포도근 추출물의 항산화 활성 및 산화스트레스에 대한 세포 보호 효과
김연숙1,2․황진우3․신원빈4․박진수4․박선주5․박표잠1,2,4
1건국대학교 생명공학과, 2건국대학교 약용생물자원연구소
3(주)하성, 4건국대학교 응용생명과학과
5부경대학교 화학과
Antioxidant Activity and Protective Effect of Extracts from Vitis vinifera Root on t-BHP Induced Oxidative Stress in Chang Cells
Yon-Suk Kim
1,2, Jin-Woo Hwang
3, Woen-Bin Shin
4, Jin-Su Park
4, Sun Joo Park
5, and Pyo-Jam Park
1,2,41
Department of Biotechnology,
2Nokyong Research Center, and
4
Department of Applied Life Science, Konkuk University
3
Hasung Corp.
5
Department of Chemistry, Pukyong National University
ABSTRACT The antioxidant activity and protective effects of tert-butyl hydroperoxide (t-BHP) induced oxidative stress in human liver Chang cells of the extracts from Vitis vinifera root (VVR) were investigated. The total polyphenol and flavonoid contents of the VVR water and ethanol extracts were 110.00±0.97 and 236.31±4.60 mg gallic acid equivalent/g extract, and 52.19±2.09 and 196.36±4.19 mg catechin equivalent/g extract, respectively. The IC
50values for the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging activity of the water and ethanol extracts were 0.004±0.001 mg/mL and 0.004±0.001 mg/mL, respectively. The antioxidant activities of the VVR extracts were also determined by the 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging activity, ferric reducing antioxidant power, and oxygen radical absorbance capacity. Moreover, the VVR extracts had a strong inhibitory effect on lipid peroxidation, as determined by the ferric thiocyanate and thiobarbituric acid values. The 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)- 2,5-diphenyltetrazolium bromide assay showed that both extracts had protective effects on Chang liver cells by increasing the cell viability and decreasing the production intracellular reactive oxygen species in t-BHP-induced oxidative stress.
Overall, these results suggest that the VVR extracts have antioxidant activities.
Key words: Vitis vinifera root, antioxidant activity, oxidative stress, protective effect, Chang cells
Received 22 November 2017; Accepted 30 January 2018 Corresponding author: Pyo-Jam Park, Department of Biotechnology, Konkuk University, Chungju, Chungbuk 27478, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-43-840-3588
서 론
노화, 암, 심장질환, 동맥경화, 염증 등 다양한 질병을 유 발하는 산화적 스트레스의 원인 중 하나는 생체 대사 과정 중에 생성되는 활성산소종이다(1). 적당량의 활성산소는 생 체 내에서 항균작용, 세포 성장 등에 도움을 주지만 과도하 게 발생하거나 균형이 무너지면 세포나 조직에 손상을 일으 키게 된다(2). 활성산소는 생체 내에서 항균작용, 세포 성장 등의 작용에서 공격받는 세포를 보호하며, 인체는 과다 발생 한 활성산소를 억제하기 위한 catalase, glutathione per- oxidase, glutathione S-transferase, superoxide 등과 같 은 항산화 효소를 가지고 있다(3). 하지만 이런 항산화 효소
의 작용 범위를 넘는 활성산소가 발생하게 되면 지질의 산 화, 단백질의 변성, DNA의 파괴 등을 일으켜서 백내장, 당뇨 병, 관절염, 감염, 위염, 노화, 치매, 암 등의 다양한 질병의 원인으로 작용하기도 한다(4). 이런 활성산소에 대항하여 항 산화 물질에 대한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 잘 알려 진 항산화 물질로는 butylated hydroxyanisole(BHA)과 butylated hydroxytoluene(BHT) 등의 합성 항산화제와 폴 리페놀, 플라보노이드, 카로티노이드, 아스코르브산, 토코 페롤 등의 천연 항산화제가 있고(5), 최근에는 보다 인체에 무해하고 강력한 항산화제에 대한 요구가 증가하는 경향이 다(6).
포도근(
Vitis vinifera
root, VVR)은 포도나무의 뿌리로 서 전통의학에서는 구역질과 딸꾹질을 멈추기 위해 이를 달 여 마셨으며, 임산부의 태기가 명치로 치밀 때 달여 마시면 곧 내려간다고 하였다(7). 현재까지 포도열매에 대한 연구는 많이 이루어지고 있지만, 포도근에 대한 실험적 연구로는포도근으로부터 분리된 resveratrol의 항염증 효능에 관한 연구(8,9) 및 항암(10), 항산화(11,12)에 대한 연구가 일부 보고되어 있다. 또한, 포도근에 대한 연구로는 포도근으로부 터 분리된 wilsonol C, heyneanol A, ampelopsin A, pal- lidol A,
cis
-piceid,trans
-piceid 및trans
-resveratrol 총 7종의 stilbenoids의 성분 분석 및 이를 이용한 pancreatic lipase 억제 활성에 관한 연구가 보고되었을 뿐(13) 지금까 지 보고된 포도근에 대한 연구는 매우 미흡한 실정이다. 이 에 본 연구팀은 포도근으로 열수 및 에탄올 추출 방법을 통 하여 2종의 시료를 제조하고, 항산화 활성과 밀접한 관련이 있는 폴리페놀과 플라보노이드의 함량 측정 및 ferric re- ducing antioxidant power(FRAP)법, oxygen radical ab- sorbance capacity(ORAC)법, 2,2’-azino-bis(3-ethyl- benzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 라디칼 및 1,1- diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거 활성과 지질과산화 억제를 통한 항산화 활성 측정 및 간세포에서의 산화스트레스에 대한 세포 보호 효과를 비교하고자 하였다.분석 결과 포도근 열수 추출물 및 에탄올 추출물 모두 라디 칼 소거 활성 및 산화스트레스에 대한 세포 보호 효과가 우 수하였으며 간세포 보호 효과가 있는 건강기능 식품 소재로 서의 가치가 있을 것으로 판단된다.
재료 및 방법
시약
본 실험에 사용한 포도근은 2016년 10월 제천한방약초 (충북 제천)에서 구입하여 사용하였다. 실험에 사용한 Folin- Ciocalteu’s reagent, ferric chloride(FeCl3), DPPH, ABTS, potassium persulfate, 2’,7’-dichlorofluorescein diac- etate(DCF-DA), 4,6-tripyridyl-S-triazine(TPTZ), lin- oleic acid, (4-pyridyl-1-oxide)-N-
tert
-butylnitrone(4- POBN) 시약은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA) 로부터 구입하였으며, 그 외 사용된 시약은 모두 특급을 사 용하였다.시료의 추출
본 실험에 사용된 포도근 시료는 열수 추출과 에탄올 추출 두 가지 방법으로 추출하였다. 열수 추출은 포도근 시료 100 g에 3차 증류수 1.0 L를 추가하여 95°C에서 90분 동안 추출 하고 여과지(No. 41, Whatman, Maidstone, UK)로 여과한 후 rotary vacuum evaporator(EYELA, Tokyo, Japan)로 농축하여 동결건조 하였다. 에탄올 추출은 포도근 시료 100 g에 70% 에탄올 1.0 L를 넣은 후 상온에서 24시간씩 총 3회 추출한 다음 여과하고 농축하여 동결건조 하였다. 추출한 포도근 시료는 냉동보관 하면서 실험에 사용하였다.
총폴리페놀 함량 측정
총폴리페놀 함량은 Folin-Denis법(14)을 약간 변형하여
포도근 추출물 200 μL에 1.0 N Folin-Ciocalteu 시약 및 20% Na2CO3 용액을 각 1.0 mL씩 차례로 넣은 다음 실온에 서 30분 반응시킨 후 분광광도계(Thermo Scientific Mul- tiskan GO, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) 를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid (Sigma-Aldrich Co.)를 표준물질로 사용하여 포도근 추출물 의 총폴리페놀 함량을 산출하였고 gallic acid equivalents (mg GAE/g extract)로 나타내었다.
