Undaria pinnatifida에서 추출한 fucoidan에 의한 3T3-L1 지방세포 분화 억제와 인슐린 민감도 개선 Fucoidan from Undaria pinnatifida suppresses adipogenesis and improves insulin sensitivity in 3T3-L1 cells원문보기
세계 당뇨병연맹의 보고에 따르면 전 세계 인구 중 약 39 억 명이 당뇨를 앓고 있으며, 20년 안에 59 억 명을 넘어 설 것으로 예측하고 있다. 그 중 제 2형 당뇨병 환자는 계속해서 증가하는 추세이며 최근 성인뿐만 아니라 어린이나 청소년기에서도 제2형 당뇨병 환자가 증가하고 있다 (IDF, 2014). 제 2형 당뇨병은 탄수화물, 단백질, 지방 대사 이상과 함께 만성적으로 나타나는 ...
세계 당뇨병연맹의 보고에 따르면 전 세계 인구 중 약 39 억 명이 당뇨를 앓고 있으며, 20년 안에 59 억 명을 넘어 설 것으로 예측하고 있다. 그 중 제 2형 당뇨병 환자는 계속해서 증가하는 추세이며 최근 성인뿐만 아니라 어린이나 청소년기에서도 제2형 당뇨병 환자가 증가하고 있다 (IDF, 2014). 제 2형 당뇨병은 탄수화물, 단백질, 지방 대사 이상과 함께 만성적으로 나타나는 고혈당이 가장 큰 특징으로 (Ngyen 등, 2015) 아직 병인에 대하여 명확하게 밝혀진 바는 없으나 베타세포의 기능 장애와 인슐린 저항의 복합적인 요인으로 인하여 주로 근육, 간, 지방 등 표적조직에서 혈당 항상성 유지에 영향을 미치고 인슐린 민감성을 감소시키며 인슐린에 효과적으로 반응하지 않기 때문으로 보인다 (Eriksson, 2007; Gao 등, 2010; ; Govers, 2014). 또한 인슐린 저항의 대사적 결과로 고혈당증이 나타나고 당신생 억제, 말초조직에서의 당 유입과 당 대사를 촉진하는 인슐린의 기능을 저하시켜 제 2형 당뇨병을 야기한다 (Ruan 등, 2003). 제 2형 당뇨병은 혈당의 상승으로 인해 장기적으로 눈, 신장, 신경, 심장, 혈관에 손상을 미치는 것으로 보고되고 있다. 또한 고혈압, 죽상동맥경화증, 심장질환 등 대사적 질환을 발생시킬 수 있다 (Yang 등, 2013). 제 2형 당뇨병을 유발하는 위험요인으로 신체활동 부족, 스트레스, 흡연, 산화적 스트레스, 인슐린 기능 장애 등 여러 요인이 있으나 그 중 강력한 위험 요인으로 비만이 있다 (Permana 등, 2006; Eriksson., 2007). 비만은 지방 조직의 비정상적인 지방 축적을 의미하며, 지방세포 수와 크기가 증가하면서 인슐린 저항뿐만 아니라 유리지방산의 과잉 생산, Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-α), leptin 등 지방조직에서 분비되는 사이토카인과 관련이 있다 (Kahn 등, 2000; Lahrita 등, 2015). 지방조직에서 TNF-α, IL-6, MCP-1, Visfatin, Plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) 등 사이토카인, 케모카인이 분비되면서 대식세포를 활성화시켜 지방세포로의 대식세포 침윤을 촉진하며 인슐린 신호체계를 억제하며 인슐린 저항상태를 유도한다. 지방조직에서 대식세포 침윤 비율은 비만과 인슐린 저항과 연관이 깊으며 낮은 수준이지만 만성적 염증상태로 유도한다 (Suganami 등, 2005; Shoelson 등, 2006; Tsai 등, 2014; Kim 등, 2015). 대식세포와 지방세포에서 분비되는 사이토카인, 케모카인, 유리지방산은 혈당 항상성, 지방 대사와 같이 인슐린을 매개하는 과정에 영향을 미치는 인슐린 신호를 손상시킨다 (Nieto-Vazuez 등, 2008). 인슐린 저항은 제 2형 당뇨병을 유발시키는 중요한 역할을 하며 혈중 유리지방산 수준을 높이고 지방조직으로부터 호르몬과 사이토카인 분비를 증가시킨다. 특히, 인슐린 저항은 근육과 지방세포 같이 인슐린에 반응하는 조직에서 당뇨병 전증상태를 일으키고 세포로의 당 유입을 감소시킨다. 현재 제 2형 당뇨병 치료는 주로 고혈당을 감소시킬 수 있는 경구혈당강하제로 sulphonylureas, metformin, thiazolidinediones (TZDs), α-glucosidase inhibitor가 있다. 그 중 목표 조직에서 인슐린 반응을 회복시키는 약물로 알려진 TZDs는 제 2형 당뇨병 치료에 매우 효과적인 약물로 알려져 있다 (Fang 등, 2008; Manaharan 등, 2013; Shyni 등, 2014). TZDs는 합성된 Peroxisome Proliferator Activated Receptor-gammar (PPAR-γ) ligands로서 지방세포 분화를 촉진시키고 PPAR-γ 전사 인자를 활성화 시켜 인슐린 민감도를 증가시킨다 (Choi 등, 2009). 