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Elephant Garlic Extracts Inhibit Adipogenesis in 3T3-L1 Adipocytes

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코끼리마늘의 3T3-L1 지방세포 분화억제 효과

이슬기1, 한동엽1, 김수린1,2, 이원영1, 남주옥1,2*

1경북대학교식품공학부

2경북대학교농업과학기술연구소

Received: November 25, 2019 / Revised: April 23, 2020 / Accepted: April 27, 2020

서 론

우리나라식생활에있어필수불가결한식재료인마늘은 통적으로향신료뿐만아니라항암, 항산화향균다양 약리효능을갖는민간치료제로도사용되어왔다[1]. 또한 마늘의주요유효성분인 allicin혈압강화, 혈중지질저하 혈당감소효과다양한생리적효능을갖는다고알려 있다[2, 3]. 그러나, 생마늘의경우특유의냄새와향으로 인해생리활성효과를나타내기충분한양을지속적으로 취하기어려울뿐만아니라과량섭취위벽을자극, 조직 손상을야기할있어있다[4, 5]. 반면, 마늘을가열숙성 흑마늘의경우, 마늘특유의매운맛과향은감소하고 맛이증가될뿐만아니라제조과정화학적변환이일어 나면서 S-allylcysteine같은특정생리활성물질이증가한

다고보고된있다[6]. 이러한생리활성물질들의함량

이로인해흑마늘은일반마늘에비해항산화, 동맥경화 체내지질개선효과가우수한것으로알려져있다[2].

코끼리마늘(Allium ampeloprasum L.) 일반 마늘 (Allium sativum L.)비해냄새가적고인편이 10

부추속에속하는식물이다[7]. 코끼리마늘은일반마늘

비해조직감과단맛이뛰어나보다다양한종류의식품 소재로이용하기에적합할뿐만아니라최근에는항산화, 당뇨, 향균효과와같은약리효과가보고되고있어이의 활용가치에대한방향성이제시되고있는상황이다[810].

또한, 이전의연구는코끼리마늘유효성분분석을 일반마늘에비해발효된코끼리흑마늘에서피루브산 함량이폭으로증가함을밝힌있으며코끼리마늘

항비만활성이있는 scopoletin포함하고있다고알려

있다[4, 11]. 그러나, 아직까지대부분의국내연구는 코끼리마늘의생육에관한연구로한정되어있으며코끼리 마늘코끼리흑마늘과같은다양한조리형태의코끼리마 늘의생리활성효과에대한연구는현저히부족한실정이다. 만성적인잉여에너지는지방세포의과도한증식분화 야기함으로써궁극적으로는세포지질축적하여비만 Elephant Garlic Extracts Inhibit Adipogenesis in 3T3-L1 Adipocytes

Seul Gi Lee1,Dongyup Hahn1,Soo Rin Kim1,2, Won Young Lee1, and Ju-Ock Nam1,2*

1Department of Food Science and Biotechnology, 2Institute of Agricultural Science and Technology, Kyungpook National University, Daegu 41566, Republic of Korea

Elephant garlic (Allium ampeloprasum L.) has been reported to have several pharmacological effects. How- ever, its anti-adipogenic effect and the possible molecular mechanisms have not yet been reported. In this study, we demonstrate that elephant garlic extracts suppress adipogenesis in 3T3-L1 adipocytes. Raw and steamed elephant garlic extracts (REG and SEG, respectively) suppressed the differentiation of adipocytes and cellular lipid accumulation. Of note, the anti-differentiation effect of REG treatment on 3T3-L1 cells resulted in cytotoxicity, whereas SEG-treated cells displayed no such cytotoxicity. Additionally, SEG treat- ment significantly reduced the adipogenesis-related gene expression of PPAR γ, C/EBPα, adiponectin, Ap2, and LPL. To our knowledge, these results are the first evidence of the anti-adipogenic effects of elephant garlic extracts on 3T3-L1 adipocytes.

