Effect of blueberry and blackcurrant anthocyanins on metabolic disorders in rats with alimentary obesity

• Alexander G. Krasutsky
• Ilya V. Aksenov
• Anastasya S. Balakina
• Nikita V. Trusov
• Galina V. Guseva
• Viktor A. Tutelyan

Abstract

Obesity is one of the most current problems of modern public health care, due to its significant contribution to the development of metabolic disorders leading to the manifestation of associated pathologies, including non-alcoholic fatty liver disease and diabetes mellitus. The main reason for the observed increase in the obesity prevalence among the population of developed countries in recent decades is considered to be changes in lifestyle, including excessive calorie intake along with increased content of saturated fats and simple carbohydrates in the diet. Bioactive compounds of plant origin are presently viewed as promising regulators of metabolic processes. Particular attention of researchers is drawn to anthocyanins – polyphenolic compounds contained in significant amounts in blueberries and blackcurrants.

The aim of the research was to study the effects of blueberry and blackcurrant anthocyanins on metabolic disorders in rats with alimentary obesity.

Material and methods. A prospective study was conducted on male Wistar rats (with an initial body weight of 72.0±0.8 g) fed for 13 weeks a semi-synthetic balanced diet (group 1, n=8); a high-calorie choline-deficient diet (HCCDD) (group 2, n=8); and a high-calorie choline-deficient diet supplemented with bilberry and blackcurrant extract at an average daily dose of 11 mg of anthocyanins per 1 kg of body weight (group 3, n=8). Morphometric parameters, glucose tolerance, blood biochemical parameters, antioxidant status, gene expression of enzymes and transcription factors of carbohydrate and lipid metabolism in the liver were studied.

Results. Consumption of HCCDD by the animals (group 2) led to the development of alimentary obesity and fatty hepatosis, increased blood alanine aminotransferase activity, liver paraoxonase-1 activity and glutathione peroxidase gene expression, decrease in glucose tolerance and blood level of free fatty acids, total cholesterol and uric acid, and blood total antioxidant activity, suppression of gene expression of de novo lipogenesis and glycolysis enzymes, membrane glucose transfer proteins in the liver relative to the rats of group 1. Administration of anthocyanins in the 3^rd group mitigated negative metabolic effects of HCCDD, was accompanied by normalization of blood level of free fatty acids and total protein, glutathione peroxidase gene expression in the liver.

Conclusion. Inclusion of bilberry and blackcurrant anthocyanins in the HCCDD normalises some indicators of antioxidant status, lipid and protein metabolism without significant effect on body weight and composition, as well as glucose tolerance and severity of fatty hepatosis in rats. The obtained data may be in demand for the development of foods for special dietary uses intended as part of the complex prevention and therapy of obesity.

Keywords: anthocyanins; high-calorie choline-deficient diet; alimentary obesity; fatty hepatosis; glucose tolerance; morphometric parameters; blood biochemical parameters; antioxidant status; gene expression of enzymes and transcription factors

Ожирение является одной из наиболее актуальных проблем современности, что связано с его значительным вкладом в развитие метаболических нарушений, приводящих к развитию ассоциированных патологий, в том числе неалкогольной жировой болезни печени и сахарного диабета [1, 2]. Распространенность ожирения имеет тенденцию к росту. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2022 г. ожирение имели около 16% взрослого населения мира, при этом его распространенность среди взрослых более чем удвоилась по сравнению с 1990 г. [3]. Согласно данным Всемирного атласа ожирения, при сохранении существующих тенденций число взрослых, страдающих ожирением, в ближайшие десятилетия будет продолжать расти, что позволяет рассматривать его как одну из ведущих медико-социальных угроз современности [4]. Основными факторами роста распространенности ожирения считаются изменение структуры питания, избыточное потребление энергии за счет рационов с высоким содержанием насыщенных жиров и простых углеводов, а также снижение уровня физической активности [5].

Биологически активные соединения растительного происхождения рассматриваются в настоящее время как перспективные средства регуляции метаболических процессов. Особое внимание исследователей при этом привлекают антоцианины (полифенольные соединения, относящиеся по химической структуре к флавоноидам) [6-9], богатыми источниками которых в рационе являются черника и черная смородина [10]. Полагают, что антоцианины способны модулировать патофизиологические процессы, связанные с ожирением и неалкогольной жировой болезнью печени, оказывая антиоксидантное и противовоспалительное действие, регулируя липидный и углеводный обмен, а также состояние кишечной микробиоты [6, 11-13].

