JNH 최미자(K15-14).fm

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1 Journal of Nutrition and Health (J Nutr Health) 2015; 48(2): 140 ~ pissn / eissn Research Article 커피가루첨가식이가당뇨쥐의혈당및간조직항산화효소활성에미치는영향 배지현 1 정윤정 2 최미자 2 계명대학교약학대학원, 1 계명대학교식품영양학과 2 Effects of coffee powder supplementation on the blood glucose and antioxidative enzyme activity of liver tissue in STZ-induced diabetic rats Bae, Jihyun 1 Jung, Yun-Jung 2 Choi, Mi-Ja 2 1 The Graduate School of Pharmacy, Keimyung University, Daegu , Korea 2 Department of Food and Nutrition, Keimyung University, Daegu , Korea ABSTRACT Purpose: The purpose of this study was to evaluate the role of coffee in diabetic rats in order to prevent hyperglycemia and hyperlipidemia, and to improve antioxidant enzyme activity in streptozotocin induced diabetic rats. Methods: Thirty two male Sprague-Dawley rats (body weight 200 ± 5 g) were divided into two groups; diabetic and nondiabetic groups. The groups were each randomly divided into two subgroups; fed control and coffee (5 g coffee powder/kg diet) diets. Diabetes was induced by intramuscular injection of 50 mg streptozotocin/kg body weight. Rats with blood glucose concentrations 300 mg/dl were considered diabetic for these experiments. All rats were fed an experimental diet and deionized water ad libitum for 4 weeks. Results: The results of this study indicate that body weight gain was significantly lower in diabetic groups than in nondiabetic groups regardless of diet. Mean food intake was significantly higher in diabetic groups than in nondiabetic groups, and significantly higher in the coffee group than in the control group in diabetic rats. Food efficiency ratio (FER) was significantly lower in diabetic groups than in nondiabetic groups regardless of diet. The fasting blood glucose of coffee supplemented groups was significantly lower compared with the control group in diabetic and nondiabetic rats. The levels of serum LDL-cholesterol and atherogenic index were significantly lower in the coffee group than in the control group in diabetic and nondiabetic rats, and serum HDL-cholesterol was significantly higher in the coffee group than in control groups. The contents of hepatic triglyceride were significantly lower in the coffee group than in the control group in diabetic and nondiabetic rats. The lipid peroxidation of