Hypoglycemic Effect of Mulberry Leaves in Goto-Kakizaki and Wistar Rats

Abstract

This study was performed to examine the hypoglycemic effect of dried powder (MLP) and hot water extract (MLE) of mulberry leaf (Morus alba L.) in the spontaneous non-obese animal model for type II diabetes in Goto-Kakizaki (GK) rats. For the first experiment, MLP was mixed with diets by 10% (w/w) and administered to GK rats and its corresponding normal Wistar rats for 8 weeks. Carbohydrate, fat, protein, and fiber in MLP were all compensated and there were no differences in dietary fiber, major nutrient and total calories among experimental diets. The content of 1-deoxynojirimycin (1-DNJ), the marker compound of MLP, was about 50 mg%. Average intake of MLP was 7.07±0.13g/day and it was calculated 3.23±0.20mg/day as 1-DNJ in 10% group. The following biomarkers were measured in plasma : The oral glucose tolerance test (OGTT), Fasting Blood Glucose (FBG), Glycated hemoglobin (HbA1c), plasma insulin, Advanced Glycation End products (AGEs), Triglyceride (TG), Free fatty acids (FFA) and C-Reactive Protein (CRP). Insulin resistance (HOMAIR) was calculated using FBG and plasma insulin. The MLP did not affect the incremental area under the curve (IAUC), peak height, and peak time of OGTT. FBG, insulin, HbA1c, and AGEs in plasma were not also changed significantly by the intake of MLP (p>0.05). However, insulin and HOMA-IR seemed to be decreased by MLP. The serum TG of the 10% MLP group showed a tendency to decrease when compared with that of 0% MLP group. (p=0.07). Concentrations of plasma FFA of the 10% MLP did not present significant alteration in concentrations of plasma FFA, but concentrations of plasma FFA of the 10% MLP group were slightly lower than those of the 0% MLP group. The levels of plasma CRP of the 10% MLP group showed a tendency to decrease when compared with the 0% MLP group (p=0.08) of diabetic GK rats. Concentration of plasma 1-DNJ was determined by gas chromatograph equipped with time-of-flight (GC-TOF). During the fasting state for 12 hours, 1-deoxynojirimycin was not detected. For the second experiment, single doses MLE with and without maltose or glucose were administered consecutively by gavage feeding in GK rats and normal Wistar rats. The intake of 1-DNJ was increased two times (6mg/day) compared with the first experiment. Blood glucose levels were determined from the tail vein at 0, 15, 30, 45, 60, 120 and 180 minutes. Although IAUC and peak time did not show statistical difference, peak height showed a tendency to reduce (p<0.1) when MLE was administered simultaneously with maltose. Glucose absorption rate measured at 30 minute was also reduced significantly by administration of MLE (p<0.01). In conclusion, the results of this