Title (eng)
Impact of cinnamon aroma compounds on mechanisms regulating satiety and lipid metabolism
Parallel title (deu)
Einfluss von Zimt-Aromaverbindungen auf Mechanismen der Sättigungsregulation sowie der Regulation des Lipidstoffwechsels
Author
Julia Katharina Hoi
Advisor
Veronika Somoza
Assessor
Michael Fischer
Margit Cichna-Markl
Abstract (deu)
Angesichts der weltweit zunehmenden Prävalenz an Fettleibigkeit und damit einhergehenden gesundheitlichen Herausforderungen, ist das Interesse an neuen, natürlich vorkommenden anti-adipogenen
Wirkstoffen pflanzlichen Ursprungs groß. Als Alternative zu synthetischen Medikamenten
könnten sie in Prävention und Therapie von Fettleibigkeit als ergänzende Maßnahme zu ausgewogener
Ernährung eingesetzt werden. Viele Gewürze, wie etwa Zimt, wurden bereits mit einer
Vielzahl gesundheitsfördernder Wirkungen in Verbindung gebracht. Insbesondere seinem Bestandteil
Zimtaldehyd (CAL) werden antidiabetische, antiadipogene, hypolipidämische und möglicherweise
sättigende Wirkungen zugeschrieben. Allerdings könnten dessen Geschmacks- und
nozizeptive Eigenschaften auch einen limitierenden Faktor seiner Aufnahme darstellen. In dieser
Arbeit wurde daher (I) der kurzfristige Einfluss des strukturell verwandten und weniger würzigen
Cinnamylisobutyrat (CIB) auf Nahrungsaufnahme und Sättigungsparameter in vivo analysiert,
wobei eine Bolusgabe von 0.45 mg CIB ad-libitum-Energieaufnahme und postprandiale Plasma-
Glukosespiegel verringerte. Zusätzlich zeigte sich ein Trend (p = 0.076) einer gesteigerten peripheren
Serotoninfreisetzung. Obwohl modulierende Effekte von Zimtbestandteilen wie CAL oder
CIB auf Energieaufnahme und Plasma-Nährstoffprofile gezeigt wurden, ist wenig über ihre Auswirkung
auf Makronährstoffaufnahme auf zellulärer Ebene bekannt, insbesondere jener der Fettsäuren.
Daher wurde in dieser Arbeit (II) der Einfluss von CAL und seiner Strukturanaloga CIB,
Zimtalkohol (C-ALC) und Zimtsäure (CAC) auf Fettsäureaufnahme in differenzierten Caco-2-
Zellen als in-vitro-Modell für die Darmbarriere untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass in
erster Linie CAL, aber auch C-ALC und CAC Fettsäureaufnahme in Zellen verringerten. Während
eine TRPA1-modulierte erhöhte Freisetzung des Sättigungshormons Serotonin nachgewiesen
werden konnte, veränderte Serotonin selbst die Fettsäureaufnahme aber nicht. Eine geringe
TRPA1-Abhängigkeit konnte zusätzlich in der CAL-vermittelten verminderten Fettsäureaufnahme
festgestellt werden. Nachfolgend wurde (III) die potenzielle anti-adipogene Wirkung, die
bereits für strukturverwandte Zimtverbindungen nachgewiesen wurde, auch für CIB untersucht.
Eine vergleichende Analyse, die den Einfluss von CIB und CAL auf die Adipogenese testete,
zeigte, dass auch CIB die Lipidakkumulierung während des adipogenen Prozesses von 3T3-L1-
Zellen senkte. Sowohl die CIB- als auch CAL-induzierte Hemmung der Lipidakkumulierung ging
mit einer Herunterregulierung adipogener Transkriptionsfaktoren einher. Darüber hinaus konnte
eine leichte TRPA1-Abhängigkeit in der CAL-, nicht jedoch in der CIB-vermittelten antiadipogenen
Wirkung festgestellt werden. Zusammenfassend könnte CIB also ein weiterer bioaktiver Kandidat
sein, um kurzfristige Energieaufnahme und postprandialen Glukosespiegel zu senken. Und
obwohl die Verabreichung von CIB im Vergleich zu CAL weniger starke Auswirkungen auf den
Lipidstoffwechsel zeigte, könnte CIB dennoch ein alternatives oder ergänzendes anti-adipöses
Mittel zu dem in seiner Verwendung limitierten CAL darstellen.