Keywords: 3T3-L1 adipocytes, Allium ampeloprasum L, anti-adipogenic, elephant garlic, steamed elephant garlic

*Corresponding author

Tel: +82-53-950-7760, Fax: +82-53-950-7762 E-mail: [email protected]

© 2020, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology

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유발할 있다[12]. 이러한 지방세포의 분화과정은 peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) CCATT/enhancer binding protein α (C/EBPα) 등의 전사

인자에의해주로조절된다[13].

연구에서는코끼리마늘을생마늘, 흑마늘, 흑마늘열수 추출세가지방식으로조리이후다양한용매를이용하여 출한코끼리마늘추출물들이 3T3-L1 지방전구세포의분화 관련조절인자의발현에미치는영향을조사하였다.

재료 및 방법

용매별 시료의 제조

연구에서는경상북도군위군에서재배수확된코끼 리마늘을군위기술센터로부터지원받아생코끼리마늘(Raw Elephant Rarlic, REG), 흑코끼리마늘(Steam Elephant Garlic, SEG) 흑코끼리마늘열수추출물(Steam Elephant Garlic Extract, SEGE)같은세가지종류의코끼리마늘 출물을제조하였다. 생코끼리마늘(REG)경우껍질을제거 하고세척, 건조갈아균질화하였다. 흑코끼리마늘(SEG) 흑코끼리마늘열수추출물(SEGE)경우찜기를이용하 2 L증류수와함께가열 12시간숙성하였다. 숙성된 흑코끼리마을은증류수없이혹은증류수와함께 1:1 비율 갈아균질화하였으며연구에서는이를각각흑코끼 리마늘, 흑코끼리마늘열수추출물이라고명명하였다. 균질화 코끼리마늘은 70% hexane, 70% ethyl alchol, butanol 1:1 비율로혼합진탕배양기를이용하여 30

동안 200 rpm에서용해하였다. 용해된추출물은회전식

진공농축기를이용하여완전건고 DMSO이용하여 정한농도로희석, membrane filter (0.22-um pore size) 제균항암항비만효과분석을위한실험시료로사용 하였다

세포배양

3T3-L1 지방전구세포는한국세포주은행(KCLB)으로부터

분양받은, 10% Newborn Calf Serum, 1% antibiotics

포함하는 DMEM 배지에 5% CO2 공급되는 37

incubator에서배양하였다.

세포 생존율 측정

3T3-L1 지방전구세포를 96-well plates well 4 × 103으로분주하여 5% CO2공급되는 incubator 에서 하룻동안배양하였다. 다음날, REG, SEG, SEGE 0, 2, 4, 8 mg/ml농도로 48시간동안처리하였으며, 실험대조군 에는동량의 DMSO추가하였다. 처리시간종료, 지를제거하고 0.4 mg/ml MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-

2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide) well추가 하여 incubator에서 3시간 배양한 iso-propyl alcohol 이용하여생성된 formazan용해시킨, infinite reader 이용하여 595 nm에서흡광도를측정했다. 측정값은 3 반복하여평균값으로얻었다.

지방세포 분화 유도

지방세포분화는이전의연구에서서술된바와동일하게 방법을이용하여진행하였다[13]. 간략히, 3T3-L1 지방전구 세포(preadipoycytes)성숙한지방세포(mature adipocytes) 분화유도하기위해서, 6-well plate분주, 세포가 100%

confluent 되었을 MDI solution (0.5 mM IBMX, 0.25μM DEX, 167 nM insulin, and 100 µM indomethacin)

포함된 10% FBS포함하는 DMEM 배지로교체해주

었다. 분화유도 2, 167 nM insulin insulin포함된 배지로교체해주었다. 배양중인세포의배지는 2간격으 새로운 insulin포함된배지로교체해주었다. 코끼리마 늘의지방세포분화억제효과를관찰하기위하여, 분화기간 동안( 8) REG, SEG 또는 SEGE 2, 4 mg/ml농도 처리하였다.

