J Korean Soc Cosmetol > Volume 28(6); 2022 > Article
표고버섯 추출물이 식이 및 대사조절 호르몬에 미치는 영향

Abstract

This study attempted to verify the effects of Lentinus edodesmycelium by applying a high-fat diet (HFD) to animals. For this, the Lentinus edodesmycelium ‘MC-LE’ was administered to the HFD animals, investigating its influence on dietary efficiency, hormones, blood and lipocytes. An experiment was performed a normal group with regular diet, HFD/Control group and HFD/MC-LE (360 mg/kg) group over 10 weeks. Compared to the HFD/Control group, the HFD/MC-LE group revealed a decrease in dietary efficiency. A significant drop was also found in the appetite-suppressing hormone ‘leptin’. Furthermore, increase in the adipose (fat) accumulationrelated adiponectin and decrease in IGF-1, glucose and free fatty acid accelerated lipid metabolism, confirming inhibition of fat accumulation through the size and number of fat cells. Other words, in the HFD/MC-LE group, dietary control hormone suppressed diet and accelerated lipid metabolism, reducing fat accumulation. The above results confirm that the Lentinus edodesmycelium ‘MC-LE’ would be useful as a material for obesity treatment.

I. 서 론

현대사회는 기기발전과 더불어 운동부족, 인스턴트, 패스트푸드 등의 식사를 많이 한다. 이러한 식사는 다량의 당분과 지방의 섭취로 비만, 당뇨, 고지혈증 및 간질환 등의 대사성 질환 이 급속히 증가하고 있다. 그중 대표적인 질환은 비만이다. 산업화된 국가에서 가장 심각한 영양과잉 문제로 전 세계적으로 급속히 증가하고 있는 추세이다. 세계보건기구(WHO)는 세계 성인 인구 중 약 16억 명이 과체중이고, 최소 4억 명이상이 비만질환자로 전세계 인구의 25%로 추정한다(Shin et al., 2019).
비만은 과다한 지방이 축적되어 여러 성인병의 직접적인 원인이 되고 있으며, 비정상적인 대사경로에 의해 동맥경화 및 당뇨 등의 심혈관 질환에 직접적인 영향을 미치고 있다(Sharma, 2002). 특히, 내장 지방의 과잉축적으로 진행되는 비만은 콜레스테롤의 증가와 인슐린 저항성을 증가시켜 심혈관 질환을 증가시킨다(Lee & Km, 2012).
최근 비만 예방과 치료에 관심이 많아지면서 체중 조절을 위해 식이조절 및 영양관리에 대한 연구가 진행되고 있다(Yang & Jang, 2007). 그 중 체중 조절을 위한 일반적 방법 중 하나인 “열량 제한 식이(energy restricted diet)”는 음식의 열량 조절하는 방식으로 체중감소와 함께 포도당, 혈압, 콜레스테롤 등을 감소시켜 성인병 질환을 감소시킨다(Wasser, 2002.). 하지만, 과도한 열량제한 식이는 포만감(satiety)을 감소시키고, 호르몬 조절에 영향을 주어 부작용으로 식욕(appetite) 촉진 등의 폭식증을 유발하므로 열량 제한 식이를 지속해 나가는데 한계가 있다(Kelley et al., 1993). 포만감과 열량이 적은 버섯은 단백질, 지방, 탄수화물, 비타민, 무기질등 각종 영양소와 식이섬유가 골고루 함유되어 있고, 향과 맛으로 기호성이 높은 식품으로 식이 섬유와 다양한 유효성분을 함유하고 있어 대사조절에 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Molitoris, 1994).
그중 표고버섯(Lentinus edodes)은 활엽수에 기생하는 담자균류 주름버섯 느타리과에 속하며, 항암억제 효과, 혈당강화 효과, 항고혈압 효과, 콜레스테롤 저하효과, 지방간 억제효과, 면역증강효과등의 생리활성을 나타내는 건강식품으로 많이 알려져 있다(Yang et al., 2002: Kang et al., 2022). 표고버섯의 기능성 물질 중 β-glucan은 버섯이나 곰팡이 등의 진균류를 포함한 미생물의 주요 세포벽에서 발견되고(Ng & Yap, 2002), 보리, 호밀, 귀리 등의 작물에도 많이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다(Surenjav et al., 2006; Kabir et al., 1987).
따라서 본 연구는 혈당강화 효과, 항고혈압 효과, 콜레스테롤 저하효과, 지방간 억제효과에 효과적인 표고버섯 균사체를 고지방 식이를 섭취한 마우스에 10주간 투여하여 식이조절을 통한 호르몬, 혈액과 지방세포에 미치는 영향을 분석하여 비만 억제에 관한 연구를 진행하였다.

