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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.30 No.4 pp.696-702
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2017.30.4.696

Anti-Diabetic and Anti-Inflammatory Effects of Purple Corn Extract in High-Fat Diet Induced Obesity Mice

Hyunchae Joung, Chai-hee Kim, Yejoo Lee, Soon-kwon Kim, Myoung-Sool Do†
School of Life Science, Handong Global University, Pohang 37554, Republic of Korea
Corresponding author: Myoung-Sool Do, School of Life Science, Handong Global University, Pohang 37554, Korea. +82-54-260-1301, +82-54-260-1319, msdo@handong.edu
20170529 20170616 20170623

Abstract

Metabolic syndrome, including obesity, glucose intolerance and elevated blood pressure, is related to type 2 diabetes and cardiovascular disease. Previous studies have reported the anti-oxidative, anti-inflammatory and anti-diabetic effects of purple corn extract. We investigated the efficacy of purple corn extract (PC) against high-fat diet (HFD)-induced obesity and glucose intolerance, and examined the underlying mechanisms by analyzing expression of proteins and genes involved in glucose regulation and macrophage infiltration. C57BL/6 mice were fed with normal chow diet (ND), or HFD treated with distilled water (DW, control) or PC, for 10 weeks. Although body weights were similar in the HFD-fed groups, we observed a decrease in the liver and epididymal adipose tissue (EAT) weights, and enhanced glucose tolerance test (GTT) results in the PC group, as compared with DW group. Liver showed increased Akt phosphorylation in the PC-treated mice; however, no changes were observed in the EAT, for all groups. In PC-treated mice, decreased macrophage infiltration was seen in the EAT, with a reduced expression of macrophage marker genes. Finally, proinflammatory cytokine gene expressions were decreased by PC in the EAT, and a modest trend for downregulation was observed in the liver. Hence, we conclude that PC may decrease glucose intolerance by increasing the phosphorylation of Akt and reducing the macrophage infiltration into the EAT.


고지방식이 비만 유도 마우스에서 자색옥수수 추출물의 항당뇨 및 항염증 효과

정 현채, 김 채희, 이 예주, 김 순권, 도 명술†
한동대학교 생명과학부

초록


    서 론

    비만과 그로 인한 제2형 당뇨병, 고혈압, 심장질환 그리고 심혈관계 질환 등과 같은 대사질환의 발병률이 전 세계적으 로 증가하면서 대사질환이 인류건강을 위협하는 큰 위험 요 인 중 하나로 부각되고 있다(Ji 등 2014). 전체 당뇨의 대부분 은 제2형 당뇨병으로써 간, 지방, 근육조직에서 인슐린에 대 한 저항성이 생기고, 높아진 혈당을 낮추지 못하고 혈당 상태 가 지속될 때 유발된다(Eledrisi 등 2006). 이와 같이 당뇨병은 증가하고 있으나, 예방이나 치료를 위해서는 식이 조절이나 운동요법 그리고 약물 치료 등에만 의존하고 있다. 그러나 약물의 장기적인 복용으로 인한 부작용이나 생리학적인 문 제점들에 대한 보고(Bennett 등 2011)가 끊이지 않고 있는 현 실이다. 이러한 이유로 화학적으로 새로운 물질을 개발하기 보다 부작용이 없는 천연물을 이용한 신약개발을 위한 연구 와 투자가 지속되고 있는 것으로 보아, 천연물 소재개발에 대 한 중요도가 높은 것을 알 수 있다.

    자색 옥수수(Zea mays L.)는 외떡잎식물 벼목 화본과의 한 해살이풀로서 안데스산맥의 저지대나 멕시코가 원산지인 것 으로 추정되고 있다. 특별히 자색옥수수는 음식과 음료 혹은 섬유를 염색하는 염색약으로 주로 사용되었는데, 최근에 항 산화 효과(Ramos-Escudero 등 2012) 이외에 여러 생리활성 효 과가 있는 것으로 확인되었다. 자색 옥수수 추출물을 db/db 마우스에 투여하여 항당뇨 효과(Huang 등 2015)를 확인하였 고, 당뇨백내장을 유도한 렛트에 자색 옥수수 추출물을 투 여하여 백내장이 개선되는 효과(Thiraphatthanavong 등 2014) 를 확인하였다. 한편, 자색 옥수수에는 어느 정도 안토시아닌 (anthocyanin)이 함유되어 있는 것으로 알려졌다.

