Chemopreventive effect of Red yeast (Sporidiobolus pararoseus) on Aflatoxin B1 induced carcinogenesis

ผลเคมีป้องกันของยีสต์แดง (Sporidiobolus pararoseus) ต่อการเหนี่ยวนำการเกิดมะเร็งโดยอะฟลาทอกซินบีหนึ่ง

Name: Romteera Kittichaiworakul

LCSH: Fungi

LCSH: Aflatoxins

LCSH: Yeast

LCSH: Carcinogens

Abstract: The contamination of mycotoxins, particularly aflatoxins, in various agricultural products have resulted in significant economic losses and have been determined to be the cause of a range of human health problems. Aflatoxin B1 (AFB1) is a highly potent genotoxic carcinogen that is known to cause liver cancer. One approach to resolving AFB1 contamination in agricultural products involves the utilization of sorbent additives. Recently, several studies have supported the contention that red yeast (Sporidiobolus pararoseus) is a key component in an alternative method of reducing mycotoxin contamination. Red yeast is a single-cell microorganism belonging to the class Basidiomycota that can be grown on crude glycerol and fermented in an air-lift bioreactor. Red yeast contains numerous active compounds including particular polysaccharides and various carotenoids that exert a variety of biological activities. These activities include a range of antioxidant, anti-inflammatory, anti-apoptosis, and anti-cancer properties. However, there have been a limited number of studies that initiate the biomedical research of red yeast. Therefore, the present study has aimed to investigate the safety and efficacy of a cancer prevention approach involving red yeast by testing its genotoxicity and antigenotoxicity against AFB1 induced mutagenesis using Salmonella mutation assay and the rat liver micronucleus test. The inhibitory mechanisms of the effective extract(s) derived from red yeast powder via xenobiotic metabolizing enzymes and DNA repairing enzymes were examined. In this study, red yeast powder was composed of 82.42% carbohydrates, 4.43% protein, and 0.44% lipids. Red yeast was further extracted by hexane, acetone and then steamed by being autoclaved to obtain the hexane extract, acetone extract, autoclaved extract, and a residual part. The results indicate that the hexane extract contained high - carotene and lycopene contents. Furthermore, phenolic compounds, including - hydroxybenzoic acid, were found to be present in the acetone extract. The autoclaved extract primarily contained carbohydrates including -glucan, while the proteins were largely presented in the residual part. The mutagenicity and antimutagenicity of red yeast and its extracts were evaluated using Ames test. Red yeast and its extracts were not found to be mutagenic in Salmonella Typhimurium strains TA 98 and TA 100 in the presence and absence of metabolic activation indicating the non-mutagenicity of red yeast. Interestingly, the hexane extract exhibited the strongest degree of antimutagenicity against AFB1 induced mutagenesis in TA98 and TA100 strains. The acetone extract and residual part presented moderate and mild levels of antimutagenicity, respectively, whereas the autoclaved extract did not inhibit AFB1-induced mutagenesis. Furthermore, -carotene exhibited greater antimutagenicity than lycopene and -glucan. The resulting data indicate that - carotene could be a major active ingredient in red yeast. The clastogenic and anticlastogenic effects of red yeast were further investigated using rat micronucleus assay. Male wistar rats were divided into 14 groups. Groups 1 to 7 were designated for the study of clastogenicity. On days 21 and 25, they were intraperitoneally injected with 0.9% normal saline. Subsequently, Groups 8 to 14 received 200 µg/kg of AFB1 in order to investigate anticlastogenicity. Groups 1 and 8 were fed with 5% Tween 20 for 28 days. Groups 2 and 9 were then fed with red yeast powder at 33 mg/kg bw, while Groups 3 and 10 were fed with red yeast powder at 100 mg/kg bw. Furthermore, Groups 4 and 11 were treated with hexane extract at 1 mg/kg bw, while Groups 5 and 12 were treated with hexane extract at 3 mg/kg bw. Groups 6 and 13 received the autoclaved extract at 66 mg/kg bw, while Groups 7 and 14 received the autoclaved extract at 100 mg/kg bw. All rats were partially hepatectomized to amplify the initiated hepatocytes on day 29. Liver tissues were collected in order to assess their xenobiotic metabolism. On day 33, single hepatocytes were isolated to investigate micronucleus formations and hepatocyte morphology. The results indicated that red yeast, the hexane extract, and the autoclaved extract did not induce micronucleus formation in the livers of rats. Notably, they did not alter various cytochrome P450 activities including Cytochrome P450 1A1, 1A2, and CYP3A2 and NADPH-cytochrome P450 reductase, but they did enhance the activity of some phase II metabolizing enzymes including glutathione-S-transferase (GST), heme oxygenase, and NADPH quinone oxidoreductase1. Remarkably, red yeast, the hexane extract, and the autoclaved extract significantly decreased the amount of micronucleus formations in the livers of AFB1-treated rats. It has been suggested that red yeast could prevent the initiation stage of carcinogenesis. Furthermore, red yeast and the hexane extract modulated GST activity, but not its protein expression in the livers of AFB1-initiated rats. Importantly, the hexane extract and the autoclaved extract significantly increased XPA protein expression, a nucleotide excision repairing enzyme. In conclusion, red yeast was not found to be mutagenic in bacterial models and was determined not to be clastogenic in rats. Moreover, red yeast exhibited antimutagenicity and anticlastogenicity against AFB1 mutagenesis via the modulation of AFB1 detoxifying enzymes and the DNA repairing system. Notably, β-Carotene may be an important cancer chemopreventive ingredient in red yeast that displays protective properties at the initiation stage of hepatocarcinogenesis in rats.

