생 약 학 회 지
Kor. J. Pharmacogn.
38(4) : 308
∼311 (2007)
308
청열약 추출물들의 아세틸콜린에스테라제 저해와 베타아밀로이드 펩티드 응집 억제 효능
권영이*
우석대학교
,
약학대학,
전라북도완주군삼례읍우) 565-701
Inhibitory potency of Acetylcholinesterase and Amyloid beta(1-42) peptide aggregation to the Extracts of Enthusiasm Reducing herbals
Young-Ee Kwon*
College of Pharmacy, Woosuk University, Samnye-eup, Wanju-gun, Jeonbuk 565-701, Republic of Korea
Abstract −
Inhibition of acetylcholinesterase and amyloid beta(1-42) peptide is good drug targets for Alzheimer ’ s disease ther- apeutics. Among the twenty enthusiasm reducing herbals, the 70% methanol extracts (1 mg/ml) of Moutan Radicis Cortex and Forsythiae Fructus showed 91.5% and 85.3% about acethylcholinesterase inhibition, respectively. The extracts (1 mg/ml) of Coptidis Rhizoma and Paeoniae Radix Rubra showed more than 85% inhibition rate against amyloid beta (1-42) peptide aggre- gation. The neuroprotective effect of the extracts (1 mg/ml) of Moutan Radicis Cortex, Forsythiae Fructus and Paeoniae Radix Rubra showed 90.0%, 87.4% and 85.1% to compare with amyloid beta (1-42) peptide treated cells (IMR-32), respectively.
Three herbs, Moutan Radicis Cortex, Forsythiae Fructus and Paeoniae Radix Rubra are promising candidates from natural products for development of Alzheimer's disease therapeutics.
Key words −
Alzheimer ’ s disease, acetylcholinesterase, amyloid beta(1-42), Moutan Radicis Cortex, Gardeniae Fructus
오늘날알츠하이머병은암
,
심장질환,
뇌졸중에이어노인사망의네번째원인이되었으며
, 85
세이상인구의약47%
가알츠하이머병증상을나타내고있고
,
국내환자수는약28
만명인것으로알려져있다.
알츠하이머병은1910
년독일의신경병리학자인
Alois Alzheimer
에의해발견되었고,
원인은아직정확히밝혀지지않았으나약
5%
만이유전적이며
, 95%
는환경및복합적인원인으로발병하는것으로알려져있다
.
1) 원인으로는amyloid precursor protein (APP), presenillin 1 (PS1), presenillin 2 (PS2)
유전자등의변이로인한뇌의기질적인병변으로신경세포나조직이파괴되어 중추신경계의이상을불러일으키는신경퇴행성질환으로알 려져있다
.
2-3)알츠하이머병의주요한원인은뇌신경전달물질인
acetylcholine
의뇌중농도의감소와베타아밀로이드단백질의응집으로인한뇌세포의퇴행으로알려져있다
.
4-5)중추신경계의
choline system
관련신경전달물질들과이들의세포내대사에관여하는효소및유전자들과
APP
와관련된유전자및효소들의대사는상호상관관계가있을것 으로예상되었고
,
최근문헌에이들의상호관계에대한연구결과가보고되었다
.
6-10)현재까지미국식품의약품안전청으로부터알츠하이머병치료제로승인받아임상에서사용 되는 의약품은 모두 아세틸콜린 억제제로
tacrine (Cognex
TM),
11)donepezil (Aricept
TM),
12)rivastigmine (Exelon
TM)
13) 등과 천연물 추출 성분인galanthamine (Reminyl
TM)
14)이있다.
신경병리학적인연구에서베타아밀로이드펩티드가알츠 하이머병을유발시키는신경섬유종을만드는가장주요한 물질임이밝혀져
,
이에대한연구가활발히진행되고있다.
베타아밀로이드펩티드는
38
개에서43
개정도의아미노산으로이루어져있는데특히신경세포에독성을일으키는것은
42
개의펩티드로알려져있다.
