Anti-diabetic Effects in C2C12 Muscle Cells of Peanut Sprout Extract Reactants with Leuconostoc mesenteroides PS3

Abstract

제2형 당뇨병은 전 세계 보건 문제로 확대되고 있다. 제2형 당뇨병과 그 주요 병인인 인슐린 저항성은 에너지의 전달, 운반, 저장 과정에 있어 조절 작용이 손상된 상태이다. 페놀 화합물 중 stilbenoid계에 속하는 resveratrol은 항당뇨효과가 있는 것으로 알려져 있다. 땅콩에는 다량의 resveratrol이 함유되어 있으며, 이를 발아시킨 땅콩 새싹의 경우 땅콩보다 resveratrol의 함량이 더욱 증가한다고 알려져 있다. 땅콩 새싹은 resveratrol뿐 아니라 이의 배당체 형태인 piceid 또한 함유하고 있는데, 이는 생체 이용률이 낮다. 유산균이 생성하는 β-glucosidase는 배당체를 비당체 형태로 전환하여 생체 이용률을 높일 수 있다. 본 연구의 목적은 β-glucosidase를 생성하는 유산균을 분리하여 probiotics로의 특성과 기능성을 확인하고, 이를 땅콩 새싹추출물과의 발효 또는 intracellular fraction과 반응시켜 반응 전후의 piceid와 resveratrol의 성분 변화가 항당뇨 효과를 유도하는지 확인하는 것이다. 본 연구에서는 MRS 및 M17 배지를 이용하여 15종의 한국 전통 발효식품에서 76개의 유산균을 분리하였다. 이 중 PS1, PS2, PS3 균주에서 높은 β-glucosidase 생성 능력을 나타내었고, Leuconostoc mesenteroides 으로 동정되었다. β-glucosidase 생성을 위한 최적 온도는 MRS 배지에서 32°C, 땅콩 새싹추출물에서 10 °Bx 당도 조건으로 확인되었다. Resveratrol 과 piceid의 성분 분석은 LC-MS를 이용하였으며 땅콩 새싹추출물과 L. mesenteroides PS3 균주의 발효과정에서는 resveratrol 및 piceid의 유의미한 성분 변화가 관찰되지 않았다. L. mesenteroides PS3 균주의 intracellular fraction과 땅콩새싹추출물을 반응시켰을 때 piceid로부터 resveratrol의 생물 전환이 증가하였다. 이전 연구에서 resveratrol은 인슐린 분비를 유도하는 물질인 AKT의 인산화(p-AKT)를 증가시켜 C2C12 세포의 포도당 흡수능 증가를 유도하였다. L. mesenteroides PS3 균주의 intracellular fraction으로 반응시킨 땅콩새싹추출물 반응액은 C2C12 세포에서 AKT의 인산화(p-AKT) 증가 및 포도당 흡수를 증가시켰다. 본 항당뇨 효과 연구 결과는 땅콩 새싹추출물과 같은 천연 재료와 postbiotics로 사용할 수 있는 intracellular fraction의 상호작용이 생균에서 나타나지 않는 당뇨병 예방 및 치료를 위한 기능성 소재로 이용 될 수 있음을 시사한다.

Type 2 diabetes and its precursor, insulin resistance, are metabolic diseases states characterized by impaired regulation of the delivery, transport, and storage of energy substrates. Type 2 diabetes is an expanding global health problem. Phenolic compounds such as resveratrol have been reported to exhibit anti-diabetic properties. Seed sprouts are known to contain more resveratrol than peanut seeds. Piceid, the glycoside form of resveratrol, is also present in peanut sprout but is less bioavailable. Lactic acid bacteria (LAB) are generally regarded as safe and have been used in fermentation processes. Enzymes such as β-glucosidase present in LAB decompose glycosides form into aglycones, which increased the bioavailability. The purpose of this study was to isolate β-glucosidase-producing LAB and investigate their probiotic characteristics and functionality. We also aimed to investigate the transformation of piceid to resveratrol prior to and following fermentation or intracellular fraction reaction with peanut sprout extract (PSE) using β-glucosidase-producing LAB. In this study, among the 76 LAB isolates obtained from 15 traditional fermented foods, three named PS1, PS2, and PS3 exhibited β-glucosidase activity and were identified as Leuconostoc mesenteroides. The optimum growth temperature for maximum β-glucosidase production in the De Man, Rogosa, and Sharpe (MRS) agar was 32°C, with PSE being the most productive at 10 Brix (°Bx). The resveratrol and piceid contents in PSE and changes in their content before and after fermentation and the reaction were evaluated using liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS). The fermentation process did not significantly change the resveratrol and piceid contents. Reactions using the intracellular fraction of L. mesenteroides PS3 showed the highest deglycosylation of piceid to resveratrol. To confirm that resveratrol stimulated the AKT pathway to increase glucose uptake, AKT and phosphorylated AKT (p-AKT) were evaluated by treating palmitate-induced insulin resistant C2C12 cell with the reactant of L. mesenteroides PS3. Compared to the PSE, the reactant of L. mesenteroides PS3 increased glucose uptake and phosphorylation of AKT in the C2C12 cell. In conclusion, the piceid content of the PSE was converted to resveratrol in response to intracellular fraction present in β-glucosidase, which mediated the observed anti diabetic effects in the C2C12 cells. This result signify potential for postbiotics in PSE and raises the possibility that a beneficial effect of postbiotics.