Research Article

Journal of Agricultural, Life and Environmental Sciences. October 2021. 194-204
https://doi.org/10.22698/jales.20210020

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 실험 및 방법

  •   혼합 유산균

  •   실험동물

  •   채혈 및 장기적출

  •   혈액 생화학적 분석

  •   조직병리학적 검사

  •   통계 방법

  • 결과 및 토론

  •   체중증가 및 식이효율

  •   장기무게 변화

  •   혈액학적 분석

  •   혈중 insulin, adiponectin, leptin 분석

  •   지방간 및 지방세포 크기 분석

  • 요약 및 결론

서 론

비만은 주로 에너지 섭취와 소비의 불균형으로 발생하며, 비만과 관련된 당뇨, 고혈압, 심장질환 등 만성질환의 발병도 함께 증가되고 있어 사회 ‧ 경제적 비용이 갈수록 가중되고 있다(Musso et al., 2010). 세계보건기구(WHO, World Health Organization)에서는 비만을 건강을 해칠 정도로 지방조직에 비정상적이고 과도한 지방이 축적된 상태로 정의하였다. 비만의 전세계 유병률은 1975년에서 2016년 사이 거의 3배 이상 증가하였으며, 2016년 기준으로 18세 이상 성인의 약 39%가 과체중 또는 비만(BMI ≥ 25)으로 추정하였다(WHO, 2021). 우리나라의 경우, 국민영양조사 통계보고에 따르면 2019년 19세 이상 성인의 비만 유병률은 34.4%이었다. 또한, 2016-2018년 건강검진 대상자 조사결과, 고도 비만율이 매년 8-10% 빠르게 증가하고 있는 것으로 나타났다(Korea Disease Control and Prevention Agency, 2021). 비만치료는 식사요법, 운동요법, 약물요법, 그리고 위절제술 등이 이용되는데(Sajoux et al., 2019), 미국 FDA에 승인된 비만치료제들은 식욕억제와 지방흡수를 억제하여 체중을 감량시킨다. 이들 약제의 치료효율은 3-7% 정도로 매우 낮으며, 장기간 사용에 따른 여러 부작용들이 보고되었다(Kim and Kim, 2018; Srivastava and Apovian, 2018). 따라서, 안전하고 효과적인 비만치료제가 많지 않기 때문에 장기치료에 적합한 새로운 치료제 개발이 필요하다.

인체의 위장관에는 약 500-1000여종의 미생물 군집이 서식하고 있으며, 장내 미생물은 영양소 소화, 에너지대사, 면역계 균형을 유지하는 것으로 알려져 있다(Jandhyala et al., 2015). 최근 많은 연구에서 장내 미생물이 영양소를 흡수하고, 에너지와 지방저장을 조절함으로써 숙주의 에너지 대사와 영양소 소화에 영향을 주어 비만과 대사질환에 중요한 역할을 한다고 보고되었다(Shen et al., 2013; Duca and Lam, 2014). 임상연구에서 비만인 사람의 장내 미생물 균총이 마른 사람보다 적다는 연구결과가 발표되었다(Chatelier et al., 2013). 또한, 무균마우스에 고지방 식이를 제공하면 체중증가나 지방축적이 발생하지 않으나, 비만 마우스의 장내 미생물 균총을 무균마우스에 이식하면 비만형으로 유도되었다고 보고하였다(Turnbaugh et al., 2009). 고지방 식이는 장벽 보호균의 수준을 낮춰 장 투과성을 높이고, 내독소인 lipopolysaccharide(LPS)의 혈중농도를 증가시켜 결과적으로 체중증가, 인슐린 저항성을 유발한다고 보고되었다(Cani et al., 2007). 이처럼 장내 미생물 구성과 비만과의 관련성이 규명되면서 비만치료에 도움을 주는 유익균에 대한 연구가 활발해지고 있다.

Probiotics는 적절한 양을 섭취하였을 때, 사람의 건강에 이로운 작용을 하는 살아있는 미생물 조합으로 정의된다(Fuller, 1989). 일반적으로 probiotics는 장내 미생물 균총을 안정화시키고, 숙주의 면역체계를 조절하여 체중증가, 혈중지질 개선 등 비만과 관련된 대사질환을 개선한다(Delzenne et al., 2011; Mazloom et al., 2019). 대표적인 probiotics, Bifidobacterium은 당뇨병, 고혈압 개선에 효과를 나타냈으며(Toral et al., 2018; Yan et al., 2019), Lactobacillus rhamnosus GG는 고지방식이로 유도한 비알콜성 간질환 동물모델에서 혈중 지질농도를 개선하고, 염증성 사이토카인의 분비를 억제하였다(Kim et al., 2016). 최근에는 소화되지 않고, 위장관내에서 probiotics 에 의해 대사되는 prebiotics와 probiotics를 혼합한 synbiotics을 활용한 연구들이 활발히 진행되고 있다(Choi et al., 2018; Seo et al., 2020). 본 연구는 고지방식이로 유도한 비만마우스 모델에 대하여 Bifidobacterium animalis subsp. Lactis CP-9와 Lactobacillus rhamnosus bv-77를 혼합한 유산균 제제의 체중감소, 체지방 개선, 혈중지질 개선 등의 효능을 규명하고자 하였다.

