잔가시 모자반 에탄올 추출물의 항아토피 효과
정다현1, 김꽃봉우리2, 김민지2, 강보경1, 박시우1, 박원민1, 김보람1, 박홍민1, 임무혁3, 안동현1*
1부경대학교식품공학과
/
식품연구소2부경대학교수산과학연구소
3대구식품의약품안전청유해물질분석과
Received: January 6, 2014 / Revised: March 10, 2014 / Accepted: March 11, 2014
서 론
아토피피부염은알레르기성질환중대표적인난치성질 환으로지속적인소양증을일으키는피부표층의염증을뜻 한다
[5].
일반적으로피부건조,
가려움,
염증을동반한천식,
알레르기성비염,
아토피성습진을말하며,
이러한질병들은개인및가족력과밀접한관련을맺고있다
[2, 24].
피부염의종류에따라다양한위험인자가존재하나
,
각질환에있어 유전적인원인은공통의원인으로작용하지만식생활변화 및공해,
피부건조,
집먼지진드기,
동물의털과분비물등다 양한 환경적인요인들이 유발 물질로서작용하기도 한다[3, 5, 6, 31].
아토피피부염에있어Th2
면역소인은가장큰위험인자로피부염환자의혈청내면역글로불린
E(IgE)
의생성량을높이는데영향을미친다
[7].
면역학적기전을살펴보면
,
항원에의해Th1
과Th2 cytokines
사이의균형이깨 지게되고,
과잉생산된Th2 cytokine
인IL-4,5,9,13
이B cell
을자극하여IgE
를증가시킨다[1].
증가된IgE
는비만 세포(mast cell)
표면의FcRI
수용체에결합을하는데(cross- linked),
알레르겐이다시인체에침투하는경우,
이알레르 겐과위FcRI
수용체에붙은specific IgE
가결합하여비만 세포를감작시킨다.
비만세포가더한자극을받아결합이깨 지면서세포내에저장되어있는히스타민,
류코트리엔등의 화학물질들이탈과립되면,
혈관과피부를자극하여피부에 붉은반점과부종그리고가려움증을동반한아토피피부염 을유발하거나악화시킨다[21, 24].
대부분의아토피피부염 환자의치료에있어국소요법이주로사용되고있으나,
좋 은효능에도불구하고부작용으로인한임상적한계를지니고있다
[11, 20].
현재사용중인아토피피부염치료제들은Anti-atopic Activity of Sargassum micracanthum Ethanol Extracts
Da-Hyun Jeong
1, Koth-Bong-Woo-Ri Kim
2, Min-Ji Kim
2, Bo-Kyeong Kang
1, Si-Woo Bark
1, Won-Min Pak
1, Bo-Ram Kim
1, Hong-Min Park
1, Moo-Hyeog Im
3, and Dong-Hyun Ahn
1*
1
Department of Food Science & Technology/Institute of Food Science, Pukyong National University, Busan 608-737, Republic of Korea
2
Institute of Fisheries Sciences/Pukyong National University, Busan 619-911, Republic of Korea
3
Division of Hazardous Substances Analysis, Daegu Food & Drug Administration, Daegu 704-940, Republic of Korea Atopic dermatitis (AD) is a common chronic inflammatory disease preceding the development of allergic disorders. The aim of this study was to evaluate the effect of Sargassum micracanthum ethanol extract (SMEE) on AD. AD was induced by spread- ing 2,4-dinitrochlorobenzen (DNCB) on the back sides of BALB/c mice. The efficacy of SMEE was tested by observing the skin clinical severity score, proliferations of Raw 264.7 cells and the secretion of cytokines and IgE. The secretion of IL-4, and IgE was significantly decreased by SMEE in a dose dependent manner, while IFN- γ was increased. In addition, SMEE alleviated the AD symptoms better when compared to the positive controls. In conclusion, these results suggest that SMEE has an inhib- itory effect on AD, and may serve as a useful biomaterial for the development of cosmeceuticals.
