본 연구에서는 자초의 주 성분인 시코닌(shikonin)이 in vivo 식이유도 비만 에 미치는 영향을 검토하고 비만 세포주 및 간세포주 모델을 이용하여 그 작용기전을 구명하고자 하였다. 실험 1은 자초 추출물을 첨가한 고지방 식이를 C57BL/6마우스에게 8주간 공급한 후 항비만 효과를 확인하기 위하여 관련 바이오마커를 분석하였다. 그 결과 자초 추출물은 고지방식이유도 비만 마우스에서 체중 및 체지방 무게의 감소시켰고, ...
본 연구에서는 자초의 주 성분인 시코닌(shikonin)이 in vivo 식이유도 비만 에 미치는 영향을 검토하고 비만 세포주 및 간세포주 모델을 이용하여 그 작용기전을 구명하고자 하였다. 실험 1은 자초 추출물을 첨가한 고지방 식이를 C57BL/6마우스에게 8주간 공급한 후 항비만 효과를 확인하기 위하여 관련 바이오마커를 분석하였다. 그 결과 자초 추출물은 고지방식이유도 비만 마우스에서 체중 및 체지방 무게의 감소시켰고, 혈중지질 및 간 조직내 지방축적이 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 단백질 발현 및 유전자 발현분석 결과, 자초추출물은 지방조직의 adipogenesis조절과 간 조직에서 lipogenesis 조절을 통해 고지방식이로 인한 체중증가가 억제되어 항비만 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 실험 2는 자초의 지표성분인shikonin을 3T3-L1 마우스 지방세포에 처리하여 지방세포 분화억제에 미치는 영향을 검토하였다. Shikonin 처리 농도에 따라 지방세포 분화가 유의적으로 감소하였으며 지방세포 분화와 관련된 전사인자인 PPARγ, C/EBPα와 aP2의 발현이 억제됨으로서 시코닌은adipogenesis를 억제하는 것으로 나타났다. 또한, 시코닌은 분화 초기에 PPARγ의 upstream인ERK 1/2의 활성을 억제하였다. 시코닌이 직접ERK 1/2 활성을 조절하는지 확인하기 위해 ERK inhibitor와 ERK activator를 처리한 단백질 발현을 분석한 결과, 시코닌이 직접적으로 ERK 1/2의 활성을 억제하며 이러한 효과는 분화초기에 뚜렷하게 나타남을 확인하였다. 이를 통해 시코닌은 ERK 활성 조절을 통하여 지방세포 분화를 억제시키는 것으로 사료된다. 실험 3에서는 시코닌을 고지방 식이에 첨가하여 C57BL/6마우스에게 8주간 공급한 후 시코닌의 항비만 효과 및 작용기전을 구명하고자 하였다. 시코닌 섭취로 인해 고지방식이로 유도된 체중 및 체지방 무게의 감소시켰고, 혈중지질수치를 감소시키는 결과를 나타냈다. 또한, 혈중 인슐린 및 렙틴 수준도 유의적으로 감소시켰으며 간 조직내 지방축적이 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 지방조직 및 간조직에서 단백질 발현 및 유전자 발현분석 결과, 시코닌은 지방조직의 adipogenesis 억제 및 간 조직에서 lipogenesis 조절을 하는 것으로 나타났다. 또한, 간 조직 및 근육조직에서 지방산 산화와 관련된 마커들의 단백질 발현 및 유전자발현이 증가되는 것으로 나타나 adipogenesis 와 lipogenesis 조절 및 지방산 산화를 촉진시켜 지방 축적을 억제시키는 것으로 사료된다. 실험 4 에서는 식이유도 비만시 수반되는 비알코올성 지방간에 미치는 영향을 AMPK를 중심으로 검토하였다. 마우스 간 세포모델을 이용하여 지방축적 억제 효과 및 에너지 대사 촉진과 관련된 AMPK의 활성에 대해 연구하였으며 고지방 식이를 통한 비만 유도 후 shikonin 섭취에 따른 에너지 대사 관련 기전에 대하여 연구하였다. Shikonin은 마우스 간암세포주 Hepa 1-6에서 AMPK의 활성을 유의적으로 증가시키는 것으로 나타났으며 siRNA silencing을 통해 shikonin의 직접적인 AMPK 조절효과에 대해 확인하였다. 