Anti-adipogenic effect of Lactobacillus curvatus CK17 isolated from kimchi on 3T3-L1 adipocyte and potential probiotic properties

Abstract

The probiotics and their cell components are known to regulate lipid metabolism in adipocytes. In this study, lactic acid bacteria (LAB) strains isolated from kimchi were examined for anti-adipogenic effects as well as establish their probiotics properties. A total of 20 lactic acid bacteria were isolated from kimchi and revealed as members of Lactobacillus sakei, Lactobacillus curvatus, and Leuconostoc mesenteroides. All strains evaluated the ability to inhibit lipase activity and selected Lactobacillus sakei CKC1, Lactobacillus curvatus CK17 with the highest inhibitory activity for further study. Lipid accumulation inhibitory effects were observed in two strains tested. L. curvatus CK17 reduced significantly lipid accumulation on 3T3-L1 adipocytes and decreased the expression of six adipogenic marker genes, PPARγ, C/EBPα, aP2, SREBP1c, ACC, and FAS (p<0.05). Moreover, we found that CK17 strain was able to survive artificial digestive conditions and showed similar adhesion to Caco-2 cells compared to the reference strain. As an additional feature, it showed antibacterial activity, susceptibility to some antibiotics and gamma hemolysis. These results suggested that L. curvatus CK17 isolated from kimchi has the ability to inhibit adipogenic in adipocytes and also has the potential as a probiotic and preventive supplement for obesity.|프로바이오틱스와 그 세포 성분은 지방세포에서 지질 대사를 조절하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 김치에서 분리한 유산균의 지방세포에 대한 지방 분화 및 생성 억제 효과를 조사한 후 프로바이오틱스 특성에 효과적인 균주를 결정하였다. 김치에서 총 20종의 유산균이 분리되어 Lactobacillus sakei, Lactobacillus curvatus, Leuconostoc mesenteroides의 구성원으로 밝혀졌다. Pancreatic lipase는 지질 흡수를 억제하여 비만을 치료할 수 있는 방법으로 활성 억제가 가장 높았던 L. sakei CKC1, L. curvatus CK17 2개의 균주를 이용하여 이후 실험을 수행하였다. 3T3-L1 지방세포에 처리한 후 축적된 중성지방을 Oil red O로 염색하여 세포의 분화를 확인한 결과, CKC1, CK17 처리군은 분화유도군(CON)에 비해 붉게 염색된 지방구가 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 또한 CK17균주는 분화유도군 보다 지질 축적을 22.27% 억제하였으며 CKC1 균주보다 지질 억제능이 우수하였다. 지방세포 분화 및 지방 생성 관련 인자 발현에 미치는 영향을 PCR을 통해 알아보았다. 특히, 지질 축적 억제가 우수했던 CK17는 지방세포 분화 관련 인자(C/EBPα, PPARγ 및 aP2)와 지방 생성 관련 인자(SREBP1c, ACC 및 FAS)의 발현이 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 이는 유산균 추출물의 성분 중 세포벽 성분인 exopolysaccharide (EPS)에 의해 지방 생성 관련 유전자 발현이 억제한 것으로 사료되며 L. curvatus CK17은 지방세포 분화 및 지방 생성관련 유전자 발현을 크게 억제하는 능력이 있다고 판단된다. 지방세포 분화 및 지방 생성을 억제하여 항비만 효과가 있는 유산균의 프로바이오틱스 특성을 확인하고자 내산성, 내담즙성, 장내 부착성, 항균, 항생제 감수성 및 용혈성을 확인한 결과 CK17은 산 및 담즙에 대한 내성, 장 세포 부착 및 병원성 균에 대한 항균력이 우수하였으며 항생제에 대한 감수성 및 γ-hemolysis을 나타냈다. 대표적인 상업적 균주로 알려진 L. rhamnosus GG와 비슷한 특성을 나타냈으며 유의적으로 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 이상의 결과를 종합하여 볼 때, 김치 유래 유산균 L. curvatus CK17은 지방세포 분화 억제가 우수하였고, 프로바이오틱스 특성은 L. rhamnosus GG와 유사하여 이는 항비만 소재 및 식품에 사용하기 위한 프로바이오틱스 후보 물질로서의 가능성을 시사한다.