약학회지제
46
권제6
호466〜 471 (2002)
Yakhak HoejiVol. 46
,No. 6
藥 學 含 확
일차배양 간세포에서 t-Buty lhydroperoxide 에 의해 유발된 산호! 적 스트레스에 대한 길경 열수 추출물의 보호효과
최철응
•
이경진* •
정혜광**#
조선대학교 약학대학 약학과
,
*전남대학교 생물학과,
**단백질 소재연구센타(Received October 17
,2002; Revised November 4
,2002)
Effects of Aqueous Extract Isolated from Platycodon grandiflorum Against t-Buty lhydroperoxide-induced Oxidative Stress in Rat Primary Hepatocytes
ChulYung Choi, K yungjin Lee* and H yeGw ang Jeong**#
Department of Pharmacy and ^Research Center for Proteineous Materials, Chosun University, Kwangju, Korea
^Department of Biology, Chonnam National University, Kwangju, Korea
Abstract — — Oxidative stress is considered to be associated with many diseases, such as inflammatory and cardiovascular diseases, aging and cancer. An important etiological mechanism of these diseases may be a causal relationship between the presence of oxidants and the generation of lipid hydroperoxides derived from enzymatic reactions or xenobiotic metabolism.
The hydroperoxides can be decomposed to alkoxy- (RO •) and peroxy- (ROO •) free radicals that can oxidize other cell com
ponents, resulting in changes in enzyme activity or the generation of mediators, which can cause further cell damage. The aim of this study was to evaluate the ability of aqueous extract from the roots of
Platycodon grandiflorumA. DC (Cam- panulaceae), Changkil (CK), to affect cellular response in primary cultures of rat hepatocytes to t-butyl hydroperoxide (t- BHP) induced oxidative stress and hepatotoxicity. CK-treated cells showed an increased resistance to oxidative challenge, as revealed by a higher percent of survival capacity in respect to control cells. CK reduced t-BHP-enhanced lipid per
oxidation measured as production of malondialdehyde and enhanced intracellular reduced glutathione depletion by t-BHR Furthermore, CK protected from the t-BHP-induced intracellular generation of reactive oxygen species assessed by mon
itoring dichlorodihydrofluorescein fluorescence. It can be concluded that CK exerts an antioxidant action inside the cell, responsible for the observed modulation of the cellular response to oxidative challenge, and CK have a marked antioxidative and hepatoprotective potency.
Keywords □ t-butyl hydroperoxide,
Platycodon grandiflorum,antioxidant, hepatocytes
길경
(
結梗,Platycodi radix
)은초롱꽃과(Campanulaceae
)에 속하는 다년생초인 도라지 (Platycodon grandiflorumA. D.
Candolle
)의뿌리 부분으로서 한국,
일본및중국의 산간지방에서널리 자생하며,
triterpenoid
계saponin
과당질,
섬유질을함 유하고 있어 한방에서 약재로사용되고 있을뿐만아니라,
방약 합편에49
건,
동의보감에287
건이수록되어 있을정도로유용한 생약재로서,예부터 약용보다는식용으로 더많이 이용되어 왔 다.1’2)
길경의 기초약리작용에 관한연구로는Igarashi
3)의거담 작용연구및중추신경 억제작용(
진정,
진통,해열효과),급만성 염중에 대한강력한항염증작용,향궤양치료및위액분비 억#본논문에 관한문의는저자에게로
(
전화) (062) 230-6639 (
팩스) (062) 230-6639 (E-mail) [email protected]
제작용
,
항choline
성작용,용혈작용이 확인되었다.4)
또한길경 의호흡순환기계(
거담작용)
개선및혈관확장효과5>와곰광이의 독소생성능감소효과가보고되어 있으며,6) Kubo
등7>은길경분 획물의식균작용촉진효과를보고하였으며, Nagao
둥8>은길경 의이눌린성분이 생쥐의 복수암에 대해 강력한항암활성이 있 음을보고하였다.
길경에 대한이러한연구는뿌리가썩어버리는특성 때문에대부분
2~3
년근이주로이용되었으나,최근21
년근이상된길경 (다년생 길경)의 재배기술 (대한민국특허 제
045791
호)이 개발되어 이에 대한연구도활발히진행되고있다.