세포 내 지질 염색(Oil Red O staining, ORO)

분화가완료된성숙한 3T3-L1 지방세포의세포 lipid droplet확인하기위해, ORO 염색을수행하였다. 분화가 완료된 3T3-L1 세포를 0.6% Glutaraldehyde상온에서 1시간동안고정, 60% isopropyl alcohol세척한 0.4%

ORO soultion으로상온에서 20분간염색하였다. 염색된 포를 촬영하고 100% isopropyl alcohol ORO solution

용해하여 570 nm에서흡광도를측정하여정량화하였다.

세포 내 mRNA 발현 수준 측정

세포 total RNA RNAiso Plus reagent (TaKaRa Bio, Japan)이용하여분리한이후, complimentary DNA (cDNA) 합성은 Prime-Script RT reagent Kit (TaKaRa Bio)이용하여제조사의메뉴얼에따라수행하였다. Real- time PCR SYBR Green (TOYOBO, Japan) 함께 Cycler iQTM Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories, USA) 기기를이용하여수행하였다. PCR 건은 94℃에서 30(denaturation), 60℃에서 30 (annealing), 72에서 45(extension) 35번으로설정하 였다. Primer 서열은 Table 1도시된바와같다.

세포 내 단백질 발현 수준 측정

세포를 lysis buffer (Biosesang, Korea)용해한 4 에서 30분간방치한세포용액을 12,000 rpm에서 15

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원심 분리하였다. 동량의 단백질(30 μg) 10% SDS polyacrylamide gel의해 분리시켰다. gel내의 단백질을 Nitrocellulose Membrane (Amersham Protran Premium 0.2μm NC, GE Healthcare Life Sciences, Germany) 전달시킨 5% skim milk 1시간동안 blocking하였다. , 1항체를 4℃에서 overnight 처리하였고 2항체 상온에서 1시간 반응시켰다. 반응 , enhanced chemiluminescence reagent (GEHealthcare, UK) membrane

도포하고 FUSION Solo apparatus (Vilber Lourmat) 이용하여검출하였다.

통계처리

3반복한실험결과는평균표준편차를표시하였으

, 간의통계적유의성에대한검증은 SPSS 통계프

로그램을이용하여일원배치분산분석을실시, 유의성여부 판정하였다(*p < 0.05, **p < 0.01).

Fig. 1. Effects of REG, SEG, and SEGE on the lipid accumulation of 3T3-L1 adipocytes. (A) The effect of REG, SEG, and SEGE on lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes. Lipid droplets were stained by Oil Red O solution and photographed at 100× magnification. (lower rightinsets were photographed with a microscope at 400× magnification). The negative control (NC) are preadipocytes and the positive control (CON) are fully differentiated adipocytes. (B) The absorbance of stained cells measured at 495 nm.

Table 1. Sequences and accession numbers for primers used in RT-PCR.

Gene name Accession no. Forward primer Reverse primer

Adiponectin NM_009605.4 GATGGCACTCCTGGAGAGAA TCTCCAGGCTCTCCTTTCCT

Ap2 NM_024406 AACACCGAGATTTCCTTCAA TCACGCCTTTCATAACACAT

C/EBPα NM_001287523 CAAGAACAGCAACGAGTACCG TCACTGGTCAACTCCAGCAC

LPL NM_008509 CTGGTGGGAAATGATGTGG TGGACGTTGTCTAGGGGGTA

PPARγ AB644275 GGAAGACCACTCGCATTCCTT GTAATCAGCAACCATTGGGTCA

β-actin EF095208 AGGCTGTGCTGTCCCTGTAT ACCCAAGAAGGAAGGCTGGA

(4)

결과 및 고찰

REG, SEG 및 SEGE가 3T3-L1 지방전구세포 분화에 미치는 영향

지방방울(Lipid droplet)지방전구세포가성숙한지방세 포로분화하는분화과정(adipogenesis)가장특징 나이며지방방울은주로중성지방인 triglyceride (TG)