malondialdehyde (MDA) contents was significantly lower in the coffee group than in the control group in diabetic and nondiabetic rats. Activity of superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx) and catalase in liver was not significantly different by experimental diets among all groups. Conclusion: In conclusion, effects of 0.5% coffee powder supplemented diet were beneficial on blood glucose and lipids in diabetic rats. KEY WORDS: diabetic rats, coffee powder, blood glucose, lipid peroxidation, antioxidative enzyme activity 서론 우리나라 30세이상성인의당뇨병유병율은 2001년 8.6% ( 남자 9.5%, 여자 7.9%) 에서최근 10년간약 9% 수준을유지하다가 2013년 11.0% ( 남자 12.8%, 여자 9.1%) 로증가하였다. 고콜레스테롤혈증은 2001년 9.1% ( 남자 8.5%, 여자 9.6%), 2013년 14.9% ( 남자 13.6%, 여자 15.9%) 였으며, 고중성지방혈증은 2001년 19.6% ( 남자 28.2, 여자 14.5%), 2013년 17.1% ( 남자 23.8%, 여자 10.9%) 로나타나고콜레스테롤혈증유병율도증가추세를보이고있다. 1 최근 10여년간우리나라만성질환유병율추이에서나타난것처럼각종질환의유병율이증가하고있는데이러한만성질환중당뇨병은고지혈증, 이상지혈증, 인슐린저항성, β-세포기능및인슐린분비손상같은다양한문제를수반하는자가염증성증상으로 2 특히다양한증상관리가필요한질환이다. 당뇨병에서는포도당과당화단백질의산화와관련되어나타나는여러가지인자들이 free-radical의생성을증가시켜다양한항산화방어기 Received: February 23, 2015 / Revised: March 18, 2015 / Accepted: March 25, 2015 To whom correspondence should be addressed. tel: , choimj@kmu.ac.kr 2015 The Korean Nutrition Society This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

2 Journal of Nutrition and Health (J Nutr Health) 2015; 48(2): 140 ~ 148 / 141 전과항산화활성의감소가관찰되었다. 3 커피는다양한성분을함유하고있는데이중 polyphenol 계의클로로젠산 (chlorogenic acid) 와 caffeic acid와 nonpolyphenol계의 caffeine, trigonelline, nicotinic acid, 5- hydroxymethyl furfuraldehyde 등이함유되어있어다양한생리활성및항산화작용을하는것으로알려져있다. 4 클로로젠산은커피의대표적인항산화물질로최근카페인성분과함께주목받고있다. 일반적으로커피 100 g 안에 2~5 g의클로로젠산이있는데이것은커피의중요성분으로사람과동물연구에서항산화활성을확인하였다. 5 커피섭취와당뇨병위험과의관련성을연구한선행연구를살펴보면, Van Dam과 Feskens 연구 6 는커피섭취가높을수록당뇨병의발병위험이낮아진다고보고하였고, 커피섭취와당뇨병관련성코호트연구에서도하루에커피 6잔이상을마시는경우하루에 2잔이하와비교하여제2형당뇨병의위험이 35% 낮아진다고보고하였다. 7 그러나커피섭취와혈중콜레스테롤수준은양의상관성이보고되었는데커피에함유된카페인성분이혈중지질농도증가에관여하는것으로보여지며, 메타분석연구에서도커피섭취가높을수록총콜레스테롤과 LDL-콜레스테롤, 중성지방농도를증가시키는것으로보고하였다. 8 반면, 9년간커피를섭취한성인 ( 평균연령 36세 ) 에서는혈중중성지방및 HDL-콜레스테롤농도에유의적인영향이없는것으로나타났다. 9 최근커피섭취와당뇨병, 혈중지질농도및비만등대사질환관련위험지표와의관련성을보고한선행연구결과에서커피의다양한작용이보고되었으나역학연구의경우커피종류나커피섭취시기호도에따른설탕이나크림첨가여부등커피섭취형태조사가구체적으로이루어지지않았기때문에실질적인커피섭취의효과인지명확하게규명되지못하고있는실정이며, 커피추출방식에따라서도커피유효성분함량의차이로인해혈중지질수준에미치는영향이상이하였다. 따라서본연구에서는 streptozotocin (STZ) 유발당뇨쥐에게일반인스턴트커피보다클로로젠산이강화된인스턴트커피분말을식이에직접보충한 0.5% 커피가루첨가식이를섭취시켜혈당, 혈중지질농도, 간지질함량및간의항산화효소활성에미치는영향을분석하였다. 