제2형 당뇨질환모델 db/db 마우스에서 부추 추출물 및 유산균 발효물의 항당뇨 효과 Anti-diabetic effects of Allium tuberosum rottler extracts and lactic acid bacteria fermented extracts in type 2 diabetic mice model원문보기
본 연구에서는 비 상품 부추의 산업적 활용의 활성화를 위해 제 2형 당뇨모델인 db/db 마우스에서 부추 추출물과 부추 발효물에 대한 항당뇨 효과를 조사하였다. 부추 발효물 제조를 위한 균주선발을 위해 L. acidophilus, L. plantarum, L. casei을 접종하여 배양시킨 부추 추출물(부추 발효물)에 대한 전자공여능을 측정한 결과, L. acidophilus, L. plantarum 부추 발효물은 활성이 증가되었으나 L. plantarum 접종한 부추 발효물의 superoxide radical 소거능은 부추 추출물의 0.6배 수준으로 감소하였다. L. plantarum와 L. casei 균주를 접종한 부추 발효물의 superoxide radical 소거능은 부추 추출물과 유사한 수준을 나타내었다. 따라서 L. plantarum과 L. casei를 이용하여 발효한 부추 발효물과 부추 추출물을 제2형 당뇨질환 동물모델인 db/db mice에 두 가지 농도구간으로(저농도 : 200 mg/kg, 고농도 : 400 mg/kg) 경구 투여한 후, 항당뇨 효능을 평가하였다. 체중 및 식이섭취량을 측정한 결과, 저농도 부추 발효물을 투여하였을 때, 식이섭취량의 변화 없이 체중증가량이 유의적으로 감소되는 것을 확인할 수 있었다(p<0.05). 혈당증가량과 혈청 내 insulin 함량은 고농도 부추 추출물을 투여하였을 때, 유의적으로 감소되었고, 부추 발효물을 투여한 군에서도 감소되는 경향을 나타내었다(p<0.05). 경구 당 부하검사 결과에서도 고농도의 부추 추출물 및 부추 발효물을 투여한 군에서 포도당 내성 효과가 개선되는 것으로 나타났다. 당뇨병에 의해 감소된 혈청 내 GLP-1 농도는 고농도 부추 추출물 및 고농도의 부추 발효물 투여로 인해 증가되었으며 이상의 결과들은 부추 추출물 및 부추 발효물이 GLP-1 분비를 증가시켜 insulin 저항성을 개선시킬 수 있음을 나타낸다. 비록 본 연구결과에서 제2형 당뇨질환에 대한 항당뇨 효능은 부추 추출물이 부추 발효물 보다 더 효과적인 것으로 나타났으나, 두가지 유산균으로 혼합발효한 부추 발효물은 부추 추출물과 유사한 수준의 항당뇨 효능을 보임과 동시에 제2형 당뇨병으로 인한 체중증가도 감소시킬 수 있어 비만을 동반하는 제2형 당뇨병의 예방과 개선을 위한 기능성 소재로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.
본 연구에서는 비 상품 부추의 산업적 활용의 활성화를 위해 제 2형 당뇨모델인 db/db 마우스에서 부추 추출물과 부추 발효물에 대한 항당뇨 효과를 조사하였다. 부추 발효물 제조를 위한 균주선발을 위해 L. acidophilus, L. plantarum, L. casei을 접종하여 배양시킨 부추 추출물(부추 발효물)에 대한 전자공여능을 측정한 결과, L. acidophilus, L. plantarum 부추 발효물은 활성이 증가되었으나 L. plantarum 접종한 부추 발효물의 superoxide radical 소거능은 부추 추출물의 0.6배 수준으로 감소하였다. L. plantarum와 L. casei 균주를 접종한 부추 발효물의 superoxide radical 소거능은 부추 추출물과 유사한 수준을 나타내었다. 따라서 L. plantarum과 L. casei를 이용하여 발효한 부추 발효물과 부추 추출물을 제2형 당뇨질환 동물모델인 db/db mice에 두 가지 농도구간으로(저농도 : 200 mg/kg, 고농도 : 400 mg/kg) 경구 투여한 후, 항당뇨 효능을 평가하였다. 체중 및 식이섭취량을 측정한 결과, 저농도 부추 발효물을 투여하였을 때, 식이섭취량의 변화 없이 체중증가량이 유의적으로 감소되는 것을 확인할 수 있었다(p<0.05). 혈당증가량과 혈청 내 insulin 함량은 고농도 부추 추출물을 투여하였을 때, 유의적으로 감소되었고, 부추 발효물을 투여한 군에서도 감소되는 경향을 나타내었다(p<0.05). 경구 당 부하검사 결과에서도 고농도의 부추 추출물 및 부추 발효물을 투여한 군에서 포도당 내성 효과가 개선되는 것으로 나타났다. 당뇨병에 의해 감소된 혈청 내 GLP-1 농도는 고농도 부추 추출물 및 고농도의 부추 발효물 투여로 인해 증가되었으며 이상의 결과들은 부추 추출물 및 부추 발효물이 GLP-1 분비를 증가시켜 insulin 저항성을 개선시킬 수 있음을 나타낸다. 비록 본 연구결과에서 제2형 당뇨질환에 대한 항당뇨 효능은 부추 추출물이 부추 발효물 보다 더 효과적인 것으로 나타났으나, 두가지 유산균으로 혼합발효한 부추 발효물은 부추 추출물과 유사한 수준의 항당뇨 효능을 보임과 동시에 제2형 당뇨병으로 인한 체중증가도 감소시킬 수 있어 비만을 동반하는 제2형 당뇨병의 예방과 개선을 위한 기능성 소재로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.