Abstract: การปนเปื้อนของสารพิษจากเชื้อราโดยเฉพาะอะฟลาทอกซินในผลผลิตทางการเกษตรก่อให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจ อีกทั้งยังส่งผลต่อปัญหาสุขภาพในมนุษย์ อะฟลาทอกซินบีหนึ่งเป็นสารก่อมะเร็งที่มีความรุนแรงก่อให้เกิดมะเร็งตับขึ้น โดยแนวทางการลดการปนเปื้อนของอะฟลาทอกซินบีหนึ่งในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรได้แก่ การเลือกใช้ตัวดูดซับเพื่อป้องกันการดูดซึมของอะฟลาทอกซินเข้าสู่ร่างกาข โดยมีการวิวัยหนึ่งได้นำเสนอการลดการปนเปื้อนของสารพิษโดยการนำยีสต์แดง (Sporidiobolus pararoseus) ช่วยในการกำจัดสารพิษและการปนเปื้อนของสารพิษจากเชื้อรายีสต์แดงเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวในไฟลัม Basidiomycota สามารถเจริญเติบโตขึ้นจากกลีเซอรอลดิบในเครื่องหมักแบบอากาศยก ยีสต์แดงประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบหลัก และยังมีสารในกลุ่มอนุพันธุ์แคโรที่นอยด์ ที่มีการรายงานฤทธิ์ทางชีวภาพของสารสำคัญ ได้แก่ การต้านอนุมูลอิสระต้านการอักเสบ ต้านการตายของเซลล์ และต้านการเกิดมะเร็ง เป็นต้น แต่อย่างไรก็ตามงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาทางด้านชีวการแพทข์ของยีสต์แดงยังไม่มีการศึกษาที่แพร่หลาย ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความปลอดภัยและประสิทธิภาพป้องกันมะเร็งของยีสต์แดงด้วยวิธีการทดสอบความเป็นพิษต่อสารพันธุกรรมและฤทธิ์ต้านกวามเป็นพิษจากอะฟลาทอกซินบีหนึ่ง โดยใช้วิธีการทดสอบฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์ และฤทธิ์ต้านการกลายพันธุ์ในแบคทีเรียและการทดสอบไมโครนิวเคลียสในตับของหนูทดลอง อีกทั้งยังศึกษากลไกการขับขั้งของสารสกัดยีสต์แดงโดยศึกษาระบบเอนไซม์กำจัดสารแปลกปลอม และกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอ จากการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของผงยีสต์แดงพบว่า องค์ประกอบหลักคือคาร์โบไฮเดรต ร้อยละ 82.42 ส่วนปริมาณ โปรตีนร้อยละ 4.43 และ มีไขมันร้อยละ 0.44 เป็นองค์ประกอบ สำหรับองค์ประกอบทางเคมีของสารสกัดจากยีสต์แดงที่เตรียมได้จากตัวทำละลายเฮกเซน และอะซิโตน และการต้มด้วยหม้ออัดความดัน พบว่าสารสกัดเฮกเซนประกอบด้วยเบต้าแคโรทีน และไลโคปีนปริมาณสูง ส่วนสารสกัดอะซิโตนมีสารประกอบฟินอลิก ได้แก่ กรดเบต้าไฮดอกซีเบนโซอิก และสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันมีคาร์โบไฮเดรตปริมาณสูงและขังประกอบด้วยเบต้ากลูแคน นอกจากนี้ส่วนเหลือจากการสกัดพบว่ามีโปรตีนเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับการศึกษาฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์และต้านการกลายพันธุ์ของผงยีสต์แดง