Keywords: Sargassum micracanthum, atopic dermatitis, IgE, skin severity score
*Corresponding author
Tel: +82-51-629-5831, Fax: +82-51-629-5824 E-mail: [email protected]
© 2014, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
대부분외용제중심의증상완화제들이며
,
심각한전신성질 환치료제의경우독성(
부작용)
이발현되고고가로인해장 기간사용하기어려워특히빈번하게발생하고있는소아나 유아에있어최적치료제가없는실정이다[11, 20, 27, 34].
지구생물중약
80%
를차지하는해양생물[15]
은육상생 물에비해고염,
고압의특수한환경에서생육하면서다양한 미네랄성분을함유하고있어오래전부터한국,
일본등극동아시아지역에서우수한먹거리로이용되어왔다
[13].
그중식용으로쓰이는해조류는일반적으로열량및영양성분 은낮은편이지만다양한생리활성물질들을함유하고있는 것으로보고되고있다
.
해조류는건강에필수적인다양한무 기염류들을다량함유하고있으며,
특히비소화성복합다당 류(agar, alginic acid, fucoidan, laminaran, starch)
들은다 양한생리활성기능을가지고있는것으로알려져있다.
또 한항균,
항염증,
항암,
항당뇨및항산화등많은생리활성 을가지고있는것으로밝혀지면서해조류에대한생리활성 연구가활발히진행되고있다[14, 16, 19, 22, 23].
해조류에 는알긴산과칼슘이온,
요오드성분이많기때문에대장의 연동운동촉진과골다공증예방및갑상선부종을억제시키는역할을하는것으로보고되어있다
[4].
잔가시모자반
(Sargassum micracanthum)
은모자반목모자 반과에속하는갈조류로우리나라인근해역에서쉽게채취할 수있는대표적인해조류이다.
잔가시모자반에관한연구는 현재,
항비만[18]
및항산화[8, 12]
에관한일부가수행되고있 다.
따라서본연구에서는DNCB(2,4-Dinitrochlorobenzene)
로 유발된접촉성피부염동물모델에잔가시모자반에탄올추 출물을도포하여세포배양액내의cytokine
분비량,
혈청내IgE
분비량측정및육안평가등을통해잔가시모자반에탄올추출물의아토피억제효과를밝히고기능성소재로의 이용가능성을제시하고자연구하였다
.
재료 및 방법
실험재료
잔가시모자반
(Sargassum micracanthum)
은2011
년부 산연화리에서채취한것으로담수로깨끗이수세,
건조,
분 쇄한후 −20
oC
에서보관하며실험에사용하였다.
잔가시 모자반 추출물 제조
잔가시모자반분말에
10
배량의에탄올을가하고,
교반기(H-0820, Dongwon Science Co., Busan, Korea)
를이용하 여24
시간추출하였다.
원심분리기(UNION 32R, Hanil Co., Incheon, Korea)
를이용하여3,000 rpm
에서10
분간원심분 리한후상층액을취하였고,
남은잔사를이와동일한방법 으로2
회반복하여추출하였다.
추출한상층액은37
oC
에서감압농축기
(RE200, Yamoto Co., Tokyo, Japan)
로농축하여 사용하였다.
실험동물
생후
4
주령의수컷BALB/c
마우스를사용하였다.
마우스 는오리엔트바이오(Orient Co., Seongnam, Korea)
로부터 구입하여온도20
±2
oC,
습도50
±10%, 12
시간명암주기가 유지되는동물실에서6
주간예비사육한후실험에사용하 였다.
아토피 피부염 유발 및 시료처리
Ahn
등[2]
의방법을약간변형하여아토피피부염을유발하였다
.
생후6
주령의수컷BALB/c
마우스의등부위를깨 끗하게제모한후,
미세상처가치유되도록24
시간방치하 였다. 24
시간후,
아세톤과올리브오일혼합액(3:1)
에용해시 킨1% (w/v) DNCB(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 200
μl
을일주일에3
번마우스의귀뒤쪽과등부위에 도포하였다.
