Effect of mulberry leaf extract on blood glucose control and bioavailability of 1-deoxynojirimycin in mulberry leaf extract

Abstract

이 연구에서는 뽕잎추출물의 혈당강하 효과와 뽕잎추출물 중 1-deoxynojirimycin (DNJ)의 bioavailability를 알아보기 위한 실험을 진행하였다. In vivo model로 male Sprague-Dawley rat을 사용하였고, in vitro test에서는 Caco-2 cell (human epithelial colorectal adenocarcinoma cell)로 장상피세포를 통한 glucose의 흡수를 측정하였다. 뽕잎추출물 중 DNJ가 당류의 흡수에 미치는 영향을 알아보기 위해, SD rat에게 maltose와 추출물을 함께 경구투여한 후에 혈당을 측정하였다. 그 결과 추출물을 먹인 그룹의 최고 혈당과 흡수속도가 낮아졌고 (p<0.05), 이는 추출물 중 DNJ가 이당류의 흡수에 영향을 미칠지도 모른다는 것을 보여주는 것이다. 다음으로 in vitro와 in vivo system를 이용하여 뽕잎추출물이 glucose의 흡수에 미치는 영향을 알아보았다. SD rat에게 뽕잎추출물과 DNJ compound를 농도를 달리하여 경구투여한 결과, 추출물을 제공한 그룹에서 농도에 따라 glucose uptake를 억제하는 효과를 보였으나 유의적인 차이는 없었다. 반면 DNJ compound를 경구투여한 그룹에서는 농도에 따른 차이가 없었다. 같은 효과를 연구하기 위한 in vitro test에서는 방사선 동위원소를 사용하여 glucose uptake를 측정하였다. 뽕잎추출물과 DNJ compound를 농도를 달리하여 처리한 결과, 추출물을 처리한 그룹에서 농도에 따른 glucose uptake 억제 효과를 보였다 (p<0.05). 그러나 Caco-2 cell에서 DNJ compound는 glucose uptake에 영향을 미치지 않았다. In vivo test와 in vitro test 결과를 종합해 보면, glucose absorption을 방해하는 성분은 DNJ가 아닌 뽕잎추출물에 함유되어 있는 다른 성분들이 될 수 있다. 그리하여 추출물의 pretreatment effect를 확인하기 위한 연구를 진행하였다. Glucose를 경구투여하기 30분 전에 뽕잎추출물을 먹였을 때, 뽕잎추출물을 glucose와 함께 경구투여한 그룹보다 Incermental Area Under the Curve (IAUC)가 유의적으로 감소하였다 (p<0.05). 그리고 In vitro test에서도 뽕잎추출물의 pretreatment에 따라 glucose uptake가 감소하는 효과를 보였다 (p<0.05). 뽕잎추출물 중 DNJ가 소장에서 당류의 소화와 흡수에 미치는 local effect와 달리, 흡수 후 systemic effect를 알아보기 위해 추출물 중 DNJ의 bioavailability에 대한 연구를 SD rat를 대상으로 진행하였다. 뽕잎추출물을 경구투여하고 30분 경과한 후 plasma 중 DNJ 함량은 최고수준을 보였고, 이때의 plasma 농도는 DNJ comound를 먹인 rat보다 추출물을 먹였을 때 더 낮게 나왔다. 즉, 뽕잎추출물은 in vivo model에서 이당류의 소화와 흡수를 억제하는 효과를 보이며, 단당류의 흡수를 억제하는 경향을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. 그리고 추출물은 Caco-2 cell에서 glucose의 uptake를 억제하였으나, DNJ compound는 이에 영향을 미치지 않았다. 뽕잎추출물이 glucose uptake를 감소시킨 연구결과를 바탕으로 추출물을 pretreatment 한 결과, in vivo와 in vitro model 모두에서 pretreatment에 따른 glucose absorption 억제효과가 나타났다. 이와 같은 local effect 외에도 DNJ systemic effect를 알아보기 위한 in vivo bioavailability test 결과 혈장에서 DNJ가 측정되었다. 앞으로 in vivo model 실험결과를 보완하기 위한 in vitro model 개발과, 흡수된 DNJ의 systemic effect를 알아보기 위한 연구가 추가적으로 필요하다.;The present study was performed to investigate the hypoglycemic effect of mulberry leaf extract (MLE) and the bioavailability of 1-deoxynojirimycin (DNJ) in MLE. Male Sprague-Dawley (SD) rats were used for in vivo assays. Caco-2 cell line, human epithelial colorectal adenocarcinoma cells, was chosen for the corresponding in vitro assays to predict the bioaccessibility of glucose across the intestinal epithelial cell barrier. In order to investigate the influence of DNJ in MLE on the absorption of sugars, we determined the uptake of glucose after administration of sugars with MLE. In SD rats, when MLE was loaded with maltose by gavage feeding, it showed that the peak height and the absorption rate of blood glucose were delayed (p<0.05). This result shows that DNJ in MLE may affect on absorption of disaccharides. Subsequently, effect of MLE on glucose absorption was assessed using in vivo and in vitro systems. In SD rats, Incermental Area Under the Curve (IAUC), the peak height and the rate of glucose absorption were dose-dependently decreased in the MLE treatment groups, although they were not statistically significant. Meanwhile, physiologically relevant concentrations of glucose and DNJ were calculated and used for all in vitro assays. Radio-labeled 2-deoxyglucose uptakes were measured at different concentration of MLE or DNJ compound in Caco-2 cells. Glucose uptake was decreased dose-dependently only in the MLE groups (p<0.05). DNJ compound did not affect glucose uptake. When MLE was administered 30 minutes before glucose loading, IAUC was significantly lowered compared with the non-treated control group in vivo study (p<0.05). Same results were observed in Caco-2 cells and total glucose uptake was decreased following pretreatment (p<0.05). To understand the systemic effect of DNJ, we assessed the bioavailability of DNJ in MLE. Average plasma DNJ concentration was 9.43 ± 1.98 umol/L 30 minutes after administration of MLE (3 mg/kg of body weight as DNJ). The peak time of DNJ in plasma was 30 minute and plasma DNJ level of rats fed MLE was lower than that of rats fed DNJ compound. A little excretion of DNJ was detected in urine. In conclusion, MLE reduced the peak height and slope of glucose after maltose ingestion. In Caco-2 cells, MLE decreased glucose uptake in a dose-dependent manner, but DNJ did not. Especially, pretreatment of MLE inhibited glucose absorption in an in vivo and an in vitro test. Since the bioavailability of DNJ was determined in vivo model, further studies are necessary to develop an in vitro model for bioaccessibility of DNJ and to investigate the systemic effect of absorbed DNJ.