Цель работы - изучение влияния антоцианинов черники и черной смородины на метаболические нарушения у крыс с алиментарным ожирением.

Материал и методы

Экспериментальное исследование было проведено на крысах-самцах линии Wistar, полученных из питомника филиала "Столбовая" ФГБУН НЦБМТ ФМБА России. Эксперимент получил одобрение этического комитета ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" и проведен в соответствии с рекомендациями ГОСТ 33216-2014 "Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами". Животные после недельного карантина находились по 2 особи в пластиковых клетках на подстилке из древесных стружек при искусственном освещении с равной продолжительностью ночного и дневного периодов. Крысы были разделены на 3 группы (по 8 животных в каждой) и получали в течение 13 нед полусинтетический рацион [14]: сбалансированный (1-я группа, контроль; первая неделя - ad libitum, далее - в количестве, равном потреблению во 2-й группе) или высококалорийный холинодефицитный (ВКХДР) (2-я и 3-я группы; ad libitum). ВКХДР, который получали животные 3-й группы, обогащали стандартизованным экстрактом черники и черной смородины (Healthberry 865, Evonik Nutrition & Care GmbH, ФРГ) в среднесуточной дозе 11 мг антоцианинов на 1 кг массы тела. Выбранная доза соответствовала (с учетом межвидовых различий [15]) максимально допустимому уровню потребления антоцианинов в составе специализированных пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище¹. Выведение крыс из эксперимента проводили декапитацией с предварительным (за 16 ч) отъемом корма.

¹ Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю): решение Комиссии Таможенного союза от 28 мая 2010 г. (с изменениями на 16 декабря 2025 г.), Приложение 5.

Для оценки толерантности животных к глюкозе за 20 сут до окончания эксперимента проводили измерение ее уровня в крови, взятой из хвостовой вены [с помощью набора Accu‑Chek Performa Nano (Roche, США)] непосредственно до и через 30, 60, 90 и 120 мин после внутрижелудочного введения натощак глюкозы в дозе 2 г/кг массы тела в виде 40% раствора (ОАО НПК "ЭСКОМ", Россия).

Количество общей жировой ткани в организме крыс определяли за 5 сут до окончания эксперимента методом магнитно-резонансной релаксометрии с использованием анализатора EchoMRI-1100 (EchoMRI LLC, США).

Измерение массы тела проводили с использованием весов SK-2000 (A&D Scales Co., Ltd., Корея), массы печени - весов Scout Pro SPU202 [Ohaus Instruments (Shanghai) Co., Ltd., КНР].

Активность аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ), концентрацию общего белка, триглицеридов, свободных жирных кислот (СвЖК), холестерина общего (ХС), липопротеинов высокой (ЛПВП) и низкой (ЛПНП) плотности, глюкозы и мочевой кислоты в плазме крови определяли с использованием биохимического анализатора (Konelab 20i, Thermo Clinical Labsystems Oy, Финляндия).

Активность параоксаназы-1 (PON-1) и общую антиоксидантную активность (АОА) в крови и печени определяли спектрофотометрическим методом; содержание жира в печени - гравиметрическим методом [14]. Спектрофотометрическое определение в печени активности гемоксигеназы-1 (НО-1) проводили по методике S.J. McNally и соавт. [16].

Экспрессию генов ферментов и транскрипционных факторов, участвующих в антиоксидантной защите [каталаза (Cat), супероксиддисмутаза (Sod1), глутатион­пероксидаза (Gpx1)], липидном и углеводном обмене [ацетил-КоА-карбоксилаза 1 (Acaca), синтаза жирных кислот (Fasn), стеароил-КоА-десатураза (Scd), карнитин‑О‑пальмитоилтрансфераза 1 (Cpt1a), цитратсинтаза (Cs), липаза (Lipc), мембранный белок - переносчик глюкозы и фруктозы Glut2 (Slc2a2), субстрат рецептора инсулина (Irs1), пируваткиназа (Pklr), фосфофруктокиназа (Pfkl), рецептор ЛПВП (Scarb1), транскрипционный фактор FoxO1 (Foxо1), фосфолипаза А2 (Pla2g4a)] исследовали методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени [17].

