토복령 추출물의 항비만 활성
박정애1, 진경숙1, 권현주1,2, 김병우1,2*
1동의대학교블루바이오소재개발및실용화지원센터
2동의대학교생명응용학과
Received: July 22, 2014 / Revised: September 19, 2014 / Accepted: September 20, 2014
서 론
비만은신체조직에지방이과도하게축적되는것으로지 난수세기동안그유병율이꾸준히증가해왔다
.
비만의발 생원인으로는에너지의과잉섭취,
유전적감수성,
육체적활동성감소등이있다
[2, 15].
비만은그차체로도심각한문제가되나
,
특히지방세포에서생산되어분비되는adipokine
은 염증,
당뇨 등 만성대사 질환에 영향을 미치게 되며[1, 6, 13, 26],
결과적으로는심혈관계질환,
비알코올성간염,
암,
치매등과같은심각한질환들을유발시키는결정적인 위해 요소로 작용하는 것으로 알려져 그 문제가 크다[7, 9, 10, 24].
이러한비만의치료를위해운동,
식이요법,
약 물투여,
외과적수술등의방법이수행되고있으며이중식이요법은비만의예방과치료에있어가장근본적이며중요 한방법이다
[16].
한편대표적인비만치료제인
orlistat
의경우췌장및위장에서분비되는지방분해효소인
lipase
의활성을억제하여섭취한지방중약
30%
의흡수를차단함으로서체중의감소에도움을주는것으로알려져있으며이에
orlistat
과같은
lipase
활성억제제의개발이필요하다[12].
또한비만은지방전구세포의분화및지방생성과정에의 하여지방세포의세포내중성지방
(triglyceride, TG)
의축적 으로발생하므로이러한지방생성기전을조절하는것이비만억제의효과적인치료방법으로알려져있다
[4].
지방세포의분화는세포형태및유전자발현의다양한변화가동
반되는복합적인과정을통하여일어난다
. 3T3-L1
지방전구세포는지방세포로분화될때
cytidine-cytidine-adenosine- adenosine-thymidine (CCAAT)/enhancer binding protein (C/EBP)
의종류인C/EBP
β, C/EBP
δ가insulin, dexamethasone (DEX), 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX)
와 같은 호르The Anti-Obesity Effect of Smilax china Extract
Jung Ae Park
1, Kyong-Suk Jin
1, Hyun Ju Kwon
1,2, and Byung Woo Kim
1,2*
1
Blue-Bio Industry Regional Innovation Center,
2Department of Life Science and Biotechnology, College of Natural Science and Human Ecology, Dong-Eui University, Busan 614-714, Republic of Korea
In this study, the anti-obesity activity of Smilax china methanol extract (SCME) was evaluated using a pancreatic lipase enzyme inhibition assay, and a cell culture model system. Results indicated that, SCME effectively inhibited pancreatic lipase enzyme activity in a dose-dependent manner. Furthermore, SCME significantly suppressed insulin, dexamethasone, 3-isobutyl-1-meth- ylxanthine-induced adipocyte differentiation, lipid accumulation, and triglyceride contents on 3T3-L1 preadipocytes, in a dose- dependent manner. The anti-adipogenic effect was modulated by cytidine-cytidine-adenosine-adenosine-thymidine (CCAAT)/
enhancer binding proteins (C/EBP) α, C/EBPβ, and the peroxisome proliferator-activated receptor γ gene and protein expres- sions. Moreover, SCME triggered lipolysis effects dose-dependently on adipocyte. Taken together, these results provide an important new insight into SCME, indicating that it possesses anti-obesity activity through pancreatic lipase inhibition, anti-adi- pogenic and lipolysis effects. SCME may therefore be utilized as a promising source in the field of nutraceuticals. The identifi- cation of active compounds that confer the anti-obesity activities of SCME may be a logical next step.