    안토시아닌은 항산화 효과를 가진 성분으로 주목을 받고 있으며, 자연에 존재하는 항산화 물질 중에 가장 강력한 효 과를 내는 것으로 알려져 있다(Wallace & Monica 2015). 최근, 안토시아닌이 함유된 여러 식물의 추출물을 이용하여 항산 화 효과를 비롯하여 여러 생리활성에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 붉은 양배추 추출물을 이용하여 혈당을 낮춰 주는 항당뇨 효과(Daud 등 2015), 멀베리와 체리 추출물을 이 용한 항산화와 항당뇨 효과(Wu 등 2016), 블루베리와 블랙베 리 추출물을 이용하여 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추는 효과 와 항당뇨 효과(Johnsona 등 2015), 아로니아 추출물을 이용 한 항당뇨 효과(Takahashi 등 2015), 자색고구마 추출물의 항 비만, 항당뇨 효과(Ju 등 2011)등에 대한 연구가 보고되었다.

    앞서 언급한 것과 같이 제2형 당뇨병은 인슐린 저항성이 생기면서 발병하게 되는데(Eledrisi 등 2006), 인슐린 저항성은 인슐린 수용체를 통한 인슐린 신호전달이 제대로 이루어지지 않는 것을 말한다. 따라서 포도당 수송체가 세포막으로 잘 이 동하지 못하게 되고, 혈액내의 포도당이 흡수되지 못한 채 고 혈당 상태가 유지된다(Bornfeldt & Tabas 2011). 혈액 속에 남 아 있는 포도당은 인슐린 분비가 증가하도록 췌장을 자극하 고, 더 많은 인슐린이 혈액으로 분비되면서 고인슐린혈증까 지 유발한다(Michael 등 2008). 인슐린 저항성은 인슐린 신호 전달에 관련된 단백질의 발현 변화를 통해 확인할 수 있다. 예를 들면, 인슐린 수용체나, PI-3(phosphatidyl inositol-3) 인산 화 효소의 단백질 발현을 확인해 보았을 때, 인슐린 저항성이 걸린 마우스에서 감소하고, Akt의 인산화를 통한 단백질 활 성화 역시 감소하는 것을 확인할 수 있다(Liao & Hung 2010).

    또한 비만 상태가 되면 지방조직에 지방이 쌓이고, 지방세 포의 크기가 커진다. 지방세포가 커지면서 대식세포의 유입 이 증가되고, 지방조직으로 유입된 대식세포는 지방세포를 둘러싸면서 CLSs(crown-like structures)를 형성한다(Nishimura 등 2008). CLS의 형성이 증가하면 대식세포에서 발현 및 분 비되는 전염증성 사이토카인의 발현 및 분비가 증가하여 만성적인 염증반응을 일으킬 뿐만 아니라, 인슐린 신호전 달을 방해하면서 인슐린 저항성을 일으키는 것으로 알려졌 다(Wieser 등 2013).

    본 연구에서 사용된 자색옥수수 품종인 한동검정옥수수 (Handong black corn-1)는 김순권 박사님이 한국과 중국 그리 고 캄보디아에서 육종된 유전자원을 중심으로 국내적응 및 품종육종을 약 12년간 수행해온 결과로 얻어졌다. 한동검정 옥수수의 유전자는 비멘델 유전을 하는 것으로 확인되었으 며, 이삭썩음병(ear rot complex)에 매우 민감한 것으로 확인 되었다.

    자색 옥수수 추출물을 이용한 당뇨연구는 주로 제1형에서 연구되었으나, 비만 또는 대사성 질환으로 발병되는 제2형에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 식 이유도 비만을 통해 인슐린 저항성을 유도한 마우스 모델에 자색 옥수수 추출물을 투여하여 혈당 조절 및 인슐린 저항성 개선의 효과가 있는지를 조사하여 자색옥수수가 제2형 당뇨 병 치료를 위한 천연 소재로써의 가능성을 확인해 보고자 하 였다.

    재료 및 방법

    1.자색 옥수수 추출물 제조

    본 연구에서는 한동대학교 석좌교수인 김순권 박사님이 개 발한 한동검정옥수수(Handong black corn-1)의 알(kernel)과 속대(cob)를 사용하였다. 한동검정옥수수의 재배기간은 120 일 정도이고, 한국에서의 연구는 경상북도 포항시 한동대학 교 통일옥수수 시험포에서 진행되었다.