Abstract (eng)
Considering the globally increasing obesity prevalence and its concomitant health challenges, the
search of potential new anti-obesity agents is growing. As alternative to synthetic drugs, naturally
occurring compounds of plant origin might be used as a supplementary measure to benefit balanced
diets in obesity prevention and therapy. A wide range of favorable health effects have been
associated with herbs and spices, including, among many others, cinnamon. Its major bioactive
constituent cinnamaldehyde (CAL) is known for exhibiting anti-diabetic, anti-adipogenic, hypolipidemic
and possibly also satiating effects, but at the same time also shows nociceptive and
unique flavor characteristics. In this work, firstly (i) a short-term impact of structurally related
and less spicy constituent cinnamyl isobutyrate (CIB), on food intake and outcome measures of
satiety was analyzed in vivo, revealing a bolus dose of 0.45 mg CIB to decrease ad libitum energy
intake and postprandial plasma glucose levels, accompanied by a trend (p = 0.076) for increased
peripheral serotonin. Albeit modulating effects of cinnamon constituents, such as CAL or CIB,
on energy intake and plasma nutrient profiles have been shown, little is known regarding their
impact on macronutrient uptake on cellular level, especially the uptake of fatty acids. Thus, the
present work secondly (ii) investigated the impact of CAL as well as structural analogues CIB,
cinnamyl alcohol (C-ALC) and cinnamic acid (CAC) on fatty acid uptake in differentiated Caco-
2 cells as an in vitro model for the intestinal barrier. In fact, it could be demonstrated, that 300 μM
CAL, most potently, decreased the uptake of free fatty acids into the cells by 58.8 ± 8.83 %, but
also C-ALC and CAC revealed a fatty acid uptake-reducing effect. Whereas a TRPA1-associated
increased release of satiety-related hormone serotonin could be shown at same time, serotonin
itself did not change fatty acid uptake. Involvement of TRPA1-dependency could also be determined
in the CAL-mediated decreased fatty acid uptake. Subsequent to analyzing anti-obesity
effects of the selected cinnamon-derived test compounds in an intestinal cell model, a potential
anti-adipogenic effect in adipose tissue, which has already been reported for other cinnamonderived
structural relatives, was hypothesized for CIB as well (iii). A comparative analysis studying
the impact of CIB and CAL on adipogenesis and lipid accumulation, revealed a CIB-mediated
anti-obesity potential, lowering lipid accumulation during the adipogenic process of 3T3-L1
cells. Both, CIB- and CAL-induced inhibition of triglyceride and phospholipid accumulation was
accompanied by downregulation of key transcription factors in the adipogenic signaling cascade.
Moreover, a TRPA1-dependency could be determined in the CAL-, but not the CIB-mediated
anti-adipogenic effect. In conclusion, CIB might be a further naturally occurring bioactive candidate
to help maintaining a healthy body weight by targeting mechanisms associated with decreasing
short-term energy intake. Even though administration of CIB was found to display less potent
effects on lipid metabolism compared to CAL, it might still provide an alternative or supplemental
anti-obesity agent to the limited application of nociceptive CAL.