일주일후부터는0.3% (w/v) DNCB 200
μl
을하 루에한번동일한부위에고르게도포하였다.
시료(30 mg/
ml)
는0.3% (w/v) DNCB
용액과12
시간간격으로하루에한 번, 200
μl
씩2
주동안마우스의귀뒤쪽과등부위에고르 게도포하였다.
비장 세포 분리 및 배양
Mishell
등[25]
의방법을약간변형하여비장세포를분리 하였다.
실험이끝난마지막날에각실험군(NC: Negative control, PC: Positive control, and SMEE)
별로5
마리의수 컷BALB/c
마우스를diethyl ether
로마취하여희생시킨후,
비장을무균적으로적출하였다.
적출한비장은RPMI
배지(RPMI Medium 1640, GIBCO, NY, USA)
로 세척한 후, tissue grinder
로균질화하여세포를유리시켰다.
세포현탁 액을1,800 rpm, 4
oC
에서5
분간원심분리한후, RBC (Red blood cells, Tris-buffered ammonium chloride; 0.87% (w/v) NH
4Cl, pH 7.2) lysis buffer
에10
분간정치시켜적혈구를 제거하였다.
그 후, 10% (w/v) FBS (Fetal bovine serum)- RPMI
배지를첨가하여2
×10
6cells/ml
농도로희석된비장 세포 현탁액을37
oC, CO
2incubator (MCO-15 AC, Sanyo, Osaka, Japan)
에서72
시간배양하였다.
비장 세포 배양액의 cytokine 분비량 측정
비장세포로부터생성되는
IFN-
γ및IL-4 cytokine
의분비 량을ELISA-kit (Mouse ELISA set, BD Bioscience, San
Diego, USA)
를이용하여측정하였다. Micro-plate
에capture
antibody
로anti-mouse IFN-
γ및IL-4
를처리하고4
oC
에서 하룻밤동안coating
시켰다.
이를PBST (Phosphate bufferd
saline-Tween 20, 0.01 M PBS, pH 7.2, 0.05% (w/v) Tween 20)
로세척한뒤, 10% (w/v) FBS
용액으로실온에서1
시간 동안blocking
하였다. 1
시간후에PBST
로세척한뒤,
배양상층액을분주하고실온에서
2
시간동안반응시킨후PBST
로다시세척을하고희석한
biotinylated anti-mouse IFN-
γ, IL-4 detection antibody
와streptoavidin-horseradish peroxidase conjugated
를분주하고실온에서1
시간반응시켰다.
반응후,
이를다시PBST
로세척한다음, OPD (o-phenylenediamine, Sigma Chemical Co., USA)
및H
2O
2를 첨가한citrate buffer (pH 5.0)
을첨가하여실온에서30
분간암반응시켰다. 2 N H
2SO
4로반응을종료시킨후, micro-plate reader (Model 550, Bio-rad, Richmond, USA)
를이용하여490 nm
에서흡 광도를측정하였다.
비장세포의 증식능 측정
비장세포현탁액을
2
×10
6cells/ml
농도로96 well-plate
에분주한후, 37
oC, CO
2incubator
에서72
시간배양하였다.
배양 후, 5 mg/ml MTT (thiazol blue tetrazolium bromide, Sigma Chemical Co., USA)
용액을첨가하고2
시간재배양 하여formazan crystal
형성을유도하였다.
이를2,000 rpm, 4
oC
에서10
분간원심분리한후,
상층액을제거하고DMSO (dimethyl sulfoxide, Sigma Chemical Co., USA)
를첨가하 고micro-plate reader (Model 550, Bio-rad, Richmond, CA, USA)
를이용하여540 nm
에서흡광도를측정하였다.
비장세 포증식능은다음식에의해계산하였다.