실험 및 방법

혼합 유산균

본 연구에서 사용한 probiotics는 ㈜유유헬스케어(강원도, 횡성군)에서 제공받아 사용하였다. Bifidobacterium animalis subsp. Lactis CP-9 와 Lactobacillus rhamnosus bv-77균의 혼합분말로, 유산균 총수는 1×1011 cfu/g이었고, 단회투여독성 검사를 완료한 유산균 제제이다.

실험동물

5주령의 C57BL/6J 수컷 마우스를 대한바이오링크에서 구매하여 온도 23 ± 1°C, 습도 55 ± 5%, 12시간 자동명암조절을 유지하는 동물사육실에서 1주간 일반식이로 적응시켰다. 고지방식이인 60 kcal% fat diet(D12492B, Research Diets Inc., New Brunswick, NJ, USA)을 7주간 제공하여 비만을 유도하였다. 같은 기간 대조군은 10 kcal% fat diet(D12450J, Research Diets Inc.)을 제공하였다. 비만유도 후 실험군을 그룹당 8마리로 하여 5그룹으로 나누었다. 실험군은 (1) 대조군(NC, 10 kcal% diet), (2) 고지방식이군(HF, HFD 60 kcal% fat diet), (3) 유산균 저용량 투여군(HFL, HFD + 5×108 cfu/g), (4) 유산균 중용량 투여군(HFM, HFD + 2.5×109 cfu/g), (5) 유산균 고용량 투여군(HFH, HFD + 5×109 cfu/g)이었다. 혼합유산균은 멸균 증류수에 현탁하여 0.2 mL 용량으로 5주간 매일 경구투여였고, 대조군과 고지방식이군은 생리식염수를 경구투여하였다. 식이섭취량과 체중은 주 2회 측정하였다. 본 연구는 (재)홍천메디칼허브연구소 실험동물운영위원회 승인(HIMH A20-07)을 받아 규정을 준수하여 수행하였다.

채혈 및 장기적출

실험종료일에 흡입마취제로 심마취하여 후대정맥에서 채혈한 후, 안락사하였다. 간, 신장, 고환, 심장을 적출하여 무게를 측정하였다. 복부지방은 부고환지방, 신장지방, 내장지방을 적출하여 무게를 측정하였다. 간조직과 부고환지방은 10% formaldehyde 용액에 고정하여 hematoxyline and eosin staining(H&E)을 실시하였다.

혈액 생화학적 분석

혈액은 4,000 rpm에서 15분간 원심분리하여 혈장을 분리하였다. Total cholesterol(TC), HDL-cholesterol(HDL-C), LDL-cholesterol(LDL-C), triglyceride(TG), aspartate aminotransferase(AST), alanine aminotransferase(ALT)는 자동분석기를 이용하여 측정하였다(Konelab 20XT, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Insulin, adiponectin, leptin은 ELISA kit을 이용하여 분석하였다(R&D systems, Minneapolis, MN, USA).

조직병리학적 검사

10% formaldehyde용액에 고정한 간과 부고환지방은 탈수 및 파라핀 포매 등의 일반적인 조직처리과정을 거친 후, 생성된 파라핀 블록을 3 µm 두께로 박절하여 H&E 염색을 실시하였다. 염색조직은 광학현미경(Olympus, CX41, Japan)으로 검경하였다. 간조직에서 관찰된 지방침착은 각각의 간조직에 대하여 지방이 침착된 비율에 따라 정상범위(0), < 10%(0.5), 10-20%(1.0), 20-30%(1.5), 30-40%(2.0), 40-50%(2.5), 50-60%(3.0), 60-70%(3.5), 70-80%(4.0), 80-90%(4.5), 90%이상(5.0)으로 구분하여 점수화하였다. 지방조직에서 지방구의 크기는 각 개체의 슬라이드에서 임의로 3곳을 선택하여 5개의 지방구 크기를 이미지 분석장치(i-Solution Lite)을 이용하여 측정한 후, 평균값을 계산하였다.

통계 방법

실험결과는 Mean ± SD로 나타내었고, 통계처리는 GraphPad 7.05를 이용하여 one-way ANOVA로 분석하였다. 투여기간에 따른 체중변화는 Two-way ANOVA를 사용하였다. 처리군 간의 유의성은 Dunnett’s multiple range test로 p < 0.05 수준에서 유의성 검정을 실시하였다.

