-IR of 10% chlorella group was significantly lower than those of 0% chlorella group in high fat diet groups. Plasma insulin and glucagons concentrations were not significantly different among the normal diet and high fat diet groups, respectively. GLUT4 protein expression was significantly higher in 10% chlorella group than 0% chlorella group in high fat diet groups. In normal diet groups, GLUT4 protein expression was not significantly by the intake of chlorella, but that of 5% and 10% chlorella groups were higher than the 0% chlorella group. Serum total lipids concentration was significantly lower in 5% and 10% chlorella groups than 0% chlorella group in high fat diet groups. Serum TG and total cholesterol concentrations were significantly lower in 10% chlorella groups than 0% chlorella group in high fat diet groups. And HDL-cholesterol concentration and HDL-cholesterol/total-cholesterol ratio were not significantly different among the normal diet and high fat diet groups, respectively. Liver total lipids and total cholesterol concentrations were significantly lower in 10% chlorella groups than 0% chlorella group in high fat diet groups, and TG concentration was significantly lower in 5% and 10% chlorella groups than 0% chlorella group in high fat diet groups. Feces wet and dry weights were significantly affected by dietary chlorella level. In feces wet and dry weight, 5% and 10% chlorella groups were significantly higher than 0% chlorella groups. Fecal total lipid, TG and total cholesterol excretions were significantly higher in 5% and 10% chlorella groups than 0% chlorella groups in normal diet and high fat diet groups, respectively. In conclusion, 10% chlorella consumption produced better blood glucose regulation and lipid metabolism improvement than 5% chlorella consumption in normal Wistar rats fed high fat diet. Especially, 10% chlorella intake decreased high blood glucose level by the increased insulin secretion which leads to induce translocation GLUT4 in high fat diet groups. Also, plasma insulin and serum leptin concentrations were lower in 10% chlorella intake. Chlorella increased the excretions of fecal lipids, and subsequently lower liver and serum total lipids, TG and total cholesterol contents. Therefore, 10% chlorella intake did not increase lipid level and was most effective for blood glucose regulation.