또한, Hepa 1-6 세포에oleic acid의 처리에 의한 지방축적 유도모델에서도 shikonin에 의해서 지방축적이 억제되는 것으로 나타났다. Hepa 1-6 세포주에서 지방산 산화활성을 분석한 결과, shikonin을 투여한 군에서 가장 높은 산소 소비가 나타내었으며 지방산화 관련 인자인 PPARα, CPT1, PGC-1α의 발현도 증가시키는 것으로 나타났다. 이러한shikonin의 AMPK 활성 증가 및 에너지 대사 촉진을 동물모델에서 확인하기 위해 C57BL/6 마우스에 8주간 비만 유도 후 4주동안 shikonin을 경구투여한 뒤 산소소비율 및 호흡률을 측정하였다. Shikonin 투여군에서 유의적으로 체중이 감소하는 것으로 나타났으며 H&E 염색을 통해 간의 지질 축적이 현저히 감소되는 것을 확인하였다. 산소 소비율 및 호흡률 측정 결과 비만 유도군에 비해 지방산화가 유의적으로 증가된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 지방의 축적이 현저히 감소된 간 조직에서 AMPK인산화가 촉진되는 것을 확인하였다. 따라서, 실험 4를 통해 shikonin에 의한 AMPK 활성 촉진을 통해 지방산화가 촉진되는 것을 확인할 수 있다. 이상의 실험결과에서, shikonin은 고지방 식이를 섭취한 마우스에서 지방조직에서의 adipogenesis 억제 및 간 세포의 lipogenesis 조절을 통해 항비만 효과를 나타내는 것으로 사료된다. 또한, 간 조직 및 근육에서 지방산화 기전의 촉진을 통해 지방대사를 조절하는 것으로 사료된다. 따라서 shikonin은 비만 예방 및 치료를 위한 식품 개발에 이용될 가능성이 높은 것으로 생각되며 더 나아가 shikonin의 항비만 효과에 대한 정확한 매커니즘이 규명되어야 할 것이다.
본 연구에서는 자초의 주 성분인 시코닌(shikonin)이 in vivo 식이유도 비만 에 미치는 영향을 검토하고 비만 세포주 및 간세포주 모델을 이용하여 그 작용기전을 구명하고자 하였다. 실험 1은 자초 추출물을 첨가한 고지방 식이를 C57BL/6마우스에게 8주간 공급한 후 항비만 효과를 확인하기 위하여 관련 바이오마커를 분석하였다. 그 결과 자초 추출물은 고지방식이유도 비만 마우스에서 체중 및 체지방 무게의 감소시켰고, 혈중지질 및 간 조직내 지방축적이 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 단백질 발현 및 유전자 발현분석 결과, 자초추출물은 지방조직의 adipogenesis조절과 간 조직에서 lipogenesis 조절을 통해 고지방식이로 인한 체중증가가 억제되어 항비만 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 실험 2는 자초의 지표성분인shikonin을 3T3-L1 마우스 지방세포에 처리하여 지방세포 분화억제에 미치는 영향을 검토하였다. Shikonin 처리 농도에 따라 지방세포 분화가 유의적으로 감소하였으며 지방세포 분화와 관련된 전사인자인 PPARγ, C/EBPα와 aP2의 발현이 억제됨으로서 시코닌은adipogenesis를 억제하는 것으로 나타났다. 또한, 시코닌은 분화 초기에 PPARγ의 upstream인ERK 1/2의 활성을 억제하였다. 시코닌이 직접ERK 1/2 활성을 조절하는지 확인하기 위해 ERK inhibitor와 ERK activator를 처리한 단백질 발현을 분석한 결과, 시코닌이 직접적으로 ERK 1/2의 활성을 억제하며 이러한 효과는 분화초기에 뚜렷하게 나타남을 확인하였다. 이를 통해 시코닌은 ERK 활성 조절을 통하여 지방세포 분화를 억제시키는 것으로 사료된다. 실험 3에서는 시코닌을 고지방 식이에 첨가하여 C57BL/6마우스에게 8주간 공급한 후 시코닌의 항비만 효과 및 작용기전을 구명하고자 하였다. 