Metabolic Regulatory Effects of Phloretic Acid: Amelioration of Dyslipidemia and Metabolic Disorders in High-Fat Diet-Induced Obese Mice = Phloretic Acid의 대사 조절 효과: 고지방 식이 유도 비만 생쥐 모델에서의 이상지질혈증 및 대사 장애 개선

국문 초록 (Abstract)

Phloretic acid(PA)는 블랙 올리브, 사과와 일부 발효식품에 존재하는 천연 phenolic acid로, phloretin의 대사산물이기도 하다. 기존 연구에 따르면 PA는 스트레스 저항성 및 노화 방지에는 긍정적인 영향을 끼치고, 세포 실험에서 거품세포 형성 억제, 콜레스테롤 대사 개선, 염증 및 산화 스트레스 완화 효과를 보였다. 그러나 HFD(High-fat diet)에 따른 비만 및 대사 이상 질환에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 이에 따라, 본 연구에서는 수컷 C57BL/6J 마우스에 HFD와 PA를 함께 제공하여 비만으로 인한 대사이상에 대한 PA의 잠재적 억제효과와 작용기전을 분석하고자 하였다.
마우스를 1주일 동안 표준 chow 식이에 적응시킨 후, 난괴법을 통해 ND(Normal diet), HFD군, HFD+PA (0.02%)군으로 나누어 10주간 실험을 진행하였다. 이후 실험기간동안 마우스의 체중, 식이섭취량 등을 측정하였으며, 희생 후 얻은 혈액 및 조직, 분변으로 간과 주요 조직의 무게, 혈장 및 간 지질 농도, 조직학적 변화, 지질 대사∙염증∙항산화에 관련된 효소 활성도와 유전자 발현, 혈액 및 분변 내 담즙산 농도 등을 측정하였다.
실험결과, 체중과 식이 섭취량은 ND군을 제외한 두 그룹 간 유의미한 차이는 없었다. 체지방량은 PA 보충으로 감소 경향을 보였으나 통계적 유의성은 없었다. 그러나 H&E 조직학적 염색결과, PA는 HFD 섭취로 증가한 지방세포 크기를 줄이고 간 내 지방구 축적을 억제하는 효과를 보였다. 또한 혈장 AST, ALT 수치를 유의하게 감소시켜 간 손상을 완화하는 간 보호 효과를 제시하였다. 더불어 HFD로 인해 상승한 간 조직의 중성지질 및 콜레스테롤 수치도 현저히 감소시켰다. 이러한 결과는 PA 보충이 간의 지질 대사를 조절함으로써 고지방식이로 인한 지방간을 개선하는데 긍정적 영향을 미친다는 것을 시사한다. 실제로 PA 보충군에서는 간 조직 내 lipogenic 유전자 (ACC, FAS, SCD1, PAP, DGAT, G6PD)와 콜레스테롤 저장 유전자 ACAT1의 mRNA 발현이 감소하고 β-oxidation 관련 유전자 (CPT1a, PPARα)의 mRNA발현이 증가하여 이를 뒷받침하였다.
또한 PA 보충은 HFD 섭취로 인한 혈장 콜레스테롤 농도 증가를 억제하였다. 혈장 콜레스테롤, nonHDL-콜레스테롤과 동맥경화지수가 ND군에 비해 HFD군에서 유의적으로 증가하였으나, PA 보충으로 유의적으로 감소하였다. HFD 급여로 감소한 HTR(HDL/total cholesterol ratio)도 PA 보충에 의해 유의적으로 증가하였다. 이러
한 결과는 담즙산 생성 및 배출과 연관이 있는 것으로 확인되었다. 간에서 담즙산 생성 관련 유전자 (SR-B1, CYP7A1, CYP8B1)의 mRNA발현과 CYP7A1 단백질 발현이 PA 보충으로 유의하게 증가되었다. 또한, 혈장과 분변 내 총 담즙산 농도의 유의한 증가가 이를 뒷받침하였다.