총플라보노이드 함량 측정
총플라보노이드 함량은 Jia 등(15)의 방법을 약간 변형하 여 포도근 추출물 0.25 mL에 증류수 1.25 mL를 혼합하고 5% sodium nitrite 75 μL를 추가한 후 실온에서 5분간 반응 시켰다. 10% aluminum chloride 0.15 mL를 추가한 후 실 온에서 6분간 반응시킨 다음 1.0 M sodium hydroxide 0.5 mL와 증류수 275 μL를 차례로 가하여 혼합한 후 510 nm에 서 흡광도를 측정하였다. Catechin(Sigma-Aldrich Co.)을 표준물질로 사용하여 포도근 추출물의 총플라보노이드 함 량을 계산하였고 catechin equivalents(mg CE/g extract) 로 나타내었다.
Electron spin resonance(ESR)를 이용한 DPPH 라디칼 소거능 측정
DPPH 라디칼 소거능 측정은 Lee 등(16)의 방법에 따라 메탄올에 녹인 60 μM DPPH 60 μL와 다양한 농도의 시료 60 μL를 넣어 잘 섞은 후 2분간 실온에서 반응시킨 다음 ca- pillary tube에 옮겨 ESR spectrometer(Jeol Co., Ltd., Tokyo, Japan)에서 측정하였으며, 그 측정 조건은 central field 3475 G, modulation frequency 100 kHz, modu- lation amplitude 2 G, microwave power 5 mW, gain 6.3
×105, temperature 298 K였다.
ABTS 라디칼을 이용한 총 항산화력 측정
ABTS 라디칼을 이용한 항산화력의 측정은 Re 등(17)의 방법을 약간 변형하여 사용하였다. 7.4 mM ABTS 용액과 2.4 mM potassium persulfate를 혼합한 다음 암실에서 12
~16시간 동안 반응시켜 ABTS 라디칼을 생성하였다. 생성 된 ABTS 라디칼의 흡광도가 734 nm에서 1.5가 되도록 증 류수로 희석한 후 3.0 mL를 취하고 시료 1.0 mL를 넣은 다음 실온에서 10분간 반응시켜 734 nm에서 흡광도를 측정 하였다. 결과는 Trolox를 표준물질로 사용하여 mM Trolox equivalent/mg extract로 나타내었다.
FRAP를 이용한 총 항산화력 측정
FRAP 측정은 Kim 등(18)의 방법에 따라 300 mM ace- tate buffer(pH 3.6), 40 mM HCl에 녹인 10 mM TPTZ 및 20 mM FeCl3・6H2O를 각각 10:1:1(v/v/v)의 비율로 혼 합하여 FRAP 시약을 제조하였다. 시료 0.15 mL와 3.0 mL
의 FRAP 시약을 혼합하고 37°C에서 5분간 반응시킨 후 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. 결과는 FeSO4를 표준물 질로 사용하여 mM FeSO4 equivalent/mg extract로 나타 내었다.
ORAC 측정
포도근 추출물의 항산화 활성을 peroxy radical의 생성 과 소멸에 의한 fluorescent의 감소율인 ORAC 방법을 이용 하여 측정하였다. 2,2’-Azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride(AAPH)를 사용하여 과산화 라디칼을 생 성하였고, 항산화 활성 비교 표준액으로 20 μM Trolox를 사용하였다. Fluorescent 표준용액은 Ou 등(19)의 방법에 따라 fluorescein sodium salt(Sigma-Aldrich Co.)를 75 mM phosphate buffer를 이용하여 78 nM 농도로 제조하였 다. 항산화 활성의 측정은 포도근 추출물 및 비교 표준액 50 μL에 fluorescent 표준용액 50 μL를 가하고 과산화 라디칼 유발물질인 221 mM AAPH 25 μL를 추가하여 반응시킨 후, spectrofluorometer(SpectraMax M2/M2e, Molecular De- vices Corp., Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 excitation 485 nm, emission 538 nm에서 5분마다 2시간 동안 형광을 측정하였다. ORAC는 비교 표준액 Trolox를 이용하여 산출 하였는데 그 식은 다음과 같다.
ORAC (μM TE)= CTrolox・(AUCsample-AUCblank) Csample・(AUCTrolox-AUCblank)
CTrolox는 Trolox의 농도(20 μM), Csample은 샘플의 농도
(g/L)이며 AUC(area under curve) 계산식은 다음과 같다.
