Acarbose, a pseudo-oligosaccharide, is widely used clinically in therapies for non-insulin-dependent diabetes. In the present study, S-adenosylmethionine (SAM) was added to selected media in order to investigate its effect on acarbose fermentation by Actinoplanes utahensis ZJB-08196. Acarbose titer was seen to increase markedly when concentrations of SAM were added over a period of time. The effects of glucose and maltose on the production of acarbose were investigated in both batch and fed-batch fermentation. Optimal acarbose production was observed at relatively low glucose levels and high maltose levels. Based on these results, a further fed-batch experiment was designed so as to enhance the production of acarbose. Fed-batch fermentation was carried out at an initial glucose level of 10 g/l and an initial maltose level of 60 g/l. Then, 12 h post inoculation, 100 ${\mu}mol/l$ SAM was added. In addition, 8 g/l of glucose was added every 24 h, and 20 g/l of maltose was added at 96 h. By way of this novel feeding strategy, the maximum titer of acarbose achieved was 6,113 mg/l at 192 h. To our knowledge, the production level of acarbose achieved in this study is the highest ever reported.
To elucidate antidiabetic effect and mechanism(s) of acarbose in a polygenic spontaneous hyperglycemic and hyperinsulinemic diabetic animal model, $KKA^y$ mice, acarbose was administered orally for 4 weeks and effects on body weight, plasma glucose and insulin levels, genetic expressions of intestinal sucrase-isomaltase (SI), sodium-glucose cotransporter (sGLT1) and glucose transporter in quadriceps muscle (GLUT4) were examined in this study. Although no differences in body weight were detected between control and acarbose-treated groups, plasma glucose level in acarbose-treated group was markedly reduced as compared to the control. In the mechanism study, acarbose downregulated the SI and SGLT1 gene expressions, and upregulated the GLUT4 mRNA and protein expressions when compared to the control group. In conclusion, the data obtained strongly implicate that acarbose can prevent the hyperglycemia in $KKA^y$ mice possibly through blocking intestinal glucose absorption by downregulations of SI and sGLT1 mRNA expressions, and upregulation of skeletal muscle GLUT4 mRNA and protein expressions.
Two components of the neuroendocrine-hormonal response to long-term treatment of acarbose, adipose tissue-derived leptin and central neuropeptide Y (NPY), were investigated in the ICR mice on a high- carbohydrate diet. Acarbose, administered 5 or 50 mg per 100 g diet for four weeks, dose dependently suppressed body weight gain. The body weight gain was reduced along with the amount of daily food intake in 50 mg acarbose-treated group at $7^{th}\;and\;28^{th}$ day. 5 or 50 mg acarbose treatment administered for four weeks reduced leptin mRNA levels to 62% and 77% of the control group, demonstrating that the amount of leptin mRNA in adipocytes correlates with body weight. As dose of acarbose increased, leptin mRNA level also increased, suggesting that potent inhibition of ${\alpha}-glycosidase$ by a higher dose of acarbose furthers the enzyme activity and leptin gene consequently. On the other hand, central expression level of NPY gene was increased significantly compared with the control group at the same amount of acarbose administered, reflecting that leptin and NPY operate in a negative-feedback circuit to regulate body fat stores.
A sensitive and easy high performance liquid chromatograph (HPLC) / electrospray ionization (ESI)-mass spectrometric (MS) method has been developed for the quantitative and qualitative analyses of acarbose and its metabolites. After plasma samples were simply filtered with a syringe filter, the filtered plasma was analyzed by LC/MS. The standard calibration curve for acarbose was linear ($r^2=0.9963$) over the concentration range $0.1{\sim}10{\mu}g/m{\ell}$ in plasma. The metabolite component-I and II, which were metabolized by the ${\alpha}$-amylase and ${\beta}$-amylase, were found also by in vitro incubation. The developed method can be utilized to study acarbose and the other carbohydrates.
Acarbose effectively inhibited the synthesis of dextran, and the inhibition pattern was a noncompetitive type with a $K_i$ value of 1.35 mM. It also inhibited the disproportionation reaction of dextransucrase with isomaltotriose and decreased the efficiency of the maltose acceptor reaction. Increased concentration of dextransucrase or maltose in reaction digests, however, decreased the degree of inhibition by acarbose.