Proliferation Index (%) =
(Sample
의흡광도/Control
의흡광도) × 100
혈액 채취 및 혈청 내 total IgE 함량 측정실험종료일에마우스를
Diethyl ether
로마취시키고대동맥으로부터
Disposable syringe (Sungshim medical Co., LTD, Bucheon, Korea)
를이용해서혈액을대략1.0 ml
채 취하였다.
혈액은10,000 rpm, 4
oC
에서5
분간원심분리하 여혈청을분리하였다.
분리한혈청은실험에사용하기전까 지−20
oC
에서보관하였으며마우스혈청내total IgE
함량 은ELISA kit
를이용하여측정하였다.
먼저ELISA micro- plate
에anti-mouse IgE
를분주하고4
oC
에서하룻밤동안coating
시켰다.
이를PBST
로 세척한 뒤, 2% (w/v) BSA (Bovine serum albumin, Sigma Chemical Co., USA)
용액으 로실온에서1
시간동안blocking
하였다. 1
시간후에PBST
로 세척한뒤,
배양상층액을분주하고실온에서2
시간동안반 응시킨 후PBST
로 다시 세척을 하고 희석한biotinylated anti-mouse IgE detection antibody
와streptoavidin- horseradish peroxidase conjugated
를분주하고실온에서1
시간반응시켰다.
반응후,
이를다시PBST
로세척한다음, OPD
및H
2O
2를첨가한citrate buffer (pH 5.0)
을첨가하여 실온에서30
분간암반응시켰다. 2 N H
2SO
4로반응을종료 시킨후, micro-plate reader
를이용하여490 nm
에서흡광도 를측정하였다.
Skin clinical severity score
시험물질도포후
0, 7, 14
일이되는시점에실시하였다.
본평가방법은아토피성피부염에서일반적으로사용되는 임상적육안평가방법으로써아토피성피부염의심각성정 도를다음의5
가지항목을각각평가한점수의총합으로나 타내었다.
평가항목은홍반(erythema),
가려움과건조피부(pruritus & dry skin),
부종과혈종(edema & excoriation),
짓무름(erosion)
및태선화(lichemification)
로나누었고각각 의항목을없음(0),
약함(1),
보통(2),
심함(3)
으로채점한후 합산함으로써최소0
점에서최고15
점사이의점수를부여 하였다[33].
통계 처리
모든실험에대한통계처리는
SAS program (Statistical analytical system V8.2, SAS Institute Inc., Cary, NC,
USA)
을이용하여one way ANOVA
법으로분산분석을실시하였으며
,
조사항목들간의유의성검정은Duncan
의다 중검정법으로p < 0.05
수준에서실시하였다.
결과 및 고찰
비장 세포 배양액의 cytokine 분비량 측정
IFN-
γ는Th1
세포에서생산되는cytokine
으로써macrophage
의활성을강력히유도하고natural killer cell
의활성을증 가시켜암의감시및감염에대한세포성면역효과를증진시키며
, Th2
세포의증식을억제하여IL-4
의생산을저해함으로써알레르기에대한보호효과를갖는다
[26].
본연구에 서아토피를유발한마우스비장세포의IFN-
γ분비량(Fig.
1)
은negative control (1583.23
±4.14 pg/ml)
과 비교하여 현저히낮은값(509.12
±12.42 pg/ml)
을나타냈으며, SMEE
처리구의경우그분비량이1273.02
±12.42 pg/ml
으로비장세포의
IFN-
γ생산을촉진시킴으로써Th1
세포의기능을활성화시켜세포성면역을증진시킬것으로사료된다
.
또한아토피피부염은정상인에비해
IL-4
생산은많아지고IFN-
γ는생산이줄어들어그현상으로
IgE
생산이증가한다고알려져있는데
[17], IL-4 cytokine
의분비량을측정한결과(Fig.
