Effects of a plant-based multivitamin supplement on antioxidant capacity and metabolic analysis

Abstract

Our previous study suggested that daily use of plant-based multivitamin/mineral at nutritional dose (PM) might provide resistance to oxidative damage, preserving endogenous antioxidant system. The aim of this study was to confirm the previous findings and to understand the underlying mechanism using metabolomics technology in a randomized clinical trial of healthy subjects with a constantly low intake of foods rich in antioxidants and body fat percent higher than 20. Ninety-six eligible subjects were assigned to one of placebo and PM for 8 weeks. Eighty-four subjects completed the entire study and analyzed. Dietary intakes and lifestyles were monitored by mobile application and questionnaires during the study. Eight-week PM supplementation showed significantly decreased plasma ROS level and relieving tail length as DNA damage parameter, compared to placebo. Our study presented that PM treatment did not suppress SOD and GPx activity compared with placebo, despite reducing the ratio of GSH to GSSG. In endogenous metabolomics, moreover, 28 in plasma and 14 in urinary endogenous metabolites separated before and after 8-week PM supplementation. The exogenous levels of pantothenic acid in PM group after 8-week supplementation significantly increased in both plasma and urine, compared to placebo. Urinary folate and cyanidin 3-ruitnoside excretion were significantly higher than placebo. Based on these results, PM supplementation for 8 weeks significantly altered total six metabolic pathways by selected endogenous/exogenous. Taken together, the present study demonstrated that daily use of plant-based multivitamin/mineral for 8 weeks had beneficial effects in healthy subjects with a constantly low intake of foods rich in antioxidants and body fat percent higher than 20, in terms of ROS generation and DNA stability, without the attenuation of endogenous antioxidant defense system by changing oxidative stress related metabolism. The study protocols were approved by the Institutional Review Boards of Ewha Womans University (Seoul, Korea). The study was also registered in the International Clinical Trials Registry Platform of the WHO with the following identification: KCT0002055.;본 연구에서는 식물추출물을 함유한 종합 비타민/무기질(PM)의 항산화능을 평가하고 대사체 분석을 통해 그 기전을 알아보기 위한 실험을 진행하였다. 본 연구는 8주간, 무작위배정, 이중맹검, 평행설계, 대조식품 비교 시험으로 진행되었으며, 모든 과정은 이화여자대학교 IRB에 따라 진행되었다. 연구대상자는 산화 스트레스가 높은 건강한 만 25세 이상, 70세 미만의 성인 남녀로 체지방률이 20% 이상인 96명을 모집하였다. 연구 참여 기준에 의해 적합하다고 판정된 연구대상자는 식이지침을 통하여 항산화 능력이 높은 식품의 섭취를 일정하게 제한하도록 2주 이상의 run-in 기간을 가졌다. 2주 후 연구대상자들은 무작위 배정을 통해 PM섭취군 또는 대조군으로 각 48명씩 배정되었으며, 8주 간 시험/대조식품을 섭취방법에 맞게 섭취하였다. 연구대상자의 혈액과 소변은 0주, 8주차에 공복상태에서 수집되었다. 8주 간의 중재를 모두 완료한 대상자는 군 당 42명씩이었으며, 8주 간 항산화능의 전후 차이를 기능성 평가지표를 통해 측정되었다. 대조군과 비교하여 시험군에서 8주 후 혈장 ROS 활성도가 유의적으로 감소하였으며 (p = 0.018), comet assay를 통해 구한 DNA 손상 지표 중 alkaline tail length가 유의적으로 감소하였다 (p = 0.042). 지질과산화 지표인 혈장 MDA, 소변 MDA 및 혈중 ox-LDL와 다른 DNA 손상지표인 소변 8-OHdG에서는 유의적인 차이가 없었다. PM 섭취에도 불구하고 내인성 항산화 효소인 SOD와 GPx 활성도는 8주 후에도 억제되지 않고 유지되었다 (p = 0.235, p = 0.608). 반면에, GSH와 GSSG의 비는 대조군 대비 8주 후 시험군에서 유의적으로 감소하였다 (p = 0.002). PM 섭취로 인한 내인성/외인성 대사체 변화를 크로마토그래피 분석법으로 측정하였다. 내인성 대사체 분석 결과, 28개의 혈장 대사체와 14개의 소변 대사체에 의해 PM 섭취의 전후가 구분 지어졌다. 외인성 대사체 분석을 통해 PM의 섭취로 혈장과 소변의 pantothenic acid의 수준이 유의적으로 증가하였으며 (p = 0.007), 소변에서 엽산 (p = 0.025)과 Cyanidin 3-ruitnoside (p = 0.005)의 배출이 유의적으로 증가한 것을 알 수 있었다. 유의적으로 차이를 보인 대사체를 바탕으로 항산화 관련 대사 경로가 변화하였음을 확인하였다. 따라서, 체지방률이 20% 이상이며 산화 스트레스가 높은 건강한 성인 남녀에서 식물추출물을 함유한 종합 비타민/무기질의 섭취는 내인성 항산화 시스템을 무너뜨리지 않고, 체내 ROS 생성을 감소시켜 DNA수준에서 항산화 효과를 가짐을 확인할 수 있었다.