Keywords: Smilax china methanol extract, anti-obesity activity, lipase inhibition activity, anti-adipogenic and lipolysis effects
*Corresponding author
Tel: +82-51-890-2900, Fax: +82-51-890-2914 E-mail: [email protected]
© 2014, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
몬의 자극을 받아 초기 분화를 시작하며
peroxisome proliferator activated receptor
γ(PPAR
γ), C/EBP
α 등의 전사인자(transcription factor)
에의해지방세포로분화되면서세포 내중성지방축적에 관여하는다양한
adipogenic
gene
과효소활성이증가된다[26]. C/EPB
α는PPAR
γ와분 화 초기에 발현이 유도되어 분화 후기가 되면 다양한adipogenic
유전자들의발현을유도하여,
분화된지방세포에서발현양이현저하게증가되는양상을나타낸다
[22, 26].
그러므로이러한지방세포분화유도인자의발현조절은지 방생성기전을조절할수있는중요한방법중하나이다
.
한편전세계적으로비만치료제의개발을위한다양한연 구가수행되고있는가운데현재시판되고있는비만치료 제들의부작용들이보고되면서사용기준이강화되는등의 논란이일고있어우수한효능과함께안전성이높은물질 의개발이요구되고있다
.
이에특히천연유래소재로부터 독성및부작용이없는항비만효능보유소재를발굴하기 위한많은노력이집중되고있다[11, 16, 22].
토복령
( Smilax china)
은백합과에속하는덩굴성낙엽관목으로한국
,
중국,
일본등아시아지역에널리분포한다.
명감나무또는망개나무라고불리기도하며,
청미래덩굴의 근경을지칭하는생약을말한다.
꽃의개화기는5-6
월이며,
9-10
월에열매를맺고뿌리는옆으로뻗어갈색이다.
한방과민간에서토복령은해독
,
임질,
소화,
이뇨등의약재로사용되고있다
[23].
몸속에축적되어있는각종중금속이나수은중독을푸는데효과적이며
,
간질환,
관절염,
창독,
종기,
만성피부염,
간경화증,
신경통,
생리불순,
성병등에도효과 가있다[25, 27].
이외에도항산화[20],
항염증[15]
활성과위 암,
간암,
식도암,
자궁암등에서의항암효과또한보고되어있으나
[21, 29]
토복령의항비만활성에대해서는아직보고된바없다
.
이에본연구에서는다양한생리활성을보유하여한방에 서약재로사용되고있는토복령의항비만효과및그기전 을알아보고기능성소재로서의활용가능성을확인해보고 자하였다
.
재료 및 방법
토복령 추출물의 제조
실험에사용한토복령은부산광역시소재㈜대한생약제품 에서구입하여사용하였다
.
토복령10 g
을측량하여분말로 파쇄한 후 시료 부피5
배의methanol (MeOH)
을 가하여75
oC
에서3
시간정치하는과정을3
회반복하여추출하였 다.
추출한시료는여과후감압농축기(N-1000S-W, EYELA, Japan)
로농축하고동결건조(FDU2100, EYELA, Japan)
한후중량법으로수율을계산하였다
.
토복령 추출물의 pancreatic lipase 효소 활성 저해능 분석
Lipase
는주로췌장에서분비되어TG
를glycerol
과fatty acid
로가수분해하는효소로서지방소화효소인pancreatic
lipase
의활성저해능은시료가보유한항비만활성을예측하기에매우유용한시험법이다
[8].
본연구에서는토복령의 항비만활성을세포실험계에서분석하기에앞서시료가보 유한lipase
효소활성저해능을다음과같이측정하였다.
먼 저1.5 ml tube
에0.25 M Tris (pH 7.7), 250 mM CaCl
2, 5 mM 4-nitrophenyl dodecanoate (PNPD)
로구성된효소 액과기질을넣고잘섞어준후37
oC
에서5
분간예열하고, 0.25 M Tris (pH 7.7)
에녹인lipase
와시료를넣어37
oC
에 서10
분간반응시킨후20% sodium dodecyl sulfate (SDS)
를첨가하여반응을종료하였다.
반응액을4
oC, 15,000 rpm
에서20
분간원심분리하여,
분리한상층액을96-well tissue culture plate
에 분주하고multi-plate reader
를 이용하여412 nm
에서흡광도를측정한후, 10
분간반응시킨시료의흡광도로부터
0
분반응시료의흡광도를뺀값을control
대 비백분율로나타내었다.