Полученные данные представлены в виде среднего арифметического и стандартной ошибки среднего (M±m). Для установления статистически значимых (р<0,05) различий между группами использовали дисперсионный анализ и post hoc тест множественного сравнения Тьюки после предварительной проверки на нормальность распределения (тест Шапиро-Уилка).

Результаты

Морфометрические показатели

Употребление крысами ВКХДР в течение 12 нед как с добавлением антоцианинов, так и без них приводило к статистически значимому увеличению массы тела и содержанию жира в печени по сравнению с контролем (табл. 1).

Толерантность к глюкозе

После внутрижелудочного введения глюкозы величина площади под кривой ее уровня в крови у крыс 2-й группы, получавших ВКХДР (925±34 у. е.), была статистически значимо выше, чем у животных контрольной группы (816±15 у. е., р<0,05), что свидетельствовало о снижении их толерантности к глюкозе. У животных 3‑й группы, чей рацион обогащали антоцианинами, площадь под кривой уровня глюкозы также повышалась (913±32 усл. ед.), однако только на уровне тенденции (р=0,06).

Биохимические показатели крови

В крови крыс 2-й группы, содержавшихся на ВКХДР, наблюдалось статистически значимое повышение активности АЛТ и тенденция (р=0,10) к увеличению содержания общего белка, достоверное снижение концентрации СвЖК и общего ХС на фоне тенденции (р=0,05) к уменьшению уровня мочевой кислоты по сравнению с показателями животных контрольной группы (табл. 2). Добавление антоцианинов в состав ВКХДР у крыс 3-й группы приводило к нормализации концентрации СвЖК и общего белка, не оказывая значимого влияния на другие изученные показатели крови.

Антиоксидантный статус

По сравнению с контролем (получавшим сбалансированный рацион) у крыс 2-й группы, находившихся на ВКХДР, в печени было отмечено снижение АОА, повышение активности PON-1 (на уровне тенденции, р=0,09) и экспрессии Gpx1. При этом у животных 3-й группы, получавших антоцианины в составе ВКХДР, АОА была достоверно ниже как в печени, так и в крови при отсутствии значимых различий в экспрессии Gpx1 (табл. 3).

Ферменты липидного и углеводного обмена

Употребление ВКХДР приводило у животных 2-й группы к подавлению относительно контроля экспрессии генов мембранных белков - переносчиков глюкозы и фруктозы Glut2 (Slc2a2), транскрипционного фактора глюкогенеза FoxO1 (Foxo1), ферментов гликолиза (Pklr) и липогенеза de novo (Acaca, Fasn и Scd) в печени (табл. 4). Включение антоцианинов в состав ВКХДР (3-я группа) сопровождалось тенденцией к снижению экспрессии гена рецептора к инсулину (Irs1, р=0,06) и транскрипционного фактора глюкогенеза (Foxо1, р=0,08) по сравнению с показателями животных 2-й группы.

Обсуждение

В настоящей работе были изучены биохимические механизмы действия антоцианинов черники и черной смородины на развитие алиментарного ожирения у крыс. Употребление животными высококалорийного рациона с избыточным содержанием насыщенных жиров и фруктозы в течение 12 нед приводило к снижению толерантности к глюкозе, развитию алиментарного ожирения и жирового гепатоза. При этом было выявлено подавление экспрессии ряда ключевых генов, регулирующих липидный и углеводный обмен в печени: ферментов липогенеза de novo (Acaca, Fasn, Scd) и гликолиза (Pklr), белков - переносчиков глюкозы и фруктозы Glut2 (Slc2a2) и транскрипционного фактора глюконеогенеза (Foxо1). Выявление у крыс, получавших ВКХДР, поражения печени (маркером которого является повышение активности АЛТ) в виде жирового гепатоза (значительное увеличение содержания жира) свидетельствует о нарушении баланса между поступлением и утилизацией жира в печени, что приводит к развитию окислительного стресса (вследствие интенсификации процессов перекисного окисления липидов) и компенсаторной индукции ферментов антиоксидантной защиты, в первую очередь глутатионпероксидазы, катализирующей дезактивацию пероксидов, а также PON‑1, обеспечивающей защиту ЛПВП и ЛПНП от окислительной модификации. Отмеченное в печени подавление АОА связано, вероятно, со снижением содержания мочевой кислоты, вносящей основной вклад в совокупную восстанавливающую активность [14], что, в свою очередь, может быть обусловлено нарушением пуринового обмена. Наблюдаемое при этом снижение уровня СвЖК и общего ХС в крови может являться следствием подавления в печени экспрессии генов, участвующих в энергетическом обмене (Foxo1, Pklr, Acaca, Fasn, Scd), что может отражать адаптационные изменения метаболизма в условиях избыточного накопления липидов в печени. Биохимическим механизмом отмеченного нарушения толерантности к глюкозе у крыс, получавших ВКХДР, может являться уменьшение количества мембранных белков - переносчиков глюкозы и фруктозы GLUT2, экспрессия генов которых (Slc2a2) значимо снижалась в печени.