결과 및 토론

체중증가 및 식이효율

고지방식이로 비만을 유도한 7주간의 체중증가와 유산균 투여에 따른 체중 변화를 Fig. 1에 제시하였다. 최종 체중, 식이섭취량, 식이효율은 Table 1에 나타내었다. Probiotics의 항비만 효과를 뒷바침하는 전임상 연구는 주로 LactobacillusBifidobacterium속의 다양한 균주들을 사용하여 비만 마우스의 체중 및 지방조직감소 효과를 규명하고 있다(Bo et al., 2020; Kim et al., 2021). 7주 동안 60 kcal% fat diet로 비만을 유도한 마우스의 체중은 43.17 ± 1.93 g으로 10 kcal% fat diet 식이를 제공한 대조군 31.07 ± 2.05 g보다 체중이 40.7% 증가하여 식이유도 비만모델(diet-induced obesity, DIO)로 적합하였다(Fig. 1A). 비만 마우스에 유산균을 투여하는 기간 동안 체중증가가 억제되는 경향을 나타내었다(Fig. 1B). 최종 체중은 HF군이 49.84 ± 1.17 g으로 투여 전보다 14.0% 증가하였다. 반면, 고농도 투여군인 HFH군은 45.83 ± 3.82 g으로 HF군보다 유의적으로 최종 체중이 감소하였다(p < 0.01). 하루 평균 식이섭취량은 NC군과 HF 군간의 차이는 없었고, HFM군과 HFH군에서 HF군보다 식이섭취량이 유의적으로 증가하였다. HF군의 식이효율은 7.29 ± 1.68%로 대조군 2.86 ± 2.54%보다 현저히 증가하였다(p < 0.01). 유산균 투여군에서는 투여농도에 따라 식이효율이 감소하였고, HFH군에서 유의성을 나타내었다(p < 0.01).

/media/sites/ales/2021-033-03S/N0250330S06/images/ales_33_S_06_F1.jpg
Fig. 1

Effect of the mixed probiotics of Bifidobacterium animalis subsp. latics CP-9 and Lactobacillus rhamnosus bv-77 on body weight in HFD-induced obese mice. (A) Bodyweight changes in C57BL/6J mice fed the HFD for 7 weeks, (B) Body weight changes in C57BL/6J mice supplemented with mixed probiotics for 5 weeks. The HFL group displayed significantly reduced body weight at weeks 3 and 4 compared with the HF group (p < 0.05). The HFH group also showed a significant decrease in body weight compared with the HF group during the experimental period, except at week 2. ****p < 0.0001 vs NC; #p < 0.05, ##p < 0.01 vs HF.

Table 1.

Effect of the mixed probiotics of Bifidobacterium animalis subsp. latics CP-9 and Lactobacillus rhamnosus bv-77 on body weight gain, food intake, and food efficiency ratio in HFD-induced obese mice

Group Initial body weight
(g)
Final body weight
(g)
Weight gain
(g)
Food intake
(g/day)
FER
(%)
NC 31.07 ± 2.05 35.16 ± 1.58 4.09 ± 1.99 2.70 ± 0.30 2.86 ± 2.54
HF 43.17 ± 1.93**** 49.84 ± 1.17**** 6.13 ± 1.41* 2.41 ± 0.22 7.29 ± 1.68**
HFL 41.75 ± 2.49 46.76 ± 3.27 5.01 ± 1.16 2.45 ± 0.38 5.85 ± 1.36
HFM 42.06 ± 1.98 47.55 ± 2.00 5.49 ± 1.27 3.03 ± 0.43### 5.17 ± 1.19
HFH 41.58 ± 2.71 45.83 ± 3.82## 4.25 ± 3.10 3.17 ± 0.80### 3.83 ± 2.79##

Mean ± SD (n = 8). NC, normal control; HFD, high-fat diet; HFL, HFD + 5×108 cfu/mouse; HFM, HFD + 2.5×109 cfu/mouse; HFH, HFD + 5×109 cfu/mouse. FER, food efficiency ratio (%) = body weight gain (g/day) /food intake (g/day) ×100. *p < 0.05, **p < 0.01, ****p < 0.0001 vs NC; ##p < 0.01, ###p < 0.001 vs HF.

장기무게 변화

간, 신장, 심장, 고환을 적출하여 무게를 측정하였다(Table 2). HF군의 간조직 무게는 3.90 ± 0.68%로 NC군 3.23 ± 0.10%보다 유의적으로 증가하였고, 나머지 장기인 신장, 심장, 고환의 무게는 NC군보다 현저히 감소하였다. 반면, 유산균 투여시 고지방섭취로 비대해진 간무게가 유의적으로 개선되었으며, NC군보다도 간무게가 감소하였다. 신장, 심장, 고환무게는 그룹 간 차이가 없었다. 과도한 식이 에너지는 지방세포의 지방구에 중성지방형태로 지방조직에 저장되기 때문에(VázquezVela et al., 2008), 비만증은 지방세포의 과형성과 지방세포의 비대로 인해 지방 조직량이 증가하는 특징을 갖는다(Shin et al, 2010). 복부 지방량은 NC군과 비교하였을 때, HF군의 부고환 지방은 54%, 신장지방은 150%, 그리고 내장지방은 177% 현저하게 증가하였다(p < 0.0001). 부고환 지방량은 유산균 투여군간 차이가 없었다. 신장 지방량은 유산균 투여군에서 HF군보다 각각 8.6%, 24.2%, 16% 감소하였으며, HFM군에서 통계적으로 유의성을 나타내었다(p < 0.05). 또한, 고지방식이 섭취로 가장 많이 증가된 내장 지방량의 경우, 유산균 투여군에서 각각 29%, 31%, 27%로 감소하여 유의적인 효과를 나타내었다.