측정값은3
회반복실험의평균값 으로나타내었다.
세포 배양 및 시료 처리
토복령의항비만활성을세포실험계에서분석하기위해항 비만활성분석에사용되는대표적인
cell model system
인3T3-L1 preadipocyte
를American Type Culture Collection (ATCC, VA, USA)
로부터구입하여10% fetal bovine serum (FBS)
및penicillin/streptomycin
이 포함된Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)
배지에서배양하였다. 0.5
μM 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX), 1
μM dexamethasone (DEX), 10
μg/ml
의insulin (
이하MDI)
을처리하여
adipogenesis
를유도하고토복령추출물에의한항비만활성을분석하였다
[25].
세포 독성 유무 분석
항비만활성분석수행전시료가세포생존율에미치는영 향을확인함과동시에세포독성을유발하지않는시료의처 리농도를결정하기위해
water soluble tetrazolium (WST) assay
를수행하였다. 1
×10
5cell
을24-well tissue culture
plate
에분주하여24
시간동안부착시킨후시료를농도별로처리하여
72
시간동안배양하였다.
시료처리후WST
시약이든배지로교체하여한시간동안반응시킨후
multi-
plate reader
를이용하여450 nm
에서흡광도를측정하였다.
측 정값은3
회반복실험의평균값으로나타내었으며독성을유발하지않는농도범위에서이후실험을수행하였다
.
Oil Red O staining을 통한 지방세포 분화 및 TG 생성 저해능 분석3T3-L1
지방전구세포의지방세포로의분화는상기의MDI
를 처리하여 유도하였다
. 12-well tissue culture plate
에well
당2
×10
5개의세포를분주하고2
일후10% FBS
가든 배지로교체하였다. 2
일경과후MDI
가든배지로교체하 면서 시료를 농도 별로 처리하고2
일 간격으로 총4
회insulin
과시료를처리하였다.
마지막시료를처리하고2
일 경과후위상차현미경을이용하여지방세포분화정도및 시료에의한분화억제정도를200
배배율로관찰하여촬영 한후,
지방세포분화억제능및TG
생성저해능을Oil Red O staining
을통해분석하였다.
지방세포분화및시료처리 가완료된 세포를1
×phosphate buffered saline (PBS)
로씻어준 다음
10% formalin
으로 고정하고Oil Red O
staining solution
을처리한후30
분간염색하였다.
염색완 료후100% isopropanol
을사용하여염색된지방을추출하 고multi-plate reader
를이용하여500 nm
에서흡광도를측 정하였다.
Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR)을 통한 지방세포 분화 관련 유전자 발현 조절능 분석
토복령이지방세포분화에중요한역할을담당하는유전
자의 발현에 미치는 영향을 알아보기 위해
C/EBP
α,
C/EBP
β, PPAR
γ의유전자발현을RT-PCR
로분석하였다. 6-well tissue culture plate
에3
×10
5개의세포를분주하고2
일간 배양후10% FBS
가든배지로교체하였다. 2
일경 과후MDI
가든배지로교체하면서시료를농도별로처리 하고2
일간격으로총2
회insulin
과시료를처리하였다.
시료 처리가완료된배양세포의total RNA
를TRIzol (Invitrogen, CA, USA)
을 사용하여 추출한 후NanoVue plus spectro- photometer (GE healthcare, WI, USA)
를이용하여정량하고
SuperScript
TMFirst-Strand Synthesis System (Invitrogen)
을이용하여cDNA
를합성한후PCR
을수행하였다.
유전자 발현 분석의internal control
로는glyceraldehydes-3- phosphate dehydrogenase (GAPDH)
를사용하였으며실험 에사용한대상유전자의염기서열은Table 1
에요약하였다.
Western blot hybridization을 통한 지방세포 분화 관련 단백질 발현 조절능 분석상기의
RT-PCR
분석에서와같은방법으로실험을수행한후시료처리가끝난세포에서단백질을분리하여지방생성 관련단백질의발현변화를
Western blot hybridization
으로 분석하였다.