    한동검정옥수수의 알과 속대를 각각 분쇄한 뒤, 20% 에탄 올(0.1% citric acid)에 1:5(w/v) 비율로 섞어서 상온에서 24 시간 추출하였다. 추출액을 원심 분리하여 상층액을 모은 후, 그 상층액을 주사 여과기(0.45 μm)로 여과하고, 감압 증류 및 동결건조를 통하여 에탄올 추출 분말을 얻었다.

    2.자색 옥수수 추출물의 안토시아닌 양 측정

    추출 분말을 3차수에 1,000 mg/mL 농도로 녹이고, pHdifferential method(Giusti & Wrolstad 2001)의 방법으로 안토 시아닌의 양을 측정하였다. pH 1.0인 염화 칼륨 완충용액을 이용하여 적절한 희석배율을 510 nm 파장에서의 흡광도가 1.2 인 것을 찾아내고, 샘플을 pH 1.0인 염화 칼륨 완충용액과 pH 4.5인 아세트산 나트륨 완충용액에 넣어 각각 510 nm, 700 nm의 파장에서 흡광도를 측정한다. 다음과 같은 식으로 계산 하면 안토시아닌 농도를 알 수 있다.

    A(absorbance) = (A 510 -A 700 ) pH1.0 -(A 510 -A 700 ) pH4.5 Monomeric anthocyanin pigment (mg/L) = (A ×MW×DF× 1,000)/ (ε ×1) MW = 449.2, DW: dilution factor, ε = 26,900

    3.고지방식이에 의한 비만 마우스 모델 제작

    4주령 C57BL/6 수컷 마우스를 (주)효창사이언스(대구, 한 국)로부터 구매하여 항온(22±1℃)과 항습(45±10%)을 유지 하며, 12시간 주기로 명암을 조절하면서 1주간 적응시켰다. 고지방식이(HFD) 사료는 (주)중앙실험동물(서울, 한국)에 서 구입하여 사용하였으며, 일반식이(ND)의 사료는 Research Diet Inc.(New Brunswick, NJ, USA)에서 구입하여 사용하였 다. 실험군은 일반식이(ND)와 증류수(distilled water, DW)를 투여한 정상군(ND+DW군), 식이 대조군(HFD+DW군), 그리 고 고지방식이(HFD)와 자색 옥수수 추출물 25 mg/kg을 매 일 경구 투여한 HFD+PC(purple corn)군으로 각각 8마리씩 총 3개의 군으로 나누어 실험에 사용하였다. 식이 유도 비만 마 우스 모델을 만들기 위해 8주간 고지방식이(HFD)를 급여하 였고, 동시에 추출물을 경구 투여하였다. 체중은 실험시작일 에 최초 측정한 뒤 매주 1회 10주에 걸쳐 측정하였고, 식이 섭취량 역시 매주 1회 측정하였다. 식이 섭취량은 이전 식이 공급량에서 잔량을 감하여 계산하였다. 실험동물(승인번호, 한동동물윤리20160616-011)과정은 한동대학교 동물실험윤 리위원회(HGUIACUC, Handong Global University Institutional Animal Care and Use Committee)의 지침에 따라 수행하였다.

    복강 내당능 시험 후 2주간 체중회복이 된 뒤 마우스를 4 시간 금식을 시키고 희생을 통해 부고환지방, 간, 그리고 골 격근을 적출하여 액체질소에 급속 냉동시키고, −75℃에서 보관하였다.

    4.복강 내당능 시험

    복강 내당능 (intraperitoneal glucose tolerance test, IPGTT) 시험은 실험 8주째 마우스를 16시간 금식시킨 후, 포도당 용 액을 체중 kg당 2 g씩 복강주사한 다음 0, 15, 30, 60, 90, 120 분 후, 마우스 꼬리 정맥에서 혈액을 채취하여 혈당측정기(지 닥터TM, All Medicus Co., Ltd., 안양, 한국)를 이용하여 혈당을 측정하였다.

    5.H&E 염색

    마우스 희생 후 부고환지방을 10% 포르말린에 고정하 고, 파라핀 블록에 넣어서 단면을 hematoxylin과 eosin으로 염색을 한다. 현미경으로 200배 확대하여 조직 단면을 관찰 하였다.

