ผลของสารเฮสเพอริดินต่อการยับยั้งเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของลำไส้เล็กในหนูเบาหวาน: Inhibitory Effect of Hesperidin on Glucosidase Activity and Small Intestinal Morphology in Diabetic Rats

Phichittra Od-ek; Ittipon Phoungpetchara; Wantanee Hanchang; Sakara Tunsophon

Authors

Phichittra Od-ek Department of Physiology, Faculty of Medical Science, Naresuan University, Phitsanulok 65000
Ittipon Phoungpetchara Department of Anatomy, Faculty of Medical Science, Naresuan University, Phitsanulok 65000
Wantanee Hanchang Department of Physiology, Faculty of Medical Science, Naresuan University, Phitsanulok 65000
Sakara Tunsophon Department of Physiology, Faculty of Medical Science, Naresuan University, Phitsanulok 65000

Keywords:

เฮสเพอริดิน, เอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดส, โรคเบาหวาน, เซลล์ลำไส้เล็ก, Hesperidin, a-glucosidase, diabetes mellitus, intestinal cell

Abstract

สารเฮสเพอริดินเป็นสารในกลุ่มฟลาโวนอยด์ที่พบได้ในส้มโอ จากการศึกษาที่ผ่านมาพบว่าสามารถลดระดับน้ำตาลในเลือด ลดไขมันและต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งอาจนำไปใช้ในการรักษาโรคเบาหวานได้ อย่างไรก็ตามยังไม่มีงานวิจัยศึกษาผลการลดน้ำตาลของสารเฮสเพอริดินต่อการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สำคัญเกี่ยวข้องกับการย่อยคาร์โบไฮเดรต รวมถึงการเปลี่ยนแปลงลักษณะโครงสร้างของลำไส้เล็ก งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบการยับยั้งเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสของสารเฮสเพอริดิน โดยทำการศึกษาในหลอดทดลองเพื่อดูผลของสารเฮสเพอริดินต่อการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสเมื่อเปรียบเทียบกับสารมาตรฐานอะคาร์โบส (Acarbose) และเพื่อศึกษาผลของสารเฮสเพอริดินต่อลักษณะโครงสร้างลำไส้เล็กของหนูทดลองที่ถูกเหนี่ยวนำให้อยู่ในภาวะเบาหวาน โดยการแยกลำไส้เล็กส่วนต้นของหนูทดลองที่ได้รับสารเฮสเพอริดินในปริมาณต่างๆ เพื่อเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงลักษณะโครงสร้างของลำไส้เล็กส่วนต้นในหนูกลุ่มควบคุม หนูเบาหวานและหนูเบาหวานที่ได้รับสารเฮสเพอริดิน จากการศึกษาการยับยั้งเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสพบว่า ที่ความเข้มข้น 100 และ 200 ไมโครกรัม/มล. เฮสเพอริดินสามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสได้ (ร้อยละ 21.35±5.56 และ 21.98±9.67) ไม่แตกต่างจากอะคาร์โบสที่ความเข้มข้นเดียวกัน (ร้อยละ 13.32±5.10 และ 34.55±20.92) แต่เมื่อเพิ่มความเข้มข้นถึง 2,000 ไมโครกรัม/มล. สารเฮสเพอริดินแสดงฤทธิ์การยับยั้งเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสได้ร้อยละ 33.46±4.24 เมื่อเปรียบเทียบกับสารมาตรฐานอะคาร์โบส ที่ความเข้มข้นเท่ากันมีร้อยละการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ 83.22±16.69 (P<0.01) ดังนั้นสารเฮสเพอริดินที่ความเข้มข้นต่ำมีความสามารถในการยับยั้งเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดส โดยมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับสารมาตรฐานอะคาร์โบส แต่อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของเฮสเพอริดินจะน้อยกว่าสารมาตรฐานอะคาร์โบสเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ในการศึกษาผลของเฮสเพอริดินต่อโครงสร้างของลำไส้เล็กของหนูทดลองพบว่าหนูเบาหวานที่ได้รับสารเฮสเพอริดิน ปริมาณ 50 มก./กก.น้ำหนักตัวและ 100 มก./กก.น้ำหนักตัว ไม่พบการเปลี่ยนแปลงของความยาวของวิลไลและโครงสร้างอื่นๆ แต่เป็นที่น่าสนใจว่าหนูเบาหวานที่ได้รับสารเฮสเพอริดีน 100 มก./กก. น้ำหนักตัวมีจำนวนกอบเบลทเซลล์ลดลงอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติเมื่อเปรียบเทียบกับหนูเบาหวาน (7.70+3.51 และ 13.67+4.00 ที่ P<0.001 ตามลำดับ) จากผลการทดลองที่ได้สรุปว่าสารเฮสเพอริดินสามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์แอลฟากลูโคซิเดสได้บางส่วน ซึ่งอาจมีผลต่อการลดระดับน้ำตาลในเลือดในหนูเบาหวานและมีผลในการลดจำนวนกอบเบลทเซลล์ซึ่งอาจมีผลเกี่ยวข้องกับการลดการระคายเคือง ดังนั้นเฮสเพอริดินอาจสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการรักษาผู้ป่วยเบาหวานได้