Keywords (eng)
CinnamaldehydeCinnamyl-isobutyratesatietylipid metabolism
Keywords (deu)
ZimtaldehydCinnamyl-IsobutyratSättigungLipidstoffwechsel
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
92 Seiten : Illustrationen
Number of pages
97
Study plan
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Chemie)
[UA]
[796]
[605]
[419]
Association (deu)
Title (eng)
Impact of cinnamon aroma compounds on mechanisms regulating satiety and lipid metabolism
Parallel title (deu)
Einfluss von Zimt-Aromaverbindungen auf Mechanismen der Sättigungsregulation sowie der Regulation des Lipidstoffwechsels
Author
Julia Katharina Hoi
Abstract (deu)
Angesichts der weltweit zunehmenden Prävalenz an Fettleibigkeit und damit einhergehenden gesundheitlichen Herausforderungen, ist das Interesse an neuen, natürlich vorkommenden anti-adipogenen
Wirkstoffen pflanzlichen Ursprungs groß. Als Alternative zu synthetischen Medikamenten
könnten sie in Prävention und Therapie von Fettleibigkeit als ergänzende Maßnahme zu ausgewogener
Ernährung eingesetzt werden. Viele Gewürze, wie etwa Zimt, wurden bereits mit einer
Vielzahl gesundheitsfördernder Wirkungen in Verbindung gebracht. Insbesondere seinem Bestandteil
Zimtaldehyd (CAL) werden antidiabetische, antiadipogene, hypolipidämische und möglicherweise
sättigende Wirkungen zugeschrieben. Allerdings könnten dessen Geschmacks- und
nozizeptive Eigenschaften auch einen limitierenden Faktor seiner Aufnahme darstellen. In dieser
Arbeit wurde daher (I) der kurzfristige Einfluss des strukturell verwandten und weniger würzigen
Cinnamylisobutyrat (CIB) auf Nahrungsaufnahme und Sättigungsparameter in vivo analysiert,
wobei eine Bolusgabe von 0.45 mg CIB ad-libitum-Energieaufnahme und postprandiale Plasma-
Glukosespiegel verringerte. Zusätzlich zeigte sich ein Trend (p = 0.076) einer gesteigerten peripheren
Serotoninfreisetzung. Obwohl modulierende Effekte von Zimtbestandteilen wie CAL oder
CIB auf Energieaufnahme und Plasma-Nährstoffprofile gezeigt wurden, ist wenig über ihre Auswirkung
auf Makronährstoffaufnahme auf zellulärer Ebene bekannt, insbesondere jener der Fettsäuren.
Daher wurde in dieser Arbeit (II) der Einfluss von CAL und seiner Strukturanaloga CIB,
Zimtalkohol (C-ALC) und Zimtsäure (CAC) auf Fettsäureaufnahme in differenzierten Caco-2-
Zellen als in-vitro-Modell für die Darmbarriere untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass in
erster Linie CAL, aber auch C-ALC und CAC Fettsäureaufnahme in Zellen verringerten. Während
eine TRPA1-modulierte erhöhte Freisetzung des Sättigungshormons Serotonin nachgewiesen
werden konnte, veränderte Serotonin selbst die Fettsäureaufnahme aber nicht. Eine geringe
TRPA1-Abhängigkeit konnte zusätzlich in der CAL-vermittelten verminderten Fettsäureaufnahme
festgestellt werden. Nachfolgend wurde (III) die potenzielle anti-adipogene Wirkung, die
bereits für strukturverwandte Zimtverbindungen nachgewiesen wurde, auch für CIB untersucht.
Eine vergleichende Analyse, die den Einfluss von CIB und CAL auf die Adipogenese testete,
zeigte, dass auch CIB die Lipidakkumulierung während des adipogenen Prozesses von 3T3-L1-
Zellen senkte. Sowohl die CIB- als auch CAL-induzierte Hemmung der Lipidakkumulierung ging
mit einer Herunterregulierung adipogener Transkriptionsfaktoren einher. Darüber hinaus konnte
eine leichte TRPA1-Abhängigkeit in der CAL-, nicht jedoch in der CIB-vermittelten antiadipogenen
Wirkung festgestellt werden. Zusammenfassend könnte CIB also ein weiterer bioaktiver Kandidat
sein, um kurzfristige Energieaufnahme und postprandialen Glukosespiegel zu senken. Und
obwohl die Verabreichung von CIB im Vergleich zu CAL weniger starke Auswirkungen auf den
Lipidstoffwechsel zeigte, könnte CIB dennoch ein alternatives oder ergänzendes anti-adipöses
Mittel zu dem in seiner Verwendung limitierten CAL darstellen.
