Effects of corn gluten hydrolysate on time-course metabolic changes and hypothalamic appetite control in high-fat diet-induced obese rats

Abstract

This study was performed to investigate the mechanism of corn gluten hydrolysate (CGH) on body weight loss in high-fat diet-induced obese (DIO) rats. First we determined the metabolic changes in the liver, muscle, and adipose tissue occurring at multiple time points during eight weeks after CGH administration. The DIO rats were characterized as high proportion of fat mass (perirenal, P=0.0301; epididymal fats, P=0.0119), accumulation of lipids in the liver (total lipids, P<.0001; triglyceride, P=0.0019; and cholesterol, P=0.0001), elevated plasma leptin (P=0.0160). When CGH administered to the DIO rats, food intake was remarkably decreased after 1 week (P<.0001). Body weight, hepatic triglyceride, and leptin were significantly decreased after 2 week (P=0.0036, <.0001, and 0.0343, respectively). Hepatic total lipid and epidydimal fat were decreased after 4 week (P=0.0002, and 0.0469, respectively). Hepatic cholesterol, perirenal fat and insulin were significantly reduced after 6 week (P<.000.1, 0.0014, and 0.0039, respectively). Finally, HOMA-IR and OGTT were significantly improved in rats fed CGH at 7 week treatment (p=0.0254, and 0.0532, respectively). Moreover, to gain a better understanding of how leptin regulate appetite genes in hypothalamus, we determined the changes of genetic markers in hypothalamus in DIO rats at intervals of 2 weeks over 8 weeks after CGH administration. We also examined the acute (7 day) effect of CGH on the body weight, food intake and genetic markers of the leptin action in lean rats. Although body weight and food intake were reduced from 1 week, no consistent changes were obtained in DIO rats, CGH administration in lean rats acutely reduce food intake, body weight, and perirenal fats (P=0.0359, 0.5475, and 0.0012, respectively), along with down-regulating mRNA expression of NPY in hypothalamus (P=0.0134). These findings extend recent evidence for anti-obesity effect of CGH from regulating energy metabolism to appetite control by exhibiting the combination of reduced circulating plasma leptin levels and increased responsiveness to the genetic markers, resulting in the suppression of food intake and the induction of weight loss.;본 연구에서는 시간별 바이오마커 측정을 통한 옥수수 글루텐 가수분해물의 항비만 기전과 시상하부의 식욕조절에 대해 알아보았다. 선행연구에서 옥수수 글루텐 가수분해물을 섭취하는 것은 비만 쥐의 체중을 감소시키는데 효과적인 영향을 미치는 것을 확인하였기에, 시간별 측정 (0,2,4,6,8주)을 통해 체중 감소의 기전을 밝히고자 하였다. 13주의 고지방 식이로 비만을 유도한 쥐는 정상식이 군에 비해 체중 및 부고환지방, 신장 주변지방 무게가 유의적으로 높았다. 또한 간의 총 지질, 중성지질함량, 콜레스테롤함량과 혈중 렙틴 수치가 고지방식이 군에서 유의적으로 높았다. 고지방식이군의 단백질 급원을 옥수수 글루텐 가수분해물로 대체한 실험군에서 실험물질 섭취 후, 1주차부터 식이섭취량이 급격히 감소하였고, 식이섭취량의 감소와 더불어 2주차에는 체중이 정상식이군과 같은 수준으로 떨어졌고, 간의 중성지질과 혈중 렙틴의 함량이 유의적으로 감소하였다. 4주차에는 간의 총 지질과 지방 조직 무게가 유의적으로 감소하였고, 6주차부터 인슐린 수치가 정상화되면서 7주차에 경구당부하에서 area under the curve (AUC)는 실험군에서 가장 감소하였다. 8주차에는 인슐린 저항성 지표인 HOMA-IR에서 개선이 되었고, 혈당 대사를 향상시키는 호르몬인 아디포넥틴의 수치가 크게 증가하였다. 옥수수 글루텐 가수분해물을 섭취한 군의 항비만 바이오마커를 시간별로 측정결과, 실험식이를 섭취했을 때, 식이 섭취의 감소가 가장 빠른 신호가 되어 체중, 지방이 줄어들고 지질대사와 당대사 개선의 순서로 항비만에 긍정적인 효과가 나타났다. 이에 식이섭취량과 혈중 렙틴의 변화에 초점을 두고, 옥수수 글루텐 가수분해물의 식욕조절에 대해 알아보기 위해 시상하부에서 식욕 조절유전자 변화를 관찰하였다. 8주간의 옥수수 글루텐 가수분해물을 섭취한 비만 쥐에 있어서는 식이섭취 감소 및 체중변화가 있었지만 식욕 조절 유전자에서는 어떠한 경향과 패턴을 찾을 수 없었다. 그러나 옥수수 글루텐 가수분해물을 1주일간 섭취한 정상상태의 쥐에서는 식이섭취 감소 및 지방 무게가 유의적으로 감소하였고, 체중은 감소하는 경향을 보였다. 또한 식욕 조절 유전자 중 식욕 유발 유전자로 알려진 NPY의 발현이 유의적으로 감소하였다. 본 연구를 통하여 옥수수 글루텐 가수분해물을 섭취함으로써 혈중 렙틴이 시상하부에서 식욕관련 유전자를 조절하여 식이섭취량의 감소를 일으킨 것을 알 수 있었고 식이섭취량의 감소가 체중 및 지방조직, 지질대사, 당대사에 긍정적인 영향을 미치는 것을 보았다. 이러한 옥수수 글루텐 가수분해물 섭취에 의한 체중저하 효과는 식물성 단백질을 이용한 가수분해물의 항비만 소재로서의 가능성을 보여주었다.