번행초 추출물의 항염증 및 종양억제 효과
최혜정1, 이성태2, 권기석3, 주우홍1*
1창원대학교생물학화학융합학부
2순천대학교약학대학
3안동대학교생약자원학과
Received: September 1, 2015 / Revised: December 4, 2015 / Accepted: December 4, 2015
염증반응은병원체와같은외부항원이체내로침입하거 나세포조직이손상받았을때활성화된면역세포에의해일 어나는생체방어를위한필수적인반응이다
.
그러나이런 반응이지속적일경우외부자극과염증매개인자에의해활 성화된대식세포는다양한염증성cytokine, chemokine, NO
및prostaglandin E2(PGE2)
를생성하고다른면역세포들을 염증부위로유도하며[9, 14],
그로인해인슐린저항성증가,
종양세포의성장촉진,
동맥경화및류마티스와같은다양한질병이유발된다
[1, 5].
따라서염증성사이토카인의생성을조절할수있는물질은만성염증및자가면역질환에대한치 료제로사용될수있다
.
한편항암화학요법은암세포에대한처방으로세포의
DNA
복제,
전사및번역등세포생존을억제함으로써효과를나타낸다
.
그러나전신의세포에영 향을미치므로구토,
탈모,
면역력저하등부작용을유발하고
,
장기간약물처방에따른내성으로암세포의완전한치료를어렵게한다
[7].
천연물소재를이용한생리활성및약리학적연구는새로운약물개발을위한기초연구로서잠재 적으로가능성이있는소재를발굴하며나아가그기능을확 인함으로써신약개발에필수적으로중요한과정이다
.
특히 식품이나약물로써사용해오던식품소재나약용작물로부터 추출한성분은기본적으로안전성이입증되어있으며,
활성 분획물의정제로기능성을증대시킬수있다는점에서연구 의주요대상이되고있다.
번행초는서양에서
“New Zealand spinach”
로불리는식 용작물로샐러드나나물로섭취할수있으며,
예로부터위궤 양,
위염등위장병에좋은약용작물로잘알려져있다[8, 15].
또한수용성다당성분은항염증활성이있는것으로보고되
어있으며
[8, 13],
본연구진의기연구에서번행초분획물이항균
,
항산화및항당뇨기능이있음을보고한바있다[2, 3,
10].
따라서본연구에서는번행초에대한기능성연구의일환으로염증이유도된
RAW264.7
세포에번행초추출물및분획물을처리하여항염증효능을검증하였으며
, Sarcoma- Anti-inflammatory and Anti-tumor Effects of Tetragonia tetragonoides Extracts
Hye Jung Choi
1, Sung-Tae Yee
2, Gi-Seok Kwon
3, and Woo Hong Joo
1*
¹Department of Biology and Chemistry, Changwon National University, Changwon 641-773, Republic of Korea
2
College of Pharmacy, Sunchon National University, Sunchon 540-742, Republic of Korea
3
Department of Bioresource Science, Andong National University, Andong 760-749, Republic of Korea
We examined the anti-inflammatory effect and anti-tumor activity of Tetragonia tetragonioides crude extracts and fractions. The anti-inflammatory activity of T. tetragonioides was exuded through the inhibition of lipopolysaccharide (LPS, 1 µg/ml), induced nitric oxide (NO) and interleukin (IL)-1 β production. The production of IL-6 and tumor necrosis factor (TNF)-α also decreased in LPS induced RAW264.7 cells after treatment with polysaccharide (PS) fraction. Furthermore, the hexane (HX) fraction strongly inhibited the granulocytes macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF) production. In ICR mice previously inoculated with Sarcoma 180, the life prolongation effects were 16.67% with an intraperitoneal injection of methanol (MeOH) extract and poly- saccharide fraction at a dose of 100 mg/kg/day. The results are an important preliminary step toward the development of effec- tive anti-inflammatory and anti-tumor agents using T. tetragonioides.