최근연구되기시작한다년생길경 열수추출물
(Changkil; CK)
에대한연구로본연구자들은간독성유발물질의 대사활성에관 련된cytochrome P450 (P450)
약물대사효소활성도변화에 의 한, carbon tetrachloride9)
및acetaminophen
10)에의한간손상 에대한다년생 길경열수추출물의 보호작용을보고하였으며,
466
일차배양간세포에서
t-Butylhydroperoxide
에의해유발된산화적스트레스에대한길경열수주출물의보호효과467
다년생길경 열수추출물이 복강거식세포활성과면역활성을증 가시키는것을본연구자에 의해 밝혀진바있다
.11, 12)
산화적스트레스에의한반응성유해산소종
(reactive oxygen species; ROS
)의생성은 간섬유화,13>
신장염,14
〕피부질환, 15)
당 뇨병16>
등의여러가지 질환의원인이 될수 있으며,특히, free radical (NCT,
아T,
02~)&분자상산소가활성산소로변하여다 른분자들과반응하면서 생성되어 노화,염증,발암,
동맥경화17)
와관련이 있는것으로알려져있다.
불포화지방산이 풍부한세포막은생성된
free radical
에의해서 지질과산화의 표적이되어세포소기관들이 정상적인구조 및기능을 잃게되며,국소적인 손상은물론알데하이드와 같은지질과산화분해산물이 생성부 위에서 멀리 떨어진부위로 이동하여 세포손상을 일으키게 된
4-18)
이러한지질과산화를 일으키는 대표적인 물질인t-butyl
hydroperoxide (t-BHP
)는간세포에서cytochrome P-450
효소에 의해 세포 구성물들을 산화시킬 수 있는alkoxy- (RCH
나peroxynents (R00
•)로분해되며,이러한산물들이DNA
의손상 을가져와결국세포를죽이는결과를초래한다.19>
또한t-BHP
는간세포에서ALT, AST, LDH
유리, malondialdehyde (MDA)
형성및glutathione (GSH
)의결손을초래한다고보고되었다.20)
이에본연구에서는다년생 길경의t-BHP
에의해유도된산화 적스트레스에대한간세포보호효과를확인하기 위해간손상시생성되는효소인
ALT, LDH,
지질과산화 정도를 나타내는MDA, free radical
생성의억제및생성된free radical
을제거하는데필요한
GSH
의양등을측정하였으며,
그 작용기전을규명하고자다년생길경의항산화효과를 조사하였다
.
실험방법
실험재료
-
본실험에서 사용한다년생 길경(Changkil; CK)
은경남 진주시소재(
주)장생도라지로부터 수확후7
일이내의 것을구입하였다.
건조된장생도라지 생채100 gt~
증류수1 liter
에넣고3
시간동안 환류추출한후마포를사용하여 여과하였 다.
여과액은Kim
둥의 연구21네 따라,rotary evaporator
에서100 m
/으로농축후즉시 동결건조하여 실험에사용하였다.
실험동물
-
생후6-8
주된약150 g2] SPF (Specific Pathogenic Free) Sprague-Dawley
계흰쥐수컷을다!:사이언스(
대전)에서 구입하여 실험동물로사용하였다.
사료와물은자유롭게먹게 하 며,사육실의 온도는21-240C,
상대 습도는40-60
%로유지하였 다.
또한사육실의 밤과낮이12
시간마다반복되도록조절하고 사육실내로외부오염물질이 침입하지 않도록Hepa-filter
를이 용하였다.
Free radical
소거작용-DPPH (l,l-diphenyl-2-picryl hydrazil)
는분자내radical
을:
함유하고있는데이것이다른free radical
들 과결합하여안정한complex
를만든다.
이러한DPPH
의작용은hydroxyl radical
과유사하여free radiacal
소거 실험에 활용된 다.
본실험은60 |iM
의DPPH 2 mi
에다년생 길경을농도별로 처리한다음1
분간잘섞고, 10
분후에520nm
에서측정하였다. Superoxide
소거 작용- Xanthine (100 (iM
)과xanthine oxidase (0.02 U )l:
처리해 생성된superoxide
에대한다년생 길 경의소거능을 알아보기 위하여0.1 M potassium-phosphate buffer (pH 7.4
)에다양한농도의 다년생 길경을처리하였다.