Обогащение антоцианинами ВКХДР оказывало положительное влияние на антиоксидантный статус, липидный и белковый обмен, что выражалось в нормализации экспрессии Gpx1 в печени, уровня СвЖК и общего белка в крови. Полученные результаты согласуются с данными современных систематических обзоров и метаанализов, свидетельствующих о способности антоцианинов оказывать благоприятное влияние на показатели липидного обмена и окислительного стресса при неалкогольной жировой болезни печени [13, 18, 19]. Антиоксидантное действие антоцианинов могло быть связано как с предупреждением образования активных форм кислорода, так и с их нейтрализацией вследствие прямого взаимодействия [6, 20]. Выявленная тенденция к снижению экспрессии гена субстрата рецептора к инсулину (Irs1) (что способствует повышению уровня глюкозы в крови [21]) и активирующего глюконеогенез и гликогенолиз транскрипционного фактора FoxO1 [22, 23] (что, в свою очередь, препятствует синтезу глюкозы) свидетельствует о разнонаправленном влиянии антоцианинов на углеводный обмен.

Заключение

Содержание крыс на ВКХДР приводит к развитию алиментарного ожирения, жирового гепатоза, окислительного стресса, подавлению процессов гликолиза и липогенеза de novo, нарушению пуринового обмена и толерантности к глюкозе. Введение антоцианинов черники и черной смородины в состав экспериментального рациона с повышенным содержанием насыщенных жиров и фруктозы приводит к нормализации антиоксидантного статуса, липидного и белкового обмена, не оказывая при этом существенного влияния на массу и состав тела, а также на толерантность к глюкозе и выраженность жирового гепатоза у крыс. Полученные данные могут быть востребованы при разработке специализированной пищевой продукции, предназначенной для использования в рамках комплексной профилактики и терапии алиментарного ожирения.

References

1. Komshilova K.A., Troshina E.A. Obesity and non-alcoholic fatty liver disease: personalized approaches to correction of metabolic risks. Meditsinskiy sovet [Medical Council]. 2018; (6): 132–136. DOI: https://doi.org/10.21518/2079-701X-2018-6-132-136 (in Russian)

2. Dedov I.I., Mokrysheva N.G., Mel’nichenko G.A., Troshina E.A., Mazurina N.V., Ershova E.V., et al. Clinical recommendations «Gestational diabetes mellitus» of the Russian Ministry of Health. Version of the year 2024. Vestnik reproduktivnogo zdorov’ya [Bulletin of Reproductive Health]. 2025; 4 (2): 14–30. DOI: https://doi.org/10.14341/brh12763

3. World Health Organization. Obesity and Overweight [Electronic resource]. Geneva: WHO, 2025. URL: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/obesity-and-overweight (date of access April 29, 2026).

4. World Obesity Federation. World Obesity Atlas 2025. London: World Obesity Federation, 2025.

5. Ng M., Reitsma M.B.; Collaborators of the GBD 2021 Adult BMI Forecasting Study et al. Global, regional, and national prevalence of adult overweight and obesity, 1990–2021, with forecasts to 2050: a forecasting study for the Global Burden of Disease Study 2021. Lancet. 2025; 405 (10 481): 813–38. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(25)00355-1

6. Krasutsky A.G., Aksenov I.V. Anthocyanins as a component of nutritional support for athletes: effects and molecular mechanisms. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2024; 93 (3): 5–13. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-3-5-13 (in Russian)

7. Ma Z., Du B., Li J., Yang Y., Zhu F. An insight into anti-inflammatory activities and inflammation-related diseases of anthocyanins. Int J Mol Sci. 2021; 22 (20): 11076. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms222011076

