Effects of Feral Haw (Crataegus pinnatifida Bunge) on Hepatic Functional Enzyme Activity in Dyslipidemic Rats

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야생 산사( Crataegus pinnatifida Bunge)가 이상지질혈증 흰쥐의 간 기능 대사효소의 활성 변화에 미치는 영향

성종환․김민아․Duan Yishan․김한수^†․이영근․김동섭․정헌식

부산대학교 식품공학과

Effects of Feral Haw (Crataegus pinnatifida Bunge) on Hepatic Functional Enzyme Activity in Dyslipidemic Rats

Jong-Hwan Seong, Min-A Kim, Yishan Duan, Han-Soo Kim^†, Young-Guen Lee, Dong-Seob Kim and Hun-Sik Chung

Department of Food Science & Technology, Pusan National University, Miryang 627-706, Korea

Abstract

Haw (Crataegus pinnatifida Bunge) has been used in traditional medicine for treating various ailments such as obesity and digestive trouble in Far East countries, including Korea. The present study was carried out to investigate the effects of feral haw on hepatic functional enzymes in dyslipidemic rats. Four groups of male rats (Sprague Dawley strain) were fed different diets for 5 weeks: NND (normal-nondyslipidemic diet) group, NNDH (normal-nondyslipidemic diet + haw extract) group, CDD (control-dyslipidemic diet) group and DDH (dyslipidemic diet + haw extract) group. ALP (alkaline phosphatase), LDH (lactate dehydrogenase), AST (aspartate aminotransferase) and ALT (alanine aminotransferase) activities were significantly higher in the CDD group than the NND group. However, haw extract supplement significantly reduced hepatic functional enzyme activities compared to the CDD group. Lipid deposition of the DDH group decreased compared to the CDD group. The size of adipose tissue decreased significantly in the DDH group compared to the CDD group. These results suggest that feral haw could be used as a food resource and functional food material.

Key words : Crataegus pinnatifida Bunge, dyslipidemia, ALP, LDH, hepatic tissue

†Corresponding author : Han-Soo Kim, Tel : +82-55-350-5351, Fax : +82-55-350-5359, E-mail : [email protected]

서 론

산사(Crataegus pinnatifida Bunge)는 아가위, 적과자, 산과 자 등의 이름으로 불리고 있으며, 떡, 잼 등으로 이용되고 있 는 장미과(Rosaceae)의 붉은 과실이다(Bae & Kim 2003, Ryu et al 2010). Glutamic acid, asparagine 등의 아미노산 함량이 높고, 100 g당 0.85 g의 필수 아미노산을 함유하고 있으며, 그 밖에 칼륨, 칼슘, 인, 마그네슘 등의 무기질과 fructose와 같은 유리당의 영양성분을 함유하고 있다고 보고되어 있다 (Park et al 2012). 또한 cyanidin-3-O-galactoside, hyperoside, isoquercitrin, chlorogenic acid, procyanidin B2, protocatechuic acid, caffeic acid, pyrogallol 및 ursolic acid 등의 성분을 포함 하고 있다고 한다(Kim et al 1993, Oh & Kim 1993, Liu et al 2010a). 산사의 생리활성으로는 항혈전(Ryu et al 2007), 항염 증(Tadic et al 2008), 항산화(Liu et al 2010b), 체내 지질 농

도 개선(Park et al 2005), 체중 조절(Chon et al 2009), 항고 지혈증(Kwon & Kim 2010) 등의 작용이 있다고 알려져 있다.