2), Th2 cytokine
인IL-4
의생성을유의적으로억제시킴을확 인할수있었다. Negative control
은2.38
±3.63 pg/ml
으로positive control
군은81.89
±5.44 pg/ml
으로나타나PC
가NC
에비하여큰폭으로증가하였고잔가시모자반SMEE
처 리구는28.03
±0.00 pg/ml
으로나타나PC
에비하여유의성 있게감소하였다.
이처럼아토피피부염을유발한동물모델 에잔가시모자반에탄올추출물을도포함으로써Th1
세포 와Th2
세포의각기특징적인cytokine
의분비량을조절하 는데에효과적인것으로사료된다.
비장세포의 증식능 측정
DNCB
로아토피피부염을유발한마우스에2
주간SMEE
를도포한후
,
비장세포를분리및배양하여MTT assay
를실시하였다
.
그결과(Fig. 3), positive control
군에서DNCB
로아토피를유발한경우비장세포의증식능이확연히증가 한반면, SMEE
처리구의경우negative control
군과유사한 수준까지 감소함을 보였다
.
따라서SMEE
의 도포는DNCB
에의해자극된비장세포의증식을억제시키며,
또한SMEE
가비장세포의증식능에있어세포독성을보이지않 는것을확인하고실험을진행하였다.
혈청 내 total IgE 함량 측정
아토피 피부염 환자의 급성 질환에서
Th1 cytokine
인IFN-
γ가감소해있으며,
이는IgE
과생산과Th2
면역반응 을 유도한다.
이러한 결과들에서 아토피 피부염은Th2 cytokine
이중요한기능을하는것을알수있으며, IgE
는아 토피피부염을진단하는표식자라고할수있다[30].
일반적 으로,
아토피피부염환자의80~85%
가혈청중총IgE
의함 량이상승되어있으며아토피피부염뿐만아니라천식,
비염 등의알레르기성질환의발현에IgE
가중요한역할을한다고알려져있다
[9].
본연구에서는DNCB
로아토피피부염을유발하고
3
주간SMEE
를도포한뒤, BALB/c
마우스의혈 청으로부터IgE
의함량을ELISA
방법으로정량했다(Fig. 4).
그 결과
, negative control
군의 혈청 중 총IgE
의 함량은29.86
±0.14 pg/ml
이었으며positive control
군의혈청중총IgE
함량은330.57
±0.29 pg/ml
으로 나타났다.
반면에SMEE
처리에따른결과는160.31
±0.58 pg/ml
의IgE
농도를나타내어
SMEE
도포에의해혈청중IgE
의생성이유의적으로억제된것을확인하였다
.
이는Jeong [10]
등의해 조류추출물의아토피완화효과에관한연구결과와유사Fig. 1. Effects of Sargassum micracanthum ethanol extract
on IFN- γ production in splenocytes from atopic dermatitis- like skin lesions mice. Negative control (NC, n = 5): untreated, Positive control (PC, n = 5): DNCB and vehicle, SMEE (n = 5):
DNCB and Sargassum micracanthum ethanol extract,
a-cMeans with different superscripts are significantly different (p < 0.05).
Fig. 2. Effects of Sargassum micracanthum ethanol extract on IL-4 production in splenocytes from atopic dermatitis-like skin lesions mice. Negative control (NC, n = 5): untreated, Positive control (PC, n = 5): DNCB and vehicle, SMEE (n = 5):
DNCB and Sargassum micracanthum ethanol extract,
a-cMeans with different superscripts are significantly different (p < 0.05).
Fig. 3. Effects of Sargassum micracanthum ethanol extract on the proliferation in splenocytes from atopic dermatitis-like skin lesions mice. Negative control (NC, n = 5): untreated, Positive control (PC, n = 5): DNCB and vehicle, SMEE (n = 5):
DNCB and Sargassum micracanthum ethanol extract,
a-bMeans
with different superscripts are significantly different (p < 0.05).