성되어있다[14]. TG포도당과같은중요한에너지원이지

과다섭취경우지방세포에흡수되어저장되고이는 만의원인으로작용한다. 따라서, 연구에서는 REG, SEG SEGE 3T3-L1 지방전구세포가분화하는동안세포 축적되는지방방울의축적에영향을미치는지조사하였다. 처음으로, 코끼리마늘을가지다양한용매(hexane, 70%

ethyl alchol, butanol)에서추출한코끼리마늘추출물 들을모두동일한농도로 3T3-L1 세포에처리하였다. , 가지추출물에서전반적으로 Butanol 분획층에서 우수한 지방세포분화 억제효과를 보였다(data not shown). 이에따라, 하위연구에서는 Butanol 분획층을 독으로사용하였다.

다음으로, Butanol층에서추출한 REG, SEG SEGE 세포가분화하는기간내내 2, 4 mg/ml처리하고 ORO 색을수행하였다. 실험결과, REG, SEG, SEGE모두 방세포의지질축적을농도의존적으로억제하는것을확인하 였다(Figs. 1A, B). 세포 ORO염색된지방구를정량분 결과, 대조군(control, CON)비교하여 4 mg/ml 농도 REG, SEG SEGE 처리는각각 57.3%, 64.8%, 91.0%

지방세포분화를억제하였다(Fig. 1B). 그러나, ORO염색 되지않은미분화세포의모양을확인했을 REG처리

세포의경우세포모양이변형되면서세포손상이야기된

것을확인할있었다. 그러므로, REG지방방울축적억

제효과는지방세포분화과정의억제를통해서가아닌외부 자극에의한세포사멸을유도함으로써발생된현상이라고 추측된다. 반면 SEG세포손상을야기하지않으면서지방

세포의 분화를 억제하는것으로 보여지며, SEGE경우

SEG비해지방세포분화억제능이현저히낮은것으로

가된다.

상기의결과를바탕으로우리는다양한방식으로조리 다양한용매에서추출한코끼리마늘추출물부탄올분획 층의 REG SEG가장우수한지방세포분화억제능을 는다는것을확인하였으므로, 하위연구에서는부탄올분획

층의 REG, SEG효능에관해집중적으로연구하였다.

REG, SEG 및 SEGE가 3T3-L1 지방전구세포의 생존에 미치 는 영향

마늘추출물이지방전구세포의생존에미치는영향을 규명하기위해, 우리는 REG SEG 08 mg/ml농도 3T3-L1 지방전구세포에 48시간동안처리하였다. , 8 mg/ml 농도의 REG 처리는통계적으로유의하게지방 세포의생존을저해하는것을확인하였다(Fig. 2). 반면에, SEG 모든농도의처리구간에서지방세포의생존에영향 미치지않음을확인하였다. 이러한결과는, REG지방 세포의분화기간동안세포의생존에영향을미침으로써 방세포의분화를감소시킬있다는가설에대한직접적인 증거를제공하고있다. 또한지방세포의분화는 8일간

속되기때문에분화기간동안 REG 처리의중첩에의해

러한세포독성효과는보다증폭되었을것이라고예상한다. SEG가 지방생성과정에 관여하는 유전자의 mRNA 및 단백 질 발현에 미치는 영향

지방세포분화과정에서 REG SEG 3T3-L1 지방세 분화관련인자들의발현에미치는영향을알아보기위해 지방형성과정에관여하는주요전사조절인자인 PPARγ, C/

EBPα와 아디포카인(adipokine) adiponectin, ap2 (fatty acid-bindingproteins) LPL (lipoprotein lipase)

mRNA 발현수준을 비교분석하였다. 대조군과비교하여

SEG처리는 PPARγ, C/EBPα, Adiponectin, Ap2 LPL 발현을모두농도의존적으로억제하였다(Fig. 3). 한편, REG 처리에 의한 다양한 지방세포 분화관련인자들의 mRNA 발현억제율은동일농도의 SEG비해낮거나 ap2 경우억제하지못함을확인하였다.