연구방법 실험동물 Sprage-Dawley 수컷쥐 ( 평균체중 200 ± 10 g) 를 ( 주 ) 오리엔트로부터분양받아실험식이를시작하기전 1주일간 의적응기간동안고형사료로사육한후난괴법을이용하여각군당 8마리씩 4군 (Non-Diabetic control군, Non- Diabetic coffee군, Diabetic control군, Diabetic coffee군 ) 으로나누어 4주간실험식이를공급하였다. 실험동물은 stainless-steel wire cage에서한마리씩분리사육하였으며, 사육실의온도는 25 ± 2 o C, 습도는 63 ± 5% 로유지하고매일광주기, 암주기를 12시간간격으로자동조절장치를이용하여조절하였다. 식이와물은자유롭게섭취 (ad libitum) 하게하고물은모두 2차이온교환수를사용하였다. 동물실험의전과정은실험동물윤리규정에근거하여실험을실시하였다. 당뇨유발실험동물의평균체중이약 200 g 되었을때 streptozotocin (Sigma S0130) 50 mg/kg body weight을 0.25 M citrate buffer (ph 4.5) 에용해하여대퇴부근육에 1회주사하여실험적으로당뇨를유발하였고, 대조군은동량의 citrate buffer 용액을주사하였다. 당뇨유발의확인은 streptozotocin 주사 4일후꼬리정맥에서채혈하여혈당이 300 mg/dl 이상인동물을당뇨가유발된것으로간주하여 4주간사육하였다. 실험식이실험식이의조성은 Table 1에나타내었다. 실험식이에첨가한커피는당뇨병환자에게 3년간하루에커피 5잔이상섭취시켰을경우혈당이유의적으로감소하였다는보고와 10 커피섭취가증가할수록혈중지질농도가감소하 Table 1. Composition of experimental diets (g/kg diet) Dietary group Ingredient Control Coffee Corn starch Sucrose Casein 1) Soybean oil Cellulose 2) Mineral-mix 3) Vitamin-mix 4) L-Cystine 5) Choline bitartrate 6) TBHQ 7) Coffee 8) ) Casein, Maeil Dairy industry Co. Ltd. Pyungtaek- City, Kyunggi-Do, Korea 2) α-cellulose, supplied by SIGMA Chemical company 3) AIN-93G-MX, Teklad Test Diets, Medison, Wisconsin, USA 4) AIN-93-VM, Teklad Test Diets, Medison, Wisconsin, USA 5) L-Cystine, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA 6) Choline bitartrate, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA 7) Tert-bultyl Hydroquione, Sigma-Aldrich Inc., St. Louis, MO, USA 8) Maxim well-being polyphenol coffee, Dongsuh, Co., Ma-fo, Seoul, Korea

3 142 / 커피가루첨가식이가당뇨쥐의혈당과항산화효소에미치는영향 였다는선행연구 11 에근거하여커피가루를식이의 0.5% ( 커피가루 0.5 g/100 g diet) 로 AIN-93G 기본조성 12 에기준하여첨가하였다. 체중, 식이섭취량및식이효율체중은일주일에한번씩일정한시간에측정하였고, 식이섭취량은이틀에한번씩측정하였으며, 식이효율 (food efficiency ratio) 은 4주간의실험기간동안평균식이섭취량을체중증가량으로나누어계산하였다. 혈당, 혈중지질및간지질함량분석혈중포도당농도는 oxidase법을이용한 glucose kit (Daiichi, Japan) 을사용하여 auto analyer (Hitachi 7170, Japan) 로분석하였다. 혈청콜레스테롤, 중성지방, HDL-콜레스테롤농도는 kit (Asan Pharmaceutical, Korea) 로 spectrophotometer (Uvikon 930, Switzerland) 를이용하여흡광도를측정하였다. 혈청 LDL-콜레스테롤은 Friedewald 등의방법 13 을이용하여산출하였다. 간조직의중성지방과콜레스테롤의추출은 Folch법 14 을응용하여혈청중성지방과콜레스테롤분석과동일한방법으로분석하였다. 동맥경화지수인 atherogenic index는동맥경화의위험율을예측할수있는변인으로산출방법은다음과같다. Atherogenic index = (total cholesterol HDL cholesterol)/hdl cholesterol 간항산화효소활성분석 Catalase (CAT) 활성은간조직중 mitochondria 분획은 hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 를기질로하여환원되는정도를 240 nm에서흡광도를읽고분자흡광계수를이용하여활성을산출하는 Aebi 방법 15 에준하여측정하였다. 