Untersuchungen zur antidiabetischen Wirkung von Momordica charantia Extrakten

Abstract

Momordica charantia und ihrer Frucht, der Bittergurke, konnten in tierexperimentellen Untersuchungen sowohl bei Typ I als auch bei Typ II diabetischen Modelltieren eine blutzuckersenkende Wirkung nachgewiesen werden. Aufgrund der vielen unterschiedlichen Versuchsmodelle und getesteten Extrakte ist jedoch nicht hinreichend geklärt, welche Substanzen oder Substanzgruppen hauptsächlich für die insulinsensitivierende Wirkung der Bittergurke verantwortlich sind und welcher biochemische Mechanismus dieser Wirkung zugrunde liegt. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die Wirkung unterschiedlicher Substanzgruppen der Bittergurke am Typ II diabetischen Modelltier zu testen und bezüglich Wirksamkeit und Wirkmechanismus miteinander zu vergleichen.Aus frischen Früchten einer thailändischen Sorte der Bittergurke wurden die Lipid-, die Saponin- sowie die wasserlösliche Fraktion extrahiert und an 45 (5 Gruppen á 9 Mäusen) wachsenden, abgesetzten, männlichen db/db Mäusen in einem fünfwöchigen Versuch getestet. Den Mäusen wurden täglich 150 mg pro kg KG der gesamten Frucht bzw. der Lipid-, der Saponin- oder der wasserlöslichen Fraktion der Bittergurke, in Trinkwasser gelöst, mit Schlundsonde verabreicht. Die Kontrollgruppe erhielt eine entsprechende Menge Trinkwasser. Die Tiere hatten freien Zugang zum Futter mit allen Nährstoffen im Bereich der Empfehlungen und zum Trinkwasser.Zu Versuchsbeginn waren die mittleren Lebendmassen der fünf Gruppen mit 29,2±0,2 g annähernd gleich. Nach Versuchsende waren die Mäuse, welche die gesamte Frucht (p=0,005), die Lipidfraktion (p=0,007), die Saponinfraktion (p=0,007) oder die wasserlösliche Fraktion (p=0,05) der Bittergurke bekommen hatten, jedoch signifikant leichter im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Nüchtern-Blutglucosespiegel ergaben keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen vor und zwei Wochen nach Versuchsbeginn. Der HbA1C-Wert lag nach Versuchsende hingegen bei allen behandelten Gruppen unter dem der Kontrolle. Den niedrigsten HbA1C-Wert hatten die Mäuse, welche die Lipidfraktion der Bittergurke bekommen hatten (p=0,075).Die Messung der PTP 1B-Aktivität im Muskelzytosol ergab geringere Aktivitäten bei den Mäusen, die mit der Saponinfraktion (p=0,05) bzw. der Lipidfraktion (p=0,07) der Bittergurke behandelt worden waren. DTT konnte die Hemmung der PTP 1B bei den mit Saponinen behandelten Mäusen aufheben. Bei den mit Lipiden behandelten Mäusen hatte DTT keinen Einfluss auf die Aktivität der PTP 1B. Eine verminderte Expression der PTP 1B war bei diesen Mäusen weder auf Gen- noch auf Proteinebene zu beobachten. Hinweise aus der Literatur zur Aktivierung von PPARs durch die Bittergurke konnten nicht bestätigt werden. Microarray-Daten ergaben im Fettgewebe erhöhte Expressionen von Markergenen für Präadipozyten, GATA 2 und 3, AKR1B7 sowie CEPBD, durch die Gabe der wasserlöslichen Fraktion. Dieses Ergebnis erklärt das signifikant geringere KG der db/db Mäuse, die mit der wasserlöslichen Fraktion der Bittergurke behandelt worden waren. Die Microarray-Daten aus dem Fettgewebe zeigen weiterhin eine signifikante Regulierung des Insulinsignals auf der Genexpressionsebene nach den verschiedenen Behandlungen mit der Bittergurke.Als Marker für oxidativen Stress reduzierten die Lipid- und die Saponinfraktionen der Bittergurke die Konzentration an TBA-RS im Fettgewebe der db/db Mäuse. Die wasserlösliche Fraktion der Bittergurke reduzierte als einzige Fraktion die TBA-RS-Konzentration im Skelettmuskel.Da in allen Fraktionen bioaktive Inhaltsstoffe enthalten sind und ihre positiven Wirkungen durch unterschiedliche Wirkmechanismen vermittelt werden, ist die Verwendung der ganzen Frucht bei der Behandlung einer Insulinresistenz empfehlenswert. Früchte die reich an Saponinen und konjugierten FS sind, sind nach den Ergebnissen dieser Arbeit besonders günstig. Die Saponinkonzentration scheint im Fruchtfleisch weißer Früchte der Bittergurke im Vergleich zu dem von grünen gering zu sein. Ob weiße Früchte dadurch weniger zur Behandlung und Prävention von Diabetes und Insulinresistenz geeignet sind, muss noch überprüft werden. Die Konzentration an 9c,-11t,-13t CLN schwankt stark zwischen den untersuchten Früchten. Möglicherweise spielt der Reifegrad der Frucht