Table 2.

Effect of the mixed probiotics of Bifidobacterium animalis subsp. latics CP-9 and Lactobacillus rhamnosus bv-77 on organ weights and visceral white adipose tissues in HFD-induced obese mice

Organ NC HF HFL HFM HFH
Liver 3.23 ± 0.10 3.90 ± 0.68** 2.75 ± 0.38#### 2.61 ± 0.32#### 2.75 ± 0.32####
Kidney 1.00 ± 0.07 0.75 ± 0.07**** 0.72 ± 0.05 0.75 ± 0.07 0.74 ± 0.08
Heart 0.43 ± 0.03 0.31 ± 0.01**** 0.32 ± 0.02 0.32 ± 0.04 0.31 ± 0.03
Testes 0.74 ± 0.07 0.53 ± 0.04**** 0.53 ± 0.06 0.59 ± 0.09 0.57 ± 0.08
eWAT 3.31 ± 0.72 5.68 ± 1.06**** 5.29 ± 1.96 5.17 ± 0.76 5.35 ± 0.72
pWAT 0.61 ± 0.16 1.16 ± 0.10**** 1.05 ± 0.21 0.88 ± 0.24# 0.97 ± 0.30
mWAT 1.32 ± 0.52 3.67 ± 0.51**** 2.15 ± 0.67# 2.53 ± 0.77## 2.69 ± 0.55#

Mean ± SD (n = 8). Relative organ weight is expressed as a percentage of body weight (organ weight/body weight × 100). NC, normal control; HFD, high-fat diet; HFL, HFD + 5×108 cfu/mouse; HFM, HFD + 2.5×109 cfu/mouse; HFH, HFD + 5×109 cfu/mouse. eWAT, epididymal white adipose tissue; pWAT, perirenal white adipose tissue; mWAT, mesenteric white adipose tissue. **p < 0.01, ****p < 0.0001 vs NC; #p < 0.05, ##p < 0.01, ####p < 0.0001 vs HF.

혈액학적 분석

고지방 식이와 혼합유산균을 5주간 섭취한 비만 마우스의 혈액학적 분석 결과를 Table 3에 나타내었다. TC농도는 HF군이 196.67 ± 22.93 mg/dL로 NC군 138.55 ± 24.19 mg/dL보다 42% 유의적으로 증가하였다(p < 0.0001). 유산균 투여군에서는 고지방 식이섭취로 증가된 콜레스테롤 수치를 각각 13%, 12%, 17% 유의적으로 억제하였다. HDL-C농도는 NC군보다 HF군에서 유의적으로 증가하였으며, 유산균 투여군에서는 차이를 보이지 않았다. LDL-C은 HF군이 NC군보다 현저히 증가하였으며(p < 0.0001), HFL군과 HFH군에서 증가된 LDL-C농도가 유의적으로 감소하였다(p < 0.05). TG농도는 HF군과 NC군간의 차이가 없었으며, HFH군에서 HF군보다 유의적인 감소를 나타내었다(p < 0.05). 혈중지질 농도는 비만과 대사질환에 있어서 매우 중요한 바이오 마커로 활용된다. TC와 HDL-C의 비율은 심장질환 지수로 활용되고, 인슐린 저항성을 예측할 수 있는 마커이다. 또한, LDL-C은 혈관벽에 침착되어 죽상동맥경화증을 일으켜 심장마비를 일으킬 수 있는 위험요인이 된다(Carreras et al., 2018). 본 연구에서 사용한 Bifidobacterium animalis subsp.latics CP-9와 Lactobacillus rhamnosus bv-77 혼합 제제는 비만으로 인해 증가한 혈중지질 농도를 억제하는 효과가 있어 다른 대사성 질환예방에도 효과가 있을 것으로 생각된다.

Table 3.