활성도단위는간조직의효소액중에함유된단백질 1 mg이 1 분동안에반응하여감소시킨 H 2 O 2 양을 nmole로표시하였다. (Reduced H 2 O 2 nmoles/mg protein/min) 간조직중 glutathione peroxidase (GPx) 활성도는 Paglia와 Valentine 의방법 16 에따라측정하였다. Glutathione 기질과조효소인 NADPH를시료와함께 25 o C에서 5분간반응시켜 340 nm에서 NADPH의산화로인한흡광도감소율을측정하였다. 활성도단위는효소반응액중에함유된단백질 1 mg 이 1분간산화시킨 NADPH의양을 nmole로표시하였다. (NADPH oxidized nmoles/mg protein/min) 간조직중 superoxide dismutase (SOD) 활성도는 hematoxylin 자동산화의억제정도를관찰하는 Martin 등의방법 17 에준해 0.1 mm EDTA 가함유된 50 mm 인산완충액 (ph 7.5) 에 10 µm hematoxylin 및효소액을가해 25 o C에서반응시켜생성된 hematein을 560 nm에서측정하여효소의활성을산정하였다. 활성도단위는효소액을넣지않고반응시킨액중의 hematoxylin의자동산화를 50% 억제하는정도를 1 unit로나타내었다 (Unit/mg protein/min (50% inhibition of autooxidation of hematoxylin)). Malondialdehyde 함량간조직중의 malondialdehyde (MDA) 는 Ohkawa 18 의방법에따라측정하였다. 혈액을제거한간절편을마쇄하여 homogenate를만든후 0.8% TBA 1 ml와 1mM FeSO 4 in 20% TCA 0.5 ml와 D.W 1.3 ml를첨가한다음잘혼합하여 98 o C 수욕조에서 30분동안반응시킨후바로냉각하였다. 냉각한 tube에 n-buthanol 5 ml을가하여잘섞고 4,000 rpm에서 10분간원심분리시켜상층액을취하여 532 nm에서흡광도를측정하였다. 표준물질로 1,1,3,3- tetraethoxypropane을사용하였고, 지질과산화물수준은간조직의 nmol MDA/g 로나타내었다. 통계처리본실험결과는 SAS package (Statistical Analysis System, Version 9.3 :SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 를이용하여분석하였다. 각실험변수는평균과표준편차를구하였으며, ANOVA test로각군간의통계적유의성은 α = 0.05 수준에서 Duncan's multiple range test에의하여검증하였다. 결 커피첨가식이가당뇨쥐의체중증가량및식이섭취량에미치는영향커피첨가식이섭취에따른실험동물의체중변화를 Table 2에나타내었다. 실험시작시체중은실험군간에유의적인차이가없었고실험종료시체중은당뇨군내에서커피군이대조군보다유의적으로높았으며, 실험기간동안체중증가량은당뇨군이비당뇨군보다유의적으로낮았으나커피첨가식이섭취에따른유의적인차이는없었다. 4주간의실험기간동안실험동물의평균식이섭취량과식이효율을 Table 3에나타내었다. 평균식이섭취량은당뇨군이비당뇨군보다유의적으로높았고비당뇨군내에서는대조군과커피군간에유의적인차이는없었으나, 당뇨군내에서는커피군이대조군보다유의적으로높았다. 식이효율은당뇨군이비당뇨군보다유의적으로낮았으나커피섭취에따른유의적인차이는없었다. 과

4 Journal of Nutrition and Health (J Nutr Health) 2015; 48(2): 140 ~ 148 / 143 Table 2. The effect of coffee powder on body weight gain in diabetic rats Initial weight (g) ± 4.8 1) ± ± ± 14.0 Final weight (g) ± 19.7 a2) ± 25.8 a ± 37.7 c ± 13.1 b Weight gain (g) ± 21.2 a ± 27.2 a 7.0 ± 25.3 b 32.5 ± 13.7 b Table 3. The effect of coffee powder on food intake and food efficiency ratio (FER) in diabetic rats Mean food intake (g/day) 22.5 ± 2.2 1)c2) 22.9 ± 2.7 c 29.6 ± 6.2 b 35.8 ± 5.1 a FER ± a ± a ± b ± b Table 4. The effect of coffee powder on fasting glucose and serum lipid