สารสกัดยีสต์แดงทั้ง 3 ชนิดและส่วนเหลือจากการสกัดในแบกที่เรียด้วยวิธีการของเอมส์ พบว่าผงยีสต์แดง สารสกัดของยีสต์แดงและส่วนเหลือจากการสกัดไม่มีฤทธิ์ก่อการกลายทั้งในแบคทีเรียซัลโมเนลลา ธัยฟิมิวเรียมทั้งสายพันธุ์ TA 98 และ TA 100 ในสภาวะที่มีและไม่มีเอนไซม์ ซึ่งแสดงว่ายีสต์แดงไม่มีฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์ และยังพบว่าสารสกัดเฮกเซนมีฤทธิ์ต้านการกลายพันธุ์ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำด้วยอะฟลาทอกซินบีหนึ่งได้สูงสุดทั้งในแบคทีเรียสายพันธุ์ TA 98 และ TA 100 รองลงมาเป็นสารสกัดอะซิโตนและส่วนเหลือจากการสกัดตามลำดับ ส่วนสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันไม่มีฤทธิ์ต้านการกลายจากอะฟลาทอกชินบีหนึ่ง นอกจากนี้เบต้าแคโรทีนยังมีฤทธิ์ต้านการกลายพันธุ์ได้สูงกว่าไลโกปีน และเบต้ากลูแคน จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเบต้าแคโรทีนอาจเป็นสารออกฤทธิ์ในยีสต์แดง การศึกษาถัดมาได้ศึกษาผลของยีสต์แดงต่อการหักของโครโมโซมและการป้องกันการหักของโครโมโซมจากอะฟลาทอกซินบีหนึ่งโดยใช้การทดสอบการเกิดไมโครนิวเคลียสในตับหนูในการทดลองใช้หนูวิสตาร์เพศผู้ จำนวน 14 กลุ่ม โดยกลุ่มที่ 1 ถึง 7 ศึกษาฤทธิ์ต่อการหักของโครโมโซมของยีสต์แดงและสารสกัดสต์แดงโดยฉีคสารละลายน้ำเกลือเข้าทางช่องท้องในวันที่ 21 และ 25 ของการทคลอง ส่วนหนูกลุ่มที่ 8 ถึง 14 ศึกษาฤทธิ์ต้านการหักของโครโมโซมจากอะฟลาทอกซินบีหนึ่ง โดยฉีดอะฟลาทอกซินบีหนึ่งที่ความเข้มข้น 200 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัวเข้าทางช่องท้องแทน กลุ่มที่ 1 และ 8 ป้อนสารละลาย 5% Tween 20 ทางปากเป็นเวลา 28 วัน ส่วนกลุ่มที่ 2 และ 9 ป้อนผงยีสต์แดงความเข้มข้น 33 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัว และกลุ่มที่ 3 และ 10 ป้อนผงยีสต์แดงความเข้มข้น 100 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัวสำหรับกลุ่มที่ 4 และ 11 เปื้อนสารสกัดเฮกเซนความเข้มข้น 3 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัว ส่วนกลุ่มที่ 2 และ 12 ป้อนสารสกัดเฮกเซนความเข้มข้น 3 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัว และกลุ่มที่ 6 และ 13 ป้อนสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันความเข้มข้น 66 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัว นอกจากนี้กลุ่มที่ 7 และ 14 ป้อนสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันความเข้มข้น 