Effect of Aqueous Mulberry Leaf Extract on Glucose and Lipids Metabolism in Diet-Induced Overweight Animal Models

Abstract

본 연구는 고지방 또는 고탄수화물 식이로 과체중을 유도한 실험동물에서 열수 추출한 상엽의 섭취가 당대사 및 지질대사에 미치는 영향에 대해 알아보고자 수행되었다. 과체중과 인슐린 저항성 유도를 위해, 생후 5주령의 Sprague-Dawley종 수컷 흰쥐 48마리를 군당 16마리씩 정상식이군(AIN-93G), 고지방식이군(60% of energy as fat), 고탄수화물식이군(AIN-93G + 32% sucrose solution)으로 나누어 16주간 사육하였다. 16주에 과체중 유도 여부를 확인하고 꼬리 정맥으로부터 혈액을 채취하여 공복혈당과 인슐린을 측정하여 인슐린 저항성 지표인 HOMA-IR을 계산한 뒤, 각 군을 상엽 수준(0%, 5%)에 따라 다시 두 군으로 나누어 6주간 사육하였다. 상엽 추출물을 함유한 실험식이가 당대사에 미치는 영향을 알아보기 위한 지표로 공복혈당, 혈장 인슐린, HOMA-IR, 혈액의glycated hemoglobin (HbA1c), 혈장 C-peptide, 간과 근육의 글리코겐, 혈장, 간, 근육의 유리지방산 및 혈장 유리글리세롤을 측정하였다. 또한 실험식이가 지질대사에 미치는 영향을 알아보기 위해 신장주변지방, 부고환지방 및 갈색지방조직의 무게를 측정하고, 혈장의 총 지질, 중성지방, 총 콜레스테롤, HDL과 LDL콜레스테롤, 간과 변 내의 총 지질, 중성지방 및 총 콜레스테롤 농도를 측정하였다. 실험 시작16주 째 체중, 혈장 인슐린 및 HOMA-IR은 정상식이군보다 고지방식이군과 고탄수화물식이군이 유의적으로 높았다. 상엽을 함유한 식이를 6주간 공급한 후, 체중 증가량은 고지방식이군과 고탄수화물식이군 내 5% 상엽 추출물군이 0% 상엽 추출물군보다 유의적으로 낮았고 고탄수화물식이군 내 5% 상엽 추출물군은 0% 상엽추출물군보다 신장주변 지방 무게가 유의적으로 낮았다. 공복혈당과 HbA1c는 모든 군 간에 유의적 차이가 없었지만 고지방식이군과 고탄수화물식이군의 혈장 인슐린과 HOMA-IR은 5% 상엽 추출물군에서 유의적으로 낮았다. C-peptide농도는 일반식이군에 비해 고지방식이군이 유의적으로 높았지만 모든 식이 군의 상엽 추출물군 간에는 차이가 없었다. 간의 글리코겐 농도 역시 일반식이군에 비해 고탄수화물식이군이 유의적으로 높았지만 모든 식이 군의 상엽 추출물군 간에는 차이가 없었다. 간의 유리지방산 농도는 고지방식이군과 고탄수화물식이군이 정상식이군보다 유의적으로 높았으며 고지방식이군의 5% 상엽 추출물군이 0% 상엽 추출물군보다 유의적으로 낮았다. 혈장 내 총 지질, 중성지방, 총 콜레스테롤, HDL과 LDL 콜레스테롤 농도는 모든 식이의 상엽 추출물군 간의 유의적 차이는 없었지만 고지방식이군의 중성지방과 LDL 콜레스테롤 농도는 정상식이군과 고탄수화물식이군에 비해 유의적인 차이를 보였다. 간의 총 지질, 중성지방, 총 콜레스테롤 농도는 모두 고지방식이군이 정상식이군보다 유의적으로 높았다. 특히 간의 총 콜레스테롤 농도는 고지방식이군의 5% 상엽추출물군에서 유의적으로 낮음을 보였다. 변 무게는 정상식이군과 고지방식이군에 비해 고탄수화물식이군이 유의적으로 낮았지만 모든 식이군의 상엽 추출물군 간에는 차이가 없었다. 또한 변으로의 총 지질과 중성지방 배설은 모든 식이군 간, 상엽 추출물군 간의 유의적 차이를 보이지 않았지만 총 콜레스테롤 배설은 고지방식이군의 5% 상엽 추출물군에서 유의적인 증가를 보였다. 결론적으로 식이의 5% 수준으로 공급 한 상엽추출물의 섭취는 고지방 또는 고탄수화물 식이로 인해 높아진 혈장 인슐린 농도와 HOMA-IR을 낮추어 인슐린 민감성을 향상시켰으며, 체중 증가량도 낮추었다. 상엽추출물의 6주간 연구는 지질대사 개선에 뚜렷한 효과를 보이지 않았지만 변으로의 콜레스테롤 배설 통해 간의 콜레스테롤을 낮추어 콜레스테롤 대사를 향상시켰다. 그러므로 상엽 추출물이 포도당 흡수와 관련된 인슐린 작용 기전과 콜레스테롤 대사에 미치는 영향에 대해 좀 더 자세한 연구가 필요하다.;The aim of this study was to examine the effect of aqueous mulberry leaf extract (Morus alba L.) on glucose and lipids metabolism in diet-induced overweight (DIO) animal models. To induce overweight and insulin resistance, male forty eight four-week-old Sprague-Dawley rats were divided into three groups (n=16/group); normal diet group (NC; AIN-93G), high fat diet group (HF; 60% of energy as fat) and high sucrose diet group (HS; AIN-93G plus 32% sucrose solution) for 16 weeks. After confirming the difference in weight gain among high fat and high sucrose groups and control group, then rats in each group according to plasma insulin level were further divided into two subgroups (n=8/group) and fed 0% or 5% (w/w) MLE-containing diets respectively for further experiment of 6 weeks. Biomarkers to determine the effect of MLE-containing diets on glucose metabolism were fasting blood glucose, plasma insulin