40(3) : 213 217 (2009)
213
하수오 추출물 투여가 Streptozotocin으로 유발된 당뇨 흰쥐의 항산화작용에 미치는 효과
김옥경*
대진대학교자연과학대학식품영양학과
Antioxidative Effect of Polygoni radix in Streptozotocin-Induced Diabetic Rats
Ok-Kyung Kim
*Dept. of Food Science and Nutrition, Daejin University, Po Chon Kyung Ki Do 487-711, Korea
Abstract −This study was done to investigate the antioxidative effect of polygoni radix in Streptozotocin (STZ)-induced dia- betic rats. Diabetes was induced by intravenous injection of STZ at a dose of 45 mg/kg dissolved in citrate buffer. The ethanol extract of Polygoni radix was orally administrated once a day for 7 days. The contents of Total cholesterol, triglyceride (TG) were significantly decreased in Polygoni radix treated STZ-sample groupcompared with to the those of STZ-control group.
The hepatic cytosolic activities of glutathione-s-transferase (GST), superoxide dismutase (SOD) were significantly increased, Also the content of glutathione (GSH) was incresaed in Polygoni radix treated STZ-sample groupcompared with to the those of STZ-control group. but the content of malondialdehyde (MDA) and the hepatic cytosolic activity of Catalase (CAT) were decreaed but not statistical significant. These results indicated that ethanol extract of polygoni radix was effective for the anti- dxidative in the STZ-induced diabetic rats.
Key words −streptozotocin, antioxidant effects, polygoni radix.
인간의생명유지에필수성분중의하나인산소는전자전 달계의최종전자수용체가되며 체내의각종대사과정에 서 super oxide anion (·O2-), hydroxyl radical (·OH), peroxy radical (ROO·), alkoxyl radical (RO·)등의활성
산소종들이생성된다. 이들활성산소종들은체내에서끊임
없이생성되어체내유해세균의살균작용이나노화된단백 질의제거등에이용되지만과량으로만들어진이들활성산 소종들이소거되지않으면일시적혹은영구적으로생체조 직에손상을주어최근에많은문제가되고있는동맥경화 증(atherosclerosis), 암(cancer), 류마티스성관절염(rheumatoid arthritis), 염증(inflammation)등을일으키는원인이됨이보
고되었다1,2). 한편, 생체내에는이러한활성산소종들의항상
성을유지하기위해 superoxide dismutase (SOD), glutathione- s-transferase (GST), Catalase (CAT) 및 glutathione (GSH)등
과 같은 내인성 제거제3)와 식품속의 vitamin A, C, E,
flavonoid계색소, polyphenol류등의생리활성물질등이채
내에서과잉생성된활성산소종들에의한조직손상을방 어한다는보고가있다4). 본실험에사용한하수오는여귀과
에속하는Polygonum multiflorum thunberg의덩이뿌리를
말린것이며 그 성분은 starch 45%, crude fat 3.1%, anthraguinone: emodin, chrysophanol, lecithin 등이함유되
어있으며, 효능은강장작용, 고지혈증저하, 혈당강하작용
등이보고되었다5). 따라서본연구에서는 Streptozotocin
(STZ)으로당뇨병이유발된흰쥐에게혈당강하효과를갖
는하수오에탄올추출물을 1일 1회 7일간경구투여한후
혈당강하작용이있음을확인분석하여발표6) 한것을바탕 으로본실험에서는 STZ와같은약물이나독성물질로부터
생체내에서생성되는활성산소종들의제거에관여하는 SOD, GST, catalase, GSH와같은항산화작용에미치는영향을
실험한결과유의성있는결과를얻었기에보고하고자한다.
*교신저자(E-mail):[email protected] (Tel):031-539-1863
재료 및 방법
실험재료 − 본실험에사용한하수오는 2005년 4월서울
경동시장에서구입(경북영주산)하였으며, 표품은대진대
학교생명과학과표본실 (표본번호: K-0017401)에보관중
이다.
시약및 기기 −Kim6)의방법에따라사용하였다.
추출실험 − 하수오 600 g에에탄올 1,500 ml를넣고 90oC
의추출장치에서 4시간씩 3회추출후회전식진공농축기
에서농축하여하수오에탄올추출물을얻었다.