Hesperidin is a flavonoid found in citrus fruits. It has been reported to decrease plasma glucose, lipids and exhibit strong antioxidant activity. Its benefits could be used for treatment of Diabetes Mellitus (DM). The purposes of this study were to evaluate the effect of hesperidin on a-glucosidase by using in vitro study of difference concentration of hesperidin on a-glucosidase activity compared to acarbose. Secondly, the morphological change of small intestinal structure was observed by using in vivo study of streptozotocin induced diabetic rats. The results demonstrated that hesperidin at low concentration of 100 and 200 mg/ml inhibited a-glucosidase activity by 21.35±5.56 and 21.98±9.67% and showed no significance difference inhibition of enzyme activity when compared to acarbose at the same concentration (13.32±5.10 and 34.55±20.92%). However, at high concentration of 2,000 mg/ml of hesperidin and acarbose, the percentage of inhibition of hesperidin was significantly lower than that of acarbose at P value<0.01 (33.46±4.24 and 83.22±16.69%), respectively. Therefore, the efficiency of a-glucosidase inhibition at low concentration of hesperidin was not difference than acarbose whereas the inhibition efficiency was lower than acarbose at high concentration. In addition, the in vivo study of small intestinal structure showed no difference in amount, length and structure of villi when compared with rats in control, diabetic, diabetic with 50mg/kgBW and 100mg/kgBW hesperidin. However, the amount of goblet cells showed significant increased in diabetic group when compared to control group. Interestingly, the goblet cells were significantly decreased in diabetic group with 100mg/kgBW hesperidin when compared with diabetic group at P value<0.001 (7.70+3.51 and 13.67+4.00), respectively. In conclusion, hesperidin partially inhibited a-glucosidase activity that might reduce plasma glucose level. The treatment of hesperidin at 100mg/kgBW in diabetic rat decreased goblet cells that possibly involve in irritation mechanism of GI tract. Therefore, hesperidin might be useful for clinical application in DM treatment.

References

ปนัดดา ทินบุตร และจินดารัตน์ พิมพ์สมาน. (2554). ฤทธิ์ยับยั้งแอลฟา-กลูโคซิเดสของสารสกัดจากพืชตระกูลเฟินเพื่อใช้บำบัดโรคเบาหวาน. ใน การประชุมวิชาการนานาชาติวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้ง ที่ 21, 10-11 พฤศจิกายน 2554. สงขลา: ม.ป.พ. [1]

Agrawal, Y. O., Sharma, P. K., Shrivastava, B., Ojha, S., Upadhya, H. M., Arya, D. S., & Goyal, S. N. (2014). Hesperidin produces cardioprotective activity via PPAR- pathway in ischemic heart disease model in diabetic rats. PLoS ONE, 9(11), e111212. doi:10.1371/journal.pone.0111212

Diani, A. R., Gerritsen, G. C., Stromsta, S., & Murray, P. (1976). A study of the morphological changes in the small intestine of the spontaneously diabetic Chinese hamster. Diabetologia, 12(2), 101-109.

