Timosaponin A3 induces anti-obesity and anti-diabetic effects in vitro and in vivo

국문 초록 (Abstract)

비만은 제2형 당뇨병 등 만성 대사성 질환과 밀접하게 연관되는 세계적으로 심각한 건강문제이다. 췌장에서 인슐린 분비를 증가시키는 글루카곤 유사 펩타이드 1 수용체 작용제 (GLP-1 RA)가 제2형 당뇨병 치료제로 개발되었으나, 의도하지 않은 식욕억제 효과 등으로 체중감량을 유도한다는 것이 알려져, 췌장염, 장폐색, 위무력증 등의 부작용에도 불구하고 비만치료에도 널리 쓰이고 있는 실정이다. 한의약에서는 지모 (Anemarrhena asphodeloides Bunge)가 인슐린이나 글루카곤 유사 펩타이드 1 (GLP-1)의 분비를 증가시키는 것으로 연구된 바 있다. 지모는 한의학에서 청열사화약으로서 각종 화열증, 소갈증을 치료하는 방제에 많이 쓰이는 본초이며, 이러한 병증은 비만과 당뇨병에 주로 관련된다. 지모에서 유래한 대표적인 천연 성분인 티모사포닌 A3 (TA3)는 다양한 질병 모델에서 치료 효과가 연구된 바 있으나, 비만과 당뇨병에 대한 효과는 모두 밝혀지지 않았다. 이에 본 연구에서는 세포실험과 동물실험 모델을 사용하여 TA3의 항비만 및 항당뇨 효과를 알아보았다.

NCI-H716 세포에서 TA3을 처리한 결과, PKAc 및 AMPK의 인산화를 통해 GLP-1의 분비를 자극했음을 확인하였다. 3T3-L1 지방 세포에서 TA3는 FAS와 FABP4를 억제하여 중성지방의 저장을 줄이고, C/EBPα와 PPARγ를 억제하여 지방세포의 분화를 방해하며, 에너지 대사를 촉진하는 AMPK의 인산화로 지질 축적을 효과적으로 억제하였다.

고지방 식이 (HFD) 유도 마우스 모델에서 TA3 투여는 체중 증가와 음식 섭취를 유의하게 감소시켰다. 또한 TA3는 HFD 섭취 마우스에서 혈중 포도당 내성과 AST, ALT, 총콜레스테롤, 중성지방, LDL콜레스테롤 등 지질 프로필을 개선하고 간 지방증을 완화하였다. 피하지방과 내장지방의 조직학적 분석을 통해, TA3가 백색 지방세포의 크기를 줄이고 지방조직의 생성을 억제했음을 밝혔다. TA3는 특히 FAS 및 SREBP1c 등 지방 생성인자의 발현을 낮추어 항비만제로서의 가능성을 나타냈다.

이러한 연구 결과는, 비만, 당뇨병 및 관련 대사장애의 치료에 천연 화합물을 응용하는 접근으로서, 한약재 지모에서 추출한 성분들 중 하나인 TA3을 활용하여 새로운 치료제를 개발할 수 있다는 가능성을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Obesity is a serious global health challenge, closely associated with numerous chronic conditions including type 2 diabetes. Anemarrhena asphodeloides Bunge (AA) known as Jimo, has been used to address conditions associated with pathogenic heat (火) such as wasting-thirst (消渴證) in Korean Medicine. Timosaponin A3 (TA3), a natural compound extracted from AA has demonstrated potential therapeutic effects in various disease models. However, its effects on diabetes and obesity remain largely unexplored. We investigated the anti-obesity and anti- diabetic properties of TA3 using in vitro and in vivo models. TA3 treatment in NCI-H716 cells stimulated the secretion of glucagon-like peptide 1 (GLP-1) through the activation of phosphorylation of protein kinase A catalytic subunit (PKAc) and 5'- AMP-activated protein kinase (AMPK). In 3T3-L1 adipocytes, TA3 effectively inhibited lipid accumulation by regulating adipogenesis and lipogenesis. In a high-fat diet (HFD)-induced mice model, TA3 administration significantly reduced body weight gain and food intake. Furthermore, TA3 improved glucose tolerance, lipid profiles, and mitigated hepatic steatosis in HFD-fed mice. Histological analysis revealed that TA3 reduced the size of white adipocytes and inhibited adipose tissue generation. Notably, TA3 downregulated the expression of lipogenic factor, including fatty-acid synthase (FAS) and sterol regulatory element-binding protein 1c (SREBP1c), emphasizing its potential as an anti-obesity agent. These findings revealed that TA3 may be efficiently used as a natural compound for tackling obesity, diabetes, and associated metabolic disorders, providing a novel approach for therapeutic intervention.

목차 (Table of Contents)

• Abstract iii
• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 3
• 1) Reagents 3
• 2) Cell culture 3
• 3) MTT assay 4
• 4) ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) 4
• 5) Western blot 4
• 6) Oil red O assay 5
• 7) Animals 5
• 8) In vivo experiments 5
• 9) OGTT 6
• 10) Serum analysis 6
• 11) H&E (Hematoxylin and eosin) staining 6
• 12) Statistical analysis 7
• 3. Results 8
• 1) TA3 Stimulates GLP-1 Secretion in NCI-H716 cells 8
• 2) TA3 Suppresses Adipogenesis and Lipogenesis in 3T3-L1 Adipocytes 10
• 3) TA3 Attenuates Body Weight Gain and Food Intake 12
• 4) Improvement in Glucose Homeostasis and Lipid Profiles 15
• 5) TA3 Attenuates Hepatic Steatosis 17
• 6) TA3 Inhibits the White Adipose Tissue Generation and Size 19
• 4. Discussion 21
• 5. References 27
• 국문초록 31