15)특히,
뇌신경세포에서베타아밀로이드펩티드
(A
β1-42)
가과잉생성되고이들이응집을일으켜계속불용성아밀로이드덩어리를형성하여병변을
*교신저자(E-mail):[email protected] (FAX):063-290-1812
Vol. 38, No. 4, 2007 309
유발한다는증거가발견되면서베타아밀로이드펩티드응 집억제는효과적인새로운치매치료제를개발하는데있어 서주요한약물표적이되었다
.
16)이에본저자는청열약이치매치료에효능을나타내는지 검토하기위하여청열약중사용빈도수가비교적높은생약 인목단피
,
지모,
치자,
하고초,
금은화,
진피,
죽엽,
결명자,
적작약
,
생지황,
연고,
포공영,
어성초,
자근,
황련,
황금,
황백
,
모근,
고삼,
노근등20
종생약추출물에대하여아세틸콜린에스테라제저해효능과베타아밀로이드펩티드응집억 제효능을시험하였고
,
이들생약중비교적효능이좋은목단피
,
치자,
적작약,
연교,
황련에대한신경세포보호능을시험하여약간의지견을얻었기에이를보고하고자한다
.
재료 및 방법
시약 및 기기 −
Acethylcholinesterase
의활성측정에사용한
Acetylcholinesterase (Type V-S), acetylcholine iodide, 5,5-dithio-bis(2-nitrobenzoic acid), neostigmine bromide
는Sigma Chemical Co.
의제품을 사용하였으며,
기기는UV- VIS Spectrophotometer (SmartSpec3000, BioRad)
와Fusion spectrophotometer (Packard BioScience Company)
를 사용하였다
.
베타아밀로이드의응집정도를측정하는데사용한베타아밀로이드
(A
β1-42)
는미국의 아메리칸펩티드사(American Peptide Co. USA)
의 제품을, thioflavinT, phosphate buffered saline tablet, MTT [3-(4,5- dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide]
는미국의시그마화학회사의제품을사용하였으며
,
기타시약은특급의시약을사용하였다
.
형광분광분석기는일본의시마즈사
(RF-5300PC, Shimadzu Corp.)
의기기를사용하였다.
실험재료 및 추출 −실험에사용한청열약에속하는생 약인목단피
,
지모,
치자,
하고초,
금은화,
진피,
죽엽,
결명자
,
적작약,
생지황,
연고,
포공영,
어성초,
자근,
황련,
황금,
황백
,
모근,
고삼,
노근등20
종생약은경동시장에서포장된제품을구입하였다
.
각각의생약은70%
메탄올을추출용매로사용하여
Soxhlet
장치로약2
시간가열하여추출후용매를수용액상에서감압농축후
,
동결건조하여사용하였다
.
아세틸콜린에스테라제 저해활성 측정
- Acetylcholine- sterase
저해활성측정은Ellman
법을변형하여행하였다.
효소는일정량씩분주하여
,
−80
oC
하에서보관하였으며,
최종농도는
0.03 unit
의농도로사용하였으며,
기질은0.1 M
의sodium phosphate buffer (pH 8.0)
에 녹인1000
µM
의acetylcholine iodide
를사용하였으며,
발색시약은39.6 mg
의
5,5-dithio-bis(2-nitrobenzoic acid)
와15 mg
의sodium bicarbonate
를0.1 M
의sodium phosphate buffer (pH 7.0)
10 ml
에녹여제조하였다.
효소반응은다음과같이전개하였다
. 2 ml
의sodium phosphate buffer (pH 8.0)
에200
µl
의DTNB
용액과100
µl
의효소(0.03 U)
를가한뒤37
oC
에서10
분간preincubation
을하고,
기질200
µl
를가해3
분간반응후흡광도
(412 nm)
를측정하였다.
베타아밀로이드(Aβ1-42) 응집 저해활성 측정 −베타아 밀로이드의 응집 정도측정은형광 분석법
(ThioflavinT assay)
을이용하였다.
베타아밀로이드(A
β1-42)
펩티드는영하
80
oC
에서보관하였으며,
측정시사용한최종농도는5
µM
의농도로사용하였다.