또한 이러한 SEG REG 의한 PPARγ와 C/EBPα

mRNA 발현량감소는단백질수준에서도동일하게나타났으

이의발현억제율또한 REG비해 SEG에서현저히 Fig. 2. Effects of REG and SEG on the viability of 3T3-L1

preadipocytes. 3T3-L1 preadipocytes were treated with REG and SEG at various concentrations for 48 h. The viability of 3T3- L1 was determined by MTT assay. Values are mean ± S.D. of three experiments, with triplicate of each experiment.

(5)

나타남을확인하였다(Figs. 4A, B).

요약하자면, 상기의연구결과는흑코끼리마늘이 3T3-L1 지방세포의분화를억제함으로써생체항비만효과를 는다는것을보여준다. 이는체중조절기능을갖는건강기능 식품원료로써혹은나아가의약품의원료로써의코끼리 마늘의활용가능성을간접적으로제시한다. 또한, 흑코끼리 마늘과동일하게생코끼리마늘은지방세포분화억제효과를 가졌지만이는세포독성효과에기인한것으로판단된다. 러한독성효과는체중조절목적으로생코끼리마늘을섭취했 , 생체조직손상정상세포파괴등을부작용을 반할있다고추측할있다. 그러나, 연구결과를 탕으로코끼리마늘을산업적으로활발히이용하기위해서는 생체동물실험을통한안전성효능입증과같은후속 연구가요구된다. 또한연구에서는마늘의조리방식

따른생체항비만효능수준의변화에관해서는명확 제시하고있으나, 이러한차이점을야기하는추출물 유효성분에관한연구결과는제시하고있지않다는점에서 연구의한계점을나타내고있다.

요 약

부추속에속하는코끼리마늘(Allium ampeloprasum L.) 대한가지약리효과는보고된있으나, 이의항비만 작용기전에대한보고전무한실정이다. 이에따라, 구에서는코끼리마늘추출물이 3T3-L1 지방세포의분화에 미치는영향을조사하여이의지방세포분화억제효능을 명하였다. 연구에서는 생코끼리마늘(Raw Elephant Rarlic, REG) 흑코끼리마늘(Steam Elephant Garlic, Fig. 3. Effect of REG and SEG on the mRNA expression of adipogenesis-related genes in 3T3-L1 adipocytes. 3T3-L1 adipocytes were treated with SEG or REG during the period of differentiation. After 8 days of differentiation, total RNA was isolated and real time reverse-transcription–polymerase chain-reaction (RT-PCR) confirmed the expression of adipogenic-related genes.

Fig. 4. Effects of REG and SEG on protein expression of adipogenic-related genes in 3T3-L1 adipocytes. (A) Cells treated with SEG or REG for the period of differentiation were lysed and total protein was extracted. The protein expression levels of PPARγ and C/EBPα were analyzed by western blot. An equal amount of loading was confirmed using β-actin. (B) Quantification of the protein expression.

(6)

SEG) 추출물이지방세포의분화지질축적을억제한다는 것을보여주었다. 주목할만한점은, REG경우지방세포

독성을나타낸반면, SEG독성을나타내지않았다는

점이다. 추가적으로, SEG PPARγ, C/EBPα, Adiponectin,

Ap2 LPL같은지방세포분화관련유전자의발현을

계적으로유의하게억제하였다. 연구는종류의코끼리

마늘이 3T3-L1지방세포의분화를억제함을보고한최초의

연구이다.

Conflict of Interests

The authors have no financial conflicts of interest to declare.

References

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수치

Table 1. Sequences and accession numbers for primers used in RT-PCR.
Fig. 4. Effects of REG and SEG on protein expression of adipogenic-related genes in 3T3-L1 adipocytes

참조

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