또한 내장지방에서 피하지방조직으로 지방의 재분배, 지방 조직에서의 지방산 포획 증가가 포도당 유입에 효과적이라는 연구 결과들이 있다 (Leela 등, 2014; Akio 등, 2014; Shyni 등, 2014; Lahrita 등, 2015). 그러나 TZDs는 체중증가, 부종, 간독성과 같은 부작용을 가지고 있고 다른 당뇨병 치료 약물도 소화기 장애, 약물 내성 등의 부작용을 가지므로 부작용 없이 효율적으로 혈당을 유지할 수 있는 새로운 항당뇨 물질 개발에 대한 관심이 높다 (Fonseca 등, 2003; A.J.Alonso 등, 2008; Akio 등, 2014; Zapata-Bustos 등, 2014). 해조류는 오랫동안 아시아 지역, 특히 한국과 일본에서의 식사에서 흔하게 접할 수 있고, 다른 나라에 비해 많이 소비되고 있는 식품이다. 특히, 민간요법으로 항염증 효과 및 담석, 통풍, 습진 등 치료에 사용되어져왔고 건강에 좋은 물질로 여겨졌다. 오늘 날 해조류는 건강기능성 식품 중 하나로 이용되고 있으며 항암 치료효과가 있는 원료로 주목받고 있다 (Jurkovi? 등, 1995; Kim 등, 2010; Kim 등, 2013). 본 연구에서 사용한 fucoidan은 해조류 중 Undaria pinnatifida (미역)에서 추출한 다당류로 L-fucose와 에스테르 황산기가 많이 함유되어 있으며 최근에 항비만, 항산화, 항염증, 항암, 항응고 등 광범위한 생리활성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다 (Li 등, 2008; Yokota 등, 2009; Kim 등, 2010; Park 등, 2011; Kim 등, 2012; Mak 등, 2013). Kim 등 (2010)의 연구에 의하면 Undaria pinnatifida에서 추출한 fucoidan이 mitogen-activated protein kinase (MAPK) 신호체계의 활성을 억제하여 지방세포의 분화를 억제한다는 보고가 있으며, Yokota 등 (2009)에 의하면 Fucos vesiculosus에서 추출한 fucoidan이 lipoprotein lipase 분비를 촉진하여 중성지방의 분해를 자극한다는 보고가 있다. Undaria pinnatifida에서 추출한 fucoidan이
세계 당뇨병연맹의 보고에 따르면 전 세계 인구 중 약 39 억 명이 당뇨를 앓고 있으며, 20년 안에 59 억 명을 넘어 설 것으로 예측하고 있다. 그 중 제 2형 당뇨병 환자는 계속해서 증가하는 추세이며 최근 성인뿐만 아니라 어린이나 청소년기에서도 제2형 당뇨병 환자가 증가하고 있다 (IDF, 2014). 제 2형 당뇨병은 탄수화물, 단백질, 지방 대사 이상과 함께 만성적으로 나타나는 고혈당이 가장 큰 특징으로 (Ngyen 등, 2015) 아직 병인에 대하여 명확하게 밝혀진 바는 없으나 베타세포의 기능 장애와 인슐린 저항의 복합적인 요인으로 인하여 주로 근육, 간, 지방 등 표적조직에서 혈당 항상성 유지에 영향을 미치고 인슐린 민감성을 감소시키며 인슐린에 효과적으로 반응하지 않기 때문으로 보인다 (Eriksson, 2007; Gao 등, 2010; ; Govers, 2014). 또한 인슐린 저항의 대사적 결과로 고혈당증이 나타나고 당신생 억제, 말초조직에서의 당 유입과 당 대사를 촉진하는 인슐린의 기능을 저하시켜 제 2형 당뇨병을 야기한다 (Ruan 등, 2003). 제 2형 당뇨병은 혈당의 상승으로 인해 장기적으로 눈, 신장, 신경, 심장, 혈관에 손상을 미치는 것으로 보고되고 있다. 또한 고혈압, 죽상동맥경화증, 심장질환 등 대사적 질환을 발생시킬 수 있다 (Yang 등, 2013). 제 2형 당뇨병을 유발하는 위험요인으로 신체활동 부족, 스트레스, 흡연, 산화적 스트레스, 인슐린 기능 장애 등 여러 요인이 있으나 그 중 강력한 위험 요인으로 비만이 있다 (Permana 등, 2006; Eriksson., 2007). 비만은 지방 조직의 비정상적인 지방 축적을 의미하며, 지방세포 수와 크기가 증가하면서 인슐린 저항뿐만 아니라 유리지방산의 과잉 생산, Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-α), leptin 등 지방조직에서 분비되는 사이토카인과 관련이 있다 (Kahn 등, 2000; Lahrita 등, 2015). 지방조직에서 TNF-α, IL-6, MCP-1, Visfatin, Plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) 등 사이토카인, 케모카인이 분비되면서 대식세포를 활성화시켜 지방세포로의 대식세포 침윤을 촉진하며 인슐린 신호체계를 억제하며 인슐린 저항상태를 유도한다. 