concentrations in diabetic rats Blood Glucose (mg/dl) ± )c2) ± 29.7 d ± 55.2 a ± 49.7 b Total cholesterol (mg/dl) ± ± ± ± 8.2 Triglyceride (mg/dl) 71.1 ± ± ± ± 13.0 HDL - cholesterol (mg/dl) 17.8 ± 2.8 b 19.5 ± 2.5 a 14.7 ± 4.6 c 17.9 ± 3.2 b LDL - cholesterol (mg/dl) ± 10.9 b 98.0 ± 15.3 c ± 9.8 a ± 10.2 b Atherogenic index 5.5 ± 0.9 b 4.4 ± 1.2 c 7.6 ± 2.8 a 5.4 ± 1.7 b 커피첨가식이가당뇨쥐의혈당에미치는영향커피첨가식이가당뇨쥐의혈당에미치는영향을 Table 4에나타내었다. 비당뇨군에서대조군 ± 31.4 mg/ dl, 커피군 ± 29.7 mg/dl, 당뇨군내에서대조군 ± 55.2 mg/dl, 커피군 ± 49.7 mg/dl으로당뇨군의혈당이비당뇨군보다유의적으로높았고, 당뇨군과비당뇨군모두커피군이대조군보다혈당이유의적으로낮아커피의섭취가당뇨쥐의혈당을낮추는것으로나타났다. 커피첨가식이가당뇨쥐의혈중지질농도에미치는영향커피첨가식이가당뇨쥐의혈중지질농도에미치는영향을분석한결과 (Table 4), 혈중총콜레스테롤농도는비당뇨군내에서대조군 ± 11.3 mg/dl, 커피군 ± 13.1 mg/dl, 당뇨군내에서대조군 ± 9.9 mg/dl, 커피군 ± 8.2 mg/dl이였고, 혈중중성지방농도는비당뇨군내에서대조군 71.1 ± 8.2 mg/dl, 커피군 64.1 ± 16.5 mg/dl, 당뇨군내에서는대조군 73.9 ± 11.3 mg/dl, 커피군 69.8 ± 13.0 mg/dl로커피섭취에따른유의적인차이는없었다. 혈중 HDL-콜레스테롤농도는비당뇨군에서대조군 17.8 ± 2.8 mg/dl, 커피군, 19.5 ± 2.5 mg/dl, 당뇨군에서대조군 14.7 ± 4.6 mg/dl, 커피군 17.9 ± 3.2 mg/dl으로비당뇨군과당뇨군모두커피군이대조군보다유의적으로높았다. 혈중 LDL-콜레스테롤농도는비당뇨군에서대조군 ± 10.9 mg/dl, 커피군 98.0 ± 15.3 mg/dl, 당뇨군에서대조군 ± 9.8 mg/dl, 커피군 ± 10.2 mg/dl 로비당뇨군과당뇨군모두커피군이대조군보다유의적으로낮았다. 동맥경화지수 (atherogenic index) 는동맥경화예견지표로사용되는데비당뇨군에서대조군 5.5 ± 0.9, 커피군 4.4 ± 1.2, 당뇨군에서대조군 7.6 ± 2.8, 커피군 5.4 ± 1.7로커피군이유의적으로낮았다. 커피첨가식이가당뇨쥐의간지질및과산화지질함량에미치는영향간지질함량커피첨가식이가당뇨쥐의간지질함량에미치는영향을 Table 5에나타내었다. 간의중성지방함량은비당뇨군에서대조군 35.1 ± 2.0 mg/g, 커피군 30.4 ± 0.8 mg/g, 당뇨군에서대조군 24.6 ± 1.3 mg/g, 커피군 21.7 ± 1.4 mg/g 으로비당뇨군과당뇨군모두커피군이대조군보다유의

5 144 / 커피가루첨가식이가당뇨쥐의혈당과항산화효소에미치는영향 Table 5. The effect of coffee powder on the liver lipid and malondialdehyde content in diabetic rats Triglyceride (mg/g) 35.1 ± 2.0 1)a2) 30.4 ± 0.8 b 24.6 ± 1.3 c 21.7 ± 1.4 d Total cholesterol (mg/g) 40.8 ± 2.5 b 39.0 ± 1.8 b 44.8 ± 1.8 a 43.6 ± 0.4 a Malondialdehyde (nmolemda/g) 3.26 ± 0.4 a 2.87 ± 0.17 b 3.15 ± 0.18 ab 3.04 ± 0.05 ab Table 6. The effect of coffee powder on the liver activities of SOD, GPx, catalase in diabetic rats SOD (unit/mg protein/min) 4.62 ± ) 5.53 ± ± ± 2.10 GPx (nmol NADPH/mg protein/min) ± ± ± ± 1.90 Catalase (nmole H 2 O 2 reduced/mg protein/min) ± ab ± a ± b ± 2.24 b 적으로낮았다. 간의콜레스테롤함량은비당뇨군에서대조군 40.8 ± 2.5 mg/g, 커피군 39.0 ± 1.8 mg/g, 당뇨군에서대조군 44.8 ± 1.8 mg/g, 커피군 43.6 ± 0.4 mg/g 으로당뇨군이비당뇨군보다유의적으로높았고커피섭취에따른차이는없었다. 간과산화지질함량커피첨가식이섭취에따른당뇨쥐의간조직의과산화지질인 MDA 함량에미치는영향을 Table 5에나타내었다. 