Abstract (eng)
Considering the globally increasing obesity prevalence and its concomitant health challenges, the
search of potential new anti-obesity agents is growing. As alternative to synthetic drugs, naturally
occurring compounds of plant origin might be used as a supplementary measure to benefit balanced
diets in obesity prevention and therapy. A wide range of favorable health effects have been
associated with herbs and spices, including, among many others, cinnamon. Its major bioactive
constituent cinnamaldehyde (CAL) is known for exhibiting anti-diabetic, anti-adipogenic, hypolipidemic
and possibly also satiating effects, but at the same time also shows nociceptive and
unique flavor characteristics. In this work, firstly (i) a short-term impact of structurally related
and less spicy constituent cinnamyl isobutyrate (CIB), on food intake and outcome measures of
satiety was analyzed in vivo, revealing a bolus dose of 0.45 mg CIB to decrease ad libitum energy
intake and postprandial plasma glucose levels, accompanied by a trend (p = 0.076) for increased
peripheral serotonin. Albeit modulating effects of cinnamon constituents, such as CAL or CIB,
on energy intake and plasma nutrient profiles have been shown, little is known regarding their
impact on macronutrient uptake on cellular level, especially the uptake of fatty acids. Thus, the
present work secondly (ii) investigated the impact of CAL as well as structural analogues CIB,
cinnamyl alcohol (C-ALC) and cinnamic acid (CAC) on fatty acid uptake in differentiated Caco-
2 cells as an in vitro model for the intestinal barrier. In fact, it could be demonstrated, that 300 μM
CAL, most potently, decreased the uptake of free fatty acids into the cells by 58.8 ± 8.83 %, but
also C-ALC and CAC revealed a fatty acid uptake-reducing effect. Whereas a TRPA1-associated
increased release of satiety-related hormone serotonin could be shown at same time, serotonin
itself did not change fatty acid uptake. Involvement of TRPA1-dependency could also be determined
in the CAL-mediated decreased fatty acid uptake. Subsequent to analyzing anti-obesity
effects of the selected cinnamon-derived test compounds in an intestinal cell model, a potential
anti-adipogenic effect in adipose tissue, which has already been reported for other cinnamonderived
structural relatives, was hypothesized for CIB as well (iii). A comparative analysis studying
the impact of CIB and CAL on adipogenesis and lipid accumulation, revealed a CIB-mediated
anti-obesity potential, lowering lipid accumulation during the adipogenic process of 3T3-L1
cells. Both, CIB- and CAL-induced inhibition of triglyceride and phospholipid accumulation was
accompanied by downregulation of key transcription factors in the adipogenic signaling cascade.
Moreover, a TRPA1-dependency could be determined in the CAL-, but not the CIB-mediated
anti-adipogenic effect. In conclusion, CIB might be a further naturally occurring bioactive candidate
to help maintaining a healthy body weight by targeting mechanisms associated with decreasing
short-term energy intake. Even though administration of CIB was found to display less potent
effects on lipid metabolism compared to CAL, it might still provide an alternative or supplemental
anti-obesity agent to the limited application of nociceptive CAL.
Keywords (eng)
CinnamaldehydeCinnamyl-isobutyratesatietylipid metabolism
Keywords (deu)
ZimtaldehydCinnamyl-IsobutyratSättigungLipidstoffwechsel
Subject (deu)
Subject (deu)
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97
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