Anti-obesity effect of sulforaphane through suppressing Ras activity in vitro and in vivo

Abstract

Sulforaphane (SFN), a natural compound found in cruciferous vegetables such as cabbage, radish, and broccoli, is well-known for its anti-cancer and anti-microbial properties. However, the effect of SFN on obesity has not been elucidated yet. In the present study, I investigated the anti-obesity effect of SFN in high fat diet (HFD)-induced obese mice and the related molecular mechanism of SFN in 3T3-L1 preadipocytes. I found that oral gavage administration of 50 mg/kg SFN for 8 weeks reduced weight gain by 22.1 % in HFD-fed mice. It was found that oral gavage administration of 50 mg/kg SFN for 8 weeks decreased the weight of epididymal fat rather than liver, pancreas, spleen, and kidney. Experiments in vitro with 3T3-L1 preadipocytes were used to examine the molecular action of SFN. Oil Red O staining and Western blot assay showed that SFN at 5 to 20 M effectively inhibited MDI (Methylisobutylxanthine (IBMX), Dexamethasone, Insulin)-induced lipid accumulation in 3T3-L1 preadipocytes and suppressed the expression and activation of C/EBPinvolved in mitotic clonal expansion (MCE) which is an early stage of adipogenesis. SFN at 5 to 20 M suppressed the expression of master regulator proteins of adipogenesis PPAR and C/EBP. Fluorescein-activated cell sorter (FACS) analysis data suggested that SFN at 20 M blocked the MDI-induced cell cycle progression by inducing G1 arrest during mitotic clonal expansion. It was found that SFN at 20 M inhibited MDI-induced Ras activation, and subsequently down-regulated ERK signaling pathway. Since SFN inhibited HFD-induced obesity in vivo and attenuated MDI-induced adipogenesis in vitro by suppressing Ras activity, SFN might have anti-obesity effect.

설포라판 (sulforaphane)은 양배추, 무, 브로콜리와 같은 십자화과 식물에 풍부하게 들어있는 천연 물질로써 이미 항암, 항생 작용 등으로 잘 알려져 있다. 이러한 다양한 효능들이 알려져 있음에도 불구하고 아직까지 설포라판이 비만에 미치는 영향에 관해서는 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 설포라판이 고지방 식이를 먹인 마우스 모델에서 항비만효과와 더불어 3T3-L1 지방 전구세포에서 지방 분화를 억제하는 효능에 관련하여 그 분자기전들을 규명하였다. 고지방식이를 8주간 먹인 쥐와 고지방식이와 함께 설포라판을 10 mg/kg, 50 mg/kg을 경구투여한 쥐의 체중 비교는 설포라판이 체중증가 억제 효능을 가짐을 보여주고 장기별 무게 비교를 통해 특히 설포라판이 지방 조직에 영향을 주는 것을 확인하였다. Oil Red O 염색법과 Western blot 을 통해서는 설포라판이 분화 유도제 (MDI)에 의해 유도되는 지방 전구세포의 지방 축적과 분화를 효과적으로 억제하며 이것은 분화 초기 단계인 mitotic clonal expansion에서 세포 증식을 억제함으로써 나타남을 밝혔다. 또한 지방 분화 마커인 PPAR와 C/EBP의 발현도 줄임을 확인하였다. 또한 FACS 분석을 통해, 세포 증식 기간동안 설포라판이 세포주기의 진행을 G1 arrest를 유도하며 막음을 확인하였다. Western blot과 Ras assay를 통해 설포라판의 분화 억제 효능은 Ras 의 활성을 억제함으로써, 그 하위 시그널인 B-Raf/MEK/ERK의 인산화를 억제함으로 기인함을 밝혔다. 또한 이 는 이미 잘 알려진 설포라판의 Nrf2 전사인자 활성화 효능과는 무관한 기작으로 일어남을 추가로 제시하였다. 본 연구 결과를 통해 설포라판은 고지방식이로 유도되는 비만과 분화유도제인 MDI 처리에 의해 유도된 지방세포 분화에 대해 상당히 효과적인 예방 물질로써 작용할 수 있으며, 이는 주로 Ras의 활성을 억제함으로써 기인한 효과임을 밝혔다.