II. 내용 및 방법

1. 표고버섯균사체 추출물 제조

보리와 쌀겨(Ilbanseong Nonghep, Jinju, Korea)를 20:1 w/w로 혼합하여 배지를 조제하여, 고압멸균기(121°C, 10 min)로 멸균시킨후, 실온에서 냉각시켰다. 냉각시킨 배지에 표고버섯균사체(ATCC 64275)를 접종하여 37°C incubator에서 7일간 배양하였다. 표고버섯 균사체 배양액 (Lentinus edodes mycelial culture)을 37°C water bath에서 강압 농축기로 농축하여 표고버섯균사체 시료를 제조하였다(MC-LE로 명명한다).

2. 동물실험 투여와 지방무게 측정

수컷 C57bl/6 마우스를 대한바이오링크(대한민국)로부터 수입하여 실험하였다. 대전대학교 동물실험윤리위원회 승인(DJUARB2018-029)을 받아 실험을 진행하였다. 분양 받은 실험동물은 2주간 기본사료(AIN-76A diet)와 물을 자유식으로 공급하면서 사육실(항온(25± 2°C), 항습(50±5%) 및 12시간 간격의 광주기(light on 07:00~19:00)로 명암으로 조절되는 SPF 환경)에 적응시켰다. 2주간 사육실에서 적응한 후, 건강상태가 양호한 10주령 마우스를 정상군(Normal), 고지방식이 대조군(High fat diet: HFD/Control), 실험군 MC-LE(HFD/MC-LE)의 군으로 10마리씩 나누어 자유식을 하여 몸무게가 28g이 될 때까지 안정화를 시켰다. 몸무게가 28g으로 안정화 되었을때, Normal군은 일반식이를 Control과 MC-LE군에는 고지방 사료(HFD)를 자유식으로 투여하여 비만을 유도하였다. 이와 함께 Normal과 HFD/Control은 증류수를, HFD/MC-LE는 예비실험을 통해 효능을 나타내는 농도인 360 mg/kg/0.2 ml의 농도를 물에 희석하여 10주간 매일 경구 투여하였다. 실험기간동안 실험동물의 식이량을 측정하고 10주후 동물을 마취시킨후 복부에서 Abdominal subcutaneous fat과 Epididymal adipose tissue를 떼어내어 측정하였다.

3. 혈액학적 분석

실험을 마친 10주후 심장천자를 통하여 혈액을 체취하여 혈청을 분리한 후, Glucose, Free fatty acid의 농도는 혈액자동분석기(Spotchem; KDK Co., Japan)를 이용하여 측정하였다. 혈청 중의 호르몬은 IGF-1 ELISA kit(Mercodia, Sweden)를, leptin ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay) kit(R&D systems, Minneapolis, MN, USA)를 이용하여 ELISA reader를 이용하여 450 nm에서 측정하여 분석하였다. Adiponectin은 mouse/rat high molecular weight adiponectin ELISA kit(Shibayagi, Gunma, Japan)를 ELISA reader를 이용하여 450nm에서측정하였다.

4. 지방세포의 조직학적 분석

실험동물로부터 적출한 지방조직과 간조직은 10% 포르말린 용액에 48시간 고정한 후, 적당한 크기로 절단하여 카세트에 넣은 후 조직처리기(Shandon CitaDLEl 1000, Shandon Scientific Ltd., Cheshire, UK)를 이용하여 고정시켰다. 고정된 조직은 Paraffin Embedding Station(Leica Microsystems Nussloch GmbH, Nussloch, Germany)을 사용하여 함침시킨 후 Rotary Microtome(Leica Microsystems Nussloch GmbH)을 사용하여 박절하였다. 조직 내 변화를 알아보기 위하여 4 μm의 크기로 박절된 조직을 Hematoxylin과 Eosin(H&E) 염색을 시행한 뒤 xylene clearing을 거쳐 permount로 처리한 후 광학현미경위에서 분석하였다.