처 리후nitroblue tetrazolium (100(jM
>을기질로사용하여 다년 생길경의superoxide
활성도를즉정하였다.
간세포의분리및배양-간세포는
Dickins
와Peterson
의방법®
에따라collagenase perfusion
방법으로분리하였다. Perfusion
완충용액으로는Hank's balanced solution (HBSS
)을 사용하였 다. 100 mg
의collagenase
를perfusion
완충용액에녹여서 간세 포로환류 시킴으로써 간을완전히 녹였다.
녹인 간을50 m
/의perfusion
완충용액이 든용기에 옮겨간의capsule
에서 간세포 를유리시킨뒤에 간세포현탁액을250
陣의pore size l
:갖는nylon mesh
를통과시켜서 단일세포를 얻었다.
이렇게 얻은여과액을멸균된
tube
에옮겨서50Xg
에서4
분간3
회원심분리하 여간실질세포만을얻었고,최종적으로 단일세포를배양용 배 지(Williams' E H
현탁시켰다.
세포농도는1.0X106
세포수/m/
이 되도록 조정하고
vitrogen 100 (Collagen corp., U.S.A
.)이precoating
된조직배양용용기에 세포를 넣고배양하였다.
간세포는
37°C
의humidified 5% C02/95% air incubator (Forma Scientific Co
.)에서 배양하였고,
배양시작후3-4
시간후에 새로 운배지로교환하여 배양용기 바닥에 부착되지 않은 세포를 제 거하여주었다.
새로운배지로교환한다음24
시간후에 다시새 로운배지로교환하면서 시료를처리하였다.
MTT Assay
를 이용한 세포독士 측정-간세포를96-well
microtiter plate
에세포농도5X 106 cells/m
/로 조절하여100 |ii
씩
well
에넣은다음다년생 길경 및t-BHP
를농도별로 처리한다음
1
시간 배양하였다.
배양액을 교환한 후MTT labeling reagent
에electron coupling reagent
를 첨가하여 준비한MTT labeling mixture
를각well
당10 |i
/씩 (최종농도0.5 mg/m/) 4
시간처리한후
550 nm
파장에서 흡광도를이용하여 다년생 길경자체의 세포독성을조사하였다
.
배양액내
alanine aminotransferase (ALT)
활성도측정-
간세포손상시 배양액으로유리되어나오는ALT
의양을측정함으로써 간세포 손상 여부를 확인할 수 있다
. ALT
의 양은Reitman-Frankel
방법에준하여 측정하였다.23) t-BHP
처리후1
시간후에배양액을ALT
의 기질액과37°C
에서30
분동안 반응 시켜pyruvate
를 생성시킨 후,발색액을 넣고, 20
분후0.4N-
NaOH
를섞어서 동정색의 발색이 되면505nm
에서 흡광도를측정하였다
.
배양액내
Lactate dehydrogenase (LDH)
측정-실험에이Table I - Inhibitory effects of CK on DPPH radical and superoxide scavenging activity
Does (|ig/m/)
%of DPPH bleaching % of inhibition (XO)
CK 1 8.83 ± 2.64 4.48 ± 3.24
CK 5 22.11 ± 2.29 16.19 ± 4.41
CK 10 47.48 ± 2.67* 59.64 ± 4.33*
CK 50 75.66 ± 2.78* 88.87 ± 5.48*
values are presented as the mean of the percentage inhibition
土S.D.
for three independent experiments, performed in triplicate.
% of DPPH bleaching= (absorbance of control group- absorbance of the crude extract added group)/absobance of control X 100%.
% of inhibition (XO)= (absorbance of control group- absorbance of the crude extract added group)/absobance of control x 100%.
Each value was expressed as mean percentage
土S.E. of control cultures of three determinations. *Significantly different from the t-BHP-treated control at P<0.05.
으며
, Superoxide
경우는4.5%, 16.2%, 59.6%, 88.7%
로나타났 으며, ICjo
을보면다년생길경의항산화효과의경우free radical
은15 superoxide
는8.5 ^g/mi
의소거능을보였다.
t-BHP
에유도된일차배양간세포독성에대한다년생길경의보호작용
t-BHP
에의해산화적 스트레스가유도된 일차배양간세포에비해다년생 길경을전처리 한간세포에서 다년생 길경을처리 한농도에 비례하여 배양액으로유리되는
ALT
효소및LDH
효소의 양이 감소하였다(Fig. 1).