간조직의 MDA 함량은비당뇨군에서대조군 3.26 ± 0.40 nmolmda/g, 커피군 2.87 ± 0.17 nmolmda/g, 당뇨군에서대조군 3.15 ± 0.18 nmolmda/g, 커피군 3.04 ± 0.05 nmolmda/g으로비당뇨군내에서커피군이대조군보다유의적으로낮았고당뇨군내에서는커피섭취에따른차이가없었다. 커피첨가식이가당뇨쥐의간조직의항산화효소활성에미치는영향커피첨가식이가당뇨쥐의항산화효소인 SOD, GPx 및 CAT 활성에미치는영향을 Table 6에나타내었다. 간조직의 SOD활성은비당뇨군의대조군 4.62 ± 6.87 unit/mg protein/min, 커피군 5.53 ± 5.19 unit/mg protein/min, 당뇨군내에서대조군 4.72 ± 2.58 unit/mg protein/min, 커피군 5.03 ± 2.10 unit/mg protein/min으로당뇨유무및커피섭취여부에따른유의적인차이가없었다. GPx 활성은비당뇨군에서대조군 ± 5.05 nmol NADPH/mg protein/ min, 커피군 ± 6.61 nmol NADPH/mg protein/min, 당뇨군에서대조군 ± 6.07 nmol NADPH/mg protein/ min, 커피군 ± 1.90 nmol NADPH/mg protein/min으 로유의적인차이가없었다. CAT 활성은비당뇨군에서대조군 ± nmol H 2 O 2 reduced/mg protein/min, 커피군 ± nmol H 2 O 2 reduced/mg protein/min, 당뇨군에서대조군 ± nmol H 2 O 2 reduced/mg protein/min, 커피군 ± 2.24 nmol H 2 O 2 reduced/mg protein/min으로유의적인차이는없었다. 고찰 본연구에서는 streptozotocin 유발당뇨쥐에게 0.5% 커피첨가식이를 4주간섭취시켜혈당, 혈중지질농도, 간지질함량및간의항산화효소활성에미치는영향을분석하였다. 당뇨병에서체중증가는당뇨병치료기간동안항당뇨병제제의사용과관련된중요한위험인자로알려져있다. 19 커피는열발생, 지질대사, 또는지방분해에의해당뇨병환자에서체중감소가발생한다. 20 수컷쥐를대상으로한선행연구에서커피섭취는현저한체중감소유도가확인되었고, 21 반면, 수컷쥐에게 3%, 6% 커피추출음료에 0.04%, 0.08% 함유카페인식이로약 80일간공급한결과, 체중증가량과평균식이섭취량이대조군과비교하여유의적인차이가없었다. 22 이는장기적인커피와카페인섭취로도평상적인식이섭취량과체중에영향을미치지않는것으로보여진다. 본연구에서커피섭취가당뇨쥐의체중과식이섭취량에미치는영향을보면, 실험종료시체중은당뇨군내에서커피군이대조군보다유의적으로높았으나실험기간동안당뇨쥐의체중증가량은커피섭취에따른유의적인차이가없었다. 평균식이섭취량은커피군이대조군보다유의적으로높았으나식이효율은커피섭취에따른유의적인차이가없었다. 실험종료시체중은

6 Journal of Nutrition and Health (J Nutr Health) 2015; 48(2): 140 ~ 148 / 145 당뇨군내에서커피군이대조군보다유의적으로높았는데본연구의커피첨가수준과유사한 0.6% 를공급한선행연구 11 에서도실험동물의체중이대조군보다높은것으로나타나본연구결과와일치하였다. 그러나 4배높은수준인 2.4% 커피첨가식이는오히려체중을감소시켰는데이는커피섭취량이높은경우체중감소에영향을미치는것으로보고하였다. 커피는섭취량에따라체중증가에미치는영향이다른것으로나타나실험동물의연령, 질환유무등생리적상태와식이에첨가된커피섭취량에따라체증증가량및식이섭취량을고려한식이효율에미치는영향이다를수있는것으로보여진다. 커피첨가식이가당뇨쥐의혈당에미치는영향에서당뇨군의혈당이비당뇨군보다유의적으로높았고당뇨군과정상군모두커피군이대조군보다혈당이유의적으로낮아커피의섭취가당뇨쥐의혈당을낮추는것으로나타났다. 이는커피 5잔이상섭취시혈당이유의적으로감소한다는연구결과와, 10 하루에커피 1~3잔을섭취한경우보다 6잔이상을섭취하였을경우혈당이감소한다는보고 23 와같은결과를나타내었다. 여러선행연구에서커피의섭취가혈당을감소시키고당뇨병위험인자를감소시키는것으로보고되었는데, 이는커피에존재하는페놀성화합물이궁극적으로혈장글루코스수준의감소를유도하도록간에서글루코시다아제, GLUT4, 글루코스 -6-포스파타제의작용방지, 장내글루코스흡수억제, 인슐린저항성감소, 공복시혈장포도당농도감소, 말초조직에서인슐린감수성을증가시킴으로써포도당대사에서카페인의부정적인영향에길항적으로작용하기때문으로보여진다. 24 본연구에서제공한실험식이의커피첨가수준은기본식이의 0.5% 로공급하였으며당뇨쥐의 1일평균식이섭취량은 35.8 g으로이중카페인섭취량은체중 kg 당 mg이었다. 실험동물의경우이정도카페인섭취수준을사람에게적용하기위하여동물의섭취용량을체표면적 (body surface area, BSA) 에근거한사람의섭취용량 (human equivalent dose, HED) 으로전환 25 하여산출해보면, 이는체중 70 kg의당뇨병성인남자가하루에 mg의카페인을섭취하는수준에해당되는양이다. 