하며
,
계피나무추출물[32],
생약복합제[35]
등의IgE
함량 억제연구와비슷한결과를나타낸다.
Skin clinical severity score
본연구에서는아토피성피부염에서일반적으로사용되는 임상적육안평가법
[33]
을이용하여홍반(erythma),
가려움 과건조피부(pruritus & dry skin),
부종과 혈종(edema &
excoriation),
짓무름(erosion),
태선화(lichenification)
와같 은5
가지항목을각각평가한점수의총합으로나타냈다. DNCB
처리한BALB/c mice
는실험군별로각각5
마리씩실 험에이용하였다. SMEE
의아토피피부염에대한회복정도 를조사하기위하여negative control
군과DNCB
로아토피 피부염을유발시킨positive control
군및DNCB
로유발후에
SMEE
를도포한 처리구로나누어실험을 실시하였다.
SMEE
처리1
주후, PC
는등부위에피부반점,
홍반,
피부 건조,
부종및출혈등이심하게나타났으나SMEE
를1
주간 지속적으로도포한경우환부의피부염이어느정도회복되 는양상을볼수있었으며2
주간지속적으로도포했을경우 에는거의정상피부상태로회복되는것을확인하였다(Fig.
5).
또한severity score
그래프도 육안평가결과와같은양 상으로나타났다(Fig. 6). Positive control
군과비교시유의적인차이는없었으나
2
주째까지SMEE
를지속적으로도포하였을경우에는
positive control
군과비교하여score
가현Fig. 4. Effects of Sargassum micracanthum ethanol extract on
total lgE production in sera from atopic dermatitis-like skin lesions mice. Negative control (NC, n = 5): untreated, Positive control (PC, n = 5): DNCB and vehicle, SMEE (n = 5): DNCB and Sargassum micracanthum ethanol extract.
a-cMeans with different superscripts are significantly different (p < 0.05).
Fig. 5. Effects of Sargassum micracanthum ethanol extract on clinical skin features of DNCB-applied BALB/c mice. Negative
control (NC, n = 5): untreated, Positive control (PC, n = 5): DNCB and vehicle, SMEE (n = 5): DNCB and Sargassum micracanthum
ethanol extract.
저히감소한것을확인할수있었다
.
이와같은결과는참소 리쟁이물추출물[2],
도라지추출물[28],
어성초추출물[29]
등을 이용한 항아토피 연구 결과와 유사하였다
.
따라서SMEE
를피부에도포함으로써아토피피부염을효과적으로 완화시킬것으로사료된다.
요 약
본연구는
DNCB
도포를통해아토피피부염을유발시킨BALB/c mice
에SMEE
를2
주 동안 지속적으로 처리하여SMEE
의아토피피부염완화효과에대해연구하였다.
따라 서IFN-
γ및IL-4 cytokine
의분비량,
비장세포증식능,
혈청 중총IgE
함량,
육안평가및skin clinical severity score
를 실시하였다.
그결과SMEE
를지속적으로도포함으로써IL- 4 cytokine
과총IgE
함량이현저히감소하는것을확인할 수있었으며IFN-
γcytokine
은유의적으로증가하는것을확 인하였다.
세포증식능 측정결과, SMEE
처리구의 경우negative control
군과유사한수준까지억제됨을나타냈으며,
비장세포의비이상적인증식에SMEE
도포처리가큰영향 을미치지않는것으로나타났다.
육안평가및skin clinical severity score
결과, SMEE
를2
주간지속적으로도포처리 하였을때,
그증상이눈에띄게완화되는것을확인할수있 었으며score
또한positive control
과비교시유의적으로감 소하였다.
결과적으로SMEE
는Th1 cytokine
생성은증가 시키고Th2 cytokine
생성은억제하여IgE
의과다발현을억 제함으로써아토피피부염의개선에뛰어난효능을가지고 있는것으로사료된다.
Acknowledgments
This research was supported by Basic Science Research Pro- gram through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (2012R1A6A1028677).
References