그러나,
다년생 길경만을 처리한다음
6
시간후MTT
방법을통하여 세포독성을조사한결과
100 ng/m
/의농도에서도 무런 독성을보이지 않았으며,t-
용한다년생 길경의 간세포손상에 대한영향을조사하기 위하
여 배지내의
LDH
활성을 측정하였다. LDH
활성은 기질pyruvate
가lactate
로감소되는 정도를조사하여 측정하였다.
이 감소는reduced NADH
가산화되고, 340nm
에서최대흡광도를 나타낸다. 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7.5) 2.7 m
/을cuvette
에 넣고0.1 m/ culture media
를 첨가하고, 0.02 M sodium pyruvate 0.1m
/을 넣은 후, NADH (0.2 mg) 0.1 m
/을첨가하여 잘섞어준후
340 nm
흡광도에서2
분동안 흡광도를측정하였다
.
지질과산화수준측정 ᅳ다년생 길경을
1
시간전처리한후t- BHP
을0.25 mM
농도로1
시간동안처리하였다.
배양액을버리 고, ice-cold PBS
로두차례세척한후rubber policeman
0■로긁 어모아서homogenizer
로 균질화하였다.
지질과산화(lipid peroxidation
)의지표로써MDA
의양을측정하였다.
수합한세포 를0.5 m/
취해0.37% (w/v) TBA (2-thiobarbituric acid), 15%
(w/v) TCA (trichloroacetic acid
)이포함된0.25 M HC1
용액을 첨가하여80oC
로15
분간가열하고,
동량의부탄올을 첨가한후4000 g
로5
분간원심분리하였다.
상충액을취해530 nm
의파장 에서흡광도를측정하였다.
간세포내
ROS
측정-
간세포내R0S
의양은형광probe
인DCF-DA
을사용하여 측정하였다.
배양액에DCF-DA (2'
,7'- dichlorofluorescein diacetate
)를well
당25(xMSL
처리하여15
분간배양한후다년생 길경과세포내
ROS
를유발시키는t-BHP
(0.25 mM
)를 처리하였다.
반응 후 형성된 세포내 과산화물은excitation
파장485 nm, emission
파장530 nm
에서fluorescence
를측정하였다.
Glutathion (GSH)
함량측정-
다년생길경을1
시간전처리 한후t-BHP
을0.25 mM
농도로1
시간 동안 처리하였다. 0- phthaldialdehyde
를3.725 mM
을처리한다음실온에서20
분동 안방치후excitation
파장320 nm, emission
파장426 nm
에서fluorescence
를즉정하였다.
통계처리
—
모든실험 결과들은mean
土SE
로나타냈고,
통계 처리는Student’s t-test
를실시하여p<0.05
를기준으로유의성 여부를판정하였다.
실험 결과
다년생 길경의
Free radical
및Superoxide
소거능력 간장보호효과의 기전들에서 다년생 길경(CK
)의항산화효 과를 알아보기 위해free radical
및superoxide
소거능에 대해 조사하였다.
그결과Table I
에나타낸 것처럼 다년생길경투여 농도의존적으로free radical
및superoxide
소거작용을나타냈 다.
다년생 길경을1, 5
,10, 50 ng/m
/의농도로처리한경우각DPPH radical
소거능은8.8%, 22.1%, 44.7%, 75.7
%로 나타났CK (ng/ml) 0 0 10 50 100
t-BHP (250nM) + + + +
Fig. 1
一Effects of CK on leakage of the alanie aminotransferase and lactate dehydrogenase. Hepatocytes were exposed to CK (0
,10
,50, and 100 (
丄g/m/) for 1 h with t-BHP (250 (iM). Alanie aminotransferase (ALT) and lactate dehydrogenase (LDH) activities were determined. Each value represents mean
土S.E. of three independent experiments carried out in triplicate. *Significantly different from the t-BHP-treated control at P<0.05.