The anti-diabetic effects of Allium tuberosum Rottler extracts (ATE) and ATE fermented with lactic acid bacteria in db/db mice were evaluated. The electron donating activity of ATE fermented with Lactobacillus plantarum, and Lactobacillus casei, respectively, increased compared to that of ATE, but t...
The anti-diabetic effects of Allium tuberosum Rottler extracts (ATE) and ATE fermented with lactic acid bacteria in db/db mice were evaluated. The electron donating activity of ATE fermented with Lactobacillus plantarum, and Lactobacillus casei, respectively, increased compared to that of ATE, but the superoxide radical scavenging activity of the ATE incubated with L. plantarum decreased. The superoxide radical scavenging activity of the ATE fermented with both L. plantarum and L. casei was similar to that of the ATE. Therefore, fermented ATE (FATE) was prepared for in vivo testing by incubating it with both L. plantarum and L. casei. The db/db mice were divided into six groups: normal (non-diabetic mice), diabetic control (DM), and four experimental groups administered 200 or 400 mg/kg/day ATE (ATE200 and ATE400) and 200 or 400 mg/kg/day FATE (FATE200 and FATE400). Weight gain was significantly inhibited in the FATE200 group compared with that in the other db/db mice groups (p<0.05). The areas under the curve of the ATE400 and FATE400 groups were significantly smaller than that of the DM group in the glucose tolerance evaluation. The serum glucagon-like peptide-1 levels in the ATE400 and FATE400 groups increased. These results indicate that administering ATE and FATE may be effective against anti-hyperglycemia by regulating insulin resistance. In particular, FATE may be beneficial for controlling obesity in type 2 diabetes.
The anti-diabetic effects of Allium tuberosum Rottler extracts (ATE) and ATE fermented with lactic acid bacteria in db/db mice were evaluated. The electron donating activity of ATE fermented with Lactobacillus plantarum, and Lactobacillus casei, respectively, increased compared to that of ATE, but the superoxide radical scavenging activity of the ATE incubated with L. plantarum decreased. The superoxide radical scavenging activity of the ATE fermented with both L. plantarum and L. casei was similar to that of the ATE. Therefore, fermented ATE (FATE) was prepared for in vivo testing by incubating it with both L. plantarum and L. casei. The db/db mice were divided into six groups: normal (non-diabetic mice), diabetic control (DM), and four experimental groups administered 200 or 400 mg/kg/day ATE (ATE200 and ATE400) and 200 or 400 mg/kg/day FATE (FATE200 and FATE400). Weight gain was significantly inhibited in the FATE200 group compared with that in the other db/db mice groups (p<0.05). The areas under the curve of the ATE400 and FATE400 groups were significantly smaller than that of the DM group in the glucose tolerance evaluation. The serum glucagon-like peptide-1 levels in the ATE400 and FATE400 groups increased. These results indicate that administering ATE and FATE may be effective against anti-hyperglycemia by regulating insulin resistance. In particular, FATE may be beneficial for controlling obesity in type 2 diabetes.
대구의 부추 생산은 달성군 다사면을 중심으로 년 5,465톤 정도 생산하고 있으나 평균적으로 11~16%정도의 폐기율을 보이고 있어 비상품 부추가 다량 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 비상품 부추의 산업적 활용과 경제성을 증대시키고자 제2형 당뇨병 실험동물 모델인 db/db mice에서 부추 추출물 및 부추 발효물의 항당뇨에 대한 영향을 조사하여 기능성 소재로서의 활용 가능성을 타진하고자 하였다.