    6.대식세포표식유전자와염증반응유전자의발현량측정

    대사성 질환의 개선 효과를 확인하기 위해 마우스의 간과 부고환지방으로부터 대식세포 표식유전자(Arg1, CD206, F4/ 80)와 염증관련 사이토카인의 (MCP1, TNFα, IL-1β) mRNA 발현량을 분석하였다(Wu 등 2013). mRNA 발현 변화를 확 인하기 위해 마우스의 간과 부고환지방으로부터 Trizol® (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)을 이용하여 mRNA를 분리하고, Improme-ⅡTM reverse transcriptase system (Promega, Madison, WI, USA)를 이용하여 cDNA를 합성하였 다. Real-time PCR은 2x SYBR Premix Ex Taq (Takara BIO Inc, Japan)을 이용하여 실시했다. ABI 7500 Real-Time PCR system (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)을 이용하여 PCR 하였고, ABI 7500 소프트웨어를 이용하여 분석하였다. Primer 서열은 다음과 같다. GAPDH mRNA의 primer는 Forward: 5’-ACC ACA GTC CAT GCC ATC AC-3’, Reverse: 5’-TCC ACC ACC CTG TTG CTG TA-3’, Arg1 mRNA의 primer는 Forward: 5’-TCT CCT CCA CGG GCA AAT TC-3’, Reverse: 5’- GCA AGC CAG CTT CTC GAA TG-3’, CD206 mRNA의 primer는 Forward: 5’- GTG GAG TGA TGG AAC CCC AG-3’, Reverse: 5’-CTG TCC GCC CAG TAT CCA TC-3’, F4/80 mRNA의 primer는 Forward: 5’- AGT ACG ATG TGG GGC TTT TG-3’, Reverse: 5’- CCC CAT CTG TAC ATC CCA CT-3’, MCP1 mRNA의 primer는 Forward: 5’- TTA AAA ACC TGG ATC GGA AC-3’, Reverse: 5’- GCA TTA GCT TCA GAT TTA CG-3’, TNFα mRNA의 primer는 Forward: 5’- GAA CTG GCA GAA GAG GCA CT-3’, Reverse: 5’- AGG GTC TGG GCC ATA GAA CT-3’, IL-1β mRNA의 primer는 Forward: 5’ AGA CAG GTC GCT CAG GGT CA-3’, Reverse: 5’-AAG TGG TTG CCC ATC AGA GG-3’을 사용하였다.

    7.Akt 단백질 발현량 측정

    인슐린 저항성 개선 효과를 확인하기 위해 마우스의 간과 부고환지방으로부터 인슐린 신호전달의 중요 단백질인 Akt 의 인산화 정도를 분석하였다(Liao & Hung 2010). Akt 단백질 을 확인하기 위해 마우스의 간과 부고환지방으로부터 단백 질을 추출하였다. 단백질은 PRO-PREP(iNtRON Biotechnology, Seongnam, Korea)에 각 조직을 넣고 균질기를 이용하여 추 출하였다. 단백질의 정량은 Bradford assay를 이용하였으며, 10% sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel(SDS-PAGE)를 이용하여 전기영동하였다. Polyacrylamide의 단백질은 PVDF (Polyvinylidene fluoride) membrane으로 이동시켰다. Membrane 은 5% 탈지우유로 blocking해 주고, TBS-T로 남은 물질을 씻어주었다. 1차 항체는 rabbit anti-mouse tAkt 항체(1:5,000 dilution)와 rabbit anti-mouse pAkt 항체(1:5,000 dilution) (Cell Signaling Technology, Beverly, MA, USA)를 사용하였으며, 2 차 항체는 HRP-conjugated goat anti-rabbit Ig G 항체(1:5,000 dilution)를 사용하였다.

    8.통계처리

    모든 실험값은 평균±표준편차(mean±S.D.)로 표시하였고, 통계처리는 Student’s t-test로 검정하였으며, 대조군과 비교하 여 p<0.05 이하인 경우, 유의적인 차이가 있다고 판정하였다.

    결과 및 고찰

    1.자색 옥수수 추출물의 수율 및 안토시아닌 측정

    본 실험에 사용한 자색 옥수수 알과 속대를 1:1로 혼합한 분말 200 g에서 6.5 g의 추출 분말을 확보하였으며, 그 수율 은 3.25%였다. 얻어진 추출 분말을 pH-differential method (Giusti & Wrolstad 2001)를 이용하여 1 g을 분석한 결과, 추출 분말에 9.93 mg의 안토시아닌이 들어있는 것을 확인하였다.