커피한잔에약 60~80 mg정도의카페인이함유되어있으므로 4 커피로하루에 3.9~5.1잔정도섭취하는수준에해당된다. 또한비당뇨쥐의평균식이섭취량은 22.9 g/day로이중카페인섭취량은체중 kg 당 mg이었고, 이는체중 70 kg 의정상성인남자가하루에 mg의카페인을섭취하는양이며, 커피로는 1.6~2.1잔정도섭취하는수준에해당되는양이다. 본연구에서당뇨쥐에게 0.5% 커피첨가식이를공급한결과, 커피군의혈당은대조군보다 23.9% 유 의적으로감소하였고비당뇨군에서도커피군의혈당이대조군보다 21.1% 유의적으로감소하여 4주간의커피의섭취가당뇨군과비당뇨군모두에서유의적인혈당감소효과가나타났다. 본연구에서사용한커피는일반적인인스턴트커피에클로로젠산이강화되어있는커피가루를사용하였으며, 실험동물은체중 kg당평균 50 mg의클로로젠산을섭취하여클로로젠산의항산화활성으로인해혈당저하에영향을미쳤으리라보여진다. 커피섭취에따른혈중지질에미치는영향을보고한선행연구를살펴보면, 40% 고지방식이에커피 0.6 (5잔), 1.2 (10잔), 2.4% (20잔) 수준으로공급한결과, 혈중중성지방농도가 0.6% 커피섭취군은유의적으로증가하였고 1.2% 와 2.4% 커피섭취군은혈중중성지방농도가대조군과같은수준을유지하였고, 총콜레스테롤농도는커피섭취군이대조군보다유의적으로높았으며 HDL-콜레스테롤농도는커피섭취군모두대조군보다유의적으로높게나타났다. 11 선행연구 26 에의하면커피를 28일간섭취시켰을때 LDL-콜레스테롤농도는증가하였다고보고하였으며, 1,017명을대상으로한메타분석에서평균 45일간커피를마시는경우총콜레스테롤 8.1mg/dL, LDL-콜레스테롤 5.4 mg/dl, 중성지방 12.6mg/dL 유의적으로증가하는것으로나타났고, 카페인이함유된커피를섭취하는경우총콜레스테롤증가가더많았으며, 특히고지혈증인대상자는커피에의한콜레스테롤증가효과에더민감한것으로나타났다. 8 반면, 수컷쥐를대상으로 140일간 0.62% 커피식이와 1.36% 커피식이를공급한결과, 커피섭취여부에따른혈중콜레스테롤농도는유의적인차이가없었다고하였다. 27 적당한커피섭취는심혈관계질환의위험을감소시킨다고보고한연구에서 28 사람을대상으로한연구들은대부분커피등의음료형태로섭취하고있어커피를통한카페인의섭취형태가정제된카페인의형태로섭취하는것이아니므로커피의카페인영향이기보다커피에함유된항산화물질의영향때문으로추정하고있다. 카페인최대일일섭취권고량인 400 mg/day 29 를평균 60~ 70 kg의성인의체중 1 kg당으로환산하면 5.7~6.6 mg/kg 체중이므로한국성인카페인최대일일섭취권고량인약 6 mg/kg 체중으로본실험식이에서공급한커피중에함유된카페인양으로환산 25 하면 4.41 mg/kg 체중으로안전한수준에해당하는양이다. 따라서 4주간 0.5% 커피첨가식이의섭취는당뇨쥐에서 1일카페인섭취량으로체중 kg 당 mg이므로이수준의카페인을함유하고있는커피의규칙적인섭취는영양소섭취가알맞은경우당질대사의이상인상태에서도혈중지질에유해한영향을미치

7 146 / 커피가루첨가식이가당뇨쥐의혈당과항산화효소에미치는영향 지않는것으로나타났다. 이는당뇨쥐에서커피를 4주간섭취시킨경우적응된효과인지영양소의섭취가알맞은경우효과가나타나지않은것인지추후연구가요망된다. 또한선행연구에서카페인의여러가지효과들이섭취수일이후에나타날수있는부분적인내성때문인경우일시적일수있음이지적된바있고, 30 이러한효과는섭취수준과섭취기간및다른영양소의섭취상태에따라달라질수있으므로추가적인연구가필요할것으로사료된다. 당뇨쥐에게카페인이함유된혼합물을보충한차를공급하였을때지방조직의함량, 간의중성지방함량이대조군보다유의적으로낮아서지방대사를개선하는것으로나타났고, 카페인을마우스에게섭취시켰을때간의 MDA 수준이유의적인증가를보였으나 31 본연구에서는커피첨가식이섭취에따른간과산화지질 MDA 함량에미치는영향이비당뇨군내에서커피군이대조군보다유의적으로낮았고당뇨군내에서는커피섭취에따른차이가없었다. 커피첨가식이가간조직항산화효소인 SOD, GPx 및 CAT 활성에미치는영향을분석한결과에서는비당뇨군과당뇨군모두에서유의적인차이가없는것으로나타났다. 커피나카페인의섭취가항산화효소활성에미치는영향을보고한선행연구를살펴보면, Rossow 등 32 은카페인을쥐에게섭취시켰을때, 심장의 SOD 활성이증가하였으나 GPx의활성은카페인의영향을받지않았다고하였으며, Kim과 Chung은 33 1% 와 4% 수준으로커피첨가식이를공급하였을때커피섭취수준이증가할수록 SOD 활성은증가하였다고보고하였다. 또한수컷쥐에게 3%, 6% 커피추출음료에 0.04%, 0.08% 함유카페인식이로약 80일간공급하였을때이는카페인으로약 20~40 mg/kg/day에해당하는양으로장기적인커피와카페인의섭취가뇌조직에서 GPx 활성에는영향이없었으나 glutathione reductase와 SOD 효소의활성도가증가하였고뇌세포막의지질과산화도가감소되어장기적인커피의섭취가뇌의내인성항산화체계를조절하는것으로나타났다. 