제안 방법
실험군 및 투여 용량은 streptozotocin 유발 당뇨 흰쥐에서 Ichnocarpurs frutescens추출물의 항고혈당 유효성 평가, 톳 추출물의 항산화 효과 및 db/db 마우스를 사용한 밀순 물 추출물의 항당뇨 평가와 같은 선행연구를 참고하여 설정하였다(11,24,25). 즉, 실험군은 정상군(normal), 당뇨군(diabetes mellitus, DM), 200 mg/kg 부추 추출물을 투여한 Allium tuberosum Rottlerextracts(ATE)200군, 400 mg/kg 부추 추출물을 투여한 ATE400군, 200 mg/kg 부추 발효물을 투여한 FATE200군 그리고 400 mg/kg 부추 발효물을 투여한 FATE400군으로 나누었으며 각 군에 5마리씩 배정하여 실험하였다. 이 동물실험은 (재)대구테크노파크 바이오헬스융합센터 동물실험윤리위원회의 승인(승인번호: BHCC-IACUC-2013-12)을받아 수행되었다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 부추는 대구광역시 달성군 박곡 지역 농가에서 생산된 부추를 사용하였다. 부추 추출물은 부추 중량 대비 10배의 물을 가하고 추출기(KSNP B1130,KyungSeo Machines, Incheon, Korea)에서 65°C, 3시간 1회 추출한 다음 여과지에 여과한 액을 사용하였다.
본 실험에서는 제2형 당뇨의 대표적인 동물모델인 5주령 수컷의 C57BLKS/J Iar-+Leprdb/+Leprdb(db/db) mice와 비당뇨 C57BLKS/J Iar-m+/m+ mice를 (주)중앙실험동물(Seoul,Korea)에서 공급받아 사용하였다. 실험동물사에서 1주일간 순화 및 적응시킨 후 체중과 혈당을 측정하여 병리적인 특이 소견이 없고 실험 사용에 적합한 mice를 선별하여 사용하였다.
데이터처리
0, SPSS Inc, Chicago, IL, USA)program을이용하여 기술적인 통계치를 산출하였다. 결과는 각 실험군별 평균±표준편차로 표시하였으며, 평균 간의 유의성은 one way ANOVA 검증을 통한 Duncan's multiple range test로 p<0.05 수준에서 검증하였다.
실험 결과의 분석은 statistical package for socialscience(SPSS, 12.0, SPSS Inc, Chicago, IL, USA)program을이용하여 기술적인 통계치를 산출하였다. 결과는 각 실험군별 평균±표준편차로 표시하였으며, 평균 간의 유의성은 one way ANOVA 검증을 통한 Duncan's multiple range test로 p<0.
성능/효과
2). Normal군에 비해 DM군 mice의 혈당이 크게 증가되었으며,이러한 혈당증가는 부추 추출물 및 부추 발효물의 투여로 인해 억제되는 경향을 보였다. 특히 고농도의 부추 추출물을 투여한 ATE400군에서 유의적인 혈당증가 억제효과를 확인할 수 있었으며, 그 다음으로는 고농도의 부추 발효물을 투여한 FATE400군이었으나 유의성은 나타나지 않았다(p<0.
따라서 DM군과 실험군에서의 체중 증가는 제2형 당뇨병 유발로 인해 식이섭취량이 정상군에 비해 증가되어 나타난 결과이다. 그러나 실험군 간(DM군, ATE200군, ATE400군, FATE200군, FATE400군)의 식이섭취량 차이가 없는 것을 감안 해볼 때, db/db mice에서 부추 추출물 및 부추 발효물은 식욕조절과 관계없이 체중증가를 억제시킬 수 있는 것으로 판단되며, 본 실험 결과를 통해 부추 추출물 보다 부추 발효물이 비만을 동반하는 제2형 당뇨의 체중증가를 억제시키는데 더 효과적인 것을 확인하였다.
이러한 질환의 합병증 증가는 당뇨병에 의한 사망률을 증가시키는 원인이 되기도 한다(44). 따라서 고농도의 부추 추출물 및 부추발효물은 제2형 당뇨 모델인 db/db mice의 내당능을 개선시키고 당뇨 합병증을 효과적으로 예방할 수 있는 것으로 사료된다.
Insulin 저항성은 대사성 질환의 주된 병인으로 여겨지며 insulin 저항성에 의해 나타나는 hyperinsulinemia는 제2형 당뇨병뿐만 아니라 다양한 대사이상의 표시자 역할을 한다(46,47). 따라서 본 연구결과는 고농도의 부추 추출물 및 부추 발효물이 제2형 당뇨병에서 증가된 혈청 내 insulin 함량을 insulin 저항성 개선을 통해 조절할 수 있음을 보여주었다.