This study investigated the effects of acarbose addition on changes in ruminal fermentation characteristics and the composition of the ruminal bacterial community in vitro using batch cultures. Rumen fluid was collected from the rumens of three cannulated Holstein cattle fed forage ad libitum that was supplemented with 6 kg of concentrate. The batch cultures consisted of 8 mL of strained rumen fluid in 40 mL of an anaerobic buffer containing 0.49 g of corn grain, 0.21 g of soybean meal, 0.15 g of alfalfa and 0.15g of Leymus chinensis. Acarbose was added to incubation bottles to achieve final concentrations of 0.1, 0.2, and 0.4 mg/mL. After incubation for 24 h, the addition of acarbose linearly decreased (p<0.05) the total gas production and the concentrations of acetate, propionate, butyrate, total volatile fatty acids, lactate and lipopolysaccharide (LPS). It also linearly increased (p<0.05) the ratio of acetate to propionate, the concentrations of isovalerate, valerate and ammonia-nitrogen and the pH value compared with the control. Pyrosequencing of the 16S rRNA gene showed that the addition of acarbose decreased (p<0.05) the proportion of Firmicutes and Proteobacteria and increased (p<0.05) the percentage of Bacteroidetes, Fibrobacteres, and Synergistetes compared with the control. A principal coordinates analysis plot based on unweighted UniFrac values and molecular variance analysis revealed that the structure of the ruminal bacterial communities in the control was different to that of the ruminal microbiota in the acarbose group. In conclusion, acarbose addition can affect the composition of the ruminal microbial community and may be potentially useful for preventing the occurrence of ruminal acidosis and the accumulation of LPS in the rumen.
Arcabose is a competitive inhibitor of the intestinal ${\alpha}$-glucosidases and reduces the postprandial digestion and absorption of carbohydrate and disaccharides. Due to its negligible oral absorption, measuring drug concentration in the plasma is impractical. Thus, the common pharmacokinetic study is not available to determine the bioequivalence of the generic acarbose preparations. The aim of this study is the establishment of pharmacodynamic assessment method for the bioequivalence test of the generic acarbose preparations. Placebo-controlled cross-over ($3{\times}3$) clinical study was conducted in 23 healthy volunteers. Volunteers received a single oral dose of placebo, reference drug ($Glucoby^{(R)}$ 100 mg, Lot # D043) or test drug ($Glucoby^{(R)}$ 100 mg, Lot # E005) just before breakfast, then blood samples for evaluation of serum glucose and insulin levels were taken during for 4 hours. $C_{max},\;AUC_{0-2},\;AUC_{0-4},\;{\Delta}C_{max},\;{\Delta}AUC_{0-2}\;and\;{\Delta}AUC_{0-4}$ of the postprandial plasma glucose level significantly decreased when a single dose of acarbose 100 mg preparations was administered. However, any significant difference was not detected between the groups taken the reference drug and the test drug. These results proposed that the pharmacodynamic protocols of this study is suitable to use for bioequivalence test of acarbose preparations. On the basis of the results of this study and the data of literature on this subject, the standard protocols of bioequivalence study of acarbose preparation are proposed.
To identify the treatment effect of lactic acid bacteria for diabetes, the treatment effects of a single administration of acarbose (a diabetes treatment drug) or lactic acid bacteria, and the mixture of acarbose and lactic acid bacteria on diabetes in a type 1 diabetes animal model, were studied. In this study, streptozotocin was inoculated into a Sprague-Dawley rat to induce diabetes, and sham control (Sham), diabetic control (STZ), STZ and composition with live cell, STZ and composition with heat killed cell, STZ and composition with drugs (acarbose) were orally administered. Then the treatment effect on diabetes was observed by measuring the body weight, blood glucose, and serum lipid. For the histopathological examination of the pancreas, the Langerhans islet of the pancreas was observed using hematoxylin and eosin staining, and the renal cortex, outer medullar, and inner medullar were also observed. The induced diabetes decreased the body weight, and the fasting blood glucose level decreased in the lactic-acid-bacteria-administered group and the mixture-administered group. In addition, the probiotic resulted in the greatest decrease in the serum cholesterol level, which is closely related to diabetes. Also, the hematoxylin and eosin staining of the Langerhans islet showed that the reduction in the size of the Langerhans islet slowed in the lactic-acid-bacteria-administered group. The histopathological examination confirmed that the symptoms of diabetic nephropathy decreased in the group to which viable bacteria and acarbose were administered, unlike in the group to which dead bacteria was administered. The mixture of lactic acid bacteria and acarbose and the single administration of lactic acid bacteria or acarbose had treatment effects on the size of the Langerhans islet and of the kidney histopathology. Thus, it is believed that lactic acid bacteria have treatment effects on diabetes and can be used as supplements for the treatment of diabetes.