먼저시료처리가끝난배양세포에서cell lysate
를 추출하여
Bradford assay
로 단백질 농도를 결정한 후50
μg
의단백질을10% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis
로전기영동하고nitrocellulose membrane
에blotting
한후 대상단백질의일차항체와hybridization
하였다.
실험에사 용한C/EBP
α와C/EBP
β의 일차 항체는Cell Signaling Technology (Beverly, MA, USA)
로부터구입하였고, PPAR
γ 및actin
의일차항체와horse radish peroxidase
가부착된anti-goat, anti-rabbit, anti-mouse
등의이차항체는Santa Cruz Biotechnology Inc. (Santa Cruz, CA, USA)
로부터구 입하여사용하였다. Membrane
수세후이차항체로한시 간동안반응시키고chemiluminescence detection system (FluoChem
®FC2, AlphaInnotech, USA)
을이용하여각단 백질의발현을분석하였다.
지방세포 내 중성지방 제거량 측정(lipolysis assay)
토복령이보유한지방세포내중성지방제거능
(lipolysis
activity)
을알아보기위해다음과같이수행하였다. Confluent
상태의3T3-L1
지방전구세포를2
일간배양한다음MDI
를 첨가한DMEM
배지로2
일간 배양하고10
μg/ml
이 든DMEM
배지에4
일간추가배양하여지방세포로분화시켰다
.
지방세포분화가완료된3T3-L1 cell
에토복령추출물을 농도별로48
시간처리후중성지방분해에의해배지에방Table 1. Primer sequences used for RT-PCR.
Gene name Sequence
C/EBPα Sense
Antisense
5'-GTG TGC ACG TCT ATG CTA AAC CA-3' 5'-GCC GTT AGT GAA GAG TCT CAG TTT G-3'
C/EBP
βSense
Antisense
5'-GTT TCG GGA GTT GAT GCA ATC-3' 5'-AAC AAC CCC GCA GGA ACA T-3'
PPARγ Sense
Antisense
5'-CGC TGA TGC ACT GCC TAT GA-3' 5'-TGC GAG TGG TCT TCC ATC AC-3'
GAPDH Sense
Antisense
5'-GGG AGT CAA CGG ATT TGG TCG TAT-3'
5'-AGC CTT CTC CAT GGT GGT GAA GAC-3'
출된
glycerol
양을glycerol-3-phosphateoxidase (GPO)- TRINDER kit (SIGMA, St. Louis, MO, USA)
를사용하여540 nm
에서흡광도를측정하였다.
측정값은3
회반복실험 의평균값으로나타내었다.
통계 분석
각 실험의 결과는 평균
(mean)
± 표준편차(standard
deviation, SD)
로 나타내었고,
각 데이터의 통계 분석은unpaired Student’s t-test
를 통해p
값이0.05
미만( p <
0.05)
인경우유의성이있는것으로판단하였다.
결과 및 고찰
토복령 추출물의 제조 및 pancreatic lipase 활성 억제능 분석
먼저토복령
10 g
으로부터MeOH
추출을통해0.69 g
의추출물을얻어추출수율은
6.9%
로나타났다.
또한토복령의
lipase
활성억제능보유유무를알아보기위해각추출물의농도별처리에따른
lipase
의활성변화를분석하였다.
그결과
0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 mg/ml
의처리에의해 시료비처리대조군대비각각46.1, 36.8, 24.8, 21.8, 21.0, 17.8%
의lipase
활성을나타내어토복령추출물이lipase
의 활성을농도의존적으로유의적으로억제시키는것을확인하 였다(Fig. 1).
이러한결과는토복령이lipase inhibitor
로작 용하여항비만활성을보유할가능성을시사하였다.
토복령 추출물이 3T3-L1 preadipocyte의 세포 생존율에 미치는 영향시료의지방생성억제능의평가를위해먼저토복령추 출물이
3T3-L1 preadipocyte
의세포생존율에미치는영향을
WST assay
를이용하여분석하였다. 50
에서500
μg/ml
의시료를농도별로처리한결과
100
μg/ml
까지는세포생존율에큰변화를보이지않았고
, 150
에서300
μg/ml
까지는약 한감소를보여300
μg/ml
에서83%
의세포생존율을보였 으며, 500
μg/ml
에서는74%
로나타났다(Fig. 2A).
