Green tea and java pepper mixture enhances colonic epithelial barrier function and inhibits inflammation in dextran sulfate sodium-induced colitis in mice

Abstract

This study was conducted to investigate the preventive effects of green tea and java pepper mixture (GP) in dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in mice model. Eight-week-old male C57BL/6J mice were randomized and divided into 5 groups (n = 6 / group); NOR group, drinking normal water + normal water orally once daily; DSS group, DSS water + normal water orally once daily; GP50 group, DSS water + 50 mg/kg body weight (bw) GP orally once daily; GP100 group, DSS water + 100 mg/kg bw GP group orally once daily; GP200 group, DSS water + 200 mg/kg bw GP orally once daily. The oral administration of GP was given at 2 weeks throughout the experiment, and water containing 3% (w/v) DSS initiated after 1 week. After 2 weeks of the experiment, GP had no significant effect on hepatotoxicity in all groups. GP100 and GP200 groups were significantly increased body weight and colon length compared to DSS group (p < 0.05). Also, the disease activity index (DAI) score significantly decreased in GP100 and GP200 groups compared to DSS group (p < 0.05). Through the histopathological analysis of the stained colon tissue, GP was confirmed to have an inhibitory effect on the daamage to the colon. The expression of tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin 1 beta (IL-1β), and inducible nitric oxide synthase (iNOS) were increased in DSS group but in GP100 and GP200 groups were significantly decreased (p < 0.05), also the expression of interleukin 6 (IL-6) was significantly decreased in GP100 group (p < 0.05). In addition, nitric oxide (NO) in serum was significantly decreased in GP100 and GP200 groups (p < 0.05). This is the result of analyzing the tight junction protein occludin and zonula occludens-1 (ZO-1), through immunochemistry and gene expression in colon tissue. It was confirmed that occludin and ZO-1 were more expressed in GP supplemented groups than DSS group by immunochemistry. The gene expressions of occludin and ZO-1 in GP100 and GP200 groups were significantly increased compared with that of DSS group (p < 0.05). These results suggest that GP is thought to be a functional food that has a preventive effect on colitis by inhibiting pro-inflammatory cytokines and dysfunction of colonic epithelial barrier.;해당 연구는 대장염을 일으키는 DSS를 섭취한 마우스에게 발생되는 염증에 대한 녹차 자바 후추 복합물의 예방 효과를 연구하고자 수행되었다. 8주령의 수컷 C57BL/6계 마우스를 무작위로 5개의 군(NOR: 일반 음용수를 경구투여한 군, DSS: 3 % dextran sulfate sodium(DSS)와 일반 음용수를 경구투여한 군, GP50: 3 % DSS와 50mg/kg bw의 녹차 자바 후추 복합물을 경구투여한 군, GP100: 3 % DSS와 100mg/kg bw의 녹차 자바 후추 복합물을 경구투여한 군, GP200: 3 % DSS와 200mg/kg bw의 녹차 자바 후추 복합물을 경구투여한 군)으로 나누어 2주간 녹차 자바 후추 복합물을 경구 투여하였고 마지막 1주간 DSS를 섭취시켜 동물 실험을 진행하였다. 매일 체중과 DAI 점수를 측정하였고, 1주, 2주째에 식이 섭취량과 물 섭취량을 측정하였다. 희생 전날 변을 얻었고 희생 후 혈액과 대장을 얻었다. 혈액과 변을 분석하였으며, 대장에서 유전자 발현을 분석하였다. 실험 결과, 간 독성 수치는 그룹 간의 유의적인 차이가 없었지만 DSS 군에 비해 녹차 자바 후추 복합물을 투여한 군에서 체중과 대장의 길이가 증가하였고 DAI 점수가 감소하였다. 염색된 대장 조직의 형태학적 분석을 통해 녹차 자바 후추 복합물이 대장의 손상에 대한 예방 및 억제효과를 확인하였다. 염증 관련 유전자인 Tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin 1 beta (IL-1β), interleukin 6 (IL-6) 및 inducible nitric oxide synthase (iNOS)의 발현은 DSS 군에서 증가하였으나, 녹차 자바 후추 복합물을 투여한 군에서 유의적으로 감소하였다. 또한 혈청에서의 nitric oxide (NO)는 녹차 자바 후추 복합물을 투여한 군에서 유의적으로 감소하였다. 장 결합 기능을 하는 occludin과 zonula occludens-1 (ZO-1)을 대장 조직의 면역화학염색과 유전자 발현을 분석하였다. 면역화학염색 결과, 녹차 자바 후추 복합물을 섭취한 group에서 occludin과 ZO-1이 DSS 군보다 많이 나타난 것을 확인하였다. 또한 녹차 자바 후추 복합물을 투여한 군에서 occludin과 ZO-1의 유전자 발현이 DSS 군과 비교하여 유의적으로 증가하였다. 위 분석 결과를 토대로, 녹차 자바 후추 복합물은 대장에서 장 결합 기능 및 염증 관련 유전자를 억제시킴으로써 장벽 기능을 향상시켜 염증성 대장염의 예방 효과가 있는 천연 기능성 식품 소재라고 사료된다.