비알콜성 지방간은 국내에서 자주 발생하는 대표적인 만성질환으로 식이 조절 및 운동을 통한 혈중 지질, 소포체 스트레스 개선 등을 통해 관리되고 있다. 최근 포스트바이오틱스의 일종인 유청 바이오컨버전 산물을 이용한 질병의 치료 및 예방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서 본 연구에서는 비알콜성 지방간 완화 효과를 지닌 유청 바이오컨버전 산물을 개발하였고, 이러한 효과에 기여하는 유청 바이오컨버전 산물의 펩타이드 분획과 그 기전을 탐색하였다. 유청 및 유청 산물, 탈지유 및 탈지유 산물의 비알콜성 지방간 완화 효능 분석을 위해 비알콜성 지방간을 유도한 마우스 모델을 이용하여 동물실험을 진행하였다. 체중증가량 및 간 무게 측정, 혈청분석, 간 조직의 육안관찰 결과, Pediococcus pentosaceus KI13 균주를 이용하여 제조한 유청 바이오컨버전 산물(KI13B), Weissella cibaria KI35 균주를 이용하여 제조한 유청 바이오 컨버전 산물(KI35B)을 투여한 군에서 비알콜성 지방간과 관련된 지표가 개선된 것으로 확인되어 추가적인 분석을 진행하였다. 간 조직 내 염증 및 지방 대사와 관련된 유전자 발현량을 분석한 결과, KI13B, KI35B를 투여한 군에서 대조군 대비 지방 합성과 관련된 Srebp-1c 발현량이 감소하였고(p<0.05), 염증 지표 발현 억제와 관련된 Ppar-γ 발현량이 증가하였다(p<0.05). 장내영향분석을 위해 균총을 분석한 결과, 대조군 대비 KI13B, KI35B를 투여하였을 때, 균총의 구성[Verrucomicrobia(문), Lactobacillus, Paludicola, Aminipila, Erysipelatoclostridium(속), Clostridium cocleatum(종)]의 변화가 관찰되었고, 다양성이 개선되었다. 또한, 간 조직의 병리학적 분석 결과, KI13B, KI35B를 투여한 군에서 대조군 대비 지방증의 정도가 감소하였다(p<0.05). 따라서, KI13B, KI35B 투여는 간 조직내 염증, 지방 대사와 관련된 유전자의 발현량을 조절하고, 혈청 지표 및 장내 균총을 개선하여 간 조직의 지방증 정도를 감소시켰다. 즉, KI13B, KI35B 투여는 비알콜성 지방간 완화 효과를 가지는 것으로 확인되었다.
비알콜성 지방간 완화 효능에 기여하는 KI13B, KI35B의 펩타이드 분획을 탐색하기 위해, KI13B, KI35B를 < 1 kDa, 1-3 kDa, 3-5 kDa, 5-10 kDa 크기의 펩타이드 분획으로 한외여과하였고, 효소(lipase, α-glucosidase) 활성 억제능과 회수율을 평가하였다. 높은 효소 활성 억제능과 회수율을 나타낸 펩타이드 분획(KI13P, KI35P)의 비알콜성 지방간 완화 효능을 분석하기 위해 동물실험을 진행하였다. 혈청분석 결과, KI35P를 투여한 군에서 T-chol 수치가 감소하였고(p<0.05), 간 조직의 육안관찰 결과, KI13P, KI35P를 투여한 군의 간 모두 정상 간과 유사하게 관찰되었다. 앞선 동물실험(KI13B, KI35B의 비알콜성 지방간 완화효능 분석)에서 간 조직 내 비만 및 염증 관련 지표에 대한 유의적인 차이가 확인된 결과를 참고하여 간 조직 내 비만 및 염증 지표의 단백질 발현량에 대해 분석하였다. 단백질 발현량 분석 결과, KI35P를 투여한 군에서는 대조군 대비 TNF-α와 COX-2 발현량이 감소하였고(p<0.05), KI13P를 투여한 군에서는 대조군 대비 유의적으로 지표의 발현량이 감소하지 않았다. 그러나, 간 조직의 병리학적 분석 결과, KI13P, KI35P를 투여한 군에서 대조군 대비 지방증의 정도가 감소하였다(p<0.05). 따라서, KI35P 투여는 간 조직에서의 염증 및 지방 관련 단백질 발현량의 조절, 혈청 수치 개선을 통해 간 조직내 지방증 정도를 감소시켰고, 비알콜성 지방간 완화에 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 KI13P 투여로 인한 비알콜성 지방간 완화 효능을 입증하기 위해서는 추가적인 분석이 필요할 것으로 사료된다.
KI13P와 KI35P의 비알콜성 지방간 완화에 기여하는 기전을 확인하기 위해 팔미트산(palmitic acid, PA)을 이용하여 인간 간암세포(HepG2)에 소포체 스트레스를 유발하였다. 소포체 스트레스와 관련된 세포사멸, 염증 발생, 지방 생성에 관여하는 유전자의 발현량 분석 결과, PA를 단독 처리한 대조군 대비 PA와 펩타이드 분획을 동시에 처리한 군에서 세포사멸에 관여하는 유전자(PERK, ATF-4, CHOP, ATF-6), 염증 발생에 관여하는 유전자(JNK-1, TNF-α, COX-2), 지방 생성에 관여하는 유전자(LXR-α, LXR-β, SREBP-1c)의 발현량이 감소하였다(p<0.05). 또한, HepG2 세포에서 지방 축적량을 확인한 결과, PA와 펩타이드 분획을 동시에 처리하였을 때, PA를 단독 처리하였을 때 보다 지방 축적이 억제되었다. 따라서, KI13P와 KI35P는 소포체 스트레스가 유도된 HepG2 세포에서 소포체 스트레스와 관련된 유전자의 발현량을 조절하고, 지질축적을 억제하여 소포체 스트레스를 개선시키는 것으로 확인되었다.
결론적으로, P. pentosaceus KI13과 W. cibaria KI35를 이용하여 제조한 KI13B와 KI35B는 비알콜성 지방간 완화 효능을 갖는 유청 바이오컨버전 산물로 확인되었고, KI13B의 1-3 kDa 펩타이드 분획, KI35B의 3-5 kDa 펩타이드 분획이 소포체 스트레스를 감소시킴으로써 이러한 효능에 기여하였다. 따라서, KI13B와 KI35B는 비알콜성 지방간 완화를 위한 포스트바이오틱스로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.