AUC=1+f5/f0+f10/f0+...+fn+5/f0
Ferric thiocyanate(FTC) 방법에 의한 지질과산화 억제 활성 측정
Ferric thiocyanate에 의한 지질과산화 측정은 Kikuzaki 와 Nakatani(20)의 방법으로 측정하였다. 포도근 추출물 4.0 mL, 2.51% linoleic acid 4.1 mL, 50 mM 인산 완충용 액(pH 7.0) 8.0 mL, 증류수 3.9 mL를 첨가하여 용액을 잘 혼합한 후 40°C 어두운 곳에서 지질과산화를 유도했다. 이 혼합 용액 0.1 mL, 75% 에탄올 9.7 mL, 30%-ammonium thiocyanate 0.1 mL를 순서대로 첨가한 후 잘 섞어주었다.
여기에 20 mM ferrous chloride(3.5% HCl에 녹인 것)를 0.1 mL 가한 후 잘 혼합하여 3분 후에 분광광도계를 이용하 여 500 nm에서 흡광도를 측정하였다. 음성대조군으로는 시 료 대신 물과 에탄올을 사용하여 반응시켰고, 양성대조군으 로 비타민 C 및 α-tocopherol을 사용하였다.
Thiobarbituric acid(TBA) 방법에 의한 지질과산화 억제 활성 측정
포도근 추출물 4.0 mL에 2.51% linoleic acid 4.1 mL,
50 mM 인산 완충용액(pH 7.0) 8.0 mL, 증류수 3.9 mL를 첨가하여 용액을 잘 혼합한 후 40°C 어두운 곳에서 지질과 산화를 유도한 후 2일 간격으로 지질과산화 억제 활성을 측 정하였다. 먼저 각 시료 용액 1.0 mL, 20% trichloroacetic acid(TCA) 2.0 mL, 0.67% TBA 2.0 mL를 넣어 혼합한 후 열탕조에서 10분간 가열 처리하여 흐르는 물에 냉각시킨 다음 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 하고 상층액을 532 nm에서 흡광도를 측정하였다.
세포 배양
정상 간세포(human liver cells, Chang cells)를 불활성 화한 fetal bovine serum 10%와 1.0% penicillin-strep- tomycin이 첨가된 Dulbecco’s modified Eagle’s medium 배지에서 37°C 및 5% CO2 조건에서 배양하였다.
세포독성 측정 및
t-BHP에 의한 세포의 산화스트레스로 부터 세포 보호 효과 측정
세포의 생존율은 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5- diphenyltetrazolium bromide(MTT) 환원 방법을 이용하 여 측정하였다(21). 세포의 독성 측정은 Chang 세포를 48 well plates에 7×103 cells/well 농도로 분주한 후 24시간 동안 배양하고, 포도근 추출물을 최종 농도(0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2 mg/mL)가 되도록 세포에 처리하여 24시간 동안 더 배양하였다. 이후 MTT 용액(0.2 mg/mL)을 가하고 37°C에서 4시간 더 배양하여 MTT를 환원시켜 생성된 for- mazan이 배지에 떨어져 나가지 않도록 배지를 조심스럽게 제거하였다. Dimethyl sulfoxide를 150 μL 분주하여 20분 동안 혼합한 후 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.
t
-BHP로 유도한 산화적 스트레스에 대한 포도근 추출물 의 세포 보호 효과를 관찰하기 위하여, Chang 세포를 48 well plates에 7×103 cells/well 농도로 분주한 뒤 24시간 동안 배양한 후, 각 시료를 최종 농도(0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2 mg/mL)가 되도록 세포에 한 시간 전처리한 후t
-BHP (최종 농도 100 μM)를 첨가하고 24시간 더 배양하였다. 이 후 MTT 용액을 처리한 후 세포의 생존율을 측정하였다.세포 내 활성산소종 소거능
활성산소와 반응하여 형광을 발산하는 DCF-DA를 이용 하여 세포 내에 생성되는 활성산소의 정도를 측정하였다.
