옥덩굴의 RAW 264.7 대식세포와 3T3-L1 지방세포에서 비만에 의해 유도된 염증 및 인슐린 저항성 개선 효과 Caulerpa okamurae attenuates obesity-induced inflammation and insulin resistance in RAW 264.7 macrophages and 3T3-L1 adipocytes원문보기
비만과 대사 증후군은 세계적으로 건강 문제로 대두되고 있다. 만성 비만은 염증을 유도하고 지방 세포 및 대사 증후군 (제2 형 당뇨병, 고혈압, 심혈관 질환)에서 인슐린 저항성의 발달로 이어진다. 따라서 비만과 비만에 의해 유도된 인슐린 저항성을 목표로 할 수 있는 약물은 체중 증가의 부작용없이 대사 장애를 예방하거나 치료할 수 있어야한다. 현재 ...
비만과 대사 증후군은 세계적으로 건강 문제로 대두되고 있다. 만성 비만은 염증을 유도하고 지방 세포 및 대사 증후군 (제2 형 당뇨병, 고혈압, 심혈관 질환)에서 인슐린 저항성의 발달로 이어진다. 따라서 비만과 비만에 의해 유도된 인슐린 저항성을 목표로 할 수 있는 약물은 체중 증가의 부작용없이 대사 장애를 예방하거나 치료할 수 있어야한다. 현재 약용 식물을 이용하여 생체활성 화합물에 대해 조사되고 있지만, 이런 화합물에 대해서는 아직까지 보고 된 바가 거의 없다. 우리는 해양식물이 잠재적으로 항비만 및 항당뇨 활성에 대해 광범위하게 연구되고 있는 점에 관심을 갖고, 그 중에서 아열대 해조류로 일본, 중국, 한국 및 호주에 분포되어 있으며, 일본에서는 식용으로 사용되고 있는 Caulerpa okamurae를 이용하여 연구하였다. 우리는 이전의 연구결과에서 C. okamurae (COE)의 에탄올 추출물이 3T3-L1 지방세포에서 peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ)와 CCAAT/enhancer binding protein alpha (C/EBPα) 억제에 의해 지방 축적이 억제되는 것을 확인하였다. 또한, COE가 고지방식이 유도 마우스에서 체중 증가 및 지방 조직 중량, 혈장, 간 지질 프로파일을 감소시켰다. 이러한 결과를 토대로 본 연구에서는 3T3-L1 지방세포와 RAW 264.7 대식세포, 공동 배양 모델을 이용하여 아열대 해조류 옥덩굴 (Caulerpa okamurae) 에탄올 추출물 (COE)의 비만 및 비만으로부터 발생되는 만성 염증과 인슐린 저항성 개선 효과에 대해 분자 메커니즘적으로 연구 및 당대사를 조절, 인슐린 감수성에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과, 첫 번째로 3T3-L1 지방세포에서 COE 처리 군은 대조군에 비해 glycogen synthase kinase (GSK3β)의 발현이 감소하였고, 동시에 β- catenin는 과다 발현 하는 것을 확인하였다. 두 번째로 LPS로 유도된 RAW 264.7 대식세포에서 COE는 nitric oxide (NO) 생산과 nitric oxide synthase 2 (NOS2)의 발현, nuclear factor-κB (NF-κB)의 nuclear translation을 감소시켰다. 세 번째로 공동 배양모델에서 COE는 NOS2의 단백질 발현과 NO의 생성, phospho-insulin receptor substrate 1의 serine 307 [p-IRS1 (Ser307)]를 인산화를 유의적으로 감소 시켰으며, glucose transportoer-4 (GLUT-4) 및 adiponectin의 단백 발현을 효과적으로 조절함으로써 당 섭취능을 증강시키는 것으로 확인되었다. 또한, TNF-α, interleukin-6 (IL-6) 및 monocyte chemoattractant protein (MCP-1)과 같은 염증성 사이토카인의 mRNA 발현은 공동 배양에서 COE 처리로 유의적으로 억제되었다. 마지막으로 TNF-α로 유도된 인슐린 저항성 모델인 3T3-L1 지방 세포에서 COE는 인슐린 유무에 상관없이 유의적으로 당 섭취능을 개선시켰으며, phospho-insulin receptor substrate 1의 tyrosine 632 [p-IRS1 (Tyr632)], GLUT-4, phospho- 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase alpha (p-AMPKα) 및 phospho-glycogen synthase kinase 3 beta((p-GSK3β) 의 단백질 발현을 유의적으로 증가시켰다. 이러한 결과는 COE가 Wnt/β-catenin 신호전달의 활성화를 통해 3T3-L1 지방세포에서 지방축적을 억제하는 것을 나타내고 있다. 한편, COE는 RAW 264.7 대식세포와 3T3-L1 지방세포의 공동 배양에서 염증의 상호 작용을 억제함으로써 당대사를 향상시키고, TNF-α로 유도된 인슐린 저항성 모델인 3T3-L1 지방 세포에서 GSK3β의 억제와 AMPKα의 활성화를 통해서 인슐린 감수성을 회복시켰다. 따라서 COE는 비만 및 비만으로부터 유래되는 만성염증과 인슐린저항성을 치료하는데 있어 효과적인 약물이자 2형 당뇨 치료약물의 부작용으로 잘 알려진 체중증가를 해소시킬 수 있는 잠재적인 후보약물로서의 가치가 매우 크다고 사료된다.