합성된화합물은실험직전99.5%
의
DMSO
에녹여완충용액으로농도별로희석하여사용하였으며
,
형광물질로사용하는5
µM
의thioflavinT
는0.01 M
인산소다완충용액에녹여제조하였다
. A
β1-42
응집억제정도를측정하기위하여
0.01 M
인산소다완충용액92.5
µl에일정농도로만든생약추출물
5
µl씩가하고, 5
µM A
β1- 42 2.5
µl를가한뒤, 37
oC
에서26
시간 배양하여응집시키고
, 5
µM thioflavinT 2,000
µl를가하여형광분광분석기로측정하였다
.
이때사용한형광분광분석기의파장값은Ex = 446 nm (slit width = 5 nm), Em = 490 nm (slit width=10 nm)
이며,
동일한실험을적어도3
회이상반복하였다
.
치매세포모델 제작 및 신경세포 손상 억제능 검색−사 람신경세포인
IMR-32 cell
은ATCC
에서구입하였고, 10%
heat-inactivated fetal calf serum (Gibco BRL, Gaither- sburg, Md., USA), penicillin (100 units/ ml), and strep- tomycin (100 g/ml)
첨가된EMEM (ATCC, USA)
배지에서37, 5% CO
2상태로대수증식기까지 배양하였다.
배양된IMR-32
세포를9
×10
4cells/cm
2 농도로96-well plate
에심고
2
시간 동안안정화후beta-amyloid
단독처리군, beta- amyloid (
최종농도20 uM/0.1% acetic acid)
와천연물추출물들을각각
0.1 mg/ml
농도로같이처리한군으로나누어
48
시간동안37, 5% CO
2 상태에서세포를배양하였다. MTT
시약(5 mg/ml)
을50 ul/well
씩가하여4
시간반응시킨후
DMSO 100 ul/well
가한후ELISA plate reader (Bio- Tek Instruments. Inc., Vermont, USA)
를이용하여570 nm
에서흡광도를측정한다
.
공시험으로보정하고,
같은시험을
3
개well
에서3
회이상실시하였다.
결과 및 고찰
문헌에의하면주로이열
(
裏熱)
을청해(
淸解)
하는약을청열약
(
淸熱藥)
이라한다.
청열약은약성이한량(
寒凉)
하고청열사화
(
淸熱瀉火),
조습(
組濕),
양혈(
凉血),
해독(
解毒)
및청허열
(
淸虛熱)
하는효능이있으며,
염증을완화시키고,
항균작용이있는것으로알려져있다
.
17)치매는뇌세포의퇴화로말미암아기억력
,
인지능력감퇴,
학습력저하등의증세를나타내게되는질환이다
.
뇌세포가퇴화는많은원인310 Kor. J. Pharmacogn.
이있으나노화가주된원인으로노화로인하여혈액중활 성산소나노화물질이많아지면서더욱가속화되는것으로 알려져있다
.
이에본저자는청열약의양혈작용에관심을가지게되었고
,
치매와의연관성을검토하기위하여청열약중사용빈도수가비교적높은생약
20
종의70%
메탄올추출물
1 mg/ml
농도에서치매치료에효과적인약물표적인아세틸콜린에스테라제저해작용과
A
β1-42펩티드응집저해 효능을검색하였고,
그시험결과를Table I
에나타내었다.
아세틸콜린에스테라제에대하여가장높은저해율을나타 낸생약은목단피로
91.5% (1 mg/ml)
을나타내었고,
그다음으로동일농도에서연교
85.3%,
치자67.8%,
적작약65.2
%
의저해능을보여주었다.
지모,
하고초,
죽엽,
생지황,
어성초는아세틸콜린에스테라제저해능이거의없는것으로 나타났다
. A
β1-42응집저해능은황련85.9%,
적작약85.2
%
로비슷한경향을보여주었고,
그다음으로치자73.9 %,
모근
66.7%,
연교56.5%
의순으로활성을나타내었으며,
하고초
,
결명자,
생지황,
자근,
황금,
황백,
고삼,
노근은거의활성이나타나지않았다
.
따라서,
비교적생리활성을나타낸생약인목단피
,
치자,
적작약,
연교,
황련추출물에대한신경세포보호능을시험하여
,
치매치료에효능을가질 수있는지에 대하여검토하기로 하였다
.