Chang 세포를 96 well black plates에 2×104 cells/well의 농도로 분주하고 24시간 동안 배양한 후 농도별 시료를 1시 간 전처리하였다. 200 μM
t
-BHP를 30분 처리한 다음 DCF-DA를 최종 농도 20 μM이 되도록 넣고 30분간 배양하 였다. 차가운 phosphate buffered saline으로 3회 세척한 후 fluorospectrometer(SpectraMax M2/M2e, Molecular Devices Corp.)를 이용하여(excitation, 485 nm; emis- sion, 538 nm) 측정하였다.Table 1. Extraction yields, total polyphenol and flavonoid contents of Vitis vinifera root (VVR) extracts
Sample Extraction yields(% w/w) Total polyphenol content
(mg GAE/g extract)1) Total flavonoid content (mg CE/g extract)1) Water extract
Ethanol extract
4.70 2.17
110.00±0.97a 236.31±4.60b
52.19±2.09a 196.36±4.19b GAE: gallic acid equivalents, CE: catechin equivalents.
1)Values represent means±SD (n=3). Means with different superscripts (a,b) in the same column are significantly different by Tukey’s multiple comparison test at P<0.05.
Table 2. DPPH radical scavenging activity of VVR extracts by
ESR measurementSample DPPH radical scavenging activity (IC50, mg/mL)1)
Water extract Ethanol extract Vit. C
0.004±0.001NS 0.004±0.001 0.003±0.002
1)Values represent means±SD (n=3). NS: not significant.
Table 3. Values for ABTS radical scavenging, FRAP activity, and ORAC of VVR extracts
Sample TEAC
(mM Trolox eq./mg extract)1) FRAP
(mM FeSO4 eq./mg extract)1) ORAC
(μM TE eq./mg extract)1) Water extract
Ethanol extract BHT
0.908±0.012a 0.910±0.013a 1.813±0.022b
1.494±0.019b 2.514±0.018c 1.363±0.121a
110.481±0.083c 99.931±0.610b 20.483±4.512a
TEAC: Trolox equivalent antioxidant capacity, FRAP: ferric reducing antioxidant power, ORAC: oxygen radical absorbance capacity.
1)Values represent means±SD (n=3). Means with different superscripts (a-c) in the same column are significantly different by Tukey’s multiple comparison test at P<0.05.
통계분석
실험 결과는 각 항목에 따라 평균±표준편차(SD)를 구하 였으며, 각 군 간의 유의성 검증은 GraphPad Prism 5.0 version(GraphPad Software, La Jolla, CA, USA)을 이용 하여 one-way ANOVA을 실시하였으며 Tukey’s와 Dun- nett’s test 방법으로 사후 검증하여
P
값이 0.05 미만을 유의한 것으로 판단하였다.결과 및 고찰
포도근의 추출 수율 및 총폴리페놀, 총플라보노이드 함량
포도근의 열수 및 에탄올 추출물의 수율을 측정한 결과, 열수 추출물은 4.70%, 에탄올 추출물은 2.17%로 에탄올 추출물보다 열수 추출물이 더 높은 수율을 나타내었다. 페놀 성 물질인 폴리페놀과 플라보노이드는 다양한 식물들에서 발견되고 있으며, 항산화, 항염, 항균 등 다양한 생리활성을 나타낸다는 많은 연구 결과들이 알려져 있다(22). 포도근의 총폴리페놀과 총플라보노이드 함량 측정 결과는 Table 1에 나타내었다. 총폴리페놀 함량은 포도근의 열수 추출물이 110.00±0.97 mg GAE/g extract이고 에탄올 추출물은 236.31±4.60 mg GAE/g extract로 에탄올 추출물의 총폴 리페놀 함량이 높게 나타났다. Jeon 등(23)은 더덕의 물 및 에탄올 추출물의 총폴리페놀 함량이 각각 20.1±1.0 및 15.7±0.5 mg GAE/g extract라고 보고하였는데 포도근 추 출물은 이러한 결과보다 높은 폴리페놀 함량을 나타내었다.총플라보노이드 함량은 열수 추출물이 52.19±2.09 mg CE/
g extract이고 에탄올 추출물에서 196.36±4.19 mg CE/g extract를 나타내었다. 총폴리페놀과 총플라보노이드 함량 은 열수 추출물보다 에탄올 추출물에서 높은 수치를 나타내 었으며, 이는 Jun 등(24)의 복분자와 오디 추출물의 플라보 노이드 함량보다도 높은 수치를 보여준 결과이다.
ESR을 이용한 DPPH 라디칼 소거 활성
ESR을 이용하여 포도근 열수 및 에탄올 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정한 결과를 Table 2에 나타내었다.