이에이후 활성분석을80%
이상의세포생존율을보인300
μg/ml
까지 의농도로수행하였다.
토복령 추출물이 MDI로 유도한 3T3-L1 preadipocyte의 adipogenesis에 미치는 영향
토복령추출물의항비만활성보유유무를알아보기위해
MDI
로분화를유도한3T3-L1 preadipocyte
의adipogenesis
에토복령추출물이미치는영향을살펴보았다.
그결과Fig.
2B
와2C
에서제시된바와같이농도의존적인지방세포분 화억제능이관찰되었으며Oil Red O staining
결과염색된 지방의수가감소됨을확인할수있었다.
지방생성의억제 정도를정량적으로평가하기위해염색된지방을추출하여TG
생성량의정도를측정한결과농도의존적인감소를보였으며
300
μg/ml
의처리에의한억제능이43.3%
로나타 났다.
토복령 추출물이 adipogenesis 관련 유전자 및 단백질 발 현에 미치는 영향
지방전구세포인
3T3-L1
은여러호르몬과다양한전사인 자들에의해지방세포로분화되면서세포내지방을축적한 다.
이러한지방세포형성(adipogenesis)
과정에관여하는중 요한인자로는PPAR
γ와C/EBPs
가있다[11, 14, 27].
따라서 이와같은지방세포분화주요인자들의발현조절은소재 가보유한지방생성억제능및그작용기전을판단하는주 요지표중하나이다.
본연구에서는토복령이보유한지방생성억제능의작용
기전을알아보기위하여토복령추출물이
adipogenesis
에관여하는 주요 핵심 조절자인
C/EBP
α, C/EBP
β,
그리고PPAR
γ의유전자및단백질발현에미치는영향을분석하였다
.
그결과Fig. 3
에제시된바와같이MDI
처리에의해지 방세포분화가일어난대조군에서는세인자의유전자및단 백질발현이유의적으로증가되었으며추출물의처리에의 해모두농도의존적인감소를보였다.
이러한결과를바탕 으로 토복령 추출물이 보유한 지방세포분화 억제능이adipogenesis
에관여하는핵심인자의유전자및단백질발현저해를통해나타나는것으로판단된다
.
토복령 추출물의 중성지방 제거능토복령이지방세포분화를억제할뿐만아니라생성된지 방의제거에도효과적인지를판단하기위해지방세포내중
Fig. 1. Lipase enzyme inhibition activity of Smilax china meth-
anol extract (SCME). The effect of SCME on pancreatic lipase
activity was evaluated. Values are represented as the mean ± SD
(n = 3) *p < 0.01 vs control.
성지방제거능을
lipolysis activity
를통해분석하였다.
그결과
Fig. 4
에제시한바와같이MDI
로분화시킨지방세포에토복령추출물을처리한결과세포내축적되어있던중성
지방의분해를통해배지로방출된
glycerol
의양이증가되는것으로나타났다
.
배지를제거하고Oil Red O staining
을 수행한후현미경관찰및남아있는TG
양을측정한결과방 출된glycerol
의양과비례적으로세포내에남아있는TG
의 양이감소되는것으로나타나토복령추출물이지방세포내Fig. 2. Effect of Smilax china methanol extract (SCME) on 3T3-L1 cell proliferation (A), morphological change and lipid accu- mulation (B), and TG contents (C). (A) Cells were treated with the indicated concentrations of SCME for 72 h and viability was deter- mined by WST assay. Data are expressed as the mean ± SD of triplicate experiments. (B) Differentiation of confluent 3T3-L1 preadipocytes was initiated with MDI treatment and maintained in DMEM containing 5% FBS in presence and absence of SCME. After day 8, cells were fixed and stained with Oil Red O. The morphological change and lipid droplet accumulation were visualized using by inverted microscopy ( ×200). (C) TG content was determined by Oil Red O staining after treatment of SCME. TG content was measured at 500 nm by multi- plate reader. Data are expressed as the mean ± SD of triplicate experiments. *, **Significantly different from the undifferentiated cell control (Con) and untreated cell control (0), respectively (p < 0.05).