Effect of the mixed probiotics of Bifidobacterium animalis subsp. latics CP-9 and Lactobacillus rhamnosus bv-77 on plasma biochemical parameters in HFD-induced obese mice

Group NC HF HFL HFM HFH
TC (mg/dL) 138.55 ± 24.19 196.67 ± 22.93**** 170.89 ± 13.63# 173.22 ± 13.07# 163.50 ± 14.37##
HDL-C (mg/dL) 123.44 ± 2.56 167.25 ± 12.70**** 159.92 ± 16.54 167.17 ± 18.58 155.45 ± 14.87
LDL-C (mg/dL) 19.78 ± 5.61 40.33 ± 9.34**** 31.36 ± 5.14# 33.63 ± 9.87 30.82 ± 6.67#
TG (mg/dL) 81.87 ± 29.13 84.44 ± 18.70 80.36 ± 14.48 70.33 ± 16.66 65.17 ± 14.65#
ALT (U/L) 17.44 ± 6.27 166.83 ± 50.89**** 74.37 ± 37.68### 51.00 ± 22.79### 55.54 ± 34.26###
AST (U/L) 68.25 ± 19.91 140.67 ± 30.12**** 111.78 ± 36.76 94.60 ± 17.04## 91.70 ± 20.09###

Mean ± SD (n = 8). NC, normal control; HFD, high-fat diet; HFL, HFD + 5×108 cfu/mouse; HFM, HFD + 2.5×109 cfu/mouse; HFH, HFD + 5×109 cfu/mouse. TC, total cholesterol; HDL-C, high-density lipoprotein cholesterol; LDL-C, low-density lipoprotein cholesterol; TG, triglyceride; ALT, alanine aminotransferase; AST, aspartate aminotransferase. ****p < 0.0001 vs NC; #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001 vs HF.

고지방식이 섭취는 간에서 지방산을 흡수하여 간염증 손상을 일으킨다. 비만으로 유도된 간염증은 간섬유화, 간경변증 및 간암으로 진행될 수 있다(Czaja, 2014). ALT와 AST는 간손상의 혈중 효소 바이오마커로 널리 사용되며, 체중증가 시 두 효소의 농도도 함께 증가하는 것으로 보고되었다(Stranges et al, 2004). ALT의 농도는 NC군 17.44 ± 6.27 U/L이었고, HF군은 166.83 ± 50.89 U/L로 NC군보다 9.5배 증가하였다. 유산균 투여군에서는 고지방식이 섭취로 증가한 ALT농도를 55-70%까지 감소시켰다. HF군의 AST 농도는 NC군보다 1.6배 증가하였으며, 유산균 투여시 증가된 AST농도가 21-35% 유의적으로 감소하였다.

혈중 insulin, adiponectin, leptin 분석

혈액 내 insulin, adiponectin, leptin의 농도를 분석하여 Fig. 2에 제시하였다. Insulin농도는 HF군 21.75 ± 2.79 µIU/mL로 NC군 13.59 ± 2.20 µIU/mL보다 160% 증가하였다(p < 0.0001). 반면, 증가된 혈중 insulin 농도는 유산균 투여군에서 21.5-30% 유의적인 감소효과를 나타내었다(Fig. 2A). Adiponectin은 HF 군에서 유의적으로 감소하였으나, 유산균 투여군에서는 adiponectin 농도가 NC군보다도 증가하였다(Fig. 2B). Adiponectin은 insulin sensitivity 와 지방산 산화에 관여하는 마커로 비만과 당뇨에서는 adiponectin 농도가 감소하는 것으로 보고되었다(Jo et al., 2019). 위 결과는 Lactobacillus rhamnosus GG가 고지방식이 투여 마우스에서 adiponectin을 자극하여 지방축적을 감소시키고, 인슐린 저항성을 개선하는 연구보고와 일치하였다(Kim et al., 2013). Leptin 은 지방세포에서 분비되는 호르몬으로 에너지 항상성 유지에 매우 중요한 마커이며, 임상연구에서 혈중 leptin농도가 높으면 비만과 상관성이 높다고 보고하였다(Saad et al., 1998). Leptin 농도는 NC군 3.89 ± 1.94 ng/mL보다 HF군에서 32.38 ± 3.60 ng/mL로 8.3배 급격히 증가하였다(p < 0.0001). 유산균 투여군에서는 처리군별로 고지방식이 섭취로 증가한 leptin농도를 각각 28%, 21%, 32% 현저히 억제하였다. 따라서, 위 결과로부터 Bifidobacterium animalis subsp.latics CP-9와 Lactobacillus rhamnosus bv-77의 혼합유산균 제제가 비만 마우스의 혈중 leptin농도증가를 억제하여, 과잉의 섭취 에너지가 지방조직에 축적되는 것을 막아 결과적으로 체지방량이 감소하는 효과를 확인할 수 있었다.

/media/sites/ales/2021-033-03S/N0250330S06/images/ales_33_S_06_F2.jpg
Fig. 2

Effect of the mixed probiotics of Bifidobacterium animalis subsp. latics CP-9 and Lactobacillus rhamnosus bv-77 on plasma insulin, adiponectin, and leptin levels in HFD-induced obese mice. (A) Insulin, (B) Adiponectin, and (3) Leptin. **p < 0.01, ****p < 0.0001 vs NC; #p < 0.05, ##p < 0.01, ####p < 0.0001 vs HF.