5. 통계분석

데이터 분석을 위하여 unpaired student's을 사용하였고 mean ±standard deviation(S.D.)로 나타나며 통계적 유의성은 Student's t-test법을 사용하여 p<.05, p<.01, p<.001 이하의 수준에서 유의성 검정을 실시하고 통계적으로 판정하였다.

III. 결과 및 고찰

1. 식이효율과 지방무게 분석

실험동물을 10주간, Normal, HFD/Control은 증류수를, HFD/MC-LE 360 mg/kg/0.2 ml를 존대를 이용하여 구강으로 투여하였다. 식이 섭취량의 변화를 보면 Normal은 거의 비슷한 양을 섭취하는 것으로 볼수 있으며 고지방식를 진행하는 HFD/Control, HFD/MC-LE는 감소함을 볼 수 있었다. 또한 HFD/MC-LE은 HFD/Control에 비하여 섭취량이 감소를 확인할수 있었다. 최종 섭취량을 확인한 결과, Normal은 3.522(g/day), HFD/Control은2.644(g/day), HFD/MC-LE은 2.192(g/day)로 나타내었다(Table 1).
10주 후 식이 효율을 분석한 결과, Normal은 3.89±0.17%, HFD/Control은 13.93±0.80%, HFD/MC-LE는 10.68±0.26%를 나타내어, Normal군에 비하여 HFD/Control은 35.8% 증가하였고, HFD/MC-LE군은 HFD/Control에 비하여 27.3%의 감소를 나타내었다. 이러한 결과는 HFD/MC-LE군의 유의성 있는(**p<.01) 감소효과를 나타내어 식이섭취 억제에 영향을 주는 것으로 나타내었다(Fig. 1).
지방세포의 무게는 복부지방(Abdominal subcutaneous fat)에서는 Normal은 0.255±0.03g, HFD/Control은 1.685±0.15g로 증가하였고, HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 1.3±0.14g로 유의성 있는 감소를 나타내었고, 고환주위지방(Epididymal adipose tissue)에서는 Normal은 0.6±0.15g, HFD/Control은 3.6±0.2g로 증가하였고, HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 2.7±0.2g로 유의성 있는(**p<.01) 감소를 나타내었다(Fig. 1). 이러한 결과는 HFD/Control에 비하여 HFD/MC-LE투여군에서 식이억제로 인한 지방축척의 감소를 나타내어, 추후 식이효율에 적용하여 비만관리에 영향을 줄 수 있는 소재로 활용이 가능할것으로 보인다.

2. 호르몬에 미치는 영향

1) Leptin에 미치는 영향

Leptin은 지방조직에서 분비되는 나선형 단백질이자 포만감 식욕억제등에 관련된 호르몬으로, 뇌의 시상하부를 자극하여 식욕억제, 열 생산, 당대사, 지질 대사, 인슐린 저항성 조절 등에 관여하는 것으로 알려져 있다(Ramos-Lobo & Donato, 2017). 일반적으로 leptin은 음식 섭취하면 포만감을 주기 때문에 열량을 제한적으로 받아들여 지방 형성을 억제하는 역할하며, 지방이 과다한 경우 leptin 저항성으로 leptin의 기능이 제대로 작용하지 못하여 비만을 유발한다(Francisco et al., 2018). 특히 고지방식이로 유도한 비만 동물모델은 정상식이로 유도한 동물에 비해 혈장 leptin 수치가 증가함을 나타낸다(Friedman & Halaas, 1998). leptin을 분석한 결과, Normal은 948.0±311.8pg/ml, HFD/Control은 41582±3006.0pg/ml로 43배 증가하였고, HFD/MC-LE는 18965.0±3687.0pg/ml로 20배 증가하였다. HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 23배 감소를 나타내어 유의성 있는(**p<.01) 감소효과를 나타내었다(Fig. 2). 이는 식욕억제 호르몬인 leptin을 증가시켜 식이효율를 감소시키는 결과와 부합하는 것으로 나타내었다. 추후, 폭식으로 인한 식이조절이 불안한 비만관리인에게 적합한 기능성 소재로 활용이 가능할 것으로 보인다.