eine größere Rolle als die untersuchte Sorte.Besonders in Entwicklungsländern stellt die Bittergurke eine günstige Behandlungsmöglichkeit für betroffene Patienten dar. Humanstudien zur Überprüfung der Wirkung und Dosierung sind dazu in der Zukunft nötig. Momordica charantia and its fruit, the bitter gourd, showed hypoglycaemic effects in several studies with type I as well as type II diabetic animal models. As study designs differ and are difficult to compare, it has not been clarified yet, which substances are most effective. Additionally, the mechanism of the hypoglycaemic effect of the bitter gourd is not fully understood. Thus, the aim of this thesis was to test the effect of different substance groups extracted from bitter gourd fruits in a type II diabetic animal model and, further, to compare the effects and biochemical mechanisms of these substance groups.Fresh fruits of a Thai variety of the bitter gourd were used to extract the lipid, the saponin, and the hydrophilic fractions. Forty-five male, weaned, four weeks old db/db mice were assigned to five groups of nine. The mice were given sterile tap water as a control, a whole fruit powder, the lipid fraction, the saponin fraction, or the hydrophilic fraction of the bitter gourd at a daily oral dosage of 150 mg per kg body weight via stomach feeding for five weeks respectively. The mice had free access to the diet with all nutrients at the level of the recommendations and to drinking water.At the beginning of the study, the mean body weight of the mice (29.2±0.2 g) did not differ within the five groups. After five weeks, body weight was significantly lower when mice were given the whole fruit (p=0.005), the lipid fraction (p=0.007), the saponin fraction (p=0.007), or the hydrophilic fraction (p=0.05) compared to the control group. Fasting blood glucose levels did not differ within the groups before or two weeks after the beginning of the trial. However, after five weeks glycated haemoglobin levels were the highest in the control mice compared to all four bitter gourd treated groups. Glycated haemoglobin levels were the lowest in the lipid treated mice (p=0.075). PTP 1B activity was lower in mice treated with the saponin fraction (p=0.05) or the lipid fraction (p=0.07) of the bitter gourd compared to control mice. The reducing agent dtt reversed the inhibition of PTP 1B in the skeletal muscle of the saponin treated mice, but not in the lipid treated mice. A reduced PTP 1B expression was, however, found neither on gene nor on protein level. Results from the current literature describing an activation of PPARs via bitter gourd could not be approved. Microarray data from adipose tissue showed an increased expression of preadipocyte marker genes, GATA 2 and 3, AKR1B7 as well as CEPBD, in mice treated with the hydrophilic fraction. This result might explain the significantly lower body weight of mice treated with the hydrophilic fraction of the bitter gourd. Microarray data further showed a significant regulation of the insulin signalling pathway on gene expression level after bitter gourd treatment. In addition, lipid and saponin fractions reduced oxidative stress measured as TBA-RS concentration in the adipose tissue of db/db mice. The hydrophilic fraction decreased TBA-RS concentrations in the skeletal muscle. As there are bioactive substances present in all fractions with positive effects and different biochemical mechanisms, consumption of the whole fruit might be the best opportunity for the treatment of insulin resistance. Considering the results of this thesis, fruits that are rich in saponins and conjugated fatty acids are preferable. Saponin concentration seems to be lower in the flesh of white bitter gourd fruits compared to green ones. However, the assumption that white fruits are less effective in the treatment and prevention of diabetes and insulin resistance needs further investigations. Concentration of 9c,-11t,-13t CLN varied strongly within the fruits investigated. It is likely that maturation of the fruit is more important than the variety regarding total lipid concentration and fatty acid profile.The bitter gourd demonstrates a very good opportunity to treat type II diabetes mellitus in developing countries. In the future, human studies are necessary to prove the effectiveness in human and to identify the optimal dosage.