목단피의주성분은phenol
류, monoterpene glycoside
류, tanin
류및stilbene
류이며알려진약리작용으로는항균
,
항바이러스,
항염,
통경,
진정
,
항산화및혈압강하작용이있으며,
돌연변이억제작용이있는것으로알려져있다
.
치자의주성분은iridoid
류,
monoterpenoid
류및quinic acid
류등이있으며,
알려진약리작용으로는이담
,
간기능강화,
간세포보호,
혈압강하,
항산화작용등이다
.
적작약은 작약과 성분이 거의 같아paeoniflorin
계열 유도체와tannin
류 및oleanolic acid, hederagenin, betulinic acid
등이있으며,
알려진약리작용으로는진정및진경작용
,
혈압강하,
항종양작용및면역증강작용이다
.
연교의주성분은lignan
계화합물과caffeic acid glycoside, triterpenoid alc flavonoid
이며,
약리작용은 항균,
항바이러스
,
강심,
이뇨,
진토,
항알러지작용및뇌세포보호작용이 있는 것으로 알려져 있다
.
황련의 주성분은isoquinoline alkaloid, phenol
성 화합물, lignan
계 화합물, coumarinolignane
등이있으며,
약리작용은항균,
항염,
중추신경억제작용등이있는것으로알려져있다
.
18)Table I.
Acetylcholinesterase inhibition and A
βaggregation inhibition of each extracts of the Enthusiasm Reducing herbals
No.
生藥Pharmacognogy Latin name AChE Inhibition
(%, 1 mg/ml) A
β1-42aggregation Inhibition (%, 1 mg/ml)
1
牧丹皮Moutan Radicis Cortex 91.5 29.8
2
知母Anemarrhenae Rhizoma 9.2 43.1
3
梔子Gardeniae Fructus 67.8 73.9
4
夏枯草Prunellae Spica 5.1 0
5
金銀花Lonicerae Flos 22.2 37.2
6
陳皮Citri Rericarpium 41.9 48.5
7
竹葉Lophatheria Herba 5.2 36.7
8
決明子Cassiae Semen 22.5 10.8
9
赤芍藥Paeoniae Radix Rubra 65.2 85.2
10
生地黃Rehmanniae Radix 5.4 3.9
11
連翹Forsythiae Fructus 85.3 56.5
12
蒲公英Taraxaci Herba 10.5 3.5
13
魚腥草Houttuyniae Herba 5.8 45.9
14
紫根Lithospermi Radix 12.1 0
15
黃連Coptidis Rhizoma 35.6 85.9
16
黃芩Scutellariae Radix 25.6 5.8
17
黃柏Phellodendri Cortex 29.6 6.5
18
茅根Imperatae Rhizoma 35.8 66.7
19
苦蔘Sophorae Radix 45.9 6.2
20
蘆根Phragmitis Rhizoma 23.1 2.5
Each natural herbals were extracted from 70% methanol. The detection of acetylcholinesterase inhibition was tested by Ellman ’ s
method and the calculation was performed the following formular. Inhibition rate(%)=[1-(Test O.D.-Test blank O.D.)/(control
O.D.-control blank O.D.)]
×100. The each value of A
βaggregation inhibition was got from Thioflavin T assay using fluoro-
spectrometer.
Vol. 38, No. 4, 2007 311
신경세포주인
IMR-32
에A
β1-42펩티드를20 uM
농도로처리하였을때
,
아무것도처리하지않은대조군에비하여세포생존율은
49.1%
로나타나약50%
의신경세포저해가일어난치매세포모델이되었음을확인하였다
.
목단피,
치자,
적작약
,
연교및황련추출물의치매세포모델에대한신경세포보호능시험결과는
Table II
에나타내었다.
목단피추출물은대조군의세포생존율을
100%
로보았을때90%
의세포생존율을 나타내었고
,
적작약85.1%,
연교87.4%,
황련76.4%,
치자68%
순으로세포생존율을보여주었다.
이시험결과는이들생약추출물이
A
β1-42펩티드로인하여세포 독성을일으킨신경세포에대하여세포보호효과를나타낸 것으로판단된다.