    2.자색 옥수수 추출물이 식이유도 비만 마우스의 공복 혈당에 미치는 영향

    자색 옥수수 추출물을 경구 투여한 고지방 식이 유도 비 만 마우스의 체중, 조직 무게 및 혈당변화를 분석한 결과는 Fig. 1과 같다. 일반식이와 고지방식이를 먹인 마우스간의 체중차이는 2주차부터 나타나기 시작하지만, 고지방식이를 먹인 마우스와 고지방식이를 급여하면서 자색 옥수수 추출 물을 투여한 마우스간의 체중변화는 없었다. 자색 옥수수 추 출물 투여를 실시한지 8주차에 내당능 시험을 실시하였고, 자색 옥수수 추출물 투여군에서 60분과 120분에서 추출물 을 투여하지 않은 고지방식이 급여군보다 유의미하게 혈당 이 낮게 측정되는 것을 확인하였다. AUC(Area Under Curve) 에서도 자색 옥수수 추출물 투여군이 유의미하게(p=0.07) 낮 은 것을 확인하였다. 마우스 희생 후 추출물 투여군에서 부고 환지방의 무게가 줄어드는 경향성과 간 무게의 유의미한 감소를 확인하였다. 현재 사용되고 있는 항당뇨제 중에 Sulfonylureas, Thiazolidinedione, 그리고 Meglitinide와 같은 여러 약제가 혈당은 조절하지만, 체중증가의 부작용을 가지고 있 는 것이 보고되었는데(Eledrisi 등 2006), 본 연구의 자색 옥수 수 추출물은 체중 증가 없이 혈당을 낮출 수 있다는 가능성을 확인하였다.

    3.자색 옥수수 추출물이 Akt 단백질의 활성화에 미치는 영향

    인슐린은 인슐린 수용체와의 결합으로 시작하여 PI-3 인산 화 효소/Akt를 거쳐 포도당 수송체의 세포막으로의 이동을 통해 포도당 흡수를 증가시키는 신호를 전달하는 것으로 알 려져 있다(Giusti & Wrolstad 2001). 본 연구에서 자색 옥수수 추출물 투여로 인해 인슐린 저항성을 유도한 마우스에서 혈 당이 낮아지는 것을 확인하였기에 자색 옥수수 추출물이 인슐린의 신호전달에 미치는 영향을 분석하였고, 그 결과는 Fig. 2와 같다. 부고환지방(Fig. 2A)에서의 Akt 인산화 정도의 변화가 고지방식이 급여군 간에는 차이가 보이지 않았지만, 간(Fig. 2B)에서는 자색 옥수수 추출물 투여군의 Akt 인산화 가 유의미하게 증가하는 것을 확인하였다. 간에서 인슐린 저 항성이 생기게 되면 그로 인해 포도당의 흡수가 저해되어 혈 당수치가 높게 유지가 된다. 반대로, 간에서의 인슐린 저항성 이 개선되면 인슐린 수용체에 인슐린이 결합하면서 Akt 인 산화가 증가하여 신호전달이 이루어지고, 혈액 내의 포도당 의 흡수가 증가하여 혈당이 낮아진다(Liao & Hung 2010). 자 색 옥수수 추출물의 투여로 인해 간의 Akt 활성화가 이루어 지면서 인슐린 저항성을 개선시킬 수 있다는 것을 확인하 였다. Akt의 상위 신호전달에 관련된 IRS(Insulin Receptor Subunit)나 PI-3 인산화 효소 등의 발현은 본 연구에서 분석하 지 않았지만, 추후 더 진행될 연구에서 IRS나 PI-3 인산화 효 소에 대한 자세한 연구가 진행될 것이다.

    4.자색 옥수수 추출물이 대식세포 유입으로 인한 crown like structure(CLS) 형성에 미치는 영향

    비만이 되면 대식세포가 지방조직으로 더 많이 침투하면 서 지방세포를 둘러싸면서 CLS를 형성(Nishimura 등 2008) 하고, 침투된 대식세포로 인해 만성 염증반응이 일어난다 (Thiraphatthanavong 등 2014). 자색 옥수수 추출물 투여로 인 해 부고환지방에서의 대식세포 유입이 어떻게 변화하였는지 를 확인하기 위해 조직을 고정하고, H&E 염색을 통해 확인 하였다. 자색 옥수수 추출물을 투여한 고지방식이 유도 비만 마우스의 부고환지방에서의 대식세포 유입과 CLS 형성에 대한 결과는 Fig. 3과 같다. 자색 옥수수 추출물 투여군에서 고지방식이 급여군에 비해 대식세포의 유입이 줄어들고, 또 한 CLS 형성이 줄어드는 것을 확인하였다. 그리고 대식세 포의 표면에 존재하는 단백질인 arginase 1(Arg1), mannose receptor(CD206) 그리고 EGF-like module-containing mucin-like hormone receptor-like 1(F4/80)의 mRNA 발현이 자색 옥수수 추출물 투여군의 부고환지방에서 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 자색 옥수수 추출물이 부고환지 방에서 대식세포 침투를 억제하며, 만성염증을 줄이므로 인 슐린 저항성을 개선하는 효과가 있음을 보여준다.