시코닌 섭취로 인해 고지방식이로 유도된 체중 및 체지방 무게의 감소시켰고, 혈중지질수치를 감소시키는 결과를 나타냈다. 또한, 혈중 인슐린 및 렙틴 수준도 유의적으로 감소시켰으며 간 조직내 지방축적이 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 지방조직 및 간조직에서 단백질 발현 및 유전자 발현분석 결과, 시코닌은 지방조직의 adipogenesis 억제 및 간 조직에서 lipogenesis 조절을 하는 것으로 나타났다. 또한, 간 조직 및 근육조직에서 지방산 산화와 관련된 마커들의 단백질 발현 및 유전자발현이 증가되는 것으로 나타나 adipogenesis 와 lipogenesis 조절 및 지방산 산화를 촉진시켜 지방 축적을 억제시키는 것으로 사료된다. 실험 4 에서는 식이유도 비만시 수반되는 비알코올성 지방간에 미치는 영향을 AMPK를 중심으로 검토하였다. 마우스 간 세포모델을 이용하여 지방축적 억제 효과 및 에너지 대사 촉진과 관련된 AMPK의 활성에 대해 연구하였으며 고지방 식이를 통한 비만 유도 후 shikonin 섭취에 따른 에너지 대사 관련 기전에 대하여 연구하였다. Shikonin은 마우스 간암세포주 Hepa 1-6에서 AMPK의 활성을 유의적으로 증가시키는 것으로 나타났으며 siRNA silencing을 통해 shikonin의 직접적인 AMPK 조절효과에 대해 확인하였다. 또한, Hepa 1-6 세포에oleic acid의 처리에 의한 지방축적 유도모델에서도 shikonin에 의해서 지방축적이 억제되는 것으로 나타났다. Hepa 1-6 세포주에서 지방산 산화활성을 분석한 결과, shikonin을 투여한 군에서 가장 높은 산소 소비가 나타내었으며 지방산화 관련 인자인 PPARα, CPT1, PGC-1α의 발현도 증가시키는 것으로 나타났다. 이러한shikonin의 AMPK 활성 증가 및 에너지 대사 촉진을 동물모델에서 확인하기 위해 C57BL/6 마우스에 8주간 비만 유도 후 4주동안 shikonin을 경구투여한 뒤 산소소비율 및 호흡률을 측정하였다. Shikonin 투여군에서 유의적으로 체중이 감소하는 것으로 나타났으며 H&E 염색을 통해 간의 지질 축적이 현저히 감소되는 것을 확인하였다. 산소 소비율 및 호흡률 측정 결과 비만 유도군에 비해 지방산화가 유의적으로 증가된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 지방의 축적이 현저히 감소된 간 조직에서 AMPK인산화가 촉진되는 것을 확인하였다. 따라서, 실험 4를 통해 shikonin에 의한 AMPK 활성 촉진을 통해 지방산화가 촉진되는 것을 확인할 수 있다. 이상의 실험결과에서, shikonin은 고지방 식이를 섭취한 마우스에서 지방조직에서의 adipogenesis 억제 및 간 세포의 lipogenesis 조절을 통해 항비만 효과를 나타내는 것으로 사료된다. 또한, 간 조직 및 근육에서 지방산화 기전의 촉진을 통해 지방대사를 조절하는 것으로 사료된다. 따라서 shikonin은 비만 예방 및 치료를 위한 식품 개발에 이용될 가능성이 높은 것으로 생각되며 더 나아가 shikonin의 항비만 효과에 대한 정확한 매커니즘이 규명되어야 할 것이다.
Lithospermum erythrorhizon, which has traditionally been used as a vegetable and to make the liquor Jindo Hongju, contains several naphthoquinone pigments, including shikonin. Shikonin is a naphthoquinone pigment and a major component of Lithospermum erythrorhizon that has been shown to have various...
