Anti-obesity effect of Chrysanthemum morifolium in a high fat diet-induced obese rats

Abstract

Obesity is characterized as fat accumulation in white adipose tissue (WAT) due to the imbalance of energy metabolism. This study was conducted to investigate the anti-obesity effect of Chrysanthemum morifolium extract (CE) on a high fat diet-induced obesity in Sprague-Dawley (SD) rats. Three-week-old male rats were randomly divided into 4 groups; normal diet (NOR), high fat diet (HF, 45% kcal fat), HF with 0.2% Chrysanthemum morifolium extract (CEL) and HF with 0.4% Chrysanthemum morifolium extract (CEH). After 13 weeks of experiment, rats fed CEL and CEH significantly reduced final body weight without changing food intake and energy intake (p < 0.05). In Chrysanthemum morifolium supplemented groups, serum concentrations of triglyceride (TG), total cholesterol (TC), low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) and atherogenic index (AI) were significantly decreased (p < 0.05), however, fecal total lipids, TG and TC levels were not changed. In accordance with CE-decreased body weight, weights of WAT, epididymal WAT (eWAT) and retroperirenal WAT and adipocyte size were significantly reduced in CE supplemented groups, compared to the HF group (p < 0.05). CE significantly downregulated HF-increased WAT mRNA expression of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ) and sterol regulatory element binding protein 1-c (SREBP-1c), involved in adipogenesis. Moreover, CE supplementation decreased adipose tissue macrophage infiltration as observed by F4/80 IHC staining in epididymal WAT. Adipose M1 macrophage was ameliorate in CE groups by regulating mRNA levels of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and CD11c. In addition, CE supplementation significantly reduced eWAT mRNA levels of tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and monocyte chemoattractant protein 1 (MCP1) related to inflammation. Given the association between obesity and energy expenditure, in the present study, CEL and CEH groups showed higher energy expenditure than that of the HF group. High fat diet-induced mitochondrial morphological change was improved by CE supplementation. Furthermore, CE contains chlorogenic acid, cynaroside, luteolin-7-O-glucuronide, 3,5-dicaffeoylquinic acid and apigenin-7-O-glucoside, measured by UPLC. The water extracted CE contained 2630.63 ± 15.37 mg total bioactive compounds / 100g of sample. These results suggest that CE might have beneficial effects of obesity and its-accociated inflammation via modulating adipogenic and pro-inflammatory gene expression. Therefore, the CE might to be used as nutraceutical for the prevention of obesity.;비만은 에너지 대사 불균형으로 인해 지방 조직에 과잉 에너지가 지방 형태로 축적되며 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 고지방 식이로 유도된 비만 Sprague-Dawley (SD) 쥐에서 국화꽃 (Chrysanthemum morifolium) 열수 추출물의 항비만 효과에 대해 연구해보았다. 3주령의 수컷 SD 쥐를 일반 식이 (NOR), 고지방 식이 (HF), 고지방 식이에 0.2% (CEL), 또는 0.4% (CEH) 국화 추출물을 첨가한 식이를 총 13주간 공급하였다. 국화 추출물을 섭취한 CEL과 CEH 군에서 HF 군에 비해 체중이 유의적으로 감소하였다 (p < 0.05). 반면, 식이 섭취량과 에너지 섭취량은 그룹 간 변화가 없었다. HF군에 비해 국화 추출물을 섭취시킨 두 군(CEL, CEH)에서 혈액의 중성지방, 총 콜레스테롤, LDL-콜레스테롤 함량, 그리고 동맥경화지수가 유의적으로 낮아진 것을 알 수 있었다 (p < 0.05). 그러나, 변을 통해 배출된 총 지질의 양과 변의 TC, TG의 양은 HF 군과 비교하였을 때 유의적인 변화가 없었다. 이후, 국화 추출물에 의한 체중감소 효과를 규명하고자 국화 추출에 의한 백색지방 조직 변화를 확인하였다. 국화 추출물은 부고환 지방과 후복막 지방 조직을 포함한 전체 지방 조직 무게가 유의적으로 감소할 뿐만 아니라, H&E 조직염색을 통해 관찰하였을 때, 지방 조직의 수와 크기가 유의미하게 줄어들었다 (p < 0.05). 또한, 본 연구에선 지방조직에서 지방 축적과 관련된 주요 유전자들 (PPAR-γ, aP2, C/EBP-α, SREBP-1c)의 발현 비율을 측정하여 국화 추출물이 관여하는 메커니즘을 알아보았다. 국화 추출물은 백색지방 조직의 PPAR-γ와 SREBP-1c 유전자 발현을 유의적으로 감소시켰다 (p < 0.05). 이러한 결과들은 국화 추출물 섭취가 지방 축적 억제 메커니즘을 통해 항비만 질환을 예방할 수 있다는 가능성을 제시하였다. 비만으로 인한 만성 질환 염증은 대사성 질환을 야기하는 주요 원인으로 보고되기에 지방 조직 내 대식세포 침윤과 염증 관련 유전자 발현율을 조사하였다. F4/80 면역염색을 수행한 결과, 대식세포가 지방세포를 둘러쌈으로 인해 나타나는 crown-like structure가 HF군에서는 관찰되었으나 반면, CEL, CEH 군에선 관찰되지 않았다. 이와 더불어, 지방 조직의 염증 관련 유전자인 TNF-α, MCP1, iNOS, CD11c의 발현 또한 국화 추출물 투여군에서 HF 군에 비해 유의적으로 감소하였다 (p < 0.05). 따라서, 국화추출물이 비만관련 염증을 개선하는 것을 알 수 있었다. 비만은 흔히 과잉 에너지 섭취와 에너지 소모 부족으로 인한 에너지 불균형을 통해 발생되므로, 본 연구에서 에너지 소모율을 측정해보았다. 국화추출물 그룹인 CEL와 CEH에서 HF 군에 비해 유의적으로 에너지 소모율이 증가하였다. 뿐만 아니라, 근육 내 미토콘드리아의 수와 크기가 늘어난 것을 투과형 전자 현미경(TEM)을 통하여 관찰하였다. 본 연구들의 결과들을 종합하여 볼 때, 국화 추출물은 고지방 식이로 유도된 비만을 예방하는 기능성 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.