The impact of two novel strains on non-alcoholic fatty liver disease : Alleviating hepatic steatosis and intestinal inflammation = 비알코올성 지방간 질환에 대한 두 가지 새로운 균주의 영향: 간 내 지방증 및 장 내 염증 반응 완화

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is characterized by the accumulation of excessive amounts of lipid droplet in the liver, which is closely related to obesity, type 2 diabetes, and metabolic syndrome. The primary pathophysiological factor contributing to NAFLD is the elevation in fatty acid biosynthesis resulting from carbohydrate intake. Specifically, excessive fructose consumption transforms carbohydrates into triglycerides via fatty acids through de novo lipogenesis in the liver, leading to their accumulation and subsequent lipid buildup. Moreover, excessive fructose intake enhances intestinal permeability, increasing the secretion of pro-inflammatory factors that contribute to both liver lipid accumulation and intestinal inflammation. The progression of NAFLD to non-alcoholic steatohepatitis occurs when liver lipids accumulate, exacerbating the inflammatory response. Hence, it is crucial to mitigate both inflammatory response and hepatic lipid accumulation to effectively prevent NAFLD.
Probiotics and postbiotics play a crucial role in enhancing various health functions of the host by modulating the intestinal flora. Recent research has presented findings on the efficacy of specific strains in mitigating NAFLD. This study explored the potential of two recently isolated strains to attenuate pro-inflammatory factors in human intestinal epithelial cells (HT- 29) stimulated by lipopolysaccharide (LPS). The study verified that the two recently isolated strains exhibited a comparable ability to suppress the inflammatory response when compared to Lactiplantibacillus plantarum and Lactobacillus rhamnosus, both of which were previously acknowledged for their anti-inflammatory effects.
Furthermore, the efficacy of suppressing hepatic lipid accumulation was validated in NAFLD-induced mice fed with high-fat and high-fructose diet. Serum analysis revealed a significant reduction in triglycerides and total cholesterol in the groups receiving the two probiotics compared to the control group. Moreover, the liver weight divided by body weight exhibited a noteworthy decrease in the probiotics intake group compared to the control group. Histological analysis of the liver further confirmed the substantial inhibition of lipid accumulation by probiotics. These findings affirm that the newly isolated probiotics effectively suppress lipid accumulation in the liver in NAFLD-induced mice. In summary, the two newly isolated strains demonstrate efficacy in preventing NAFLD by attenuating inflammatory responses in human intestinal epithelial cells and inhibiting lipid accumulation in the liver of mice.

국문 초록 (Abstract)

비알코올성 지방간 질환은 간 내 과도한 지질이 축적되는 질병으로, 비만, 제 2 형 당뇨병 등 대사질환과 밀접한 연관을 갖는다. 비알코올성 지방간 질환의 주된 병리생리학적 원인은 탄수화물 섭취로 인한 지방산 생합성 기전의 증가이다. 특히, 과도한 과당 섭취는 간 내에서 지방산 생합성 과정을 통해 탄수화물이 지방산을 거쳐 중성지방으로 바뀌고 결과적으로 간 내 지질 축적을 촉진한다. 과다한 과당 섭취는 간 내 지질 축적 뿐만 아니라 장 투과성을 높이고 염증 반응을 증가시켜 장 내 염증 반응을 유도한다. 장 내 염증은 장 간의 축을 통해 간으로 내독소와 염증 촉진 사이토카인 등을 운반하여 간 내 염증 반응을 증가시켜, 이로 인해 비알코올성 지방간 질환을 비알코올성 지방간염으로 악화시킬 수 있다. 따라서, 간 내 지질 축적 뿐만 아니라 장 내 염증 반응을 억제하는 것은 비알코올성 지방간 질환을 예방 및 치료하기 위해서 중요하다.
프로바이오틱스나 포스트바이오틱스는 장내 세균총을 조절함으로써 숙주의 다양한 건강 기능 향상에 도움을 준다. 최근 연구에서는 균주가 미치는 비알코올성 지방간 질환 완화에 대한 결과가 보고되고 있다. 이번 연구에서는 새롭게 분리된 두 균주에 대하여 지질다당류로 염증반응을 유도한 사람의 장 상피 세포에서 염증 촉진 인자를 억제하는지 확인했다. 사람의 장 상피 세포에서 염증 반응 시작을 매개하는 염증성 케모카인인 IL-8 수치를 측정한 결과, 지질다당류에 의해 효과적으로 염증성 초기 매개인자가 증가했으며 새롭게 분리된 두 균주가 기존에 항염증 작용으로 알려진 Lactiplantibacillus plantarum 그리고 Lactobacillus rhamnosus 와 유사하게 염증 반응을 억제하는 것을 확인했다.
또한, 비알코올성 지방간 질환을 유도한 마우스에서 간 내 지질 축적 억제에 대한 효과를 확인했다. 고지방 및 고과당 식이로 대사질환을 동반한 비알코올성 지방간 질환을 유도한 마우스는 20 주간 두 프로바이오틱스를 각각 섭취하였다. 혈청 분석 결과, 대조군 대비 두 프로바이오틱스 섭취군은 중성지방과 총 콜레스테롤을 감소하였다. 또한, 대조군 대비 프로바이오틱스 섭취군에서 체중으로 보정한 간 무게가 유의적으로 감소했다. 간 조직학 결과에서도 프로바이오틱스가 간 내 지질 축적을 유의적으로 억제하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 새롭게 분리된 프로바이오틱스는 비알코올성 지방간 질환이 유도된 마우스에서 효과적으로 간 내 지질 축적을 억제하는 것을 확인했다. 종합하면, 새롭게 분리된 두 균주는 사람의 장 상피 세포에서 염증 반응을 억제하며 마우스의 간 내 지질 축적을 억제하여 비알코올성 지방간 질환을 개선하는 효과가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Table of Contents‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥i
• List of Figures‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥iii
• Abstract in English‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥v
• 1. Introduction‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
• 2. Materials and Methods‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
• 2.1. Bacteria culture and condition‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
• 2.2. Preparation of heat-killed bacteria‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
• 2.3. Preparation of cell-free supernatant bacteria‥‥‥‥‥‥‥8
• 2.4. Cell culture and treatment‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
• 2.5. Cell viability assay‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
• 2.6. Quantification of inflammatory chemokine levels‥‥‥‥9
• 2.7. Animals and diets‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
• 2.8. Liver tissue collection‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
• 2.9. Growth performance and body composition‥‥‥‥‥‥11
• 2.10. Serum biochemical analysis‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
• 2.11. Hepatic histology‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
• 2.12. Statistical analysis‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
• 3. Results and Discussion‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
• 3.1. Effects of two postbiotics on cell viability in HT-29
• colonocytes‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
• 3.2. Effects of two postbiotics on intestinal IL-8 levels‥‥‥‥17
• 3.3. Effects of two probiotics supplementation on growth
• performance and body composition‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21
• 3.4. Effects of two probiotics supplementation on serum
• biochemical markers‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
• 3.5. Effects of two probiotics supplementation on hepatic lipid
• accumulation‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32
• 4. Conclusion‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36
• 5. References‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥37
• Abstract in Korean‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥54