A fokhagymaolaj elnyomja a magas zsírtartalmú étrend okozta elhízást patkányokban az UCP-1 szabályozása és az energiafelhasználás növelése révén.

Yuki Kagawa

1 Alkalmazott élettudományi tanszék, Nihon Egyetem Bioresource Tudományok Doktori Iskola, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, Japán

Yori Ozaki-Masuzawa

2 Kémia és Élettudományi Tanszék, Bioresource Tudományok Főiskolája, Nihon Egyetem, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, Japán

Takashi Hosono

1 Alkalmazott élettudományi tanszék, Nihon Egyetem Bioresource Tudományok Doktori Iskola, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, Japán

2 Kémia és Élettudományi Tanszék, Bioresource Tudományok Főiskolája, Nihon Egyetem, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, Japán

Taiichiro Seki

1 Alkalmazott élettudományi tanszék, Nihon Egyetem Bioresource Tudományok Doktori Iskola, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, Japán

2 Kémia és Élettudományi Tanszék, Bioresource Tudományok Főiskolája, Nihon Egyetem, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, Japán

Társított adatok

A jelen tanulmány során előállított vagy elemzett összes adatot ez a közzétett cikk tartalmazza.

Absztrakt

Bevezetés

Az elhízás globális veszélyt jelent az egyének egészségére. Körülbelül 1,9 milliárd felnőtt túlsúlyos és 600 millió elhízott világszerte (1). Tekintettel arra, hogy az elhízást hangsúlyozó patológiák mechanizmusai az egyének között eltérőek, az elhízás és az ahhoz kapcsolódó anyagcsere-rendellenességek, köztük a cukorbetegség megelőzéséhez és kezeléséhez sürgősen szükség van új forrásokból származó vegyületek felfedezésére és az új gyógyszerek kategóriáinak új fejlesztéseire ( 2). Eddig az életmódbeli beavatkozás volt az első választás az elhízás kezelésében; az életmódbeli beavatkozásokat azonban korlátozza az alacsony hatékonyság és a magas lemorzsolódás.

Az elhízást a trigliceridek túlzott felhalmozódása jellemzi a zsírszövetekben, beleértve a zsigeri és a szubkután zsírszöveteket is (3). A zsírszövet endokrin szervként is működik, amely különféle citokineket, úgynevezett adipocitokint választ ki. Az adipocitokinek részt vesznek az elhízás patofiziológiájában, mint például az inzulinrezisztencia és a metabolikus szindróma. Az elhízás az arterioszklerózis elősegítésének független kockázati tényezője, amelyet a trombotikus betegségek, például a miokardiális infarktus megjelenése követ (4).

A zsírszövet fenotípusuk szerint fehér zsírszövet (WAT) és barna zsírszövet (BAT) kategóriába sorolható. A BAT-ban a fő sejttípus a barna adipociták. A barna zsírsejtek kis lipidcseppeket tartalmaznak, és nagy a mitokondrium sűrűségük, ami a barna megjelenés oka. Másrészről a WAT fehér adipocitákat tartalmaz egyoldalú lipidcseppekkel. A BAT részt vesz a termogenezisben és az energiafogyasztásban a mitokondriumban található protein-1 (UCP1) szétkapcsolásával, amely leválasztja az oxidatív foszforilációt az adenozin-trifoszfát (ATP) termeléséről (5). A WAT endokrin módon részt vesz a zsírraktározásban és az adipocitokinek termelésében. Különböző ingerekre reagálva az UCP1-expresszáló multilocularis adipocyták WAT-vá fejlődnek (6).

A fokhagymát (Allium sativum L.) már régóta használják gyógyszerként világszerte, valamint fűszerként (7). Beszámoltak arról, hogy a fokhagymának különféle biológiai funkciói vannak, amelyek révén gyógyhatásokat nyer az emberi test számára, például antibiotikum (8–11), antitrombotikus (12), rákellenes (13–16), antioxidáns (17), antihipertenzív (18) és antilipidémiás (19). Ezeket a hatásokat a fokhagymából származó szerves kénvegyületeknek tulajdonítják (7). A fokhagymaolajat (GO) nyers fokhagymahomogenát gőz desztillációjával állítják elő; általában 0,2–0,6 ml fokhagymaolajat kapunk 100 g fokhagyma-homogenátumból. A GO fő alkotórészei az allil-szulfidok, beleértve a diallil-triszulfidot (DATS), diallil-diszulfidot (DADS), diallil-szulfidot (DAS) és metil-allil-triszulfidot (MATS) (20). Ezeket a szulfidvegyületeket tekintik felelősnek a fokhagyma erős fiziológiai funkcióiért.

Ebben a tanulmányban a GO elhízásellenes hatásainak vizsgálatát tűztük ki célul magas zsírtartalmú étrend okozta elhízás patkánymodelljében. Ezen túlmenően arra törekedtünk, hogy tisztázzuk a GO elhízás elleni hatásainak alapvető mechanizmusait az energia-anyagcsere szempontjából.

Anyagok és metódusok

Patkányok és diéták

Lejárt gázelemzés

A fokhagyma elhízásellenes hatásaiért felelős mechanizmusok tisztázása érdekében lejárt gázanalízist végeztünk az oxigénfogyasztás (VO2) és a széndioxid-termelés (VCO2) validálásával a GO beadását követő 9 héten belül. A légzési anyagcserét Oxymax egyenlő áramlásTM (Columbus Instruments) alkalmazásával elemeztük. A patkányokat a lejárt gázelemzés előtt 24 órára helyeztük a műszerkamrába az akklimatizáció céljából, majd az elemzéseket 10 percenként végeztük. A légzési cserearányt (RER), az energiafelhasználást (EE) és az üzemanyag-oxidációkat a következő (22, 23) leírások alapján számítottuk: RER = VCO2/VO2; EE (kcal/h) = (3,815 + 1,232 × VO2) × RER; zsír oxidációja (kcal/h) = (1 - RER)/0,3 × EE; glükóz oxidáció (kcal/h) = EE - zsír oxidáció.

Western blot elemzés

Statisztikai analízis

Mindegyik eredményt átlag ± SE-ként fejezzük ki, és a Prism 6 szoftverrel (GraphPad Software) elemeztük. A két csoport közötti statisztikai összehasonlítást Student-féle t-teszttel elemeztük. A több csoport közötti különbségek elemzéséhez egyirányú varianciaanalízist, majd Tukey post hoc tesztjét alkalmazták. Minden kísérletet duplikátumként hajtottunk végre. P 1A ábra). Másrészről a jármű és a GO csoport között nem voltak szignifikáns különbségek az élelmiszer-bevitelben (1B. Ábra). Az élelmiszer-hatékonyság (testtömeg-gyarapodás/táplálékfelvétel) szintén szignifikánsan alacsonyabb volt a GO csoportban, mint a Jármű csoportban (1C. Ábra). A testtömeg-növekedés visszaszorításával összhangban a GO csoportban a testtömeggel (WAT%) szemben a teljes WAT-súly (beleértve az epididymális zsírszövetet, a perirenalis zsírszövetet, a mesenterialis zsírszövetet és a szubkután zsírszövetet) (WAT%) szignifikánsan alacsonyabb volt (8,8 ± 0,8). mint a Jármű csoportban (12,3 ± 0,8; P 1D ábra).

A fokhagymaolaj adagolásának hatása az (A) testtömeg-növekedésre, (B) táplálékfelvételre, (C) energiahatékonyságra és (D) a zsírszövet súlyára. Mindegyik érték 5 különböző patkány átlag ± SE-t képvisel. A vivőanyag-kontroll (vivőanyag) és a fokhagymaolaj (GO) által beadott csoportok statisztikai összehasonlítását Student-féle t-próba alkalmazásával hajtottuk végre. epi, epididymális zsírszövet; peri, perirenalis zsírszövet; mesentericus zsírszövet; szubkután, szubkután zsírszövet; BAT, interscapularis barna zsírszövet.

Lejárt gázelemzések

A lejárt gázanalízist a GO beadását követő 9. héten végeztük. A GO-t pontosan beadtuk Zeitgeber idő szerint (ZT) 0 (reggel 8:00; 2. ábra). Az oxigénfogyasztás mindkét csoportban szignifikánsan magasabb volt a sötét időszakban (aktív idő patkányoknál), mint a világos időszakban (inaktív, alvási idő patkányoknál), és GO alkalmazásával nőtt, összehasonlítva a jármű csoportjával a sötét időszakban (ábra 2A). Hasonlóképpen, a szén-dioxid-termelés a sötét időszakban a GO-csoportban szignifikánsan magasabb volt, mint a jármű-csoporté (2B. Ábra). Ami az üzemanyag-oxidációt illeti, a szénhidrát-oxidációban nem figyeltek meg szignifikáns különbségeket a GO és a Vehicle csoportok között (2C. Ábra). Másrészt a zsír oxidációja magas volt a fényidőszakban, mint a sötét, mind a GO, mind a Vehicle csoportban (2D. Ábra). A szénhidrát oxidációval ellentétben a zsír oxidációja magasabb volt a GO csoportban, mint a jármű csoportban (2C. És D ábra).