당뇨유발 및 검액의 조제 − 체중 220±10 g 내외의 Sprague-Dawley계수컷흰쥐를 1주일간적응시킨후 3군으
로 나누어 하룻밤 동안 절식시킨 후 당뇨 유발군은
streptozoto-cin (STZ)을 45 mg/kg, b.w. 용량으로 0.01 M citric acid buffer (pH 4.5)에녹여 2 ml/kg, b.w.의용량으로,
정상군은 0.9% saline을꼬리정맥에주사를하였다. STZ 주
사 48시간 후에 눈의 정맥으로부터 혈액을 채취하여 3000 rpm/ 20분원심분리하여혈당수준이 300 mg/dl이상인 것을당뇨유발흰쥐로간주하였다. 정상군 (normal), 당뇨
유발대조군 (STZ-control), 당뇨유발실험군 (STZ-sample)
의 3군으로나누고그룹당 7마리씩나누어정상군과당뇨
유발대조군에는 0.5% carboxyl methyl cellulose (CMC) 용
액만을, 실험군은하수오에탄올추출물을 500 mg/kg, b.w.
용량으로 0.5% CMC 용액에현탁시켜 10 ml/kg, b.w.씩 1
일 1회 7일간경구투여하였다.
효소원조제및분석 − 최종투여 24시간후흰쥐를 ether
로마취하여복부절개후심장에서직접채혈하고간을적 출하였다. 적출한간은생리식염수로장기표면에묻어있
는혈액을씻은후여지로남아있는생리식염수를제거한 다음무게를측정하고 -70oC에냉동보관하였다가본실험
에사용하였다. 혈청중의 TG, 총콜레스테롤, HDL-콜레스테
롤함량과간조직내의지질과산화물과 GSH 함량과 cytosol
분획중의 GST, SOD, CAT 활성의효소원조제를위한시
료의전처리와측정은 Kim7)과같은방법으로하였다.
통계처리 − 모든실험결과는평균치와 ± 표준오차로계
산하였고, 각군간의차이는 Student,s t-test를실시하여 p값
이 5% 미만일때유의성이있다고판정하였다. 결과 및 고찰
하수오추출물 − 하수오 600 g을에탄올 1,500 ml에넣고 90oC가유지되는추출장치에서 4시간씩 3회추출후회전
식진공농축기에서농축하여 55 g의에탄올추출물(수율 9.2%)을얻었다.
지질성분함량분석 − 추출물투여에의한혈청지질성분 함량은 Table I과같다. 총콜레스테롤과 TG의함량은정상
군에비해당뇨대조군에서각각 85.70±6.21 mg/dl, 113.57
±21.36 mg/dl로유의적인증가(p<0.05)를나타내었다그러
나 하수오 추출물 투여에 의하여 총 콜레스테롤은
66.50±3.72 mg/dl, TG 함량은 29.10±6.42 mg/dl로당뇨대조 군과비교하여유의적인감소(p<0.05)를나타내었다. 이는 Kim등7)의보고와유사하였다. 한편, HDL-콜레스테롤함량
은 Table I와같이정상군에비해당뇨대조군에서증가를
나타내었고추출물투여에의해서는감소를나타내었다. 혈
청지질농도가당뇨합병증의일종인심혈관계질환에미
치는영향을조사하기위하여 HDL-콜레스테롤과총콜레스
테롤과의비율인 HTR과동맥경화지수인 AI (Atherogenic Index)를구한것은 Table II와같다. HTR은정상군에비해
당뇨대조군에서 0.59±0.08를나타내었으나 추출물투여
에 의해서증가를 나타내었으나 유의성은없었다. AI은
정상군에비하여 당뇨대조군에서 0.93±0.39로 증가를나
타내었으나추출물투여에의해서감소를나타내었으나유 의성은없었다. 이는 Lim등8)의실험과유사한결과를나
타내었다. 따라서지질성분분석결과 총콜레스테롤과 TG 함량의유의적인 감소(p<0.05)와 HTR의증가, AI의
감소를 나타내어하수오추출물이당뇨합병증으로유발될 수있는심혈관계질환의대사에 효과가있는것으로사 료된다.