비만과 대사 증후군은 세계적으로 건강 문제로 대두되고 있다. 만성 비만은 염증을 유도하고 지방 세포 및 대사 증후군 (제2 형 당뇨병, 고혈압, 심혈관 질환)에서 인슐린 저항성의 발달로 이어진다. 따라서 비만과 비만에 의해 유도된 인슐린 저항성을 목표로 할 수 있는 약물은 체중 증가의 부작용없이 대사 장애를 예방하거나 치료할 수 있어야한다. 현재 약용 식물을 이용하여 생체활성 화합물에 대해 조사되고 있지만, 이런 화합물에 대해서는 아직까지 보고 된 바가 거의 없다. 우리는 해양식물이 잠재적으로 항비만 및 항당뇨 활성에 대해 광범위하게 연구되고 있는 점에 관심을 갖고, 그 중에서 아열대 해조류로 일본, 중국, 한국 및 호주에 분포되어 있으며, 일본에서는 식용으로 사용되고 있는 Caulerpa okamurae를 이용하여 연구하였다. 우리는 이전의 연구결과에서 C. okamurae (COE)의 에탄올 추출물이 3T3-L1 지방세포에서 peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ)와 CCAAT/enhancer binding protein alpha (C/EBPα) 억제에 의해 지방 축적이 억제되는 것을 확인하였다. 또한, COE가 고지방식이 유도 마우스에서 체중 증가 및 지방 조직 중량, 혈장, 간 지질 프로파일을 감소시켰다. 이러한 결과를 토대로 본 연구에서는 3T3-L1 지방세포와 RAW 264.7 대식세포, 공동 배양 모델을 이용하여 아열대 해조류 옥덩굴 (Caulerpa okamurae) 에탄올 추출물 (COE)의 비만 및 비만으로부터 발생되는 만성 염증과 인슐린 저항성 개선 효과에 대해 분자 메커니즘적으로 연구 및 당대사를 조절, 인슐린 감수성에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과, 첫 번째로 3T3-L1 지방세포에서 COE 처리 군은 대조군에 비해 glycogen synthase kinase (GSK3β)의 발현이 감소하였고, 동시에 β- catenin는 과다 발현 하는 것을 확인하였다. 두 번째로 LPS로 유도된 RAW 264.7 대식세포에서 COE는 nitric oxide (NO) 생산과 nitric oxide synthase 2 (NOS2)의 발현, nuclear factor-κB (NF-κB)의 nuclear translation을 감소시켰다. 세 번째로 공동 배양모델에서 COE는 NOS2의 단백질 발현과 NO의 생성, phospho-insulin receptor substrate 1의 serine 307 [p-IRS1 (Ser307)]를 인산화를 유의적으로 감소 시켰으며, glucose transportoer-4 (GLUT-4) 및 adiponectin의 단백 발현을 효과적으로 조절함으로써 당 섭취능을 증강시키는 것으로 확인되었다. 또한, TNF-α, interleukin-6 (IL-6) 및 monocyte chemoattractant protein (MCP-1)과 같은 염증성 사이토카인의 mRNA 발현은 공동 배양에서 COE 처리로 유의적으로 억제되었다. 마지막으로 TNF-α로 유도된 인슐린 저항성 모델인 3T3-L1 지방 세포에서 COE는 인슐린 유무에 상관없이 유의적으로 당 섭취능을 개선시켰으며, phospho-insulin receptor substrate 1의 tyrosine 632 [p-IRS1 (Tyr632)], GLUT-4, phospho- 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase alpha (p-AMPKα) 및 phospho-glycogen synthase kinase 3 beta((p-GSK3β) 의 단백질 발현을 유의적으로 증가시켰다. 이러한 결과는 COE가 Wnt/β-catenin 신호전달의 활성화를 통해 3T3-L1 지방세포에서 지방축적을 억제하는 것을 나타내고 있다. 한편, COE는 RAW 264.7 대식세포와 3T3-L1 지방세포의 공동 배양에서 염증의 상호 작용을 억제함으로써 당대사를 향상시키고, TNF-α로 유도된 인슐린 저항성 모델인 3T3-L1 지방 세포에서 GSK3β의 억제와 AMPKα의 활성화를 통해서 인슐린 감수성을 회복시켰다. 따라서 COE는 비만 및 비만으로부터 유래되는 만성염증과 인슐린저항성을 치료하는데 있어 효과적인 약물이자 2형 당뇨 치료약물의 부작용으로 잘 알려진 체중증가를 해소시킬 수 있는 잠재적인 후보약물로서의 가치가 매우 크다고 사료된다.
Obesity and metabolic syndrome are leading health issues in the world. Chronic obesity induces inflammation, and leads to the development of insulin resistance in adipocytes and ultimately metabolic syndrome (Type 2 diabetes, hypertension, cardiovascular diseases). Hence, the drugs that could target...
Obesity and metabolic syndrome are leading health issues in the world. Chronic obesity induces inflammation, and leads to the development of insulin resistance in adipocytes and ultimately metabolic syndrome (Type 2 diabetes, hypertension, cardiovascular diseases). Hence, the drugs that could target both obesity and obesity-induced insulin resistance can prevent or treat metabolic disorders without side effects of weight gain. Medicinal plants are currently being investigated for such bio-active compounds. However, only few