Objectives: The objective of this study was to evaluate antidiabetic activity of Chaturmukha rasa based on streptozotocin induced diabetes model, alpha amylase inhibitory activity, alpha Glucosidase inhibitory activity and inhibition of sucrase. Methods: Chaturmukha rasa was prepared as per Ayurvedic formulary. Antidiabetic activity was measured in experimentally streptozotocin induced rats. The dose was taken as 45 mg/kg, i.p. The antidiabetic activity of Chaturmukha rasa was compared Triphala Kwatha, a marketed formulation. Further In vitro $\acute{\alpha}$- Amylase Inhibitory Assay, In vitro salivary amylase Inhibitory Assay, In vitro ${\alpha}-Glucosidase$ Inhibitory Assay and In vitro Sucrase Inhibitory Assay was performed with respect to Chaturmukha rasa. The IC50 value was calculated for all the above activity. Results: Streptozotocin with Acarbose showed significant decrease in blood glucose level whereas streptozotocin with Triphala kwatha showed more decrease in blood glucose level than Streptozotocin with Acarbose. The combination of Streptozotocin + Triphala kwatha + Chaturmukha rasa showed a significant decrease in blood glucose level on 21st day. In vitro $\acute{\alpha}$- Amylase Inhibitory Assay the Chaturmukha rasa showed IC50 value $495.94{\mu}l$ when compared with Acarbose $427.33{\mu}l$, respectively. In the ${\alpha}-Glucosidase$ Inhibitory Assay Chaturmukha rasa showed IC50 value $70.93{\mu}l$ when compared with Acarbose $102.28{\mu}l$, respectively. In vitro Sucrase Inhibitory Assay Chaturmukha rasa showed IC50 value $415.4{\mu}l$ when compared with Acarbose $371.43{\mu}l$, respectively. Conclusion: This study supports that Chaturmukha rasa may inhibit diabetes by inhibition of salivary amylase or alpha Glucosidase or sucrase. This may be the mechanism by which Chaturmukha rasa inhibits diabetes. Further this study supports the usage of Chaturmukha rasa for the management of diabetes.
Kim, Ji-Hye;Kang, Min-Jung;Choi, Ha-Neul;Jeong, Soo-Mi;Lee, Young-Min;Kim, Jung-In
Nutrition Research and Practice
/
v.5
no.2
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pp.107-111
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2011
The objective of this study was to investigate the hypoglycemic effects of quercetin (QE) in animal models of diabetes mellitus (DM). A starch solution (1 g/kg) with and without QE (100 mg/kg) or acarbose (40 mg/kg) was orally administered to streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats after an overnight fast. Postprandial plasma glucose levels were measured and incremental areas under the response curve were calculated. To study the effects of chronic feeding of QE, five-week-old db/db mice were fed an AIN-93G diet, a diet containing QE at 0.08%, or a diet containing acarbose at 0.03% for 7 weeks after 1 week of adaptation. Plasma glucose and insulin, blood glycated hemoglobin, and maltase activity of the small intestine were measured. Oral administration of QE (100 mg/kg) or acarbose (40 mg/kg) to STZ-treated rats significantly decreased incremental plasma glucose levels 30-180 min after a single oral dose of starch and the area under the postprandial glucose response, compared with the control group. QE (0.08% of diet) or acarbose (0.03% of diet) offered to db/db mice significantly reduced both plasma glucose and blood glycated hemoglobin compared to controls without significant influence on plasma insulin. Small intestine maltase activities were significantly reduced by consumption of QE or acarbose. Thus, QE could be effective in controlling fasting and postprandial blood glucose levels in animal models of DM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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