Lithospermum erythrorhizon, which has traditionally been used as a vegetable and to make the liquor Jindo Hongju, contains several naphthoquinone pigments, including shikonin. Shikonin is a naphthoquinone pigment and a major component of Lithospermum erythrorhizon that has been shown to have various biological functions, including antimicrobial, anti-inflammatory, and antitumor effects. Experiment I was designed to evaluate the anti-obesity effects of Lithospermum erythrorhizon ethanol extract (LE) and elucidate the underlying mechanism. C57BL/6J mice were fed a normal or high-fat diet with or without LE supplementation for 8 weeks. LE reduced high-fat diet-induced increases in body weight, white adipose tissue mass, serum triglyceride and total cholesterol levels, and hepatic lipid levels while decreasing lipogenic and adipogenic gene expression. These findings suggest that Lithospermum erythrorhizon prevents obesity by inhibiting adipogenesis through downregulation of genes involved in the adipogenesis pathway. Experiment II was designed to examine the effects of shikonin on adipocyte differentiation and its mechanism of action in 3T3-L1 cells. Shikonin effectively suppressed adipogenesis, as indicated by the observed decrease in the lipid droplet accumulation of 3T3-L1 cells. Shikonin also down-regulated the protein levels of major transcription factors, PPARγ and C/EBPα, and an adipocyte-specific gene, aP2, in a dose-dependent manner. In addition, qRT-PCR analysis revealed that shikonin inhibited the mRNA expression of these genes. Adipocyte differentiation was mediated by ERK1/2 phosphorylation, as confirmed by pretreatment with PD98059 (a ERK1/2 inhibitor) and FGF-2 (a ERK1/2 activator). The phosphorylation of ERK1/2 during early adipogenesis in the 3T3-L1 cells was inhibited by shikonin, and we further confirmed that shikonin-mediated inhibition of ERK1/2 activity was restored by FGF-2. These results demonstrate that shikonin inhibits adipogenic differentiation via the suppression of the ERK signaling pathway during early adipogenesis. Experiment III was designed to investigate the effect of shikonin against high-fat diet-induced obesity and elucidate the molecular mechanisms in mice. C57BL/6J mice were fed on a normal diet, high-fat diet with or without supplemented shikonin during 8 weeks. We measured body weight change, adipose tissues and biochemical markers. To elucidate the molecular mechanism of shikonin on diet induced obesity, we performed by western blotting and quantitative real time PCR. Shikonin reduced high-fat diet-induced increases in body weight, white adipose tissue mass, serum triglyceride and total cholesterol levels. Also, blood insulin and leptin levels were significantly decreased. Protein and gene expression levels of adipogenesis in white adipose tissue were significantly reduced by shikonin supplementation. Shikonin reduced hepatic lipid in mice fed high-fat diet through the modulation of genes involved in lipogenesis. Moreover, β-oxidation related gene expressions such as PPARα, PGC-1α and ACOX1 increased in liver and muscle by shikonin. Experiment IV was designed to examine the effect of shikonin on AMPK activation and fatty acid oxidation in vitro, in fatty liver in high-fat diet-induced obese mice in vivo. Shikonin increased AMPK phosphorylation in dose dependent and time dependent manner. Knock down of AMPK with siRNA or inhibition of AMPK using compound C blocked shikonin induced AMPK activation. We found that the shikonin directly activates AMPK in hepatocytes. We then carried out an experiment in the oleic acid induced steatosis in hepatocytes to investigate the lipid lowering effect of shikonin. The result showed shikonin suppressed oleic acid induced lipid accumulation and increased AMPK phosphorylation. Also, shikonin suppressed the lipogenic gene such as SREBP1c, and stimulated fatty acid oxidation related gene including PPARα, CPT1 and PGC-1α. These results suggest that shikonin significantly reduced hepatic lipid accumulation, suppressed lipogenesis, and stimulated fatty acid oxidation. Shikonin administration (30 mg/kg/ day) for 4 weeks decreased body weight gain and the accumulation of lipid droplets in the liver. Shikonin reduced hepatic lipid levels. Moreover, shikonin restored the high-fat diet-induced decrease in phosphorylation of AMPK in liver and muscle and promoted energy expenditure by activating fatty acid oxidation. Taken together, these data suggest that shikonin is a novel AMPK activator that exerts anti-obesity effects in obesity-related non-alcoholic fatty liver disease. In conclusion, these results indicated that shikonin prevents obesity by modulating adipogenesis, lipogenesis and increase energy expenditure through inducing fatty acid oxidation. Shikonin may be a useful therapeutic agent for the prevention of obesity.