such compounds have been reported yet. Marine plants have been extensively studied for their potential anti-obesity and anti-diabetic activity. Caulerpa okamurae is a green seaweed, eaten as food particularly in Japan, China, South Korea and Australia. Our previous results suggested that the ethanol extract of C. okamurae (COE) significantly inhibits lipid accumulation by inhibition of peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ) and CCAAT/enhancer binding protein alpha (C/EBPα) expressions in 3T3-L1 adipocytes. Also, these results showed that COE decreased the body weight gain, adipose tissue weight, and plasma and hepatic lipid profiles in high fat diet-induced mice. In this research, we investigated the molecular mechanism for anti-adipogenic effect of COE in 3T3-L1 adipocytes and we further examined if COE can inhibit inflammation, regulate glucose metabolism and increase insulin sensitivity using cell culture models of RAW 264.7 macrophages and 3T3-L1 adipocytes. After adipogenic differentiation of 3T3-L1 adipocytes, COE treated group showed overexpression of β-catenin, which was accompanied by reduction in glycogen synthase kinase (GSK3β) expression, compared to control group. In LPS-induced RAW 264.7 macrophages, COE significantly downregulated nitric oxide (NO) production, protein expression of nitric oxide synthase 2 (NOS2), and nuclear translocation of nuclear factor-κB (NF-κB). In co-culture model, COE significantly reduced NO production and protein expression of NOS2 and insulin receptor substrate 1 phosphorylated at serine 307 [p-IRS1 (Ser307)]. Also, COE significantly improved glucose uptake levels by upregulating the protein expression of glucose transporter type-4 (GLUT-4) and adiponectin. In addition, mRNA expressions of pro-inflammatory cytokines, such as TNF-α, interleukin-6 (IL-6) and monocyte chemoattractant protein (MCP-1), were significantly inhibited with COE treatment in co-culture. In TNF-α–induced insulin resistance model of 3T3-L1 adipocytes, COE significantly improved glucose uptake with or without insulin. COE significantly increased the protein expression of insulin receptor substrate 1 phosphorylated at tyrosine 632 [p-IRS1 (Tyr632)], GLUT-4, phospho- 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase alpha (p-AMPKα) and phospho-glycogen synthase kinase 3 beta (p-GSK3β) in presence of insulin. These findings suggest that COE inhibits lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes through the activation of Wnt/β-catenin pathway. On the other hand, the results suggest that COE improves glucose metabolism by inhibiting inflammatory interaction in co-culture of RAW 264.7 macrophages and 3T3-L1 adipocytes, and recovers insulin sensitivity in TNF-α-induced insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes through possible inhibition of GSK3β or activation of AMPKα. Thus, COE may provide as potential nutritional supplement or alternative medicine to prevent and/or cure obesity and obesity-induced metabolic disorders in the future.