level, HOMA-IR, glycated hemoglobin (HbA1c), plasma C-peptide, glycogen of liver and muscle, free fatty acids (FFAs) of plasma, liver and muscle and plasma free glycerol. And biomarkers for lipid metabolism were epididymal fat pad, perirenal fat pad, brown adipose tissue weight, serum total lipids, triglyceride, total cholesterol, HDL and LDL cholesterol concentrations. The concentrations of total lipids, triglyceride and total cholesterol were also measured in liver and feces. At experiment 16 weeks, body weight, plasma insulin and HOMA-IR were significantly higher in the HF and HS groups than the N group. After MLE intake for 6 weeks, body weight change and body weight change per calorie intake of DIO model groups were not significantly differences, these were significantly lower in the 5% MLE treatment groups of HF and HS groups than those of the 0% MLE groups. Increased plasma insulin concentration and HOMA-IR level were not influenced by diet model, but these were significantly lower in the 5% MLE treatment groups of HF and HS groups than those of the 0% MLE groups. Blood HbA1c, C-peptide and glycogen of liver and muscle were not statistical significantly influenced by MLE treatment. Plasma FFAs was not significantly influenced by diet model, but it was significant difference between MLE treatment and non-treatment groups. Liver FFAs was significantly higher in the HF-C and HS-C groups than the N-C group, and it was significantly lower in the 5% MLE treatment group of HF group than that of the 0% MLE group. Although Plasma total lipids, triglyceride, total cholesterol, HLD and LDL cholesterol were not significantly influenced by MLE treatment, triglyceride and LDL-cholesterol of the HF-C group were significantly different compared with the N-C and HS-C groups. Liver total lipids, triglyceride and total cholesterol concentrations were significantly higher in the HF-C group than the N-C group, and total cholesterol concentration of the 5% MLE treatment group in HF group was significantly lower than that of the 0% MLE group. Fecal total lipids and triglyceride excretions showed no significant differences among DIO model groups. However, fecal total cholesterol excretion was significantly higher in the 5% MLE treatment group of HF group than that of the 0% MLE group. In conclusion, the results of this study in DIO animal models show that MLE intake significantly decreased plasma insulin concentration that increased by high fat or high sucrose diet and improved insulin sensitivities by reducing insulin resistance, also this decreased rats’ weight change that had taken high fat or high sucrose diet. MLE treatment for 6 weeks was not outstanding effects to improve lipid metabolism, but it was improved cholesterol metabolism of liver by increasing cholesterol excretion through feces. Therefore, further studies required to be carried out to clarify the effect of MLE on detailed insulin action mechanisms related to glucose uptake and cholesterol metabolism.