포도근의 열수 및 에탄올 추출물을 DPPH 라디칼의 50%
소거 활성 농도인 IC50 값으로 나타낸 결과 각각 0.004±
0.001 mg/mL로 같은 DPPH 라디칼 소거 활성을 보여주었 다. 이때 양성대조군으로 사용한 비타민 C의 IC50 값은 0.003
±0.002 mg/mL로 비타민과 비슷한 DPPH 라디칼 소거 활 성을 나타내었다. 또한, 이 결과는 Lee 등(25)의 삼채 뿌리 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성보다 높은 활성을 보여주 었다.
ABTS 라디칼을 이용한 총 항산화력
포도근의 열수 및 에탄올 추출물의 ABTS 라디칼 소거능 측정 결과는 Table 3에 나타내었다. Trolox를 표준물질로 사용하여 ABTS 라디칼을 이용한 총 항산화력을 TEAC(mM Trolox eq./mg extract) 값으로 나타내었다. 포도근의 열수 및 에탄올 추출물의 총 항산화력은 각각 0.908±0.012, 0.910±0.013의 TEAC 값을 나타내었으며, 양성대조군인 BHT는 1.813±0.022 TEAC 값을 나타내었다. 양성대조군 으로 이용된 BHT의 총 항산화력과 비교했을 때 낮은 활성 을 보였으나, 열수 및 에탄올 추출물에서 모두 농도 의존적 으로 ABTS 라디칼 소거능을 보여주었다(data now shown).
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*
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0 2 4 6
Incubation period (day)
Absorbance (500 nm) .
Control Water extract Ethanol extract Vit.C Vit.E
Fig. 1. Antioxidant activities of VVR extracts at 1.0 mg/mL in
linoleic acid autooxidation system measured by the ferric thio- cyanate method. *P<0.05 versus control is significantly different
as analyzed by one-way ANOVA followed by Dunnett’s multi- ple comparison test.* * *
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*
*
*
*
* *
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
0 2 4 6 8
Incubation period (day)
Absorbance (532 nm) .
Control Water extract Ethanol extract Vit.C Vit.E
Fig. 2. Antioxidant activities of VVR extracts at 1.0 mg/mL in
linoleic acid autooxidation system measured by the thiobarbituric acid method. *P<0.05 versus control is significantly different as
analyzed by one-way ANOVA followed by Dunnett’s multiple comparison test.Caldas 등(26)은 포도 과피 추출물의 ABTS 소거능이 0.218
~1.626 TEAC 값을 나타낸 것과 비교해 포도근 추출물의 ABTS 라디칼 소거능 역시 우수한 것으로 나타났다.
FRAP법을 이용한 총 항산화력
FRAP법은 전자공여 능력을 통해 시료의 항산화 활성을 확인하기 위해 자주 사용되는 방법의 하나다. FRAP법을 사 용하여 포도근의 열수 추출물과 에탄올 추출물의 항산화력 을 측정한 결과 각각 1.494±0.019 mM FeSO4 eq./mg ex- tract, 2.514±0.018 mM FeSO4 eq./mg extract를 나타내 었으며 포도근의 에탄올 추출물이 더 높은 항산화력을 나타 내었다(Table 3). 또한, 양성대조군인 BHT의 경우 1.363±
0.121 mM FeSO4 eq./mg extract 값을 나타내었고, 이는 포도근 열수 추출물과 에탄올 추출물이 항산화제인 BHT보 다 높은 전자공여 능력을 통한 항산화력을 나타낸다.
ORAC에 의한 항산화 활성 측정
ORAC assay는 radical 연쇄반응의 가장 핵심적인 단계 인 수소전자 전달과 관련하여 AAPH에 의해 생성된 free radical에 대한 항산화 물질의 소거 활성, 즉 radical chain breaking antioxidant capacity를 확인하는 방법이다(27).
ORAC assay를 측정한 결과 포도근 추출물의 항산화 활성 은 Table 3에서 보는 바와 같이 열수 추출물은 110.481±
0.083 μM TE eq./mg extract, 에탄올 추출물은 99.931±
0.610 μM TE eq./mg extract로 비슷한 활성을 나타내었 다. 이는 대조군으로 사용한 BHT(20.483±4.512 μM TE eq./mg extract)보다 높은 항산화 활성을 나타내었다. 감귤 추출물의 페놀성 화합물 함량과 ORAC 간의 상관계수를 분 석한 Hwang 등(28)의 연구에서는 그 상관관계가 0.884로 밀접한 관계가 있다고 보고하였다. 포도근 추출물 또한 높은 페놀성 화합물 함유로 인한 우수한 항산화 활성을 나타내는 것이라고 판단된다.