    5.자색 옥수수 추출물의 전염증성 사이토카인 발현에 미 치는 영향

    자색 옥수수 추출물 투여에 의한 cytokine의 mRNA 발현 변화 효과에 대한 결과는 Fig. 4와 같다. 비만이 되면 대식세 포가 지방조직으로 침투하는데, 지방조직으로 대식세포를 끌 어 들이고 인슐린 저항성뿐만 아니라, 지방간을 유발하는 단 백질인 monocyte chemoattractant protein 1(MCP1)의 mRNA 발 현(Kanda 등 2006)과 대식세포에서 분비되어 염증반응을 일 으키며, 인슐린 신호 전달을 방해하며, 저항성을 유발하는 사 이토카인인 TNFα(Swaroop등 2012)와 지방세포에서 인슐린 수용체 기질-1의 감소를 일으키며, 인슐린 저항성을 유발하 는 사이토카인인 (Interleukin) IL-1β의 발현(Jager 등 2007)이 증가한다. 본 실험에서는 자색 옥수수 추출물 투여군의 부고 환지방에서 MCP1, TNFα 그리고 IL-1β의 mRNA 발현이 통 계적으로 유의미하게 감소하는 것을 확인하였고, 간에서는 감소하는 경향성을 확인하였다. 따라서 부고환지방으로 대 식세포의 유입이 줄어들면서 대식세포에서 발현되는 전염 증성 사이토카인이 감소함으로써 궁극적으로 인슐린 저항성 을 개선시키는 것을 확인하였다.

    요약 및 결론

    본 연구에서는 자색 옥수수 추출물을 고지방식이 유도 비 만 마우스에 투여하여 인슐린 저항성 개선을 확인하고, 조 직 내에서 인슐린 신호전달 및 염증반응에 미치는 영향을 분 석하였다. 자색 옥수수 추출물 1 g에 9.93 mg의 안토시아닌이 들어있는 것을 확인하였다. 일반식이군, 고지방식이군, 그리 고 자색 옥수수 추출물 투여군으로 나누어 고지방식이를 통 하여 비만과 인슐린저항성을 유발하고, 내당능 검사를 통해 자색 옥수수 추출물이 혈당을 낮추는데, 효과적인 소재로 이 용될 가능성을 확인하였다. 부고환지방과 간에서의 인슐린 신호전달을 확인하기 위해 Akt의 활성화를 인산화 정도를 통해 확인하였는데, 자색 옥수수 추출물 투여군의 간에서 Akt 의 인산화가 증가한 것을 확인하였다. 또한 인슐린 저항성에 영향을 주는 지방조직에서의 CLS 형성과 전염증성 사이토카 인의 발현을 확인하였다. 자색 옥수수 추출물 투여군의 부고 환지방에서 CLS의 형성이 감소하고, 대식세포 표지 유전자 인 Arg1, CD206 그리고 F4/80의 mRNA의 발현이 감소하는 것을 확인하였고, 부고환지방과 간에서 전염증성 사이토카인 인 MCP1, TNFα, 그리고 IL-1β의 mRNA 발현 또한 감소하는 것을 확인하였다. 결론적으로, 안토시아닌을 함유한 자색 옥 수수 추출물은 간에서의 인슐린 신호전달의 개선과 지방세 포에서의 대식세포 침입과 전염증성 사이토카인의 발현 감 소를 통해 혈당 조절 및 당 대사 개선에 긍정적인 영향을 미 치고 있음을 확인하였다.

    감사의 글

    이 연구는 한동대학교 교내연구지원사업 제20150105호에 의한 것이고, 한동검정옥수수 육종은 김순권 박사님의 POSCO 지원 한동대 바이오에너지 옥수수 개발 연구비와 개인 연구 비가 투자되었음.

    Figure

    KSFAN-30-696_F1.gif
    Effect of PC treatment on weight gain, tissue weight, and glucose intolerance.