Table I. The Serum Lipid Profile of Normal and Diabetic Rats Fed on Ethanol Extract of polygoni radix Experimental
group Dose
(mg/kg, b.w, p.o)
Triglyceride
(TG) Total cholesterol HDL-cholesterol
(mg/dl) (mg/dl) (mg/dl)
Normal - 064.32±6.701) 65.51±3.73 45.83±2.62
STZ2)-control - 113.57±21.36# 85.70±6.21# 51.35±8.24#
STZ + PR3) 500 0 29.10±6.42* 66.50±3.72* 43.64±6.90
1)Values are the mean±S.E.(n=7).
2)Streptozotocin (45 mg/kg, b.w) [0.01M citric acid buffer (pH 4.5)] was i.p. injected into the tail vein. #Significantly different from normal at p<0.05, *Significantly different from STZ-control at p<0.05 by student,s t-test.
3)The ethanol extract of Polygoni radix was administrated orally once a day in experimental rats for 7 days.
간조직중의과산화지질
(MDA)
및glutathione
함량 −Lipid peroxide 반응은유리기들에의해세포막지질의불
포화지방산들이 산화적 분해를 일으키는 것으로, lipid peroxide의 지표가 되는 malondialdehyde (MDA) 함량은
Table 3와같다. MDA 함량은정상군과비교하여당뇨대
조군에서증가를나타내었다. 이는 STZ가췌장의 β-세포에
서 H2O2 생성을자극시켜활성산소종들의생성을항진시킨 결과증가된것이라는보고와유사하였다.9.10)그러나추출
물투여시감소를나타내었으나유의성은없었다. 당뇨가
유발되면지질대사이상으로혈액중의지질이증가되고과 다한 lipid peroxide 생성에의한혈관계및동맥경화증의조
직손상가능성등이보고되고있다.11,12)한편, Glutathione
(GSH) 의함량은 Table III과같이정상군에비하여당뇨대
조군에서 감소를 나타내었으나 추출물 투여에 의하여
7.79±0.55 moles/g of tissue로증가를나타내었으나유의성
은없었다. 특히, glutathione은세포내의활성산소종들의제
거, H2O2와과산화지질등의독성물질을전이, 분해, 이물
질의포합형성반응등에쓰이며또한단백질이나 DNA의
합성, 아미노기의이동, 효소활성의조절등체내의중요한
반응에관여하는물질로보고13,14)되었다. 따라서본실험결
과추출물이 STZ 투여로 생성된활성산소종들의제거로
glutathione의소모를덜어주어그함량이증가된결과로사
료된다.
간조직중의
glutathione-S-transferase (GST), superoxide dismut ase (SOD)
및Catalase (CAT)
의 활성 − 추출물투여에 의한 GST, SOD 및 CAT 활성변화는 Table IV와
같다. GST는정상군과비교하여당뇨대조군에서유의적인
감소 (p<0.05)를나타내어 Bang 등15)의실험과비슷한결과
를나타내었다. 그러나 추출물투여에 의해 190.13±9.60 nmoles/mg/protein/min로당뇨대조군과비교하여유의적인
증가(p<0.05)를나타내었다. 이는 GST가체내에서생성된
친전자성독성물질에 glutathione의 thiol기를포집시켜서
독성물질을전이분해시키는작용을한다는보고16)에따라
추출물이독성물질을 glutathione에포집시켜배설을촉진
시킴으로써 STZ 투여에의한간손상을보호하여그함량이
증가된결과로사료된다.
Table III. The contents of malondialdehyde (MDA) and Glutathione (GSH) in Normal and Diabetic Rats Fed on Ethanol Extract of Polygoni radix
Experimental
group Dose
(mg/kg, b.w, p.o) MDA1) GSH2)
Normal - 1.55±0.603) 8.38±1.02
STZ4)-control - 4.98±3.39 6.65±0.91
STZ + PR5) 500 3.74±0.31 7.79±0.55
1): Lipid Peroxide : nmoles/g of tissue.
2): Glutathione : moles/g of tissue.
3)Values are the mean±S.E. (n=7).
4)Streptozotocin (45 mg/kg, b.w) [0.01 M citric acid buffer (pH 4.5)] was i.p. injected into the tail vein.
5)The ethanol extract of Polygoni radix was administrated orally once a day in experimental rats for 7 days.