지질과산화 억제 활성
포도근 추출물의 지질과산화 억제 활성을 측정하기 위해 FTC와 TBA 방법을 사용하여 측정한 결과는 Fig. 1과 Fig.
2에 각각 나타내었다. FTC 방법은 TBA 방법에 비해 초기 지질과산화 상태를 측정하는 방법으로 알려진 것처럼 대조 군은 시간이 지남에 따라 지질과산화가 생성되어 흡광도가 증가하였으며, FTC 측정 방법은 4일째에 최고 수치를 보여 주고 TBA 측정방법은 6일째에 지질과산화가 최고 수치를 나타내었다. 또한, 포도근 열수 및 에탄올 추출물에서 지질 과산화를 강하게 억제하는 것을 확인할 수 있었으며 대조군 으로 사용한 비타민 C와 E보다도 더 우수한 지질과산화 억 제 활성을 보여주는 결과이다. 따라서 포도근 추출물은 천연 항산화제인 비타민 C와 E보다 높은 지질과산화 억제 효능을 나타내었으며 이러한 우수한 항산화 효능은 포도근 추출물 이 항산화 효과가 높은 천연 항산화제로 이용 가능성을 나타
낸다고 판단된다.
세포독성 및 세포 보호능
정상 간세포인 Chang 세포에 대한 포도근 추출물의 세포 독성 및
t
-BHP로 유도한 산화스트레스에 대한 간세포 보호 능을 확인하기 위하여 MTT assay를 수행하였다. 포도근 추출물을 다양한 농도별로 처리한 결과 열수 추출 및 에탄올 추출물 모두 0.2 mg/mL 농도 이하에서는 세포독성이 나타 나지 않았다(Fig. 3). 이후 이 결과를 바탕으로 포도근의 열 수 및 에탄올 추출물의t
-BHP에 대한 간세포 보호 효과 측 정 시 0.2 mg/mL 이하의 농도를 선택하여 실험을 수행하였 다.t
-BHP 단독 처리군의 세포 생존율은 약 57%인 것에 비 해 농도별 포도근 추출물을 한 시간 전처리한 후, 100 μM의t
-BHP 처리했을 때는 농도 의존적으로 세포 생존율이 증가 하였다(Fig. 4). 특히 에탄올 추출물을 0.2 mg/mL의 농도로 처리하였을 때는t
-BHP로 유도한 산화스트레스군에 비해 약 30%의 세포 생존율이 증가하였다. 이 결과를 통하여 포0 20 40 60 80 100 120
Cell viabnility (% of control) .
Control 0.025 0.05 0.1 0.2 0.025 0.05 0.1 0.2 Water extract (mg/mL) Ethanol extract (mg/mL)
Fig. 3. Effect of VVR extracts on cytotoxicity in Chang cells.
VVR extracts were treated with various concentrations in Chang cells for 24 h. Values are expressed as the mean±SD of determi- nations made in triplicate experiments.
***
* *
** ***
*
###
0 20 40 60 80 100 120
Cell viability (% of control) .
Control 100 0.025 0.05 0.1 0.2 0.025 0.05 0.1 0.2 t -BHP Water extract (mg/mL) Ethanol extract (mg/mL) (μM)
Fig. 4. Protective effect of VVR extracts on t-BHP induced oxi-
dative damage in Chang cells. Hepatocytes were pre-treated with various concentrations of extracts from VVR for 1 h, and then were treated with t-BHP (100 μM) for 24 h. Data are expressed as the mean±SD of three different samples. ###P<0.001 vs. con-
trol group. *P<0.05,
**P<0.01, and
***P<0.001 vs. t-BHP group.
###
***
*** *** ***
***
*** ***
***
***
0 100 200 300 400 500 600
ROS production (% of control)
Control 200 5 0.025 0.05 0.1 0.2 0.025 0.05 0.1 0.2 t -BHP NAC Water extract Ethanol extract (μM) (mM) (mg/mL) (mg/mL)
Fig. 5. Measurement of intracellular ROS production. The ex-
tracts from VVR were treated with various concentrations in Chang cells for 1 h prior to 200 μM t-BHP treatment for 30 min.Data are expressed as the mean±SD of three different samples.
