Comparative hypocholesterolemic effects of quercetin and quercetin-loaded nanoemulsion in rats fed a high-cholesterol diet

Abstract

Nanoemulsions are one of the most interesting fields of application due to the advantages of nanoemulsion are to improve solubility, thermal stability, oral bioavailability, and physiological performance. This study compared the cholesterol lowering effect of quercetin and quercetin-loaded nanoemulsion (QU-NE) in rats fed with a high-cholesterol diet. Male Sprague-Dawley rats were divided into six groups and fed a normal diet (NOR), a high-cholesterol diet (HC), a high-cholesterol diet supplemented with 0.05% quercetin (QU 0.05%), or 0.1% quercetin (QU 0.1%), a high-cholesterol diet supplemented with 0.05% QU-NE (QU-NE 0.05%), or 0.1% QU-NE (QU-NE 0.1%) for 4 weeks. The lipid profile of serum, liver, and feces were determined at the end of the experiment. The QU-NE significantly reduced serum total cholesterol (TC), low-density lipoprotein cholesterol level and the atherosclerotic index, while high-density lipoprotein cholesterol was significantly higher compared to HC group, whereas QU did not. Additionally, QU-NE significantly decreased the levels of hepatic total lipids and TC compared to HC group, whereas QU did not. Fecal total lipid, triglyceride, TC and total bile acid were also significantly increased in QU-NE group compared to HC group, while QU group did not. Dietary QU-NE significantly evaluated the mRNA expression of LXRα, ABCG5/ABCG8 and CYP7A1 in liver related to cholesterol efflux and hepatic bile acid synthesis. The CYP7A1 activity, furthermore, was significantly enhanced in QU-NE group. These results suggest that QU-NE might increase cholesterol lowering effect via enhancing gene expression related to hepatic cholesterol efflux, hepatic bile acid synthesis, and promoting fecal cholesterol excretion in form of bile acid.;본 연구는 케르세틴과 케르세틴 나노에멀젼이 고콜레스테롤 식이로 유도된 고콜레스테롤혈증 Sprague-Dawley (SD) 쥐에서 혈중 콜레스테롤 수준에 미치는 효과를 비교 평가하고자 수행되었다. 6주령의 SD 수컷 흰쥐를 여섯 개의 군으로 나누어 각각 일반 식이 (NOR), 고콜레스테롤 식이 (HC), 고콜레스테롤 식이에 0.05% (QU 0.05%) 또는 0.1% (QU 0.1%) 케르세틴을 첨가한 식이 그리고 0.05% (QU-NE 0.05%) 또는 0.1% (QU-NE 0.1%) 케르세틴 나노에멀젼을 첨가한 식이를 총 4주간 공급하였다. 체중, 간 및 부과환 지방조직 무게와 식이 및 에너지 섭취량을 측정하였고 혈액, 간 및 변 지질 농도를 분석하였다. 간의 담즙산 합성의 율속조절 (rate-limiting) 효소인 CYP7A1의 발현을 확인하기 위해서 간에서 면역조직화학염색을 시행하여 관찰하였다. 실험결과, 체중 증가량과 부고환 지방 조직무게는 모든 실험군에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 간조직 무게는 정상식이 실험군에 비해 고콜레스테롤 섭취군에서 유의적인 증가를 보였는데 이는 HC 식이가 간의 지방축적으로 인한 간 비대증을 유발하는 것으로 사료된다. QU-NE 군에서는 혈중 중성지방, 총 콜레스테롤, LDL-콜레스테롤 함량 그리고 동맥경화지수가 HC군에 비해 유의적으로 낮아졌으며, HDL-콜레스테롤 함량이 유의적으로 증가하였다. 반면, QU군에서는 HC군과 비교하였을 때 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 또한 QU-NE 군에서는 HC군 대비 간 내 총 지질 함량과 총 콜레스테롤 함량이 유의적으로 감소하였으며, 변으로 배출된 총 지질, 중성지방 및 총 콜레스테롤 함량이 유의적으로 증가하였다. 한편, QU 군에서는 유의적인 변화가 없었다. 이러한 결과들은 케르세틴 나노에멀젼의 섭취가 변으로의 콜레스테롤 배출을 증가를 통해 혈중 콜레스테롤 수준을 개선시키고 HDL-콜레스테롤 수치를 증가시키며 LDL-콜레스테롤 수치를 감소시키면서 심혈관계질환을 예방할 수 있는 가능성을 제시한다. 특히, 본 연구에서는 간에서 콜레스테롤을 담즙산으로 생합성하고 체외로 배출하는 대사에 중요한 역할을 하는 유전자인 LXRα, ABCG5/ABCG8 그리고 CYP7A1의 발현 정도를 측정하여 케르세틴 나노에멀젼이 고콜레스테롤혈증에 관여하는 메커니즘을 알아보고자 하였다. 간 조직에서 CYP7A1의 전사인자로 알려진 LXRα 핵수용체와 콜레스테롤로부터 생합성 된 담즙산을 체외로 배출하는데 관여하는 물질수송체인 ABCG5/ABCG8의 발현은 QU-NE 군에서 HC군에 비해 유의적으로 증가한 것으로 나타났다. 따라서 해당 메커니즘의 율속조절효소인 CYP7A1의 발현 또한 유의적으로 증가하였으며, 특히 간 마이크로솜에서의 CYP7A1 활성이 유의적으로 증가하였다. 본 연구의 결과들을 종합하여 볼 때, 케르세틴 섭취 대비 케르세틴 나노에멀젼의 섭취는 간에서 콜레스테롤로부터의 담즙산 생합성을 증가시키고, 변으로 콜레스테롤의 배출을 증가시킴으로써 고콜레스테롤혈증을 개선하는 효과를 증진시키는 것으로 사료된다.