이전 연구에 따르면 부추 및 마늘과 같은 Allium 속 식물의 장기간 섭취는 제1형 당뇨 모델에서 손상된 췌장 세포를 회복시키거나 호르몬 조절과 같은 작용을 하여 혈당을 유의적으로 감소시킨다고 보고된 바 있다(37,38). 본 연구 결과에서 부추 추출물은 제2형 당뇨 모델인 db/db mice에서도 혈당 상승의 억제효과가 유의적으로 나타나 부추의 지속적인 섭취는 제1형뿐만 아니라 제2형 당뇨에 있어 혈당 조절에 긍정적 영향을 줄 수 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 비록 통계적 유의성이 나타나지는 않았지만 고농도의 부추 발효물 역시 혈당 조절 효과의 경향을 나타내었다.
후속연구
제2형 당뇨모델인 db/db mice에서 고농도의 부추 추출물 및 부추 발효물 투여에 의한 혈청 내 GLP-1의 함량의 유의적 증가는 부추 추출물 및 부추 발효물이 insulin 저항성을 개선함으로써 혈당을 감소시킬 수 있음을 다시 한 번 제시해주었다. 따라서 부추 추출물 및 부추 발효물은 GLP-1 분비 향상으로 인한 인슐린 저항성을 개선시키고 혈당강하를 유도하여 당뇨의 예방과 개선에 긍정적인 역할을 할 것으로 사료된다. 특히 앞선 체중측정 결과에서 유의적인 체중감량 효과를 보인 부추 발효물은 비만과 함께 일어나는 제2형 당뇨형의 대사증후군의 예방 소재로써 산업적 활용이 기대된다.
Kim 등(32)은 인슐린 분비를 저하된 췌장 소도에 항산화제인 vitamin E, α-lipoic acid의 처리 시 산화적 스트레스에 의한 췌장 손상을 방지하여 인슐린 분비 장애를 방지 할 수 있다고 보고하였다. 따라서 상기 연구 결과는 부추 추출물에 L. plantarum 및 L. casei를 이용한 발효 시 활성산소 제거능을 증가시킴으로 항산화 활성에 더 높은 효과를 일으킬 수 있어 당뇨병의 항산화체계에 긍정적 영향을 줄 것을 제시한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한방에서 부추의 용도는?
부추(Allium tuberosum Rottler)는 국내뿐만 아니라 동북아시아 전역에 분포하고 있는 백합과의 다년초로써 독특한 맛과 향기가 있어 식생활에 많이 사용되며 한방에서는 보혈, 청혈, 구충, 이뇨, 건위, 건뇌, 강심, 진통, 해독 등의 약재로 이용되고 있다(14). 또한 부추의 생리활성과 관련하여 항암(15), 항균(16), 항산화(17) 등에 효능이 있는 것으로 연구된 바 있으나, 아직 기능성 소재로서 산업적 활용은 미비한 실정이다.
당뇨병 치료 및 개선제로 많이 사용되는 제제인 insulin 분비 촉진제,insulin 저항성 개선제, insulin 주사제의 장단점은?
현재 당뇨병 치료 및 개선제로 많이 사용되는 제제는 insulin 분비 촉진제,insulin 저항성 개선제, insulin 주사제 등이 대표적이다. 이러한 제제들은 혈당 저하 효과가 뛰어난 장점이 있으나,장기간 사용 시 저혈당 유발, 체지방 증가, 간 독성, insulin 저항성 증가 등과 같이 다양한 부작용을 유발한다(9,10)이에 따라 당뇨병의 치료 및 개선을 위하여 부작용이 적은 천연물에 대하여 관심이 높아지고 있는 실정이다. 하지만 천연물 소재의 효능은 대부분 구전되어진 것으로 과학적인 근거가 부족한 문제점이 있다.
부패균의 생장을 억제하고 불용성 무기성분을 가용화하는 작용을 하는 유산균의 주요 대사산물은?
특히 발효에 많이 이용되는 유산균은 인간이 이용할 수 있는 가장 유익한 미생물로써 발효 식품에서 의약품에 이르기까지 광범위하게 활용되고 있다. 유산균의 주요 대사산물은 lactic acid인데 이것은 pH를 급격히 강하시킴으로써 부패균의 생장을 억제하고 불용성 무기성분을 가용화하는 작용을 한다(19). 또한 유산균발효는 식품의 기능성을 증가시키기도 하는데 Park 등(20)은 Lactobacillus delbrueckii와 Bifidobacterium breve로 발효시킨 홍삼을 당뇨 쥐에 투여 시 미발효 홍삼보다 혈당 저하에 있어 더 효과적임을 보고하였다
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