2) Adiponectin에 미치는 영향

지방조직에서 분비되는 대표적인 Adipokine은 지방세포에서 생성, 분비되는 다양한 신호전달의 총칭으로 leptin, adiponectin 등이 있다(Fajas et al., 1999). Adiponectin은 지방조직에서 분비되는 호르몬으로 중성지방의 축척을 감소시키고(Nam et al., 2015), 인슐린의 민감도를 증가시켜 항염증 작용을 통하여 당뇨병 및 대사증후군 등의 만성질환을 예방하는 중요 작용을 한다(Chandran et al., 2003). 음성되먹이 기전이 작용하여 비만시 감소하고 체중감량시 증가를 나타낸다(Berg et al., 2001). Adiponectin을 분석한 결과, Normal은 15939±1011.0pg/ml, HFD/Control은 10630±1113.4pg/ml로 감소하였다. HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 13841±1094.0pg/ml로 유의성 있는(*p<.01) 증가를 나타내어 지방축척 감소에 영향을 미치는 것으로 나타내었다(Fig. 2).

3) IGF-1에 미치는 영향

IGF-1(insulin growth factor-1)은 성장 호르몬 의존성으로 간, 중추신경, 근육 등 여러조직에서 합성된다(Kim et al., 2002) 혈액중의 IGF-1는 그 유래가 간에서 생산된 것으로 IGF-1 결합 단백질에 결합된 형태로 존재하며 비만인 경우 내장지방에서의 Adiponectin 생산이 감소하고 높아진 insulin에 의해 IGF-1 활성이 높아진다(Yamauchi et al., 2001). 혈중 IGF-1의 발현량을 분석한 결과, Normal은 5368±297pg/ml, HFD/Control은 4638±100pg/ml로 감소하였다. HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 3710±221pg/ml로 유의성 있는(***p<.001) 감소를 나타내었다(Fig. 2). 이는 insulin의 민감성을 향상시켜 지방축척 감소에 영향을 미치는 것으로 나타내었다.

3. 혈액에 미치는 영향

1) Glucose에 미치는 영향

Glucose(포도당)는 인체의 주요한 에너지로 사용되지만 높은 수치는 당뇨와 같은 질환의 원인이 되고, 혈액 중 당의 공급과 소비로 조절되는 효소로 insulin의 분비가 늘면 glucose의 세포막 투과나 효소를 촉진하여 지방 합성과 근육발달 증강에 도움을 준다(Shin & Lee, 2013). 하지만 과도한 지방합성으로 인한 비만은 인슐린 저항성을 저하시키고 장애를 만든다(Kahn & Flier, 2000). 혈청 내 당대사에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 Glucose 함량을 측정한 결과, Normal은 40.2±1.70mg/dL, HFD/Control은 141.0±13.4mg/dL로 감소하였다(Fig. 3). HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 128.4±4.2mg/dL로 감소를 나타내어 IGF-1과 더불어 혈당조절에 영향을 주는 것으로 추후 기능성 소재에 적극적 활용이 가능할것으로 보인다.

2) Free fatty acid량에 미치는 영향

비만으로 혈액에 유입된 Free fatty acid(유리지방산)의 증가는 근육조직의 산화능력을 증가하여 지질대사체가 축적되고 신호전달체계에 문제를 일으킨다(Holland et al., 2007). Free fatty acid의 증가는 간의 insulin 배출을 감소시키고 포도당의 생성을 증가시켜 고농도의 free fatty acid일 경우 간세포의 인슐린 작용을 손상시키기도 하고, 당을 에너지원으로 쓰기보다는 지방을 에너지로 더 저장한다는 것을 의미한다(Lee et al., 1993). 혈중 Free fatty acid을 분석한 결과, Normal은 1923±92.1mg/dL, HFD/Control은 2597.6±102.4mg/dL로 감소하였다. HFD/MC-LE는 HFD/Control에 비하여 1954.0±83.3mg/dL로 유의성 있는(***p<.001) 감소를 나타내었다(Fig. 3). 유리지방산 억제는 지방생성억제를 의미하여 비만관리 기능성 소재에 적극적 활용이 가능할 것으로 보인다.