Elmansy, R. A., & Almasry, S. M. (2013). Morphological and immunohistochemical analysis of the effects of thymoquinone on the neurovascular component of jejunal submucosa of diabetic rat model. Journal of American Science, 9(7).

Huang, X. L., Pan, J. H., Chen, D., Chen, J., Chen, F., & Hu, T. T. (2015). Efficacy of lifestyle interventions in patients with type 2 diabetes: A systematic review and meta-analysis. European Journal of Internal Medicine, (in press).

Johansson, M. E. V., & Hansson, G. C. (2013). Mucus and the goblet cell. Digestive Diseases, 31, 305-309.

Li, H., Song, F., Xing, J., Tsao, R., Liu, Z., & Liu, S. (2009). Screening and structural characterization of alpha-glucosidase inhibitors from hawthorn leaf flavonoids extract by ultrafiltration LC-DAD-MSn and SORI-CID FTICR MS. the American Society for Mass Spectrometry, 20(8), 1496–1503.

Loh, S. P., & Hadira, O. (2011). In vitro inhibitory potential of selected Malaysian plants against key enzymes involved in hyperglycemia and hypertension. Malaysian Journal of Nutrition, 17(1), 77-86.

Lu, Y., Demleitner, M. F., Song, L., Rychlik, M., & Huang, D. (2016). Oligomeric proanthocyanidins are the active compounds in Abelmoschus esculentus Moench for its α-amylase and α-glucosidase inhibition activity. Functional Foods, 20, 463–471.

Mohammed, A., Koorbanally, N. A., & Islam M. S. (2015). Ethyl acetate fraction of Aframomum melegueta fruit ameliorates pancreatic β-cell dysfunction and major diabetes-related parameters in a type 2 diabetes model of rats. Environmental Psychology, 175, 518-527.

Peterson, J. J., Beecher, G. R., Bhagwat, S. A., Dwyer, J. T., Gebhardt, S. E., Haytowitz, D. B., & Holden, J. M. (2006). Flavanones in grapefruit, lemons, and limes: A compilation and review of the data from the analytical literature. Journal of Food Composition and Analysis, 19, S74-S80.

Shihabudeen, M. S., Hansi Priscilla, D., & Thirumurugan, K. (2011). Cinnamon extract inhibits α-glucosidase activity and dampens postprandial glucose excursion in diabetic rats. Nutrition and Metabolism, 8(1), 1-11.

Specian, R. D., & Oliver, M. G. (1991). Functional biology of intestinal goblet cells. American Journal of Physiology, 260(2 Pt 1), C183-C193.

Yao, X., Zhu, L., Chen, Y., Tian, J., & Wang, Y. (2013). In vivo and in vitro antioxidant activity and α -glucosidase, α -amylase inhibitory effects of flavonoids from Cichorium glandulosum seeds. Food Chemistry, 139, 59–66.

Zhao, D. G., Zhou, A. Y., Du, Z., Zhang, Y., Zhang, K., & Ma, Y. Y. (2015). Coumarins with α-glucosidase and α-amylase inhibitory activities from the flower of Edgeworthia gardneri. Fitoterapia, 107, 122–127.

Translated Thai Reference

Tinabutr, P., & Pimsaman, J. (2011). Inhibitory effect of Fern on alpha-glucosidase activity in the treatment of diabetes mellitus. In the 21st international conference on chemical engineering and applied chemistry 10-11 November 2011. Songkla: n.p. [in Thail] [1]