study in GK and normal Wistar rats show that MLP (which was fed at the maximum contents as experiment diet) did not clearly indicate the effect of hypoglycemia. It seems to be related with the low contents of 1-deoxynojirimycin in MLP or lower bioavailability of 1-deoxynojirimycin due to matrix effect. In addition, in spite of high contents of dietary fiber in MLP, the effect of dietary fiber was not apparent because of compensation dietary fiber. However, MLE (that has higher dietary fiber and 1-deoxynojirimycin contents than MLP) shows hypoglycemic effect on OGTT and test of glucose absorption rate. Therefore, further studies to perform chronic experiment on MLE are required to be carried out to clarify the effect of blood glucose controls. Also the mechanism and dose response effect on the MLE needs to be identified in future.;본 연구는 비비만형 제 2형 당뇨를 가진 동물 모델인 Goto-Kakzaki 흰 쥐에서 뽕잎(MorusalbaL.)건분과 추출물의 혈당 조절 효과를 알아보기 위해 수행되었다. 첫 번째 실험에서는 뽕잎 건분을 실험식이에 10% (w/w) 혼합하여 GK 종과 Wistar 종 흰쥐에게 8주 동안 먹였다. 탄수화물, 지방, 단백질, 식이섬유는 뽕잎 건분에서 모두 보정하였고, 식이섬유, 주 영양소, 총 열량은 실험 식이간의 차이가 없었다. 뽕잎 건분의 지표 물질인 1-deoxynojirimycin (1-DNJ) 의 함량은 약 50mg%이었다. 10% 그룹에서 뽕잎 건분의 섭취량은 7.07±0.13g/day이고, 1-DNJ로써 평균 섭취량은 3.23±0.20mg/day으로 계산되었다. 혈장에서는 다음과 같은 측정 지표들을 측정하였다. 경구 당부하 검사(the oral glucose tolerance test), 공복혈당(FBG), glycated hemoglobin (HbA1c),혈장 인슐린, Advanced Glycation End products (AGEs), 중성지방 (TG), 유리지방산(FFA)과 C-Reactive Protein (CRP) 을 측정하여 GK 종과 정상군인 Wistar 종을 비교하였다. 인슐린 저항성(HOMA-IR)은 공복혈당과 혈장 인슐린을 가지고 계산하였다. 그 결과 뽕잎 건분은 경구 당부하 검사에서 양의 포도당 반응 면적 (IAUC), 최고 혈당 (Peak height), 최고 시간 (Peak time)에 영향을 미치지 않았다. 또한 혈장 내 공복혈당, 인슐린, HbA1c와 AGE는 뽕잎 건분 섭취에 따라 유의적인 변화를 보이지 않았다. (p>0.05) 그러나 뽕잎 건분에 의해 단지 인슐린과 인슐린 저항성에서 약간의 감소를 보였다. 10% 뽕잎 건분 그룹의 혈청 지질은 0% 뽕잎 건분 그룹보다 감소하는 경향을 나타냈다. 혈장 유리 지방산 농도는 뽕잎 건분 섭취의 영향을 받지는 않았지만 10% 뽕잎 건분 그룹이 GK 종과 Wistar 종 모두에서 대조군보다 낮았다. 혈장 CRP 농도의 경우에는 GK 종에서 0% 뽕잎 건분 그룹과 비교해 보았을 때 10% 뽕잎 건분 그룹이 더 낮은 경향을 보였다. 혈장1-DNJ의 농도는 time-of-flight를 갖춘 gas chromatograph (GC-TOF) 측정하였는데 12시간 공복 상태에서 1-deoxynojirimycin은 발견되지 않았다. 두 번째 실험은, 맥아당 또는 포도당을 단일로 주거나 맥아당 또는 포도당을 뽕잎 물 추출물과 혼합하여 GK 종과 정상군 Wistar 종의 흰 쥐에게 주었다. 1-deoxynojirimycin의 섭취는 첫 번째 실험과 비교했을 때 2배(6mg/day) 증가하였다. 혈당 수치는 꼬리 정맥혈에서 0분, 15분, 30분, 45분, 60분, 120분, 180분에 측정하였다. 뽕잎 물 추출물을 맥아당과 함께 주었을 때 양의 포도당 반응면적과 최고 시간에서는 유의적으로 차이가 없었지만 최고 혈당은 감소되는 경향을 보였다. (p<0.1)30분에 측정한 포도당 흡수율은 뽕잎 물 추출물을 경구 투여한 실험에서 또한 유의적인 감소를 보였다. (p<0.05) 결론적으로 실험 식이로써 최대한의 양을 준 뽕잎 건분에서의 혈당 조절 효과는 명확하게 나타나지 않았다. 뽕잎 건분의 낮은 1-deoxynojirimycin의 함량과 1-deoxynojirimycin의 생물학적 이용 가능성을 낮춘 다른 물질들의 효과들이 첫 번째 실험에 영향을 미친 것 같다 또한 식이섬유 보정으로 인해 숨겨진 식이섬유의 효과와 관련이 있는 것 같다. 그러나 1-deoxnojirimycin과 식이 섬유의 함량이 높은 뽕잎 물 추출물에서는 혈당조절의 효과가 나타났다. 그러므로 후속 연구에서는 혈당 조절 효과를 알아보기 위해 뽕잎 물 추출물의 장기간의 반복적인 실험이 시행되어야 하고, 뽕잎 추출물의 용량에 따른 효과와 기전에 대한 연구도 실시되어야 할 것으로 본다.