지방간 및 지방세포 크기 분석

간조직과 부고환지방을 조직염색하여 지방간 현상과 지방세포 크기를 비교하였다(Fig. 3). 고지방식이를 섭취한 HF군의 간조직에서는 간세포에 다양한 크기의 지방구가 전체적으로 넓게 축적된 것을 관찰할 수 있었다. 반면, 유산균 처리군에서 간조직내 침착된 지방구의 수와 면적이 현저히 감소하였다. 간조직의 지방구 침착정도를 5점으로 평가하였을 때, HF군은 4점으로 지방침착 면적이 70-80% 정도 차지하는 것으로 나타났다. 유산균 처리군의 지방침착은 HFL군 3점, HFM군 2.3점, HFH군 2점으로 지방간이 현저히 개선되었다. 비알콜성 지방간은 간조직에 과도한 지방이 축적되는 만성질환으로, 고지방식이와 관련성이 높다(Abenavoli et al., 2016). 고지방식이로 유도한 비만동물모델은 비알콜성 지방간의 병리학적 특징을 잘 설명할 수 있어 많은 연구에서 활용되고 있다(Nakamura and Terauchi, 2013). 따라서, 본 연구에서 고지방식이 유도 비만마우스에서 나타난 유산균의 지방간 개선효과는 비만증의 체지방 개선 뿐만 아니라, 비알콜성 지방간 모델을 활용한 간기능 및 간의 지방대사와 관련한 효능규명을 통하여 새로운 기능성을 추가하여 확대할 수 있을 것으로 생각한다.

/media/sites/ales/2021-033-03S/N0250330S06/images/ales_33_S_06_F3.jpg
Fig. 3

Histological observations of liver sections. (A) Hepatic steatosis score, (B) Representative images of liver sections stained with hematoxylin and eosin. Note the small foci of inflammatory cells (arrows) c, central vein; p, portal vein. Scale bar = 100 µm. ****p < 0.0001 vs NC; #p < 0.05, ###p < 0.001, ####p < 0.0001 vs HF.

부고환지방의 지방세포 크기는 HF군이 NC군보다 2.3배 정도 유의적으로 증가하였으나(p < 0.0001), 유산균 처리군에서는 투여농도에 따라 지방세포의 크기가 유의적으로 감소하였다(Fig. 4).

/media/sites/ales/2021-033-03S/N0250330S06/images/ales_33_S_06_F4.jpg
Fig. 4

Histological observations of epididymal adipose tissue. (A) Quantification of adipocyte size, (B) Representative images of epididymal adipose tissue stained with hematoxylin and eosin. Scale bar = 100 µm. ****p < 0.0001 vs NC; ####p < 0.0001 vs HF.

요약 및 결론

본 연구는 혼합 유산균의 항비만 효능을 규명하고자 고지방식이로 유도한 비만 마우스에 혼합유산균을 5주간 투여하여 체중, 체지방량, 혈중지질개선 효과를 관찰하였다. 실험군은 정상대조군, 고지방식이 섭취군, 혼합유산균을 투여농도별로 3군으로 나누어 실험을 진행하였다. 최종체중은 HFH군에서 유의적으로 감소하였고, 하루 식이 섭취량은 유산균 투여군(HFM군, HFH군)에서 유의적으로 증가하였다. 반면, 식이 효율은 유산균 투여농도에 따라 감소하였으며, HFH 군에서 HF군과 유의적 차이를 보였다. 간조직 무게는 HF군에서 유의적으로 증가하였고, 유산균 투여군에서 비대해진 간조직의 무게가 현저히 감소하였다. HF군에서 증가한 복부 지방량은 유산균 투여군에서 감소하는 효과를 나타내었다. 특히, 내장지방은 유산균 투여농도에 따라 유의적으로 감소하였다. 혈액내 지질농도는 HF군에서 상승한 TC, LDL-C농도가 유산균 투여군에서 유의적으로 감소하였으며, 간손상 지수인 ALT, AST도 유산균 투여군에서 유의적으로 감소하였다. HF군에서는 insulin과 leptin 농도가 증가하였고, adiponectin 은 감소하였다. 반면, 유산균 투여군에서는 이들 호르몬의 수치가 유의적으로 개선되었다. 간조직의 병리학적 분석 결과, HF군의 간조직에서 간세포의 지방구 침착이 현저히 증가된 지방간증이 관찰되었으며, 유산균 투여군에서는 HF군에 비해 지방구 침착이 현저히 감소한 것을 확인할 수 있었다. 부고환지방 조직의 경우, HF군에 비해 유산균 처리군에서 지방세포의 크기가 처리농도에 따라 유의적으로 감소하였다. 결론적으로 혼합 유산균은 비만마우스에서 장기투여에 의한 독성없이 에너지 대사 호르몬을 조절하여 지방조직내 지방축적을 억제하고, 에너지 소비를 촉진하여 체중증가를 억제하였다. 또한 지방간증을 개선하고 지방조직의 지방세포 비대화를 억제하였다. 이러한 결과들을 통하여 볼 때, 본 연구에서 사용한 유산균 Bifidobacterium animalis subsp.latics CP-9와 Lactobacillus rhamnosus bv-77는 위험성이 적어 비만 치료뿐만 아니라, 비만과 관련한 대사증후군증 예방 및 치료에도 효과적일 것으로 사료된다.