지방조직에서 대식세포 침윤 비율은 비만과 인슐린 저항과 연관이 깊으며 낮은 수준이지만 만성적 염증상태로 유도한다 (Suganami 등, 2005; Shoelson 등, 2006; Tsai 등, 2014; Kim 등, 2015). 대식세포와 지방세포에서 분비되는 사이토카인, 케모카인, 유리지방산은 혈당 항상성, 지방 대사와 같이 인슐린을 매개하는 과정에 영향을 미치는 인슐린 신호를 손상시킨다 (Nieto-Vazuez 등, 2008). 인슐린 저항은 제 2형 당뇨병을 유발시키는 중요한 역할을 하며 혈중 유리지방산 수준을 높이고 지방조직으로부터 호르몬과 사이토카인 분비를 증가시킨다. 특히, 인슐린 저항은 근육과 지방세포 같이 인슐린에 반응하는 조직에서 당뇨병 전증상태를 일으키고 세포로의 당 유입을 감소시킨다. 현재 제 2형 당뇨병 치료는 주로 고혈당을 감소시킬 수 있는 경구혈당강하제로 sulphonylureas, metformin, thiazolidinediones (TZDs), α-glucosidase inhibitor가 있다. 그 중 목표 조직에서 인슐린 반응을 회복시키는 약물로 알려진 TZDs는 제 2형 당뇨병 치료에 매우 효과적인 약물로 알려져 있다 (Fang 등, 2008; Manaharan 등, 2013; Shyni 등, 2014). TZDs는 합성된 Peroxisome Proliferator Activated Receptor-gammar (PPAR-γ) ligands로서 지방세포 분화를 촉진시키고 PPAR-γ 전사 인자를 활성화 시켜 인슐린 민감도를 증가시킨다 (Choi 등, 2009). 또한 내장지방에서 피하지방조직으로 지방의 재분배, 지방 조직에서의 지방산 포획 증가가 포도당 유입에 효과적이라는 연구 결과들이 있다 (Leela 등, 2014; Akio 등, 2014; Shyni 등, 2014; Lahrita 등, 2015). 그러나 TZDs는 체중증가, 부종, 간독성과 같은 부작용을 가지고 있고 다른 당뇨병 치료 약물도 소화기 장애, 약물 내성 등의 부작용을 가지므로 부작용 없이 효율적으로 혈당을 유지할 수 있는 새로운 항당뇨 물질 개발에 대한 관심이 높다 (Fonseca 등, 2003; A.J.Alonso 등, 2008; Akio 등, 2014; Zapata-Bustos 등, 2014). 해조류는 오랫동안 아시아 지역, 특히 한국과 일본에서의 식사에서 흔하게 접할 수 있고, 다른 나라에 비해 많이 소비되고 있는 식품이다. 특히, 민간요법으로 항염증 효과 및 담석, 통풍, 습진 등 치료에 사용되어져왔고 건강에 좋은 물질로 여겨졌다. 오늘 날 해조류는 건강기능성 식품 중 하나로 이용되고 있으며 항암 치료효과가 있는 원료로 주목받고 있다 (Jurkovi? 등, 1995; Kim 등, 2010; Kim 등, 2013). 본 연구에서 사용한 fucoidan은 해조류 중 Undaria pinnatifida (미역)에서 추출한 다당류로 L-fucose와 에스테르 황산기가 많이 함유되어 있으며 최근에 항비만, 항산화, 항염증, 항암, 항응고 등 광범위한 생리활성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다 (Li 등, 2008; Yokota 등, 2009; Kim 등, 2010; Park 등, 2011; Kim 등, 2012; Mak 등, 2013). Kim 등 (2010)의 연구에 의하면 Undaria pinnatifida에서 추출한 fucoidan이 mitogen-activated protein kinase (MAPK) 신호체계의 활성을 억제하여 지방세포의 분화를 억제한다는 보고가 있으며, Yokota 등 (2009)에 의하면 Fucos vesiculosus에서 추출한 fucoidan이 lipoprotein lipase 분비를 촉진하여 중성지방의 분해를 자극한다는 보고가 있다. Undaria pinnatifida에서 추출한 fucoidan이
Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by chronic hyperglycemia with carbohydrate, fat and protein metabolic disorders. The pathogenesis of T2DM is not fully discovered, but obesity is known as a major risk factor for insulin resistance. Brown seaweed has commonly been used in Asia for fun...
Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by chronic hyperglycemia with carbohydrate, fat and protein metabolic disorders. The pathogenesis of T2DM is not fully discovered, but obesity is known as a major risk factor for insulin resistance. Brown seaweed has commonly been used in Asia for functional food. Fucoidan is a sulfated polysaccharide from seaweed and has numerous biological properties such as anti-inflammation and anti-obesity effect. We hypothesized that fucoidan inhibits adipogenesis, lipid accumulation and improves insulin sensitivity. To test the hypothesis, we investigated adipogenic differentiation, triglycerides accumulation, lipolysis and glucose uptake in 3T3-L1 cells using fucoidan extracted from Undaria pinnatifida. Fucoidan did not affect the viability of 3T3-L1 cells at concentration up to 200 ug/ml. Treatments of fucoidan inhibited adipogenic differentiation in a dose-dependent manner as shown by Oil Red O staining, GPDH assay and AdipoRed assay (p<0.0001). The expression of PPAR-γ, a major adipogenesis transcription factor, was attenuated upon treatments with fucoidan. Also, basal lipolysis in mature adipocytes decreased with fucoidan treatment (50, 100, 200 ug/ml), while hormone-induced lipolysis in mature adipocytes increased with all the concentrations of fucoidan treatment (p<0.0001). Fucoidan increased basal and insulin-stimulated glucose uptake, which were better than the treatment of 10 uM rosiglitazone (p<0.0001). Moreover, fucoidan was effective to increase glucose uptake when mature adipocytes were treated with RAW 264.7 macrophage derived conditioned medium (RAW-CM) to induce insulin resistance (p<0.0001). In conclusion, fucoidan from Undaria pinnatifida contributes antidiabetic effects by improving glucose uptake and decreasing basal lipolysis as well as inhibiting adipocytes differentiation.
Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by chronic hyperglycemia with carbohydrate, fat and protein metabolic disorders. The pathogenesis of T2DM is not fully discovered, but obesity is known as a major risk factor for insulin resistance. Brown seaweed has commonly been used in Asia for functional food. Fucoidan is a sulfated polysaccharide from seaweed and has numerous biological properties such as anti-inflammation and anti-obesity effect. We hypothesized that fucoidan inhibits adipogenesis, lipid accumulation and improves insulin sensitivity. To test the hypothesis, we investigated adipogenic differentiation, triglycerides accumulation, lipolysis and glucose uptake in 3T3-L1 cells using fucoidan extracted from Undaria pinnatifida. Fucoidan did not affect the viability of 3T3-L1 cells at concentration up to 200 ug/ml. Treatments of fucoidan inhibited adipogenic differentiation in a dose-dependent manner as shown by Oil Red O staining, GPDH assay and AdipoRed assay (p<0.0001). The expression of PPAR-γ, a major adipogenesis transcription factor, was attenuated upon treatments with fucoidan. Also, basal lipolysis in mature adipocytes decreased with fucoidan treatment (50, 100, 200 ug/ml), while hormone-induced lipolysis in mature adipocytes increased with all the concentrations of fucoidan treatment (p<0.0001). Fucoidan increased basal and insulin-stimulated glucose uptake, which were better than the treatment of 10 uM rosiglitazone (p<0.0001). Moreover, fucoidan was effective to increase glucose uptake when mature adipocytes were treated with RAW 264.7 macrophage derived conditioned medium (RAW-CM) to induce insulin resistance (p<0.0001). In conclusion, fucoidan from Undaria pinnatifida contributes antidiabetic effects by improving glucose uptake and decreasing basal lipolysis as well as inhibiting adipocytes differentiation.
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