Table IV. The Hepatic Cytosolic GST, SOD and CAT Activities of Normal and Diabetic Rats Fed on Ethanol Extract of Polygoni radix
Experimental
group Dose
(mg/kg, b.w, p.o) GST1) SOD2) CAT3)
Normal - 131.71±8.914) 31.29±6554 252.23±82.67
STZ5)-control - 103.69±6.40# 08.44±2.71# 657.74±63.54#
STZ + PR6) 500 190.13±9.60* 18.38±2.20* 636.54±41.86
1)Glutathione-S-transferase : nmoles/mg/protein/min.
2)Superoxide dismutase : units/mg/protein/min.
3)moles/mg/protein/min.
4)Values are the mean±S.E. (n=7) #Significantly different from normal at p<0.05, *Significantly different from STZ-control at p<0.05 by student,s t-test.
5)Streptozotocin(45 mg/kg, b.w) [0.01 M citric acid buffer (pH 4.5)] was i.p. injected into the tail vein.
6)The ethanol extract of Polygoni radix was administrated orally once a day in experimental rats for 7 days.
Table II. The HTR and AI of Normal and Diabetic Rats Fed on Ethanol Extract of Polygoni radix.
Experimental
group Dose
(mg/kg, b.w, p.o) HTR1) Al2)
Normal - 0.71±0.063) 0.39±0.10
STZ4)-control - 0.59±0.08 0.93±0.39
STZ + PR5) 500 0.69±0.11 0.70±0.16
1)HTR: HDL-cholesterol/Total cholesterol ratio.
2)AI: Atherogenic Index: (Total cholesterol-HDL-cholesterol)/
HDL-cholesterol.
3)Values are the mean±S.E. (n=7).
4)Streptozotocin (45 mg/kg, b.w) [0.01 M citric acid buffer (pH 4.5)] was i.p. injected into the tail vein.
5)The ethanol extract of Polygoni radix was administrated orally once a day in experimental rats for 7 days.
SOD는정상군과비교하여당뇨대조군에서유의적인감
소(p<0.05)를나타내어 Bang등15)의실험과도비슷한결과
를나타내었으나추출물투여에의해 18.38±2.20 units/mg/
protein/min로당뇨대조군과비교하여유의적인증가(p<0.05)
를나타내었다이는 Lim등8)의보고와비슷한결과를나타
내었다. SOD는 세포내호흡작용의 부산물로 생성되는
superoxide radical이효소반응에의해제거됨으로써과산
화수소가세포내에축적되는것을막아세포내항산화능을 증가시킨다는보고에따라하수오추출물이 STZ와같은독
성물질에의한세포의산화스트레스저하에따른간조직 의손상이억제되어 SOD의활성이증가된결과로사려된
다17). Catalase는정상군과비교하여당뇨대조군에서유의적
인증가 (p<0.05)를나타내었으며이는 Lee등17), Kim등18)의
보고와유사하였다. Catalase는체내에서지방의자동산화
및유기물의산화로생성되는 H2O2를 H2O와O2로분해하 여무독화시키는 radical scavening enzyme19)으로 STZ 투
여로인해당뇨대조군에서 catalase 활성도가유의적으로증
가 (p<0.05)하였으나하수오추출물투여로감소를나타내
었다. 이는 H2O2와 MDA의생성을억제하여조직의손상
을완화시킨결과 CAT의활성이감소된것으로사려된다.
결 론
Streptozotocin (STZ)으로유발된당뇨흰쥐에게하수오
에탄올추출물을 500 mg/kg, b.w용량으로 1일 1회 7일간경
구투여후지질대사및항산화작용의실험결과다음과같 은결과를얻었다.
1. 당뇨유발로인하여증가된 TG, 총콜레스테롤 , AI의
수치는추출물투여에의하여감소를나타내었으며, HTR
은추출물투여에의하여증가를나타내었다.
2. malondialdehyde (MDA)는추출물투여에의한감소를, glutathione (GSH)은증가를나타내었으나통계적으로유의
성은없었다.
3. GST, SOD 활성도가추출물투여에의해통계적으로
유의적인증가 (p<0.05)를나타내었으며, catalase 활성도는
감소를나타내었으나유의성은없었다.
이상의실험을통하여하수오에탄올추출물이 STZ로유
발된흰쥐의지질대사의개선효과및항산화작용을갖는 유효성분을함유하고있음을알수있었으며앞으로이를 바탕으로보다심도있는실험을위하여세부분획과효능 검사의연구를계획하고자한다.
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