따라서,
시험대상청열약20
종중치매효능약물표적인아세틸콜린에스테라제억제에대하여비교적 좋은활성을나타낸생약은목단피와연교이며
, A
β1-42펩티 드응집억제에대하여비교적좋은활성을보여준생약은 적작약과황련으로나타났으며,
뇌세포신경보호효능을나타낸생약은목단피
,
연교,
적작약으로나타났다.
본연구결과이들
3
종생약은치매에효능을나타낼수있는후보생약으로간주될수있으며
,
이들의개개성분에대한연구가필요할것으로사료된다
.
인용문헌
1. Khachaturian Z.S. (1985) Diagnosis of Alzhemier ’ s Disease.
Arch. Neurol.
42, 1097.
2. Selkoe D.J. (1999) Translating Cell Biology into Therapeutic Advances in Alzhemier ’ s Disease. Nature ,
399, A23-A31.
3. Hollander E, Mohs R.C., Davis K.L. (1986) Cholinergic Approaches to the Treatment of Alzheimer's Disease. Br.
Med. Bull.
142, 97.
4. Pietrzik C., Behl C. (2005) Concepts for the treatment of Alzheimer ’ s disease: molecular mechanisms and clinical application. Int. J. Exp. Pathol.
86, 173.
5. Silverberg G.D., Mayo M., Saul T., Carvalho J., McGuire D.
(2004) Novel ventriculo-peritoneal shunt in Alzheimer ’ s dis- ease cerebrospinal fluid biomarkers. Expert. Rev. Neurother.
4
, 97.
6. Cottingham M.G., Voskuil J.L., Vaux D.J. (2003) The intact human acetylcholinesterase C-terminal oligomerization do- main is alpha-helical in situ and in isolation, but a shorter fragment forms beta-sheet-rich amyloid fibrils and proto- fibrillar oligomers. Biochemistry ,
42, 10863.
7. Prous J., Rabasseda X., Castaner J. (1996) SDZ-ENA-713 Cognition Enhancer Acetylcholinesterase Inhibitor. Drugs Future ,
19, 656.
8. Lilienfeld S. (2002) Galantamine-a novel cholinergic drug with a unique dual mode of action for the treatment of patients with Alzheimer ’ s disease. CNS Drug Rev.
8, 159.
9. Cottingham M.G., Hollinshead M.S., Vaux D.J. (2002) Amy- loid fibril formation by a synthetic peptide from a region of human acetylcholinesterase that is homologous to the Alzhe- imer ’ s amyloid-beta peptide. Biochemistry ,
41, 13539.
10. De Ferrari G.V., Canales M.A., Shin I., Weiner L.M., Silman I., Inestrosa N.C. (2001) A structural motif of acetylcho- linesterase that promotes amyloid beta-peptide fibril for- mation. Biochemistry ,
40, 10447.
11. Kurz A. (1998) The therapeutic potential of tacrine. J. Neural Transm. Suppl.
54, 295.
12. Sugimoto H. (2001) Donepezil hydrochloride: a treatment drug for Alzheimer ’ s disease. Chem. Rec.
1, 63.
13. Jann M.W. (2000) Rivastigmine, a new-generation cho- linesterase inhibitor for the treatment of Alzheimer ’ s disease.
Pharmacotherapy ,
20, 1.
14. Zarotsky V., Sramek J.J., Cutler N.R. (2003) Galantamine hydrobromide: an agent for Alzheimer's disease. Am. J.
Health Syst. Pharm .
60, 446.
15. Barril X., Orozco M., Luque F.J. (2001) Towards improved acetylcholinesterase inhibitors: a structural and computa- tional approach. Mini. Rev. Med. Chem.
1, 255.
16. Gong Y., Chang L., Viola K.L., Lacor P.N., Lambert M.P., Finch C.E., Krafft G.A., Klein W.L. (2003) Alzheimer ’ s dis- ease-affected brain: presence of oligomeric A-beta ligands (ADDLs) suggests a molecular basis for reversible memory loss. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
100, 10417.
17.
본초학(2004)
영림사,
편집부, 777p
18.
생약학(2006)
동명사,
생약학교재편찬위원회, 523p, 420p (2007
년11
월5
일 접수)
Table II.