J. Pharm. Soc. Korea 최찰3
" *
이경진•
정혜광AJj
>p OJ a>EA Nu 90>
JI aJ a) Q:
CK (^ig/ml) 0 0 10 50 100
t-BHP (250^iM) + + + +
Fig. 3
一 Effects of CK on t-BHP-induced cellular ROS production.Hepatocytes were treated with different concentrations of CK (10,50, and 100 jig/m/) with t-BHP (250 |iM). The bars represent the increase in fluorescence relative to unstimulated control cells at 20 min after addition of the stimulants. Each value represents mean 土 S.E. of three independent experiments carried out in triplicate.
*Significantly different from the t-BHP-treated control at P<0.05.
CK (ug/ml) 0 0 10 50 100
t-BHP (250^iM) + + + +
Fig. 2
- Effects of CK on t-BHP-induced lipid peroxidation.Hepatocytes were exposed to CK (0, 10,50,and 100 jig/
m l) and lipid peroxidation damage was determined by the rate of production of MDA in the presence of thiobarbituric acid. Each value represents mean ± S.E. of three independent experiments carried out in triplicate. *Significantly different from the t-BHP-treated control at P<0.05.
BHP
는0.25 mM
에서 대조군에 비하며53
%의 생존율을 저하시 켰다(Table II).
이에이농도를 다음실험에사용하였다.
간세 포의 생존율과 간세포손상에 대한다년생길경의 효과를측정 하기 위하여LDH
와ALT
를실시한결과t-BHP
에의한간세 포의 손상이 다년생 길경 농도에 의존적으로 감소함을관찰하 였다(Fig. 1).
간세포의 다년생길경의지질과산화억제작용
Fig. 2
에서보여주는바와같이t-BHP
에의해산화적 스트레 스가유도된 일차배양간세포에 비해다년생 길경을 처리한간 세포에서 다년생 길경을10
,50
,100|ig/m
/로처리하였을때각 각47
,58, 89
%로 유의성 있게 지질과산화가억제되었다(p<
0.05).
CK (ug/ml) 0 0 10 50 100
t-BHP (25CVM) + + + +
Fig. 4 -
Effect of CK on glutathione content, at treated Effect of the CK treatment on the (GSH) content in rat hepatocyte.Hepatocytes were exposed to CK (0, 10, 50, and 100 [ig/m l)
for 1 h with t-BHP (250 |iM). Glutathione (GSH) content was determined spectrophotometrically. Each value represents mean ± S.E. of three independent experiments carried out in triplicate. ^Significantly different from the t- BHP-treated control at P<0.05.
간서
l
포내다년생길경의reactive oxygen species (ROS)
소 거작용t-BHP
에의해산화적 스트레스가 유도된 일차배양간세포내ROS
에의해DCF-DA
가발색하여 형광을띄는원리를 이용하여Table
II - The cytotoxicities of t-BHP and CK (Chang kil) by MTT assayTreatment qj
^570
nm % of control (absorbance) control 0.82 ± 0.03100
t-BHP (0.1 mM) 0.80 ± 0.01 98 t-BHP (0.25 mM) 0.68 ± 0.02 83 t-BHP (0.5 mM) 0.42 ± 0.01 53 CK (10 ug/m/) 0.86 ± 0.03 104 CK (50 ug/m/) 0.81 ± 0.02 99 CK (100 ug/m/) 0.79 ± 0.03 97
MTT activity was measured in the culture medium after 6 hr incubation with CK and after lhr treatment of t-BHP. Each value was expressed as mean percentage 土 S.E. of control cultures of three determinations.
일차배양간세포에서
t-Butylhydroperoxide
에의해■유괄된산화적스트레스에 대한길경열수주줄물의보호효과469
0 5 0 5
0 7 5 2
uol^JHiaouoo
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COJJU O0 UO OV Q1/
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470
최철웅•
이경진.
정혜광간세포내다년생 길경의
ROS
소거능을측정하였다.
다년생 길경을 처리한경우처리한농도에비례하며 간세포내에존재하 는
ROS
의양이유의성 있게 감소하였다(Fig. 3).
간세포내
glutathion (GSH)
함량측정산화적 스트레스에 의한세포사멸의 증가는
GSH
양의 감소를통해 나타나기 때문에 이를측정하기 위해세포내
GSH
양을측정하였다
.
그결과다년생 길경을처리한경우t-BHP
만을 처리한경우에 비하여다년생길경을처리한농도에비례하여 간 세포내에존재하는GSH
의양이회복되었다(Fig. 4).