4. 지방조직 분석

복부 지방조직을 절편으로 만들어 Hematoxylin과 Eosin (H&E)로 염색한 후 광학현미경을 이용하여 관찰한 결과 Fig. 4와 같다. Normal 지방조직은 크기가 일정하고 비대하지 않은 반면, HFD/Control에서는 조직사진에서 지방세포(fat cell, adipocyte)의 비대와 군집이 보여진다. 또한 보라색 밀집현상과 지방세포들은 중심부위에 흰색의 지방입자가 들어차서 세포단면의 대부분을 차지하고 있다(Chen & Farese, 2002). HFD/MC-LE에서는 HFD/Control에 비하여 지방세포의 크기가 감소되고, 밀집과 군집의 감소를 확인할 수 있었다. 또한 일정한 크기안에서의 세포수를 측정한 결과 Normal은 86.7±1.5, HFD/Control은 50.5±2.5로 감소하였고, HFD/MC-LE는 55.2±3.8로 증가를 나타내어 크기의 감소로 일정한 영역에서의 세포 수의 증가를 나타내었다(Fig. 4). 이러한 결과는 HFD/MC-LE이 세포의 수에 직접적으로 영향을 미치는 것이 아니라 세포의 크기 감소에 영향을 미치는 것으로 사료된다.

IV. 결 론

본 연구에서 고지방식이를 공급하고 표고버섯균사체인 MC-LE를 투여하여, 식이효율, 지방감소, 호르몬, 혈액과 지방세포에 미치는 연구를 진행하였다. 실험군으로 Normal, HFD/Control과 HFD/MC-LE(360 mg/kg)를 나누어 10주간 투여하여 연구를 진행한 결과, HFD/Control에 비하여 HFD/MC-LE군에서 식이 효율이 감소하였고 지방축척을 억제하였다. 더불어 식욕억제 호르몬인 leptin에서도 유의성 있는 감소효과를 나타내어 식이효율의 감소결과에 부합된다. 또한 지방축척에 관련된 Adiponectin의 증가와, IGF-1, 포도당, Free fatty acid의 감소로 지방대사를 증가시켜 지방축척이 억제되었음을 지방세포의 크기와 수로 확인할 수 있었다. 이는 HFD/MC-LE군이 식이억제 호르몬에 의하여 식이를 억제하고 지방축척을 감소시켜 추후 비만치료에 도움을 주는 보조소재로 활용이 가능할 것으로 여겨진다.

Fig. 1.
Effect of FER(%) and Final Fat weight (g) of in high-fed diet male C57BL/6 mice after being treated with HFD/MC-LE for 10 weeks. Data are means±S.D. of three separate experiments; n=10 per group. HFD/Control, high fat diet; HFD/MC-LE, combination of a HFD with Mycelial culture of Lentinus edodes. **Significantly different from HFD/Control (**p<.01).
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Fig. 2.
Effects of serum leptin, adiponectin and IGF-1 level in in high-fed diet male C57BL/6 mice after being treated with HFD/MC-LE for 10 weeks. Values are presented as means ± SD of three separate experiments; n=10 per group. HFD/Control, HFD/MC-LE, combination of a HFD with Mycelial culture of Lentinus edodes. **Significantly different from HFD/Control (*p<.05, p<.01, p<.001).
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Fig. 3.
Effects of serum Glucose and Free fatty acid level in in high-fed diet male C57BL/6 mice after being treated with HFD/MC-LE for 10 weeks. Values are presented as means ± SD of three separate experiments; n=10 per group. HFD/Control, HFD/MC-LE, combination of a HFD with Mycelial culture of Lentinus edodes. **Significantly different from HFD/Control (p<.01).
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Fig. 4.
Histological analysis of abdominal fat after 10 weeks of HFD/MC-LE treatment in high-fed diet male C57BL/6 mice. abdominal fat sections were stained with Hematoxylin과 Eosin (H&E) to observe l abdominal fat content. HFD/Control, HFD/MC-LE, combination of a HFD with Mycelial culture of Lentinus edodes(n = 10 per group).
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Table 1.
Effect of HFD/MC-LE on daily food intake of mice in experimental groups (g)
Group week
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Normal 0 127 118.5 125.5 129 125 126.5 125.5 121 121
HFD/Control 0 93.5 92 90 101 91 86 89 82 63
HFD/MC-LE 0 96 83 73 76 74 76.5 80 79 79

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