한편, 인지능력 측정을 위한 수동 회피 실험(passive avoi- dance test)에서 산사 추출물 투여군은 latency time이 기억력 감퇴 모델군에 비하여 유의성 있게 증가하였고, 공간 인지 및 기억학습 수행능력을 위한 Morris 수중 미로 실험 결과, 산사 추출물 투여군에서 공간 기억 능력 및 학습 능력이 정 상수준으로 회복되어 기억력 개선 효능이 있다고 보고된 바 있다(Wang et al 2009). 산사 분말(2%)을 4주간 섭취한 실험 군은 고콜레스테롤혈증 실험군에 비하여 간의 superoxide dismutase(SOD) 및 catalase(CAT)와 신장의 SOD 활성이 유 의적으로 증가하였고, 간의 지방 축적이 억제되어 산화적 스 트레스로 인한 간 손상을 예방하는 효과가 있다고 보고되었 다(Kwok et al 2010). 산사 methanol 엑스를 분획하여 얻은 ursolic acid, quercetin 등의 성분으로 우울증과 고혈압 등의 질환과 관련이 있는 monoamine oxide(MAO) 활성 저해 작용 을 측정한 결과, quercetin이 유의적으로 MAO 활성 억제 효 과를 나타내었다고 한다(Hong et al 2002). 최근 음주, 흡연

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및 운동과 같은 생활양식의 변화와 서구화된 식습관으로 인 하여, 관상동맥질환이 증가하는 추세에 있고, 이를 감소시키 기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다(Han et al 1992, Liu RH 2003).

이상지질혈증(dyslipidemia)은 인슐린 저항성, 당뇨, 비만, 고혈압, 심혈관계 질환 등이 원인으로 작용하여 총 콜레스테 롤, low density lipoprotein(LDL)-콜레스테롤 및 중성지방이 증가하거나, high density lipoprotein(HDL)-콜레스테롤이 감 소된 상태를 말하며, 혈청 콜레스테롤 및 triglyceride(TG)는 관상동맥 질환의 지표로 이용된다(Grundy SM 1998, Matsubara et al 2002). 콜레스테롤은 lipoprotein과 결합하여 존재하는 데, LDL-콜레스테롤 농도의 증가는 죽상동맥경화증과 관련 이 있으며, HDL-콜레스테롤 농도의 감소는 관상동맥 질환의 위험을 낮출 수 있다고 알려져 있다(Han et al 1992, Grundy SM 1998). 식물에 함유되어 있는 생리활성물질은 총 콜레스 테롤, 중성지방, LDL-콜레스테롤과 같은 혈청 지질 수준을 개선시키는 효과가 있으며, 비만, 고지혈증과 같은 질병의 예 방 및 치료 효과를 나타낸다고 한다(Hwang et al 2003, Lee et al 2011). Lard와 alcohol로 간 손상을 유발시킨 흰쥐에 마 늘을 10주간 급여시켰을 경우, lactate dehydrogenase(LDH), aspartate aminotransferase(AST) 및 alanine aminotransferase (ALT)의 활성이 감소하였으며, 마늘은 간 손상 보호 효과가 있는 것으로 보고된 바 있다(Byun et al 1995). 또한, 발효 강 화쑥도 AST, ALT, LDH 및 alkaline phosphatase (ALP)의 활 성을 감소시켜 간장해 보호 효과가 있음이 보고되어져 있다 (Choi et al 2007).

따라서 본 연구에서는 이상지질혈증 흰쥐에 있어서 산사 추출물의 급여가 간 조직 및 간 기능 대사효소 활성에 미치 는 영향을 분석한 후, biohealth 기능성 식품 자원으로서 활 용가치를 확인하기 위하여 실험을 수행하였다.