###
P<0.001 vs. control group.
***P<0.001 vs. t-BHP group.
도근 열수 및 에탄올 추출물이
t
-BHP로 유도된 산화스트레 스로부터 세포 보호능이 우수함을 확인할 수 있었다.세포 내 활성산소종 소거능
Chang 세포에 200 μM
t
-BHP를 처리하였을 때 세포 내 활성산소종 수준은 정상군과 비교하면 약 450% 증가를 나 타내었으며, 포도근 추출물을 한 시간 전처리하였을 때는 열수 및 에탄올 추출물 모두 농도 의존적으로 세포 내 활성 산소종의 수준이 감소하였다. 특히 에탄올 추출물의 경우 0.2 mg/mL의 농도에서 양성대조군인 5 mM의 N-acetyl- L-cysteine(NAC) 처리군보다도 활성산소종의 생성을 억 제하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 5). 이 결과는t
-BHP 처리로 인해 간세포에서 발생하는 산화스트레스 증가를 포 도근 추출물이 억제함으로써 간세포 보호 효과를 나타내는 것으로 판단된다.요 약
본 연구는 포도근 추출물의 항산화 활성을 확인하고자 열수 및 에탄올 추출을 통해 2종의 시료를 제작하여 추출물별 항 산화 활성을 비교하였다. 포도근에 포함된 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량을 측정한 결과, 에탄올 추출물(236.31
±4.60 mg GAE/g extract)이 열수 추출물(110.00±0.97 mg GAE/g extract)보다 높은 총 폴리페놀 함량을 나타내었 으며, 총 플라보노이드 함량 또한 에탄올 추출물(196.36±
4.19 mg CE/g extract)이 열수 추출물(52.19±2.09 mg CE/
g extract)보다 더 높게 나타났다. ESR을 이용한 DPPH 라 디칼 소거능을 측정한 결과, 포도근의 열수 및 에탄올 추출 물 모두 50% 라디칼 소거 농도인 IC50 값이 0.004 mg/mL로 비타민 C와 비슷한 활성을 나타내었다. ABTS를 이용한 라 디칼 소거 활성, FRAP를 이용한 총 항산화능 측정 및 ORAC 에 의한 항산화 활성을 측정한 결과에서도 포도근 추출물이 높은 항산화 효능을 가지고 있음을 확인할 수 있었고, 특히 FRAP법과 ORAC법에서 양성대조군인 BHT보다 높은 항산 화 활성을 나타내었다. 또한, FTC 및 TBA법을 이용한 지질 과산화 억제 효능을 살펴본 결과, 포도근 추출물이 양성대조 군인 비타민 C와 비타민 E보다 우수한 지질과산화 억제 효 과를 나타내었다. 간세포를 이용하여 포도근 추출물의 세포 독성을 확인하기 위하여 MTT assay를 수행한 결과, 포도 근의 열수 및 에탄올 추출물 모두 0.2 mg/mL의 농도까지는 독성이 없음을 확인하였다. 간세포 보호 효능 실험에서는
t
-BHP로 유도한 산화적 스트레스에 대해 포도근 추출물이 농도 의존적인 간세포 보호 효과가 있었으며, 이는 세포 내 활성산소종의 소거를 통하여 산화스트레스가 억제되어 세 포를 보호하는 것으로 판단된다. 또한, 후속 연구로 세포 보 호 관련 기전 규명에 관한 연구 및 항산화 효과와 관련된 항산화 효소 발현량에 관한 연구를 수행할 필요가 있을 것으 로 사료된다. 본 연구는 민간에서는 오랫동안 사용되어 왔으 나 많은 연구가 이루어지지 않았던 포도근 시료를 이용하여 항산화 효능의 기초 연구 자료 제공 및 항산화 소재 개발 가능성을 제시하였다.감사의 글
이 논문은 2017학년도 건국대학교의 연구년교원 지원에 의 하여 연구되었음.
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