A fokhagymás olajat tartalmazó patkányok cirkadián változásai az oxigénfogyasztásban, a CO2 termelésben, a szénhidrát oxidációban és a zsír oxidációjában Az x tengelyek az időt Zeitgeber időként (h) jelzik. Az (A) oxigénfogyasztás, (B) CO2 termelés, (C) szénhidrát oxidáció és (D) zsír oxidáció változásának időbeli alakulása. Az értékek 5 különböző patkány átlag ± SE-je. GO, fokhagymaolajjal beadott patkányok; Vivőanyag, kukoricaolajjal beadott kontroll patkányok; h, óra.

UCP-1 fehérje expresszió

Az UCP-1 fehérje expresszióját BAT-ban Western blot analízissel mértük a BAT-ból előállított mitokondriális frakció felhasználásával (3. ábra). A COX-4-et alkalmaztuk terhelés kontrollként ebben az elemzésben. Az UCP-1 fehérje expressziója a BAT-ban jelentősen megnőtt a GO csoportban, összehasonlítva a jármű csoporttal (3. ábra).

Fokhagymaolajjal beadott patkányok UCP1 expressziójának Western blot elemzése BAT-ban. A csoport minden sávja az egyes patkányokat képviseli, n = 5. UCP1, az 1. fehérje szétkapcsolása; BAT, barna zsírszövet; COX-4, citokróm c-oxidáz 4 alegység.

Vita

A fokhagymáról ismert, hogy különféle vegyületekkel rendelkezik, amelyek befolyásolják testünk működését. Ebben a tanulmányban kimutattuk a GO elhízásellenes hatásait magas zsírtartalmú étrend okozta elhízás patkánymodelljében. A testtömeg-gyarapodás és a WAT teljes tömege szignifikánsan csökkent a GO-val kezelt patkányokban, összehasonlítva a vivőanyaggal beadott kontroll patkányokkal. Másrészt nem figyeltek meg különbségeket az energiafogyasztásban a GO csoport és a Vehicle csoport között, ami azt jelzi, hogy az elhízás elleni hatások nem a GO beadásával kiváltott anorecticus hatásnak köszönhetők. Beszámoltak arról, hogy a fokhagyma elhízásellenes hatást gyakorol az elhízás állatmodelljeiben fokhagymapor (25) és fokhagymakivonatok (26,27) alkalmazásával. Ezekben a vizsgálatokban a vízoldható vegyületek, például az allicin, a fenolos vegyületek vagy a rostkészítmények felvetődtek az elhízás elleni hatásokért (25–27). Ebben a tanulmányban a különféle olajban oldódó szerves kénvegyületeket tartalmazó GO hatásaira összpontosítottunk. A tanulmányban használt GO fő összetevői a következők voltak (20): DATS (31,5%), DADS (21,5%), DAS (16,3%) és MATS (7,8%). Ezeket a szulfidokat, különösen a DATS-t, felelősnek tekintik a fokhagyma fiziológiai funkcióiért (7,13–15,16).

A fokhagyma elhízás elleni hatásaival kapcsolatban a DATS-ról beszámoltak arról, hogy in vitro gátolja az adipogenezist. Kimutatták, hogy a DATS csökkenti a CCAAT/fokozót megkötő fehérje (C/EBP) α és β és peroxiszóma proliferátor-aktivált receptor (PPAR) γ szintjét, ami a zsírsav szintáz és a 3T3-L1 adipociták lipid felhalmozódásának csökkenéséhez vezet (28 Egy másik lipofil komponens, az 1,2-vinilditiin, amely főleg a zúzott fokhagyma olajos macerátumában található, ami az allicin lebomlásához vezet, szintén kimutatták, hogy gátolja az emberi preadipociták differenciálódását és gyulladását azáltal, hogy csökkenti a C/EBPα, PPARγ, interleukin-6 és monocita kemoattraktáns protein-1 expresszió (29). A fokhagyma-vegyületeknek az adipocita-differenciálódásra és a lipidfelhalmozódásra, valamint az adipocitokin-termelésre gyakorolt gátló hatása szintén felelős lehet a fokhagyma elhízás elleni hatásáért.

Összefoglalva, a tanulmány eredményei azt mutatták, hogy a GO elnyomta a testtömeg-növekedést és a WAT-tömeget a magas zsírtartalmú étrend okozta elhízás patkánymodelljében. Legjobb tudásunk szerint ebben a tanulmányban először bizonyították, hogy a GO beadása megváltoztathatja az üzemanyag oxidációs sebességét és növelheti a zsír oxidációját, ami a testtömeg-növekedés csökkenéséhez vezet. A GO elhízásellenes hatásai legalább részben az energiafelhasználás UCP általi felülszabályozásának tudhatók be.