재료 및 방법

1. 실험 재료

본 실험에 사용된 산사는 2011년 10월 중하순 강원도 정 선군 남면 일대 야산에서 채취하여 진공 동결 건조(EYELA, FDU-2000, Rikakikai Co., Tokyo, Japan)시킨 후, —80℃(SW- UF-400, Sam-Won Co., Busan, Korea)에 저장하며 사용하였 다. 시료의 추출은 Fig. 1과 같이, 추출기(DWG-50000AR, Dae-Woong, Seoul, Korea)에 동결 건조시킨 산사 200 g 및 물 1,100 mL를 넣고, 4시간 동안 증숙(88℃)한 후, 8시간 동 안 가열(92℃)하였다. 그 후 모아진 추출액에 100 mL의 물을 추가하여 같은 방법으로 12시간 추출한 후, 총 1,000 mL의 추출액을 얻어 본 실험의 시료로 사용하였으며, 이를 Sprague

Haw (Crataegus pinnatifida Bunge), 200g

↓

Adding water (1,100 mL)

↓

Steaming at 88℃ for 4h

↓

Heating at 92℃ for 8h

↓

Adding water (100 mL)

↓

Steaming at 88℃ for 4h

↓

Heating at 92℃ for 8h

↓

Haw(Crataegus pinnatifida Bunge) extract (1,000 mL)

Fig. 1. Processing procedure of haw(Crataegus pinnatifida Bunge) extract.

Dawley계 흰쥐에 5주간 물 대신 자유롭게 섭취하도록 하였다.

2. 실험 동물

평균 체중이 200±10 g인 7주령된 Sprague Dawley계 수컷 흰쥐(Daehan Biolink Co., Ltd, Eumseong, Korea)를 5% 콩기 름(Ottogi, soybean oil, Anyang, Korea)을 함유하는 기초식이 로 1주일간 예비 사육하여 적응시킨 후, 난괴법(Randomized Complete Block Design)에 의해 6마리씩 4군으로 metabolic cage(JD-C-71, Jeongdo, Seoul, Korea)에 나누어 5주간 실험 사육하였다. 실험 사육실의 온도는 20±1℃, 습도는 50±10%

로 일정하게 유지시켰고, 명암은 12시간(07:00∼19:00) 주기로 조명하였다. 예비 사육 및 실험 사육은 부산대학교 동물실험 윤리위원회의 승인(PNU-2013-0310)과 관리 감독 하에 실시 되었다.

3. 식이조성 및 실험군

식이조성 및 실험군은 Table 1과 같다. 기본 식이를 섭취시 킨 대조군(Control)인 정상군(normal-nondyslipidemic)의 NND 군, 정상 실험군에 산사 추출물을 섭취시킨 실험군(NNDH 군), 이상지질혈증 유발 실험군(CDD 군)인 질환 모델 대조군 (Control-dyslipidemic)과 질환모델 실험군(dyslipidemic)에 산 사 추출물을 섭취시킨 실험군(DDH 군)으로 나누었다.

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Table 1. Experimental groups and compositions of experi-

mental diet for 5 weeks (%)

Group

Ingredient NND NNDH CDD DDH

Casein(C3400) 22.0 22.0 22.0 22.0

Corn starch(S4126) 48.0 48.0 48.0 48.0

Sucrose 15.0 15.0 15.0 15.0

Cellulose(C8002) 5.0 5.0 4.0 4.0

Mineral mix¹⁾(960400) 3.5 3.5 3.5 3.5 Vitamin mix²⁾(960402) 1.0 1.0 1.0 1.0

Soybean oil 5.0 5.0 - -

Lard - - 5.0 5.0

Cholesterol(C8667) - - 0.75 0.75

Sodium cholate(S9875) - - 0.25 0.25

L-Cystine(34430-0310) 0.3 0.3 0.3 0.3

Choline bitartrate(C1629) 0.2 0.2 0.2 0.2

Total 100.0 100.0 100.0 100.0

Group NND : Normal-nondyslipidemic diet(control group).

NNDH : Normal-nondyslipidemic diet + haw(Crataegus pinnatifida Bunge) extract.

CDD : Control-dyslipidemic diet.

DDH : Dyslipidemic diet + haw(Crataegus pinnatifida Bunge) extract.

1) AIN-93G-MX mineral mix.

2) AIN-93-VX vitamin mix.

