(The) effect of allopurinol on the high fructose diet-induced hepatic steatosis in OLETF rats

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Excess fructose consumption contributes to the development of obesity, metabolic syndrome, and nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). Uric acid, a metabolite of fructose metabolism, may have a direct role in the development of NAFLD, but the mechanism is unclear. Therefore, to evaluate the contributions of fructose and uric acid on NAFLD development, the effects of uric acid lowering treatment on fatty liver was examined using a high fructose diet-induced fatty liver rat model.
Methods: Thirty-week-old OLETF male rats were divided into three groups: (1) normal chow-diet OLETF rats (NC group, n=10); (2) high fructose-diet OLETF rats (HFrD group, n=10); and (3) high fructose-diet OLETF rats with allopurinol treatment (HFrDAL group, n=10). After 16 weeks of treatment, an intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) was performed to measure glucose metabolism parameters. After sacrifice, liver tissue was processed to assess histological characteristics and real-time polymerase chain reaction (PCR) was performed to evaluate expression of genes involved in lipid metabolism and inflammation. Endoplasmic reticulum (ER) stress pathway modulation was evaluated by Western blot.
Results: The HFrD group had significantly elevated body weight, as well as higher serum uric acid and triglyceride concentrations compared to the NC group (P<0.05). In the IPGTT, blood glucose concentrations at 2 hours were significantly increased in the HFrD and HFrDAL groups compared with the NC group (P<0.05). The mean NAFLD activity score was significantly increased in the HFrD group versus the NC group (P<0.05). Allopurinol treatment significantly reduced body weight, decreased serum uric acid concentrations, and ameliorated hepatic lipid accumulation in the HFrDAL group compared with the HFrD group (P<0.05). High fructose diet significantly suppressed hepatic expression of fat oxidation genes in the HFrD group, which was ameliorated by allopurinol treatment in the HFrDAL group. Hepatic expression of pro-inflammatory cytokine genes was significantly elevated in the HFrD group, but not in the HFrDAL group (P<0.05). Furthermore, high fructose diet-induced hepatic ER stress pathway activation was inhibited by allopurinol treatment.
Conclusions: Allopurinol ameliorates high fructose diet-induced hepatic steatosis through modulation of hepatic lipid metabolism and pro-inflammatory cytokines expression. Allopurinol also partially affects ER stress pathway induction. Therefore, uric acid may have a direct role in the development of fructose-induced hepatic steatosis, and uric acid lowering therapy could be a candidate for the prevention or treatment of NAFLD.

국문 초록 (Abstract)

배경: 과도한 과당섭취는 비만, 대사증후군, 그리고 비알코올성 지방간을 발생시킨다. 과당은 주로 간에서 대사가 되며, 대사과정에서 세포 내 요산 합성이 증가된다. 요산이 비알코올성 지방간 발생에 직접적인 영향을 미칠것으로 생각되지만, 정확한 기전에 대해서는 아직은 확실하게 밝혀지지 않은 상태이다. 본 연구에서는 과당과 이의 대사산물인 요산이 비알코올성 지방간 발생에 관여하는 기전을 알아보고자 고과당식이로 유도한 지방간 동물모델을 이용하여 요산 생성 억제제가 지방간에 미치는 효과를 알아보고자 하였다.
방법: 30주령 OLETF 쥐를 사용하여 1) 정상식이군 (normal chow-diet OLETF rats group, 이하 NC군), 2) 고과당식이군 (high fructose-diet OLETF rats group, 이하 HFrD군), 3) 고과당식이 + 알로퓨리놀 투여군 (high fructose-diet OLETF rats with allopurinol treatment group, 이하 HFrDAL군) 으로 나누어 16주간 연구를 진행하였다. 연구 종료 후 복강 내 당부하검사를 시행하여 당 대사의 차이를 확인하였고, 공복 혈액 샘플을 통해 생화학검사를 진행하였다. OLETF 쥐를 마취 후 간을 적출하여 간 조직의 지방간 정도를 NAFLD activity score (NAS) 을 이용하여 평가하고, 간 조직에서 지방 대사에 관여하는 효소와 염증 관련 사이토카인의 유전자 발현 및 소포체 스트레스 경로에 대해 알아보고자 polymerase chain reaction 과 western blot 을 진행하였다.
결과: NC군과 비교 하였을 때 HFrD군에서 유의한 체중 증가와 혈중 요산 및 중성지방의 증가를 보였다. 복강 내 당부하검사 결과, NC군에 비해 HFrD군과 HFrDAL군에서 2시간 후 혈당이 유의하게 증가하였다. 간 조직검사로 평가한 NAS는 HFrD군에서 NC 군에 비해 유의하게 증가하였다. 반면 알로퓨리놀을 투여한 HFrDAL군에서는 HFrD군에 비해 유의한 체중 감소와 혈중 요산의 감소를 보였으며, 고과당식이에 의해 발생한 지방간의 유의한 호전을 보였다. HFrD군에서는 고과당식이에 의해 간 내 지방산화에 관여하는 유전자 (PPARα, CPT-1)의 발현이 유의하게 감소하였고, 이는 HFrDAL군에서 알로퓨리놀 투여에 의해 회복되는 결과를 보였다. 간 내 염증 관련 사이토카인 (TNF-α, PAI-1)의 유전자 발현은 HFrD군에서 유의하게 증가하고, HFrDAL군에서 유의하게 감소하였다. 또한, 고과당식이에 의해 활성화 된 소포체 스트레스 경로 (IRE1 경로)가 알로퓨리놀 투여에 의해 억제되었다.
결론: 알로퓨리놀은 간 내 지방 대사에 관여하는 효소와 염증 관련 사이토카인의 유전자 발현을 조절함으로써 고과당식이에 의해 유도된 지방간을 호전시켰다. 또한, 알로퓨리놀은 소포체 스트레스 경로에도 부분적으로 영향을 미쳤다. 따라서 고과당식이에 의해 증가된 요산이 비알코올성 지방간 형성에 중요한 요인으로 작용하는 것을 알수 있었고, 이는 세포 내 요산 생성을 억제하는 약제인 알로퓨리놀이 비알코올성 지방간 치료 및 예방에 새로운 치료제로 이용될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• I. INTRODUCTION 1
• II. MATERIALS AND METHODS 3
• III. RESULTS 6
• IV. DISCUSSION 9
• V. CONCLUSION 14
• VI. REFERENCES 15
• Tables and Figures 21
• Abstract 29
• Abstract in Korean 31