Lithospermum erythrorhizon, which has traditionally been used as a vegetable and to make the liquor Jindo Hongju, contains several naphthoquinone pigments, including shikonin. Shikonin is a naphthoquinone pigment and a major component of Lithospermum erythrorhizon that has been shown to have various biological functions, including antimicrobial, anti-inflammatory, and antitumor effects. Experiment I was designed to evaluate the anti-obesity effects of Lithospermum erythrorhizon ethanol extract (LE) and elucidate the underlying mechanism. C57BL/6J mice were fed a normal or high-fat diet with or without LE supplementation for 8 weeks. LE reduced high-fat diet-induced increases in body weight, white adipose tissue mass, serum triglyceride and total cholesterol levels, and hepatic lipid levels while decreasing lipogenic and adipogenic gene expression. These findings suggest that Lithospermum erythrorhizon prevents obesity by inhibiting adipogenesis through downregulation of genes involved in the adipogenesis pathway. Experiment II was designed to examine the effects of shikonin on adipocyte differentiation and its mechanism of action in 3T3-L1 cells. Shikonin effectively suppressed adipogenesis, as indicated by the observed decrease in the lipid droplet accumulation of 3T3-L1 cells. Shikonin also down-regulated the protein levels of major transcription factors, PPARγ and C/EBPα, and an adipocyte-specific gene, aP2, in a dose-dependent manner. In addition, qRT-PCR analysis revealed that shikonin inhibited the mRNA expression of these genes. Adipocyte differentiation was mediated by ERK1/2 phosphorylation, as confirmed by pretreatment with PD98059 (a ERK1/2 inhibitor) and FGF-2 (a ERK1/2 activator). The phosphorylation of ERK1/2 during early adipogenesis in the 3T3-L1 cells was inhibited by shikonin, and we further confirmed that shikonin-mediated inhibition of ERK1/2 activity was restored by FGF-2. These results demonstrate that shikonin inhibits adipogenic differentiation via the suppression of the ERK signaling pathway during early adipogenesis. Experiment III was designed to investigate the effect of shikonin against high-fat diet-induced obesity and elucidate the molecular mechanisms in mice. C57BL/6J mice were fed on a normal diet, high-fat diet with or without supplemented shikonin during 8 weeks. We measured body weight change, adipose tissues and biochemical markers. To elucidate the molecular mechanism of shikonin on diet induced obesity, we performed by western blotting and quantitative real time PCR. Shikonin reduced high-fat diet-induced increases in body weight, white adipose tissue mass, serum triglyceride and total cholesterol levels. Also, blood insulin and leptin levels were significantly decreased. Protein and gene expression levels of adipogenesis in white adipose tissue were significantly reduced by shikonin supplementation. Shikonin reduced hepatic lipid in mice fed high-fat diet through the modulation of genes involved in lipogenesis. Moreover, β-oxidation related gene expressions such as PPARα, PGC-1α and ACOX1 increased in liver and muscle by shikonin. Experiment IV was designed to examine the effect of shikonin on AMPK activation and fatty acid oxidation in vitro, in fatty liver in high-fat diet-induced obese mice in vivo. Shikonin increased AMPK phosphorylation in dose dependent and time dependent manner. Knock down of AMPK with siRNA or inhibition of AMPK using compound C blocked shikonin induced AMPK activation. We found that the shikonin directly activates AMPK in hepatocytes. We then carried out an experiment in the oleic acid induced steatosis in hepatocytes to investigate the lipid lowering effect of shikonin. The result showed shikonin suppressed oleic acid induced lipid accumulation and increased AMPK phosphorylation. Also, shikonin suppressed the lipogenic gene such as SREBP1c, and stimulated fatty acid oxidation related gene including PPARα, CPT1 and PGC-1α. These results suggest that shikonin significantly reduced hepatic lipid accumulation, suppressed lipogenesis, and stimulated fatty acid oxidation. Shikonin administration (30 mg/kg/ day) for 4 weeks decreased body weight gain and the accumulation of lipid droplets in the liver. Shikonin reduced hepatic lipid levels. Moreover, shikonin restored the high-fat diet-induced decrease in phosphorylation of AMPK in liver and muscle and promoted energy expenditure by activating fatty acid oxidation. Taken together, these data suggest that shikonin is a novel AMPK activator that exerts anti-obesity effects in obesity-related non-alcoholic fatty liver disease. In conclusion, these results indicated that shikonin prevents obesity by modulating adipogenesis, lipogenesis and increase energy expenditure through inducing fatty acid oxidation. Shikonin may be a useful therapeutic agent for the prevention of obesity.
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