4. 실험동물의 처리

실험 사육 최종일에 7시간 동안 절식시키고, 에테르 마취 하에 심장채혈법으로 혈액을 취하여, 4℃에서 1시간 방치한 후, 분당 3,000 cycle로 4℃에서 20분간 원심분리하여 혈청을 얻어, 본 실험에 사용하였다.

5. Alkaline Phosphatase(ALP) Activity 측정

혈청 중의 alkaline phosphatase(ALP) 농도는 효소법에 의 해 조제된 kit 시약(Eiken, Tokyo, Japan)을 이용하여 생화학 분석기(Hitachi 7150, Tokyo, Japan)로 측정하였다.

6. Lactate Dehydrogenase(LDH) Activity 측정 Lactate dehydrogenase(LDH)는 효소법에 의해 조제된 kit 시약(Eiken, Tokyo, Japan)을 이용하여 생화학분석기(Hitachi 7150, Tokyo, Japan)로 측정하였다.

7. 간장의 조직학적 검사

간 조직은 적출한 즉시 3.5% 포르말린 용액에 12시간 고 정하고, 흐르는 물에 수세한 후 4µm 두께로 조직 절편을 제작 하여 H&E(hematoxylin and eosin)로 염색하고, 광학 현미경 (BA410, Motic China Group Co., Ltd., China; magnification Plan 10×/0.25 NA)으로 관찰하여 motic image plus 2.0(Moti- cam 2500, 5.0 M Pixel USB 2.0)을 이용하여 측정하였다.

8. Aminotransferase(AST, ALT) Activity 측정

Aspartate aminotransferase(AST), alanine aminotransferase (ALT)는 효소법에 의해 조제된 kit 시약(Eiken, Tokyo, Japan) 을 이용하여 생화학분석기(Hitachi 7150, Tokyo, Japan)로 측 정하였다.

9. 통계 처리

분석 결과의 통계 처리는 실험군 당 평균치와 표준편차를 계산하였고, 군간의 차이는 one-way analysis of variance(ANO- VA, IBM SPSS statistics ver. 21) 분석 후 p<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test에 의하여 각 실험군 간의 유의성 을 검증하였다.

결과 및 고찰

1. Alkaline Phosphatase(ALP) 활성

ALP(alkaline phosphatase)의 활성 변동은 Fig. 2와 같다. 대 조군(NND)은 261.6±22.9 U/L로 나타났고, 대조군에 산사 추 출물을 급여시킨 NNDH 군은 259.5±19.5 U/L의 활성을 보였 다. 이상지질혈증 유발군인 CDD 군은 384.8±23.4 U/L로 대 조군인 NND 군과 대조군에 산사 추출물을 급여시킨 NNDH 군에 비하여 유의적으로 높게 나타났다. 이상지질혈증 유발군 에 산사 추출물을 급여시킨 DDH 군은 323.5±22.7 U/L로 대 조군(NND) 및 대조군에 산사 추출물을 급여시킨 NNDH 군 에 비하여 높게 나타났으나, 이상지질혈증군인 CDD군에 비 하여 유의적으로 낮은 활성을 보였다. ALP는 간세포 내에 존재하는 효소로 골 형성 및 고지혈증, 담즙산 배설 장애 등 의 간 손상이 일어났을 때 활성이 증가한다고 알려져 있다 (Do et al 2011, Kim et al 2012). 따라서 본 실험 결과, CDD 군에 비하여 DDH 군은 유의적인 ALP 활성 감소를 나타내었 고, 산사는 이상지질혈증 등에서 발생한 간 손상의 기능 개 선 효과가 있는 것으로 판단된다.

2. Lactate Dehydrogenase(LDH) 활성

LDH(lactate dehydrogenase) 활성 변동은 Fig. 3과 같이, 대 조군인 NND 군(1,169.3±115.5 U/L)과 대조군에 산사 추출물 을 급여시킨 NNDH 군(1,085.1±111.7 U/L)에서 유의적인 차

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Fig. 2. Activity of alkaline phosphatase in serum of the experimental rats for 5 weeks.

