Effects of Pueraria lobata/Rehamannia glutinosa supplement and exercise on metabolic dysfunctions in ovariectomized rats

Abstract

There is a fair amount of evidence showing that increased risks of obesity and insulin resistance are associated with postmenopausal state, but can be modulated by diet and exercise. In this study, we explored whether supplementation of Pueraria lobata/ Rehmannia glutinosa combination (PR) and/or aerobic treadmill exercise can modify the metabolic changes associated with estrogen deficiency. Seventy rats were randomly assigned to seven treatment groups for 8 weeks: sham-operated (SHAM), ovariectomized (OVX) control, OVX + PR (200 or 400 mg/kg/day), OVX + exercise (EX), and OVX + EX + PR (200 or 400 mg/kg/day). The PR was fed by gavage and aerobic treadmill was used for loading exercise. OVX induced significant increases in body weight, food intake, fat mass, LDL-cholesterol, and fasting blood glucose, confirming induction of menopausal symptoms. PR supplement and/or exercise significantly suppressed the above changes through different regulatory elements in adipose tissue: PR supplements down-regulated gene expression of leptin, whereas exercise up-regulated gene expression of adiponectin and insulin receptor. Furthermore, FOXO and GLUT4 translocation were improved by PR supplement and/or exercise. OVX-induced atrophy of uterine was significantly improved by PR supplementation. Furthermore, Taken together, the results in this study suggest that PR supplements has a potential to provide health benefits in menopausal women through leptin and adiponectin secretion without significant side effects. Furthermore, the data suggest that combination of exercise and PR would have additive effects on metabolic dysfunction associated with estrogen deficiency.;본 연구에서는 난소 적출 모델이 인슐린 저항성과 지질대사에 관련이 있을 것으로 가정하고, 갱년기 동물 모델 유도 후 갈근/지황 복합 추출물과 운동이 이상지질혈증과 인슐린 저항성에 대한 개선의 효과가 있는지 알아보았다. Sprague-Dawley (SD)계 암컷 흰 쥐 (180-200g)에 난소적출 수술을 시행하여 갱년기 모델을 만들고 8주 동안 물질과 운동을 시행하였고 난괴법으로 10마리씩 7군으로 분류하였다. 흰 쥐에서 난소적출에 대한 확인으로 실험대조군 (SHAM/n=10)을 포함, 운동과 시험물질 2요인 디자인으로 물질투여군 3그룹 (0, 200, 400mg/kg B.W) X 운동군 2그룹(aerobic exercise/non-exercise), 총 6그룹이 난소적출을 한 실험군에 포함되었다. 식이는 8주간의 실험결과에서 체중 및 체중증가량, 식이섭취량, 지방조직의 무게가 SHAM군에 비하여 PR0군에서 유의적으로 증가한 것으로 보아 갱년기 모델 유도가 되었음을 확인하였다. 물질과 운동의 중재로 인해 PR0 군에서 증가한 체중, 식이섭취량 및 지방의 증가를 유의적으로 감소시킴을 확인하였다. 혈장 지질수준은 LDL-C이SHAM군에 비하여 PR0 군에서 유의적으로 증가함으로 보아 난소적출로 인한 이상지질혈증을 확인하였다. 물질투여군 에서는 증가된 지질수준을 감소시켜줌을 확인하였다. 혈장 지질수준 이외에 지방에서 분비되는 leptin과 adiponectin의 발현정도를 보았는데 Leptin의 발현은 SHAM군에 비하여 PR0 군에서 유의적으로 증가함을 확인하였고, PR0 군에서 증가된 leptin의 발현을 물질투여와 물질을 투여한군에서 유의적으로 감소시켰다. Adiponectin 의 발현은 SHAM과 PR0 군간 유의적인 차이는 없었지만 PR0 군에서 감소된 adiponcetin의 발현을 물질투여와 함께 운동을 병행한 군에서 유의적으로 발현을 증가시킴을 확인하였다. 즉, Adiponectin은 운동을 병행한 군에서 발현정도를 증가시켰다. 혈중 지질에서는 운동의 개선효과가 크지 않았으나, 지방에서 분비되는 관련 유전자의 발현 정도를 보았을 때 물질과 더불어 운동이 인슐린 저항성을 개선시켜 줌을 확인하였다. 에스트로겐의 감소는 이상지질혈증과 인슐린 저항성을 일으키는데, 본 실험 에서도 난소적출 쥐에서의 인슐린 저항성을 확인하기 위해 혈중에서 fasting blood glucose (FBG), insulin과 C-peptide의 분비량을 보았고, 각 조직에서 insulin receptor의 영향이 있는지 유전자 발현정도를 보았다. 혈중 FBG는 SHAM군에 비하여 PR0군에서 유의적으로 증가하였고, 증가된 물질투여군과 물질투여와 함께 운동을 병행한 군에서 유의적으로 감소시켰다. 그러나 혈중 inlulin 과C-peptede의 분비는 군간 유의적인 차이가 없었다. 각 조직에서의 insulin receptor를 확인한 결과 지방에서 SHAM 과 PR0 군에서 유의적인 감소는 없었지만, PR0 군에 비하여 운동을 한 군에서 insulin receptor의 발현을 증가시켰다. 이는 물질에 비하여 운동이 insulin receptor의 발현정도를 증가시켰다고 생각된다. 본 실험에서는 물질투여로 인한 개선의 효과를 확인할 수 있었으나 물질투여를 병행하지 않은 운동 단일의 효과는 크지 않았다. 이는 운동이 갱년기 모델에서 너무 과도하게 작용하여 갱년기 대사에 대한 개선효과가 미비하지 않았나 생각된다. 근육에서의 FOXO 단백질은 갈근/지황 복합추출물과 운동의 병행이 FOXO 단백질의 핵으로의 이동을 억제함으로써 OVX 에서 유도되는 인슐린 저항성을 억제시킴을 확인하였고, GLUT4 또한 물질과 운동군에서 세포막에 GLUT4가 강하게 발현되고 있음을 확인하였다. 갈근/지황물질에 대한 안전성 지표로 자궁의 무게를 측정하였고, 자궁의 istology와 함께 자궁의 두께를 측정하였다. 자궁무게와 두께는 PR0군에서 감소하였으나 추출물의 섭취로 인해 자궁의 무게와 두께가 유의적으로 증가하였고, 이는 운동과 병행시 보다 추출물 단독의 효과가 더 컸으며 물질 고용량군에서 증가가 가장 높았다. 이로써 본 연구결과는 갈근/ 지황 복합 추출물이 인슐린 저항성으로 오는 이상지질 현상과 고혈당의 개선에 효과가 있음을 보여줬다. 하지만 인슐린의 분비능과 sulin receptor의 발현 및 이에 대한 개선을 확인하지 못했다. 이러한 결과는 난소 적출 모델에서 인슐린 저항성이 유도되었으나 인슐린 분비능까지 영향을 주지 못한 것으로 생각된다. 추 후 연구에서는 동물 유도 모델에 대한 보완과 현상 확인 과 더불어 그에 대한 기전연구, 또한 갈근/지황 복합추출물이 에스트로겐 가능성 물질로 작용할 수 있는 가능성에 대한 추가적인 기전연구가 필요할 것으로 사료된다.