    (A) Body weight changes during 10weeks of ND or HFD supplemented with +DW or +PC. (B) Changes in the EAT, liver and quadriceps weight after 10 weeks of treatment. (C) Glucose tolerance test after 8 weeks of treatment. *p≤.05, **p≤.01, ***p≤.001 ND+ DW versus HFD+DW, † p≤.05, †† p≤.01 HFD+DW versus HFD+PC. Data presented as mean±SEM of 6~8 mice per group. ND+DW: Mice fed with ND and treated with DW, HFD+DW: Mice fed with HFD and treated with DW, HFD+PC: Mice fed with HFD and treated with PC. DW, distilled water, EAT, epididymal adipose tissue, HFD, highfat diet, ND, normal chow diet, PC, purple corn extract.

    KSFAN-30-696_F2.gif
    Effect of PC treatment on activating phosphorylation of Akt. (A) pAkt protein expression relative to Akt expression in the EAT.

    (B) pAkt protein expression relative to Akt expression in the liver. *p≤.05 ND+DW versus HFD+ DW, † p≤.05 HFD+DW versus HFD+PC. Data presented as mean±SEM of insulin challenged 3 mice per group. ND+ DW: Mice fed with ND and treated with DW, HFD+DW: Mice fed with HFD and treated with DW, HFD+PC: Mice fed with HFD and treated with PC. DW, distilled water, EAT, epididymal adipose tissue, HFD, high-fat diet, ND, normal chow diet, PC, purple corn extract.

    KSFAN-30-696_F3.gif
    Effect of PC treatment on macrophage infiltration into the EAT.

    (A) Macrophage infiltration after 10 weeks of ND or HFD supplemented with DW, or PC. Shown are representative photomicrographs of EAT sections stained with hematoxylin and eosin. The arrows indicate the infiltration of macrophages. (B) Changes in expression of EAT genes involved in macrophage markers (n=6~8) All mRNA expression levels were normalized to the expression of GAPDH. ***p≤.001 N D+D W versus H FD+D W , † p≤.05, †† p≤.01 HFD+DW versus HFD+PC. Data presented as mean ± SEM of 6~8 mice per group. ND+DW: Mice fed with ND and treated with DW, HFD+DW: Mice fed with HFD and treated with DW, HFD+PC: Mice fed with HFD and treated with PC. DW, distilled water, HFD, high-fat diet, ND, normal chow diet, PC, purple corn extract.

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    Effect of PC treatment on proinflammatory cytokines.

    (A and B) Expression of proinflammatory cytokine genes in the (A) EAT, and (B) liver (n=6~8 for all). All mRNA expression levels were normalized to the expression of GAPDH. *p≤.05, **p≤.01, ***p≤.001 ND+DW versus HFD+DW, † p≤.05, †† p≤.01 HFD+DW versus HFD+ PC. Data presented as mean±SEM of 6~8 mice per group. ND+DW: Mice fed with ND and treated with DW, HFD+ DW: Mice fed with HFD and treated with DW, HFD+PC: Mice fed with HFD and treated with PC. DW, distilled water, EAT, epididymal adipose tissue, HFD, high-fat diet, ND, normal chow diet, PC, purple corn extract.