Acknowledgements

본 연구는 중소벤처기업부와 한국산업기술진흥원의 “2020년 지역특화산업육성(비R&D, P0013157)”사업의 지원을 받아 수행된 연구결과입니다.

References

1
Abenavoli, L., Milic, N., Di Renzo, L., Preveden, T., Medic-Stojanoska, M., De Lorenzo, A. (2016) Metabolic aspects of adult patients with nonalcoholic fatty liver disease. World J Gastroenterol 22:7006-7016. 10.3748/wjg.v22.i31.700627610012PMC4988304
2
Bo, T., Wen, J., Zhao, Y., Tian, S., Zhang, X., Wang, D. (2020) Bifidobacterium pseudolongum reduces triglycerides by modulating gut microbiota in mice fed high-fat food. J Steroid Biochem Mol Biol 198:105602. 10.1016/j.jsbmb.2020.10560231987886
3
Cani, P. D., Amar, J., Iglesias, M. A., Pogg, M., Knauf, C., Bastelica, D., Neyrinck, A. M., Fava, F., Tuohy, K. M., Chabo, C., et al. (2007) Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes 56:1761-1772. 10.2337/db06-149117456850
4
Carreras, N. L., Martorell, P., Chenoll, E., Genovés, S., Ramón, D., Aleixandre, A. (2018) Anti-obesity properties of the strain Bifidobacterium animalis subsp. lactis CECT 8145 in Zücker fatty rats. Benef Microbes 15:629-641. 10.3920/BM2017.014129695181
5
Chatelier, E. L., Nielsen, T., Qin, J., Prifti, E., Hildebrand, F., Falony, G., Almeida, M., Arumugam, M., Batto, J. M., Kennedy, S., Leonard, P., et al. (2013) Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers. Nature 500:541-546. 10.1038/nature1250623985870
6
Choi, B. R., Kwon, E. Y., Kim, H. J., Choi, M. S. (2018) Role of synbiotics containing D-allulose in the alteration of body fat and hepatic lipids in diet-induced obese mice. Nutrients 10:1797. 10.3390/nu1011179730463250PMC6266098
7
Czaja, A. J. (2014) Hepatic inflammation and progressive liver fibrosis in chronic liver disease. World J Gastroenterol 20:2515-2532. 10.3748/wjg.v20.i10.251524627588PMC3949261
8
Delzenne, N. M., Neyrinck, A. M., Backhed, F., Cani, P. D. (2011) Targeting gut microbiota in obesity: effects of prebiotics and probiotics. Nat Rev Endocrinol 7:639-646. 10.1038/nrendo.2011.12621826100
9
Duca, F. A., Lam, T. K. (2014) Gut microbiota, nutrient sensing and energy balance. Diabetes Obes Metab 16 Suppl 1:68-76. 10.1111/dom.1234025200299
10
Fuller, R. (1989) Probiotics in man and animals. J Appl Bacteriol 66:365-378. 10.1111/j.1365-2672.1989.tb05105.x2666378
11
Jandhyala, S. M., Talukdar, R., Subramanyam, C., Vuyyuru, H., Sasikala, M., Nageshwar Reddy, D. (2015) Role of the normal gut microbiota. World J Gastroenterol 21:8787-8803. 10.3748/wjg.v21.i29.878726269668PMC4528021
12
Jo, M. G., Kim, M. W., Jo, M. H., Abid, N. B., Kim, M. O. (2019) Adiponectin homolog osmotin, a potential anti-obesity compound, suppresses abdominal fat accumulation in C57BL/6 mice on high-fat diet and in 3T3-L1 adipocytes. Int J Obes 43:2422-2433. 10.1038/s41366-019-0383-331164725
13
Kim, B., Park, K. Y., Ji, Y., Park, S., Holzapfel, W., Hyun, C. K. (2016) Protective effects of Lactobacillus rhamnousus GG against dyslipidemia in high-fat diet-induced obese mice. Biochem Biophys Res Commun 473:530-536. 10.1016/j.bbrc.2016.03.10727018382
14
Kim, M. K., Kim, C. S. (2018) Recent advances in anti-obesity agent. Korean J Med 96:501-508. 10.3904/kjm.2018.93.6.501
15
Kim, S., Joung, J. Y., Kang, D., Oh, N. S., Yoon, Y. (2021) Anti-obesity effects of Lactobacillus rhamnosus 4B15, and its synergy with hydrolysed lactose skim milk powder. Int Dairy J 123:104997. 10.1016/j.idairyj.2021.104997
16
Kim, S. W., Park, K. Y., Kim, B., Kim, E., Hyun, C. K. (2013) Lactobacillus rhamnosus GG improves insulin sensitivity and reduces adiposity in high-fat diet-fed mice through enhancement of adiponectin production. Biochem Biophys Res Commun 431:258-463. 10.1016/j.bbrc.2012.12.12123313485
17