22 평균체중 200 g 수컷쥐에게물리터 (liter) 당 80 g 원두커피를추출하여강제급여 (gavage 튜브피딩 ) 로 2 ml 투여한결과, 간조직의 SOD, GPx 및 CAT 활성도가대조군보다유의적으로증가하여지질과산화도가감소된다고보고하였다. 34 반면에실험동물을대상으로커피박 0.5% 와 1.0% 두수준으로공급한선행연구에서소장및간조직에서는항산화방어작용에관여하는 SOD, GPx 및 glutathione S- transferase (GST) 활성도는차이가없었지만간조직에서지질과산화도를나타내는지표인 MDA 수준은커피박급여군에서감소되는것으로나타나 35 본연구결과와유사한 경향을보고하였다. 이상의여러선행연구결과에서순수카페인또는커피섭취형태에따른생체조직별항산화효소활성에미치는효과는상이하였다. 산화스트레스를감소시키기위해권장되는식품과영양보충제로섭취되는항산화성분의섭취는산화스트레스를감소시킨다. 커피는 chlorogenic acid, caffeic acid, caffeine, melanoidins, hydroxycinnamic acids 같은항산화성분이풍부하여커피를급성혹은만성적으로섭취하는경우혈중항산화능을증가시키며, 36 제2형당뇨에서생성되는산화적스트레스는장기적인커피의섭취로방지할수있는것으로나타나장기적인커피소비로인한항산화활성증가로당뇨병위험이감소되는것으로확인되었다. 37 본연구결과로보아식이의 0.5% 커피첨가식이는당뇨쥐의항산화효소활성도에는영향을미치지않았지만, 커피에함유된항산화물질인클로로젠산의영향으로체조직에서항산화능을증진시켜 5 간조직의지질과산화를방지하는데작용한것으로사료된다. 본연구에서는실험군간에항산화활성에유의적인차이가나타나지않았는데, 이는선행연구 22,33 에비해적은량의커피를첨가하였기때문으로보여지며, 이는생리적상태가다른경우커피섭취량에따른영향이다를수있음을나타낸것이다. 또한당뇨병과같은병리상태에서는정상상태보다식이로공급되는생리활성물질의영향이미약할수있고식이섭취의효과는내인성체계의기간에따른적응효과가작용했을것으로보여진다. 따라서장기간의커피섭취에따른부작용이없으면서항산화활성에영향을미치는유효한커피첨가수준에대한추후연구가필요하겠다. 요 커피첨가식이를섭취한당뇨쥐에서혈당, 혈중지질농도, 간지질함량및간조직의항산화효소인 SOD, GPx, CAT에미치는영향을분석한결과를요약하면다음과같다. 실험시작시체중은실험군간에유의적인차이가없었고실험종료시체중은당뇨군내에서커피군이대조군보다유의적으로높았으며, 실험기간동안체중증가량은당뇨군이비당뇨군보다유의적으로낮았으나커피첨가식이섭취에따른유의적인차이는없었다. 평균식이섭취량은당뇨군이비당뇨군보다유의적으로높았고, 당뇨군내에서는커피군이대조군보다유의적으로높았으며, 식이효율은당뇨군이비당뇨군보다유의적으로낮았으나커피섭취에따른유의적인차이는없었다. 당뇨군과비당뇨군모두혈중 HDL-콜레스테롤농도는커피군이대조군보다유의적으로높았고, LDL-콜레스테롤농도와 atherogenic 약

8 Journal of Nutrition and Health (J Nutr Health) 2015; 48(2): 140 ~ 148 / 147 index는커피군이대조군보다유의적으로낮았다. 간의중성지방함량은당뇨군과비당뇨군모두커피군이유의적으로낮았고, 총콜레스테롤함량은커피섭취에따른유의적인차이가없었다. 간조직의 MDA 함량은당뇨군과비당뇨군모두커피군이대조군보다유의적으로낮았다. 간조직의항산화효소인 SOD, GPx, CAT 활성은당뇨군과비당뇨군모두커피섭취에따른유의적인차이는없었다. 혈당은당뇨군과비당뇨군모두커피군이대조군보다유의적으로낮았다. 결론적으로당뇨쥐에서 0.5% 커피첨가식이가간의항산화효소활성에는유의적인영향이없었으나, 당뇨쥐의혈당을낮추었고, 혈중 HDL-콜레스테롤농도는높였으며, 혈중 LDL-콜레스테롤농도, atherogenic index, 간중성지방함량및과산화지질 MDA는낮추어혈당과혈중및간지질개선에도움이되는것으로나타났다. References 1. Ministry of Health and Welfare, Korea Centers for Disease Control and Prevention. Korea Health Statistics 2013: Korea National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES VI-1). Cheongju: Korea Centers for Disease Control and Prevention; Akash MS, Rehman K, Chen S. Role of inflammatory mechanisms in pathogenesis of type 2 diabetes mellitus. J Cell Biochem 2013; 114(3): Wolff SP, Jiang ZY, Hunt JV. Protein glycation and oxidative stress in diabetes mellitus and ageing. 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