Ecklonia cava polyphenol reduces body fat in relation to gut microbiota alteration in overweight and obese subjects

Abstract

A previous clinical study reported that Ecklonia cava polyphenol (seapolynol) exerts beneficial effects on reducing body fat and oxidative stress in subjects with abdominal obesity. In addition, metabolomics analysis of urine samples from participants with a body mass index (BMI) higher than 25 kg/m2 and lower than 30 kg/m2 to investigate the effect of seapolynol intake showed that the levels of riboflavin, urocanic acid, 5-hydroxy-6-methoxyindole glucuronide, and guanidino valeric acid in metabolomics profiling were significantly increased in the seapolynol intake group compared with the placebo group. In particular, riboflavin was clearly associated with BMI, body weight, fat mass, and percent body fat. These findings of metabolomics analysis suggest that the decreased body fat induced by the intake of seapolynol was related to an increase in the antioxidant effect of riboflavin. However, the link with gut microbiota remained unknown. Thus, we conducted this study aiming to investigate the seapolynol-induced alterations in gut microbiota and its relationship with the metabolic pathways in overweight and obese subjects. In this secondary analysis, 40 (n=20 for placebo and n=20 for seapolynol group) subjects, anthropometric measurements, and clinical parameters were randomly extracted from a randomized, controlled clinical trial, where 63 completed subjects have treated either placebo or 360 mg/day seapolynol for 12 weeks. Fecal samples of 40 subjects collected at the baseline and the endpoint from a previous study were analyzed. The results of 16S rRNA analysis revealed that no significant difference was observed in the alteration of alpha and beta diversity between the two groups throughout the study. However, the seapolynol consumption significantly reduced in the relative abundance of Firmicutes/Bacteroidetes ratio, showing a significant increase from the placebo group. Tax4Fun analysis for functional prediction of gut microbiota demonstrated that the seapolynol group had significantly enriched pathways involved in the M00637 (Anthranilate degradation, anthranilate => catechol), M00128 (Ubiquinone biosynthesis, eukaryotes, 4-hydroxybenzoate + polyprenyl-PP => ubiquinol), M00032 (Lysine degradation, lysine => saccharopine => acetoacetyl-CoA), and M00020 (Serine biosynthesis, glycerate-3P => serine) at level 3 of KEGG pathways. In conclusion, Ecklonia cava polyphenol ‘seapolynol’ intake for 12 weeks might reduce body fat in relation to gut microbiota alteration by improving the functional pathway of lipid-related metabolism in overweight and obese subjects.;기존 임상 연구에서 Ecklonia cava 폴리페놀 성분인 '씨폴리놀'은 복부비만 대상자들에게 체지방과 산화 스트레스 감소에 유익한 효과를 나타냈다. 또한 체질량 지수 25 kg/m2 이상 30 kg/m2 미만인 대상자의 소변 샘플에 대한 대사체 분석 결과를 통해 씨폴리놀 섭취의 효과를 조사한 결과, 대사물 프로파일링에서 시험군의 riboflavin, urocanic acid, 5-hydroxy-6-methoxyindole glucuronide, guanidino valeric acid의 수치가 대조군에 비해 크게 증가했다. 특히 riboflavin은 체질량지수, 체중, 체지방량, 체지방률과 연관이 있었다. 이러한 대사체 분석 결과는 씨폴리놀 섭취로 인한 체지방 감소가 riboflavin의 항산화 효과 증가와 관련이 있음을 시사했다. 하지만, 씨폴리놀의 섭취와 장내 미생물과의 연관성은 아직 알려지지 않았다. 따라서, 우리는 과체중 및 비만인 대상자들에게 씨폴리놀 섭취에 의한 장내 미생물의 변화와 대사 경로와의 관계를 조사하기 위해 본 연구를 수행하였다. 본 2차 분석에서 총 40명 (대조군과 씨폴리놀 섭취군 각각 20명)의 대상자는 이전 임상 시험에서 완료된 63명의 대상자에서 무작위로 추출되었으며, 이전 시험에서 대상자들은 12주 동안 대조 식품 또는 씨폴리놀 360 mg/일을 섭취했다. 총 40명의 대상자의 분변 샘플은 이전 연구의 0주와 12주에서 수집되었다. 16S rRNA 분석 결과, 연구 내내 두 그룹 간의 알파 및 베타 다양성 변화의 유의미한 차이는 관찰되지 않았다. 하지만 씨폴리놀 섭취로 Firmicutes/Bacteroidetes 비율이 유의미하게 감소되었으며 (β = −6.2, p = 0.008), 동시에 대조군 그룹에서는 유의미한 증가를 보였다 (p = 0.005). 장내 미생물의 기능 예측을 위한 Tax4Fun 분석은 KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) 레벨 3 경로에서 씨폴리놀 그룹이 M00637 (Anthranilate degradation, anthranilate => catechol), M00128 (Ubiquinone biosynthesis, eukaryotes, 4-hydroxybenzoate + polyprenyl-PP => ubiquinol), M00032 (Lysine degradation, lysine => saccharopine => acetoacetyl-CoA), M00020 (Serine biosynthesis, glycerate-3P => serine)과 같은 총 4개의 모듈 수준 대사 경로가 대조군과 비교해 풍부하다는 것을 확인했다. 결론적으로, Ecklonia cava의 폴리페놀 성분인 ‘씨폴리놀’의 12주간의 섭취는 과체중 및 비만인에게 지질 관련 대사를 개선하여 장내 미생물의 변화와 관련하여 체지방을 줄일 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.