Korea Disease Control and Prevention Agency (2021) Korea National Health and Nutrition Examination Survey 2019.
18
Mazloom, K., Siddiqi, I., Covasa, M. (2019) Probiotics, How effective are they in the fight against obesity? Nutrients 11:258. 10.3390/nu1102025830678355PMC6412733
19
Musso, G., Gambino, R., Cassader, M. (2010) Obesity, diabetes, and gut microbiota: the hygiene hypothesis expanded? Diabetes Care 33:2277-2284. 10.2337/dc10-055620876708PMC2945175
20
Nakamura, A., Terauchi, Y. (2013) Lessons from mouse models of high-fat diet-induced NAFLD. Int J Mol Sci 14:21240-21257. 10.3390/ijms14112124024284392PMC3856002
21
Saad, M. F., Riad-Gabriel, M. G., Khan, A., Sharma, A., Michael, R., Jinagouda, S. D., Boyadjian, R., Steil, G. M. (1998) Diurnal and ultradian rhythmicity of plasma leptin: effects of gender and adiposity. J Clin Endocrinol Metab 83:453-459. 10.1210/jc.83.2.4539467557
22
Sajoux, I., Lorenzo, P. M., Gomez-Arbelaez, D., Zulet, M., Abete, I., Castro, A. I., Martinez, J. A. (2019) Effect of a very-low-calorie ketogenic diet on circulating myokine levels compared with the effect of bariatric surgery or a low-calorie diet in patients with obesity. Nutrients 11:2368. 10.3390/nu1110236831590286PMC6835835
23
Seo, K. H., Kim, D. H., Yokoyama, W. H., Kim, H. (2020). Synbiotic effect of whole grape seed flour and newly isolated kefir lactic acid bacteria on intestinal microbiota of diet-induced obese mice. J Agric Food Chem 68:13131-13137. 10.1021/acs.jafc.0c0124032124605
24
Shen, J., Obin, M. S., Zhao, L. (2013) The gut microbiota, obesity and insulin resistance. Mol Aspects Med 34:39-58. 10.1016/j.mam.2012.11.00123159341
25
Shin, S. S., Jung, Y. S., Yoon, K. H., Choi, S., Hong, Y., Park, D., Lee, H., Seo, B. I., Lee, H. Y., Yoon, M. (2010) The Korean traditional medicine gyeongshingangjeehwan inhibits adipocyte hypertrophy and visceral adipose tissue accumulation by activating PPARalpha actions in rat white adipose tissues. J Ethnopharmacol 127:4754. 10.1016/j.jep.2009.09.05219799979
26
Srivastava, G., Apovian, C. M. (2018) Current pharmacotherapy for obesity. Nat Rev Endrocrinol 14:12-24. 10.1038/nrendo.2017.12229027993
27
Stranges, S., Dorn, J.M., Muti, P., Freudenheim, J. L., Farinaro, E., Russell, M., Nochajski, T. H., Trevisan, M. (2004) Body fat distribution, relative weight, and liver enzyme levels: a population-based study. Hepatology 39:754-763. 10.1002/hep.2014914999694
28
Toral, M., Romero, M., Rodriguez-Nogales, A., Jimenez, R., Robles-Vera, I., Algieri, F., Chueca-Porcuna, N., Sánchez, M., Visitación, N., Olivares, M., et al. (2018) Lactobacillus fermentum improves tacrolimus-induced hypertension by restoring vascular redox state and improving eNOS Coupling. Mol Nutr Food Res e1800033. 10.1002/mnfr.20180003329851248
29
Turnbaugh, P. J., Ridaura, V. K., Faith, J. J., Rey, F. E., Knight, R., Gordon, J. I. (2009) The effect of diet on the human gut microbiome: a metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice. Sci Transl Med 1:6ra14. 10.1126/scitranslmed.300032220368178PMC2894525
30
VázquezVela, M. E., Torres, N., Tovar, A. R. (2008) White adipose tissue as endocrine organ and its role in obesity. Arch Med Res 39:715-728. 10.1016/j.arcmed.2008.09.00518996284
31
World Health Organizaiton (2021) Obesity and overweight-fact sheet, https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/obesity-and-overweight.
32
Yan, F., Li, N., Shi, J., Li, H., Yue, Y., Jiao, W., Wang, N., Song, Y., Huo, G., Li, B. (2019) Lactobacillus acidophilus alleviates type 2 diabetes by regulating hepatic glucose, lipid metabolism and gut microbiota in mice. Food Func 10:5804-5815. 10.1039/C9FO01062A31461095
페이지 상단으로 이동하기