PA 보충은 간조직 항산화 효소(SOD, catalase) 활성도의 유의적인 증가를 통해 HFD로 인해 증가한 TBARS를 유의하게 감소시켰다. 또한, HFD로 인해 유의하게 증가한 혈장 TNF-α와 간조직 내 염증 관련 유전자(IL-6, TNF-α, MCP-1, TLR4, NF-kB)의 mRNA 발현을 유의하게 감소시켜 PA가 HFD에 의한 산화적 스트레스와 염증반응을 억제하는 효과도 있음을 시사하였다. 비록 통계적으로 유의적이지 않았지만, 혈장 leptin 및 resistin 농도와 HOMA-IR(homeostasis model assessment of insulin resistance) 지표가 HFD군에 비해 PA 보충군에서 낮아지는 경향을 보였으며, IPGTT(intraperitoneal glucose tolerance test)에서는 PA 보충군이 포도당 부
하 후 혈당 상승이 억제되고 회복 속도가 빠른 경향을 나타내었다. 이는 장기간 PA보충이나 용량 조절을 통해 HFD로 유발된 체지방 축적과 인슐린 저항성을 보다 효과적으로 완화할 가능성을 시사한다.
요약하자면, PA는 간조직 지질대사 조절과 항산화 및 항염증 작용을 통해 HFD 유도 비만 마우스의 이상지질혈증과 비알콜성 지방간을 개선하였다. 이러한 결과는 PA가 HFD로 인해 발생하는 대사 이상의 예방 및 관리에 도움을 줄 수 있으며, 기능성 식품 원료로서의 잠재력이 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• I. INTRODUCTION 1
• 1. Purpose of study 1
• 2. Background 5
• 2.1 Lipid metabolism 5
• 2.2 Bile acid metabolism 7
• 2.3 Obesity, MASLD, and inflammation 10
• II. MATERIAL AND METHODS 12
• 1. Animals and experimental design 12
• 2. Fasting blood glucose and intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) 15
• 3. Energy expenditure analysis 15
• 4. Body composition analysis 15
• 5. Sampling 15
• 6. Plasma analysis 16
• 6.1 Plasma lipid profiles 16
• 6.2 Plasma aminotransferases 16
• 6.3 Plasma adipocytokines 16
• 6.4 Plasma glucose, insulin and homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) 17
• 7. Liver analysis 17
• 7.1 Liver lipids 17
• 7.2 Liver enzyme 18
• 7.2.1 Preparation of subcellular fractions from liver tissue 18
• 7.2.2 Hepatic enzyme activity 18
• 8. Fecal analysis 19
• 8.1 Fecal lipids 19
• 8.2 Fecal bile acid 19
• 9. Histological Analysis 20
• 10. RNA isolation 21
• 11. cDNA synthesis and quantitative real-time PCR 21
• 12. Western blot analysis 23
• 13. Statistical Analysis 24
• III. RESULT 23
• 1. Effects of phloretic acid on dietary intake, body weight, and tissue composition 25
• 1.1 Food intake, energy intake, weight gain, body weight gain, food effciency ratio and energy expenditure 25
• 1.2 Organ and adipose tissue weights 27
• 1.3 Body composition and bone parameters 29
• 1.4 Morphological changes in adipose tissue 31
• 2. Effects of phloretic acid on glucose homeostasis and insulin sensitivity 32
• 2.1 Fasting glucose and insulin levels 32
• 2.2 Intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) 32
• 3. . Effects of phloretic acid on lipid profiles and bile acid levels 34
• 3.1 Plasma lipid profiles 34
• 3.2 Fecal lipids and bile acids 36
• 4. Effects of phloretic acid on hepatic lipids, liver morphology and plasma aminotransferase levels 38
• 4.1 Hepatic lipids, oxidative stress and histological alterations 38
• 4.2 Plasma aminotransferase levels 40
• 5. Effects of phloretic acid on plasma adipocytokines levels and hepatic inflammatory genes expression in HFD-induced obese mice 41
• 5.1 Plasma levels of adipocytokines 41
• 5.2 Hepatic inflammatory gene expression 43
• 6. Effects of phloretic acid on hepatic lipid metabolism and antioxidant capacity in HFD-induced obese mice 45
• 6.1 Hepatic enzyme activitiy 45
• 6.1.1 Hepatic lipid metabolism–related enzyme activity 45
• 6.1.2 Hepatic antioxidant enzyme activity 45
• 6.2 Hepatic protein expression related to cholesterol metabolism 47
• 6.3 Hepatic gene expression related to lipid metabolism 48
• IV. DISCUSSION 52
• 1. Effects of Phloretic Acid on Fat Accumulation and Hepatic Metabolism 52
• 2. Regulation of Bile Acid Metabolism by Phloretic Acid 55
• 3. Antioxidant and Anti-Inflammatory Effects of Phloretic Acid: An Integrated Perspective 57
• V. CONCLUSION 60
• VI. REFERENCE 62