    Table

    Reference

    1. Bennett WL , Maruthur NM , Singh S , Segal JB , Wilson LM , Chatterjee R , Marinopoulos SS , Puhan MA , Ranasinghe P , Block L , Nicholson WK , Hutfless S , Bass EB , Bolen S (2011) Comparative effectiveness and safety of medications for type 2 diabetes an update including new drugs and 2-drug combinations , Ann Intern Med, Vol.154 ; pp.602-613
    2. Bornfeldt KE , Tabas I (2011) Insulin resistance, hyperglycemia, and atherosclerosis , Cell Metab, Vol.14 ; pp.575-585
    3. Daud MA , Rahman S , Rahman S , Ahmad I , Rahmatullah M (2008) How good is red cabbage extract for lower- ing high blood glucose and alleviating pain? A preliminary evaluation of Brassica oleracea L var capitata f , rubra. WJPPS, Vol.4 ; pp.1642-1651
    4. Eledrisi MS , Alshanti MS , Shah MF , Brolosy B , Jaha N (2006) Overview of the diagnosis and management of diabetic ketoacidosis , Afr J Med Med Sci, Vol.331 ; pp.243-251
    5. Giusti MM , Ronald EW (2001) Current Protocols in Food Analytical Chemistry, John Wiley and Sons, Inc,
    6. Huang B , Wang Z , Park JH , Ryu OH , Choi MK , Lee JY , Kang YH , Lim SS (2015) Anti-diabetic effect of purple corn extract on C57BL/KsJ db/db mice , NRP, Vol.9 ; pp.22-29
    7. Jager J , Grémeaux T , Cormont M , Le Marchand-Brustel Y , Tanti JF (2007) Interleukin-1beta-induced insulin resistance in adipocytes through down-regulation of insulin receptor substrate- 1 expression , Endocrinology, Vol.148 ; pp.241-251
    8. Jatla JS , Duggirala R , Naidu JN (2012) Association of TNFα with insulin resistance in type 2 diabetes mellitus , Indian J Med Res, Vol.135 ; pp.127-130
    9. Ji C , Dai Y , Jiang W , Liu J , Hou M , Wang J , Burén J , Li X (2014) Postnatal overfeeding promotes early onset and exaggeration of high-fat diet-induced nonalcoholic fatty liver disease through disordered hepatic lipid metabolism in rats , J Nutr Biochem, Vol.25 ; pp.1109-1116
    10. Johnsona MH , Walliga M , Luna Vitalc DA , de Mejia EG (2015) Alcohol-free fermented blueberry-blackberry beverage phenolic extract attenuates diet-induced obesity and blood glucose in C57BL/6J mice , J Nutr Biochem, Vol.31 ; pp.45-59
    11. Ju JH , Yoon HS , Park HJ , Kim MY , Shin HK , Park KY , Yang JO , Sohn MS , Do MS (2011) Anti-obesity and antioxidative effects of purple sweet potato extract in 3T3-L1 adipocyte in vitro , J Med Food, Vol.14 ; pp.1097-1106
    12. Kanda H , Tateya S , Tamori Y , Kotani K , Hiasa K , Kitazawa R , Kitazawa S , Miyachi H , Maeda S , Egashira K , Kasuga M (2006) MCP-1 contributes to macrophage infiltration into adipose tissue, insulin resistance, and hepatic steatosis in obesity , J Clin Invest, Vol.116 ; pp.1494-1505
    13. Liao Y , Hung MC (2010) Physiological regulation of Akt activity and stability , Am J Transl Res, Vol.2 ; pp.19-42
    14. Nishimura S , Manabe I , Nagasaki M , Seo K , Yamashita H , Hosoya Y , Ohsugi M , Tobe K , Kadowaki T , Nagai R , Sugiura S (2008) In vivo imaging in mice reveals local cell dynamics and inflammation in obese adipose tissue , J Clin Invest, Vol.118 ; pp.710-721
    15. Ramos-Escudero F , Muñoz AM , Alvarado-Ortíz C , Alvarado , Yáñez JA (2012) Purple corn (Zea mays L) phenolic compound profile and its assessment as an agent against oxidative stress in isolated mouse organs , J Med Food, Vol.15 ; pp.206-215
    16. Shanik MH , Xu Y , Škrha J , Dankner R , Zick Y , Roth J (2008) Insulin resistance and hyperinsulinemia , Diabetes Care, Vol.31 ; pp.S262-S268
    17. Takahashi A , Shimizu H , Okazaki Y , Sakaguchi H , Taira T , Suzuki T , Chiji H (2015) Anthocyanin-rich phytochemicals from aronia fruits inhibit visceral fat accumulation and hyperglycemia in high-fat diet-induced dietary obese rats , J Oleo Sci, Vol.64 ; pp.1243-1250
    18. Taylor C , Wallace M , Mónica Giusti (2015) Anthocyanins , Adc Nutr, Vol.6 ; pp.620-622
    19. Thiraphatthanavong T , Wattanathorn J , Muchimapura S , Wipawee TM , Wannanon T , Terdthai TU , Suriharn B , Lertrat K (2014) Preventive effect of Zea mays L (Purple Waxy Corn) on experimental diabetic cataract , BioMed Res Int, ; pp.1-8
    20. Wieser V , Moschen AR , Tilg H (2013) Inflammation, cytokines and insulin resistance A clinical perspective , AITE, Vol.61 ; pp.119-225
    21. Wu Y , Wu T , Wu J , Zhao L , Li Q , Varghese Z , Moorhead JF , Powis SH , Chen Y , Ruan XZ (2013) Chronic inflammation exacerbates glucose metabolism disorders in C57BL/6J mice fed with high-fat diet , J Endocrinol, Vol.219 ; pp.195-204
    22. Wu T , Yin J , Zhang G , Long H , Zheng X (2016) Mulberry and cherry anthocyanin consumption prevents oxidative stress and inflammation in diet-induced obese mice , Mol Nutr Res, Vol.60 ; pp.687-694