Obesity and metabolic syndrome are leading health issues in the world. Chronic obesity induces inflammation, and leads to the development of insulin resistance in adipocytes and ultimately metabolic syndrome (Type 2 diabetes, hypertension, cardiovascular diseases). Hence, the drugs that could target both obesity and obesity-induced insulin resistance can prevent or treat metabolic disorders without side effects of weight gain. Medicinal plants are currently being investigated for such bio-active compounds. However, only few such compounds have been reported yet. Marine plants have been extensively studied for their potential anti-obesity and anti-diabetic activity. Caulerpa okamurae is a green seaweed, eaten as food particularly in Japan, China, South Korea and Australia. Our previous results suggested that the ethanol extract of C. okamurae (COE) significantly inhibits lipid accumulation by inhibition of peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ) and CCAAT/enhancer binding protein alpha (C/EBPα) expressions in 3T3-L1 adipocytes. Also, these results showed that COE decreased the body weight gain, adipose tissue weight, and plasma and hepatic lipid profiles in high fat diet-induced mice. In this research, we investigated the molecular mechanism for anti-adipogenic effect of COE in 3T3-L1 adipocytes and we further examined if COE can inhibit inflammation, regulate glucose metabolism and increase insulin sensitivity using cell culture models of RAW 264.7 macrophages and 3T3-L1 adipocytes. After adipogenic differentiation of 3T3-L1 adipocytes, COE treated group showed overexpression of β-catenin, which was accompanied by reduction in glycogen synthase kinase (GSK3β) expression, compared to control group. In LPS-induced RAW 264.7 macrophages, COE significantly downregulated nitric oxide (NO) production, protein expression of nitric oxide synthase 2 (NOS2), and nuclear translocation of nuclear factor-κB (NF-κB). In co-culture model, COE significantly reduced NO production and protein expression of NOS2 and insulin receptor substrate 1 phosphorylated at serine 307 [p-IRS1 (Ser307)]. Also, COE significantly improved glucose uptake levels by upregulating the protein expression of glucose transporter type-4 (GLUT-4) and adiponectin. In addition, mRNA expressions of pro-inflammatory cytokines, such as TNF-α, interleukin-6 (IL-6) and monocyte chemoattractant protein (MCP-1), were significantly inhibited with COE treatment in co-culture. In TNF-α–induced insulin resistance model of 3T3-L1 adipocytes, COE significantly improved glucose uptake with or without insulin. COE significantly increased the protein expression of insulin receptor substrate 1 phosphorylated at tyrosine 632 [p-IRS1 (Tyr632)], GLUT-4, phospho- 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase alpha (p-AMPKα) and phospho-glycogen synthase kinase 3 beta (p-GSK3β) in presence of insulin. These findings suggest that COE inhibits lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes through the activation of Wnt/β-catenin pathway. On the other hand, the results suggest that COE improves glucose metabolism by inhibiting inflammatory interaction in co-culture of RAW 264.7 macrophages and 3T3-L1 adipocytes, and recovers insulin sensitivity in TNF-α-induced insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes through possible inhibition of GSK3β or activation of AMPKα. Thus, COE may provide as potential nutritional supplement or alternative medicine to prevent and/or cure obesity and obesity-induced metabolic disorders in the future.
주제어
#obesity obesity-induced inflammation insulin resistance RAW 264.7 macrophages 3T3-L1 adipocytes
학위논문 정보
저자
마난다 비카쉬
학위수여기관
목포대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
한약자원학과
지도교수
류동영
발행연도
2018
총페이지
xi, 87 p.
키워드
obesity obesity-induced inflammation insulin resistance RAW 264.7 macrophages 3T3-L1 adipocytes
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