1) Group NND : Normal-nondyslipidemic diet(control group).

2) The data are presented as means±SD of 6 independent rats.

Means with different letters are significantly different at p<

0.05 by Duncan's multiple range test.

이는 없는 것으로 나타났다. 이상지질혈증 유발군인 CDD 군 은 1,871.2±122.4 U/L로 NND 군과 NNDH 군보다 높은 활성 을 보였으며, 이상지질혈증에 산사 추출물을 급여시킨 DDH 군은 1,565.5±124.7 U/L로 대조군인 NND 군, 대조군에 산사

Fig. 3. Activity of lactate dehydrogenase in serum of the experimental rats for 5 weeks.

DDH : Dyslipidemic diet + haw(Crataegus pinnatifida BUNGE) extract.

2) The data are presented as means±SD of 6 independent rats.

추출물을 급여시킨 NNDH 군에 비해 높게 나타났으나, CDD 군에 비하여 유의적으로 활성이 낮은 것으로 확인되었다.

LDH는 간기능 검사의 지표로 급성간염, 심근경색 및 백혈병 등과 같이 간 기능이 비정상적일 때 농도가 상승한다고 하 며, 담즙 분비의 장애로 혈액으로 유리된다고 알려져 있다 (Kim HS 2006, Lee et al 2011). 또한 급성 간염의 초기에 LDH 활성이 증가한다고 하며, 산사 추출물은 LDH 활성을 감소시켜 간 손상에 대한 예방 효과가 있다고 보고되어 있다 (Shin et al 2010). 본 실험 결과, 이상지질혈증 유발 쥐에 산사 추출물의 급여는 LDH의 활성을 유의적으로 감소시키는 것 으로 나타났으며, 간 기능 개선 등에 효과가 있을 것이라 생 각된다.

3. 간장의 조직학적 검사

간장의 광학현미경을 통한 조직학적 검사는 Fig. 4와 같다.

대조군인 NND 군에서는 이상소견이 발견되지 않았고, 대조 군에 산사를 급여시킨 NNDH 군 또한 어떠한 이상소견도 발 견되지 않았다. 이상지질혈증군인 CDD 군에서는 지방 세포 의 크기 증가, 지방 변성, 염증 및 거품세포 등이 관찰되었으 며, 이상지질혈증에 산사 추출물을 급여시킨 DDH 군에서 지 방 변성 등이 관찰되었으나, 이상지질혈증군인 CDD 군에 비 하여 지방 세포의 크기 및 지방 변성 등이 적게 관찰되었다.

한편, 산사는 지방 전구 세포 분화 억제 및 지방 세포 분해 촉진 효과와 분변으로 배설되는 포화지방산의 함량을 증가 시키는 효과 등이 있는 것으로 보고된 바 있다(Won et al 2008, Chon et al 2009). 본 실험 결과, 산사 추출물을 급여시 킨 실험군에서 지방 세포의 크기 감소 및 지방 변성 등이 적 은 것으로 확인되었다.

4. Aminotransferase(AST, ALT) 활성

산사 추출물을 5주간 섭취시킨 흰쥐 혈청 중의 AST(aspartate aminotransferase) 및 ALT(alanine aminotransferase) 활성 변화는 Fig. 5와 같다. AST와 ALT 활성은 동일한 경향을 나 타내었으며, 대조군인 NND군의 AST 및 ALT는 73.2±3.8 U/mL, 38.5±2.5 U/mL의 활성을 보였다. 대조군에 산사 추출 물을 급여시킨 NNDH 군의 AST 및 ALT 활성은 68.5±3.5 U/

mL, 35.3±2.8 U/mL로 나타나, 대조군인 NND 군과 유의적인 변화가 없었다. 이상지질혈증 유발군인 CDD 군은 97.6±4.5 U/mL, 52.4±2.5 U/mL로 나타나, 대조군인 NND 군 및 대조 군에 산사 추출물을 급여시킨 NNDH 군에 비하여 유의적으 로 높게 나타났다. 이상지질혈증에 산사 추출물을 급여시킨 DDH 군은 88.7±3.7 U/mL, 45.9±2.7 U/mL로 나타나, 이상지 질혈증군인 CDD 군에 비하여 유의적으로 낮은 활성을 보였 다. AST 및 ALT 활성은 대표적인 간 기능 지표로 간 실질