고 찰
ROS (reactive oxygen species; OH •
,0 2_, RO .
,R O O 0 2)
는생체 내대사빈움,
세균의 침입,
음식물의 섭취및담배연기 등과같이 생체의내부나외부에서 들어오는위해물질들에의해발생된다
.
이러한ROS
는지질과산화물의 개시물질로나타나는데이는분자상산소와직접반응하여
organic peroxy radical
(유기 과산화)를 형성함으로서,
세포장애를일으켜 결국간세포 의괴사까지 이르게된다.
본연구에서는 다년생 길경의
free radical
소거 작용에 의한 산화적간세포독성 보호효과를조사하였다. Table I
에서보는바 와같이hydoxoy radical (O H
.)과작용이유사한DPPH
의free radical
소거능과superoxide (02_)
모두다년생길경 처리농도 에비례하여free radical
소거능이중7]
하였다.
이러한결과는다 년생길경이 일차배양한간세포내발생하는radical
을직접 잡는결과라추정할수있다
.
또한세포내존재하는ROS21
잉을측정한 결과
(Fig. 3
)에서도위결과와유사하게 다년생 길경을처리한경우
t-BHP
만을처리한것과비교시 다년생길경 처리농도 의존적으로감소함을관찰하였다
.
간세포내에서
t-BHP
는2
가지 방법에 의해 대사되어진다.
한 과정은일차배양된 간세포내에서cytochrome P-450
에의해peroxyl
및alkoxyl radical
등과같은독성물질로전환되며,
이러 한radicaPl
초기지질과산회를일으킨다.
다른대사과정은GSH peroxidase
가t-BHP
와 결합하여tert-butyl alcohol
과 산화된glutathion
으로전환됨으로서 해독되는과정이다.24)
이러한대사과정을통하여 간세포 내에서
t-BHP
는free radical
을생성하게 되고,
이렇게 생성된free radical
은세포막을:
구성하는불포화지 방산과직접적 및간접적으로반응하며 과산화과정을통해분 해됨으로서 결과적으로MDA
를형성한다.25■제이러한일련의과정을거쳐
t-BHP
는간세포의 세포자면사나세포괴사를일으킨다.
본실험결과에서 다년생 길경
(0-100 ng/m
/)는일차배양된간세포에서
t-BHP
에의해유도된산화적스트레스에 대한보호효과를 세포막손상시 배양액내로유출되는
ALT, LDH
양,
세포지질과산화정도를측정하는
MDA
양이 다년생길경 처리농도 에비례하여 감소함을관찰하였다(Fig. 1, 2).
또한세포내존 재하는glutathione (GSH
)의양도다년생 길경처리농도에 비례 하여회복되었다(Fig. 4).
이러한세포내GSH
의양의회복은다 년생 길경 자체가GSH
의활성도에 관여하는glutathione-S-
transferase
의생성에관여하지 않는다는본연구자들의 선행결과9>에비추어 볼때다년생 길경 자체가
free radical
의생성을 직접적혹은간접적으로작용하여 억제시킴으로서간세포내존재하는
GSH
의양이회복된것으로추정된다.
이러한결과들을종합해볼때일차배양된간세포에서
t-BHP
의대사과정에의해서 발생되는free radical
을'
다년생길경이직 접및간접적으로빈움하여 세포내존재하는free radiacal
의양 을현저히 줄임으로서,
그에 따라세포내에서 지질과산화현상 을방어하여,
세포막손상시 배양액으로유출되는ALT, LDH
의 양을감소시켰으며,
간세포내에서t-BHP
에의해발생되는독성물질들을 제거하는
GSH
의양도회복되었을것으로사료된다.
이는다년생 길경을지속적으로섭취시 정상상태의 대사과정에 서발생되는
free radical
뿐만아니라음식물,
세균감염 및담 배등과같은외부해로운물질에 의해 발생되는free radical
을 제거함으로서인체에서 해독작용을담당하는조직인간의보호 효과에큰효과를보여줄것이라시사할수 있다.
감 사 의 말 씀
본연구는농촌진흥청 바이오그린
21
사업의 지원에 의해이루 어진것임.
본실험에서시용된다년생길경을 제공해준(
주)
장 생도라지에감사드림.
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