Evaluation of the effect of A. unedo L. extracts on blood indices and microelements status in high-fat STZ-induced diabetic rats

Abstract

The strawberry tree (Arbutus unedo L.) is an endemic shrub, which grows in the Mediterranean region. In Portugal, it can be found through all the country but mostly in the south. The fruit is used to produce hams and jellies and firewater, reason why the fruit’s chemical composition is relatively well known, when compared to the leaves. Until now, there are only a few studies concerning the leaves’ chemical composition and the existing mainly focus on their phenolic content. This plant has long been used in folk medicine to treat a vast amount of illnesses like gastrointestinal disorders, gastritis, dermatologic and urological problems, kidney problems and cardiovascular diseases. However, very few studies in vivo have been performed about these medicinal properties until now. Diabetes is a pandemic disease that affects millions of people. There are only two studies about A. unedo root’s aqueous extract antidiabetic properties. This study evaluated the anti-diabetic effect of strawberry tree (Arbutus unedo L.) fruit and leaf aqueous extracts in streptozotocin (STZ) induced diabetic rats fed with a high-fat diet. Firstly the optimal parameters to obtain the fruit aqueous extract were established. After that, the leaves and fruits aqueous extracts were characterized in terms of total phenolic content (TPC). Leaf aqueous extracts presented a higher TPC concentration than the fruit aqueous extract. Male Wistar rats were injected with STZ, after a 2 week feeding with high-fat diet in order to induce non-insulin dependent type 2 diabetes. After confirmation of the rats’ diabetic state, the animals were fed with Arbutus unedo L. fruit aqueous extract or leaf aqueous extract added to the high-fat diet for 4 weeks. The extracts were given in the following doses: 1.25g /kg b.w./day for leaf extract and 0.5g /kg b.w./day for fruit extract. After the animals were sacrificed analyses were perform for blood indices, haematological indices, mineral tissular status and gene expression. Arbutus unedo L. fruit extract presented a tendency to lower blood glucose levels. More beneficial effects were seen for this extract in terms of regulating TNF-α gene expression in muscular tissue. Some effects in zinc renal homeostasis were also shown, although they were not very significant. The leaf extract, appeared to be more efficient in regulating insulin levels and improving HOMA-IR index. It also presented a tendency towards lowering blood glucose levels. Both extracts proved to efficiently improve insulin sensitivity (leaf extract in a larger extent). In this study, there were also some good preliminary results, as the groups supplemented with this extracts showed a tendency in decreasing serum creatinine and/or phosphatase concentration, improving the Red Cell Distribution Width measured with standard deviation (RDW-SD) and lymphocytes concentration. Positive antidiabetic and anti-inflammatory aspects were found for both aqueous extracts. The results obtained confirm the mid-therapeutically effects of A. unedo as the plant’s material effectively improved insulin sensitivity (HOMA-IR index) although failed to significantly modulate glucose metabolism. This study was the first in vivo trial on a type 2 diabetes animal model that evaluated the antidiabetic potential of Arbutus unedo L. fruits and leaves aqueous extracts.

O medronheiro (Arbutus unedo L.) é um arbusto endémico que cresce em toda a região Mediterrânica. Em Portugal, pode ser encontrado em todo o território continental, principalmente na zona sul do país. O fruto é utilizado na produção de compotas, marmeladas e aguardente, pelo que a composição química deste é relativamente bem conhecido quando comparado com as folhas. Actualmente, existem poucos estudos sobre a composição química das folhas, sendo que a maioria visa apenas o seu conteúdo em compostos fenólicos. Esta planta tem sido utilizada na medicina popular para tratar diversas doenças tais como distúrbios gastrointestinais, gastrite, problemas dermatológico, urológicos, renais e cardiovasculares. No entanto, até ao momento existem poucos estudos in vivo que atestem estas propriedades medicinais, o que justifica a realização deste tipo de ensaios. No caso da diabetes, que afecta milhões de pessoas em todo o mundo, existem apenas dois estudos sobre as propriedades antidiabéticas do extrato aquoso das raízes de A. unedo. O presente trabalho de mestrado avaliou o potencial antidiabético dos extractos aquosos das folhas e frutos do medronheiro. O estudo foi efectuado em ratos diabéticos (diabetes induzida por Estreptozotocina - STZ) alimentados com uma ração rica em gordura. Primeiramente foram optimizados os parâmetros de extracção para a obtenção do extrato aquosos do fruto. De seguida os extratos aquosos de folhas e frutos foram caracterizados em termos de teor em fenóis totais. O extrato aquoso das folhas apresentou uma maior concentração de fenóis totais do que o extrato aquoso do fruto. Ratos Wistar do sexo masculino foram injectados com STZ após serem alimentados durante 2 semanas com uma dieta rica em gordura. Desta forma induziu-se diabetes tipo 2, não dependente de insulina. Após a confirmação da condição diabética dos ratos, a dieta rica em gordura continuou a ser administrada aos animais. No entanto, as dietas foram suplementadas com extrato aquoso ou do fruto ou das folhas de Arbutus unedo L., num tratamento com a duração de 4 semanas. Os extratos foram administrados nas seguintes doses: 1.25g /kg peso corporal/dia no caso do extrato da folhas 0.5g /kg peso corporal/dia no caso do extrato do fruto. Efectuaram-se análises a parâmetros do sangue, hematológicos, à homeostasia mineral dos tecidos e à expressão de determinados genes após os animais serem sacrificados. O extrato do fruto apresentou uma tendência a regular os níveis de glucose no sangue. Outros efeitos benéficos foram atribuídos a este extrato, nomeadamente ao nível da regulação da expressão do gene de TNF-α a nível muscular. Este extrato também apresentou alguns efeitos ao nível da regulação da homeostase renal de zinco, embora não muito significativos. O extrato da folha provou ser mais eficiente a regular os níveis de insulina, a melhorar a resistência à insulina (HOMA-IR). Também apresentou uma tendência a regular os níveis de glucose no sangue. Ambos os extratos aumentaram de forma eficiente a sensibilidade à insulina (embora o extrato da folha o tenha feito de forma mais pronunciada). Obtiveram-se ainda bons resultados preliminares, uma vez que estes extratos demostraram que ocorreu uma tendência em termos de diminuição da concentração de creatinina e/ou fosfatase, de aumento do valor do parâmetro de Amplitude de Distribuição dos Eritrócitos medido como Desvio Padrão (RDW-SD), de aumento da concentração de linfócitos e diminuíram. Para ambos os extratos foram detectados efeitos antidiabéticos e anti-inflamatórios. Os resultados obtidos confirmam que A. unedo apresenta alguns efeitos terapêuticos, embora ligeiros. Os extratos desta planta melhoraram significativamente a sensibilidade à insulina mas não conseguiram regular significativamente o metabolismo da glucose. Este estudo foi o primeiro, num modelo animal de diabetes tipo 2 que avaliou o potencial antidiabético dos extratos aquosos dos frutos e folhas de Arbutus unedo L.