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NND¹⁾

NNDH

CDD

DDH

Fig. 4. Histological examination of hepatic tissues in the experimental rats (BA410, Magnification Plan 10×/0.25 NA, Moticam 2500, 5.0 M pixel USB 2.0) for 5 weeks.

NNDH : Normal-nondyslipidemic diet + haw(Crataegus pinnatifida Bunge) extract.

DDH : Dyslipidemic diet + haw(Crataegus pinnatifida Bunge) extract.

Fig. 5. Aspartate and alanine aminotransferase(AST, ALT) activities of the experimental rats for 5 weeks.

2) The data are presented as means±S.D. of 6 independent rats.

세포의 장애로 인해 혈액으로 방출된다고 하며, 음주, 고지혈 증 등의 간 손상이 발생한 경우, 활성이 증가한다고 한다(Byun

et al 1995, Kim HS 2006). 또한, 카드뮴으로 간 손상이 유발 된 흰쥐에 산사 추출물을 급여시킨 결과, AST 및 ALT 활성 이 감소하였다고 보고된 바 있다(Shin et al 2010). 따라서 본 실험 결과, 이상지질혈증 유발군에 산사 추출물의 급여는 AST 및 ALT 활성의 감소를 나타내었으며, 산사는 간 손상 보호 및 기능 개선에 효과적일 것으로 추정된다.

요 약

산사(Crataegus pinnatifida Bunge) 중의 생리활성물질이 이 상지질혈증에 있어서 간 조직 및 간 기능 대사효소의 활성 변 화 등에 생리적 효능이 있을 것으로 판단되어 Sprague Dawley 계 수컷 흰쥐를 이용하여 실험을 수행하였다. 대조군인 NND 군, 대조군에 산사 추출물을 섭취시킨 NNDH 군, 이상지질혈 증군인 CDD 군, 이상지질혈증군에 산사 추출물을 섭취시킨 DDH 군으로 나누어 5주간 실험 사육하였다. ALP(alkaline phosphatase), LDH(lactate dehydrogenase), AST(aspartate aminotransferase) 및 ALT(alanine aminotransferase) 활성은 모두 동일한 경향을 나타내었다. NND 군과 NNDH 군 간에는 유 의적인 차이가 없었다. 이상지질혈증군인 CDD 군이 가장 높 은 활성을 보였고, 이상지질혈증군에 산사 추출물을 섭취시 킨 DDH 군에서 감소하는 것으로 나타났다. 간장의 조직학

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적 검사는 NND 군과 NNDH 군에서는 어떠한 이상 소견도 발견하지 못하였으나, CDD 군에서 지방 세포의 수와 크기 증가, 지방 변성 및 염증 세포 등이 관찰되었고, DDH 군에 서 지방 세포의 수와 크기가 줄어들었으며, 지방 변성 등이 감소된 것을 관찰할 수 있었다. 따라서 산사 추출물은 지방 세포 분화 억제 및 지방 분해 작용과 간 기능 개선 효과 있는 것으로 추정되며, 간 보호 기능성 물질로서 활용 가능성이 우수할 것으로 사료된다.

감사의 글

본 연구는 부산대학교 자유과제 학술연구비(2년) 지원에 의하여 수행되었습니다.

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2014년 1월 27일 2014년 3월 17일 2014년 4월 15일