8. Hair R., Sakaki J.R., Chun O.K. Anthocyanins, microbiome and health benefits in aging. Molecules. 2021; 26 (3): 537. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules26030537

9. Li X., Shi Z., Zhu Y., Shen T., Wang H., Shui G., et al. Cyanidin-3-O-glucoside improves non-alcoholic fatty liver disease by promoting PINK1-mediated mitophagy in mice. Br J Pharmacol. 2020; 177 (15): 3591–607. DOI: https://doi.org/10.1111/bph.15083

10. Moyer R.A., Hummer K.E., Finn C.E., Frei B., Wrolstad R.E. Anthocyanins, phenolics and antioxidant capacity in diverse small fruits. J Agric Food Chem. 2002; 50 (3): 519–25. DOI: https://doi.org/10.1021/jf011062r

11. Xu Y., Ke H., Li Y., Хie L., Su H., Xie J., et al. Malvidin-3-O-glucoside from blueberry ameliorates non-alcoholic fatty liver disease by regulating TFEB-mediated lysosomal function and activating the Nrf2/ARE signaling pathway. J Agric Food Chem. 2021; 69 (16): 4663–73. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c06695

12. Ruy C.C., Dos Santos T.W., Pereira Q.C., Ribeiro M.L. Anthocyanins modulation of gut microbiota to reverse obesity-driven inflammation and insulin resistance. Nutrients. 2025; 17 (23): 3727. DOI: https://doi.org/10.3390/nu17233727

13. Khan N.N., Zurayyir E.J., Almuslem M.Y., Alshamrani R, Alamri R.A., Sulaimani G.H., et al. Anthocyanins as adjuvant treatment for non-alcoholic fatty liver disease: a systematic review and meta-analysis. Cureus. 2024; 16 (6): e63445. DOI: https://doi.org/10.7759/cureus.63445

14. Kravchenko L.V., Aksenov I.V., Nikitin N.S., Guseva G.V., Avrenyeva L.I., Trusov N.V., et al. Lipoic acid exacerbates oxidative stress and lipid accumulation in liver. Nutrients. 2021; 13 (6): 1999. DOI: https://doi.org/10.3390/nu13061999

15. Khabriev R.U. (ed.). Guidelines for preclinical studies of new pharmacological substances. 2nd ed. Moscow: Meditsina, 2005: 832 p. ISBN: 5-225-04219-8 (in Russian)

16. McNally S.J., Ross J.A., Garden O.J., Wigmore S.J. Optimization of paired enzyme assay for heme oxygenase activity. Anal Biochem. 2004; 332 (2): 398–400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ab.2004.06.024

17. Trusov N.V., Semin M.O., Shipelin V.A., Apryatin S.A., Gmoshinsky I.V. Gene expression in the liver of rats receiving a combination of resveratrol and L-carnitine under normal and obese conditions. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2021; 90 (5): 25–37. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-5-25-37 (in Russian)

18. Kozłowska A. Clinical insights into non-alcoholic fatty liver disease and the therapeutic potential of flavonoids: an update. Nutrients. 2025; 17 (6): 956. DOI: https://doi.org/10.3390/nu17060956

19. Mandal B., Das R., Mondal S. Anthocyanins: potential phytochemical candidates for the treatment of non-alcoholic fatty liver disease. Ann Pharm Fr. 2024; 82 (3): 373–91. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pharma.2024.02.005

20. Huang W., Zhu Y., Li C., Sui Z., Min W. Effect of blueberry anthocyanins on antioxidant properties in endothelial cells. Oxid Med Cell Longev. 2016; 2016: 1591803. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/1591803

21. Tkachuk V.A., Vorotnikov A.V. Molecular mechanisms of insulin resistance development. Biokhimiya [Biochemistry]. 2014; 79 (8): 987–1003. DOI: https://doi.org/10.1134/S0006297914080016 (in Russian)

22. Nakae J., Kitamura T., Silver D.L., Accili D. The forkhead transcription factor FoxO1 confers insulin sensitivity onto glucose-6-phosphatase expression. J Clin Invest. 2001; 108 (9): 1359–67. DOI: https://doi.org/10.1172/JCI12876

23. Haeusler R.A., Kaestner K.H., Accili D. FoxOs function synergistically to promote glucose production. J Biol Chem. 2010; 285 (46): 35 245–8. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.C110.175851

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.