Anti-diabetic effect of fermented extracts of Acanthopanax sessiliflorus fruits in the streptozotocin-nicotoinamide induced type Ⅱ diabetic rats.

Abstract

당뇨병은 고혈당을 특징으로 한 대사이상 상태이다. 이것은 췌장의 베타 세포가 충분한 인슐린을 생산하지 못하여 고혈당증을 야기한다. Acanthopanax sessiliflorus (A. sessiliflorus, 오가피) 는 약용으로 사용되고 있는 약초로서 Araliaceae 과(科)로 분류된다. 약 15 종의 오가피가 있고 다양한 약리 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 당뇨와 관련된 오가피의 입과 뿌리에 대한 연구는 이미 이루어져 있으나 열매에 관해서는 이루어져 있지 않다. 이 실험의 목적은 streptozotocin-nicotinamide (STZ-NA)로 제 2형 당뇨를 유발한 쥐에 세 가지 농도의 오가피발효액을 투여하여 항 당뇨 효과를 관찰하는 것이다. 3T3-L1 지방세포를 이용한 MTT assay를 통해 오가피발효액 (5, 25, 100 μg/ml)의 독성을 확인하였다. In vivo 실험을 위해 STZ-NA 로 제 2형 당뇨를 유발시켰다. 수컷 Sprague-Dawley (7주령)을 다섯 군 (n=6)으로 나누었다. 물 투여군 (일반 대조군, 당뇨 대조군), 오가피발효액 (200, 500, 1000 mg/kg body weight) 로 나누어 당뇨를 유발하고 3일 후부터 5주간 실험을 시행하였다. 투여 기간 중 주별 체중 변화, 식후 혈당, 일일 물 섭취량, 식이섭취량을 측정하였고 희생 전 OGTT 와 ITT를 실행하였다. 희생 후 항당뇨 효과를 확인하기 위해 혈당, 혈장 인슐린, 지질, 췌장 인슐린 함량, 췌장 H&E 염색, GLUT2의 면역염색을 실험하였다. 그리고 PEPCK와 GLUT4의 western blot을 실행하였다. 결과는 다음과 같다. 3T3L-1 세포를 통해 오가피발효액의 독성은 없는 것으로 나타났다. 동물실험 결과 오가피발효액 투여군이 당뇨 대조군에 비해 체중과 식이효율이 유의적으로 증가한 것으로 나타났고 주별 혈당은 감소하였으나 유의적인 감소는 아니다. 오가피발효액 200 mg/kg 투여군에서 물 섭취량이 감소하였다. OGTT AUC에서는 오가피발효액 투여 모든 군에서 당뇨 대조군에 비해 감소하였고 ITT AUC 는 오가피발효액 200 mg/kg 군과 500 mg/kg 군에서 감소하였다. 당뇨 대조군의 혈당이 다른 군에 비해 유의적으로 증가하였으나 오가피발효액 처리군과는 유의적인 차이가 발견되지 않았다. Triglyceride 는 당뇨 대조군에서 증가하였으며 췌장의 GLUT2 의 발현이 다소 증가한 것으로 나타났다. 오가피발효액 200 mg/kg 군과 500 mg/kg 군에서 PEPCK의 발현이 당뇨 대조군에 비해 감소하였고, 오가피발효액 500 mg/kg 군에서 GLUT4의 발현이 증가하였다. 본 연구를 통해 오가피발효액의 투여로 인해 당뇨의 외견상 특성이 향상되었고 말초 조직의 포도당 이용이 증가한다는 것을 확인하였다. 또한 혈당 등 대부분의 결과에서 저용량 (200 mg/kg/day)이 다른 용량에 비해 효과적임을 알 수 있었다. 따라서 이러한 결과를 통해 저용량의 오가피발효액의 투여가 당뇨의 진행을 막는 것으로 판단되며 따라서 비비만형의 제 2형 당뇨 환자에게 저용량의 오가피열매 발효액이 유익할 것으로 사료되며 오가피 열매의 효능에 대한 기초 자료로 쓰일 것이다.; Diabetes mellitus is a metabolic disorder characterized by hyperglycemia. It is due to the beta cells of the pancreas being unable to produce sufficient insulin to prevent hyperglycemia. Acanthopanax sessiliflorus (A. sessiliflorus) is a medical herb that classified into the family of Araliaceae. Approximately fifteen Acanthopanax species exhibit a variety of pharmacological activities. Studies of roots and leaves of A. sessiliflous related with diabetes mellitus are already performed but the search of fruits of A. sessiliflorus is not established. The aim of the present study is to investigate the effect of three dose of A. sessiliflorus on streptozotocin-nicotinamide (STZ-NA) induced non-insulin dependent diabetes mellitus (NIDDM) rats. Cell viability was performed using the 3T3-L1 preadipocyte cell that was treated with A. sessiliflous (5, 25 and 100 μg/ml). In vivo, NIDDM animal model developed by STZ-NA. Male Sprague-Dawley (7 weeks-old) were divided into five groups (n=6). Distrilled water (normal control and diabetes mellitus control), A. sessiliflous (200, 500 and 1000 mg/kg body weight) treated daily for 5 weeks from 3 days after administration of STZ-NA. In the middle of experiment, weekly body weight, postprandial blood glucose and diary water and food intake was measured for investigating condition of rat by treatment. Oral glucose tolerance test (OGTT) and insulin tolerance test (ITT) were performed before the sacrifice. For assess of the anti-diabetic effect, serum glucose, insulin and lipid, pancreatic insulin content, H&E staining, immunohistochemistry of glucose transporter 2 (GLUT2) were performed. In addition, phosphenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) and glucose transporter 4 (GLUT4) detected using western blot analysis. The results were as follows; Toxicity of A. sessiliflorus in 3T3-L1 cell was not found. In rats, body weight and food efficiency were increased in the A. sessiliflorus treated groups than non-treated NIDDM group. Weekly blood glucose of A. sessiliflorus treated groups was lower than non-treated NIDDM groups but not shown the significance. Water intake decreased in the 200 mg/kg doses of A. sessiliflorus. The level of OGTT AUC of A. sessiliflorus treated groups was lower than non-treated NIDDM groups and ITT AUC value of 200 and 500 mg/kg doses of A. sessiliflorus lower than non-treated NIDDM group. Serum glucose was significantly higher in non-treated NIDDM group, but there were no differentiation among the NIDDM induced groups in the serum and pancreatic insulin. Triglyceride was higher in non-treated NIDDM group. Expression of GLUT2 was increased in A. sessiliflorus treated group slightly than non-treated NIDDM group. PEPCK expression was decreased in non-treated NIDDM than 200 and 500 mg/kg doses of A. sessiliflorus and GLUT4 was more expressed in the 500 and 1000 mg/kg doses of A. sessiliflorus. In conclusion, we confirmed the anti-diabetic effect of A. sessiliflous. Especially it could enhance clinical characters of NIDDM and glucose utilization in peripheral tissues of diabetic rats. Accordingly, these data suggest that low doses of A. sessiliflorus particularly protects against worse of NIDDM. Therefore, these findings suggest that the 200 mg/kg doses of A. sessiliflorus may be beneficial in treating the non-obese NIDDM patients and be used as preliminary data related to fruits of A. sessiliflorus.