100 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัว ในวันที่ 29 ของการทดลองหนูทุกตัวถูกตัดตับออกบางส่วนเพื่อกระตุ้นการแบ่งซลล์ตับ และในวันที่ 33 ของการทดลองทำการการุณยมาตเพื่อศึกษาไมโครนิวเคลียส และสัณฐานวิทยาของเซลล์ตับ จากการทดลองพบว่าหนูที่ได้รับผงยีสต์แดง สารสกัดเฮกเซน และสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันไม่ก่อให้เกิดการหักของโครโมโซมในตับหนู และไม่มีผลต่อกัมมันตภาพของเอนไซม์กำจัดสารแปลกปลอมระยะที่ 1 ได้แก่ Cytochrome P450 1A1, 1A2 and CYP3A2 and NADPH-cytochrome P450 reductase แต่ช่วยเหนี่ยวนำกัมมันตภาพของเอนไซม์กำจัดสารแปลกปลอมระยะที่ 2 ได้แก่ glutathione-S-transferase (GST), heme oxygenase และ NAD(P)H quinone oxidoreductase อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ นอกจากนี้ผงยีสต์แดง สารสกัดเฮกเซน และสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันสามารถลดจำนวนไมโครนิวเคลียสในตับหนูที่ได้รับอะฟลาทอกซินบีหนึ่งอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจบอกได้ว่ายีสต์แดงมีประสิทธิภาพในการป้องกันการเกิดมะเร็งระยะก่อตัว และยังพบว่าหนูที่ได้รับผงยีสต์แดงและสารสกัดเฮกเซนสามารถเหนี่ขวนำกัมมันตภาพของเอนไซม์ GST แต่ไม่มีผลต่อการแสดงออกระดับโปรตีนของเอนไซม์ GST นอกจากนี้สารสกัดเฮกเซน และสารสกัดที่ต้มด้วยหม้ออัดความดันสามารถเหนี่ยวนำการแสดงออกระดับโปรตีนของ XPA ซึ่งเป็นโปรตีนที่สำคัญในกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอแบบ nucleotide excision repair จากงานวิจัยนี้อาจสรุปได้ว่า ยีสต์แดงไม่มีฤทธิ์ก่อการกลายพันธุ์ในโมเดลแบคทีเรีย และไม่มีฤทธิ์ก่อการแตกหักของโครโมโซมในหนูทดลอง นอกจากนี้ยีสต์แดงยังมีฤทธิ์ต้านการกลายพันธุ์และการหักของโครโมโซมจากอะฟลาทอกซินบีหนึ่งด้วยการเหนี่ขวนำกลไกการกำจัดอะฟลาทอกซินบีหนึ่ง และส่งเสริมกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอโดยเบต้าแคโรทีนอาจเป็นสารออกฤทธิ์หลักในยีสต์แดงต่อการป้องกันมะเร็งตับระยะก่อตัวของหนูทดลอง

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Treetip Ratanavalachai

Role: Chairman

Name: Ratana Banjerdpongchai

Role: Member

Name: Rawiwan Wongpoomchai

Role: Member

Name: Thanongsak Chaiyaso

Role: Member

Created: 2021

Modified: 2022-10-17

Issued: 2022-10-17

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Biochemistry

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	610731026.pdf	3.61 MB

ใช้เวลา

0.020338 วินาที