Fig. 3. Effect of Smilax china methanol extract (SCME) on adipogenesis related gene and protein expressions. (A) Modulation
of adipogenic transcription factors by SCME was evaluated by RT-PCR. GAPDH was used as an internal control. (B) Modulation of adi-
pogenesis related protein expressions by SCME was evaluated by Western blot analysis. Actin was used as an internal control. The data
are representative of three independent experiments.
에축적되어있는중성지방을제거하는것을확인하였다
.
이러한결과를통해토복령추출물이
lipase
효소활성억제능
,
지방세포분화억제능,
지방세포내중성지방제거능 을통한항비만활성을보유함을확인하였다.
이러한결과는 토복령추출물의항비만활성을처음으로밝혀낸것이며추 후계속적인연구를통해활성물질의규명이필요할것으 로 판단된다.
현재까지 밝혀진 토복령 유래 성분으로는prosapogenin A, dioscin, gracillin, methyl proto-dioscin, methyl proto-gracillin, methyl proto-prosapogenin A
등6
종의steroid
성분이있다[17].
이중토복령의주성분으로 알려진dioscin
의항돌연변이원성작용[18],
항암작용[28], PLA
2저해작용[3]
등의생리활성이보고되어있으며마에서 유래한dioscin
의lipase
활성 억제능에 대한 보고가있다[19].
이를통해본연구의소재인토복령의항비만활성성분또한
dioscin
또는그유사물질로추정할수있으나아직정확히규명된점은없어이에대한추가적인연구가필요 할것으로판단된다
.
요 약
본연구에서는토복령
( S. china)
메탄올추출물(SCME)
의 항비만활성을pancreatic lipase
효소활성억제능과세포 실험계를이용하여분석하였다.
그결과SCME
는농도의존적으로
lipase
효소활성을유의적으로억제시켰으며, 3T3-
L1 preadipocyte
에서MDI
로유도한지방세포분화,
세포내지방축적
, TG
함량등을농도의존적으로억제하였다.
이러한토복령의지방세포분화억제능은핵심작용인자인
C/
EBP
α, C/EBP
β,
그리고PPAR
γ의유전자및단백질발현조 절에서기인함을확인하였다.
또한지방세포내중성지방또 한토복령추출물의처리에의해유의적으로분해되는것으로 나타났다
.
이러한 결과는 토복령이 보유한pancreatic
lipase
활성저해능,
지방세포분화억제능,
지방세포내지 방분해능을통한항비만활성을처음으로밝혀낸것이며추 후계속적인연구를통해활성물질의규명이필요할것으 로판단된다.
Fig. 4. Stimulatory
effect of Smilax china methanol extract (SCME) on the glycerol release in MDI-induced 3T3-L1 adipocytes (A), morphological
change and lipid accumulation (B), and TG contents (C). (A) Amount of released glycerol in culture media was measured after SCME
treatment. Glycerol contents were measured 540 nm by multi-plate reader. (B) Differentiation of confluent 3T3-L1 preadipocytes was ini-
tiated with MDI treatment and maintained in DMEM containing 5% FBS. After day 8, MDI-induced adipocytes were treated with SCME
for 48 h. Cells were fixed and stained with Oil Red O. The morphological change and lipid droplet accumulation was visualized using by
inverted microscopy ( ×200). (C) TG contents were determined by Oil Red O staining after treatment of SCME. TG content was measured
at 500 nm by multi-plate reader. Data are expressed as the mean ± SD of triplicate experiments. *,**Significantly different from the undif-
ferentiated cell control (Con) and untreated cell control (0), respectively (p < 0.05).
Acknowledgments
This work was supported by Blue-Bio Industry Regional Innova- tion Center (RIC08-06-07) at Dong-Eui University as a RIC pro- gram under Ministry of Trade, Industry & Energy and Busan city.
References