Keywords: Anti-inflammatory, anti-tumor, RAW264.7 cells, ICR mice, Tetragonia tetragonioides
*Corresponding author
Tel: +82-55-213-3453, Fax: +82-55-213-3459 E-mail: [email protected]
© 2015, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
180
을복강에투여한마우스에서종양에대한생명연장효 과를측정하여그결과를보고하고자한다.
번행초건초
1 kg
를methanol(MeOH)
과1:3
비율로혼합하 여실온에서6
시간동안진탕하여3
회반복추출하였고,
회전 진공농축하여MeOH(70.0 g)
추출물을얻었다.
유기용매계 통분획법에 따라hexane(HX, 14.35 g), dichloromethane (DCM, 8.97 g), ethylacetate(EA, 6.99 g),
그리고butanol
(BuOH, 5.15 g)
순으로용매분획하여분획물을순차적으로얻었다
.
여과과정에서MeOH
에녹지않는다당류(58.0 g)
성 분도분리하였으며,
각시료는DMSO
또는증류수에녹여0.22
μm
로필터하여4
oC
에보관하며사용하였다.
실험동물은
(
주)
대한바이오링크(
충청북도,
음성군,
한국)
에서생후
6
주령의암컷ICR
마우스를공급받아폴리카보네이트사육상자
(18
×20 cm)
당5
개체의밀도를유지하였고온 도21
±2
oC,
습도55
±10%
의환경에서실험동물용고형사 료와여과된멸균정제수를충분히공급하면서낮과밤의주 기를12
시간씩조절하여가능한스트레스를받지않도록사 육하였다.
모든동물실험은순천대학교동물실험윤리위원회 의승인(SCNU IACUC permit Number: 2013-1)
을받은후 에수행하였다.
RAW264.7
세포,
인간혈액암계열세포주HL-60,
폐암계 열세포주A-549
및종양세포Sarcoma-180
은한국세포주은 행(
서울대학교의과대학암연구소)
에서구입하였다.
세포배 양은sodium bicarbonate(NaHCO
3, 2 g/l), 10,000 units/ml penicillin G sodium, 10,000 units/ml streptomycin sulfate, 25
μg/ml amphotericin B, 50
μM 2-mercaptoethanol(2- ME), 10% fetal bovine serum(FBS)
가첨가된RPMI 1640
배지를사용하였다. Nitric oxide(NO)
생성량측정은Griess
시약을이용하여산화물인NO
2−농도를측정함으로써확인 하였다. RAW264.7
세포5
×10
4에추출물을농도별로첨가 하고30
분간전처리한후1
μg/ml
의LPS
를처리하고37
oC,
5% CO
2배양기에서48
시간배양하였다.
배양상층액에동량의
Greiss
시약첨가하여10
분간반응시킨후, 550 nm
에 서흡광도를측정하였으며, nitrite
의농도는sodium nitrite
의표준곡선과비교하여계산하였다.
또한 사이토카인 생성량 측정을 위해 동일한 조건에서
RAW264.7
세포를배양하였고,
배양액내의염증성사이토카인
interleukin(IL)-1
β, IL-6, tumor necrosis factor(TNF)-
α 및granulocytes macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF)
의양은효소항체법(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)
을이용하여측정하였다.
즉, 1
차항체goat anti-human cytokine
을50
μl/well
로 분주하고4
oC
에서overnight
한다음, 10% FBS
가첨가된PBS
로blocking
하였다
.
적당한비율로희석한세포배양상층액과biotin
이부착된
2
차항체100
μl/well
를분주하고일정시간상온에서반응시킨 뒤
avidin-peroxidase 100
μl/well
와2,2’'-azino-bis
를첨가하여405 nm
에서흡광도를측정하였다.
각cytokine
의농도는표준곡선을이용하여환산하였고측정농도의한계치는
10 pg/ml
이었다.
수명연장시험은마우스를무작위로
10
마리씩나누어대조군, MeOH
처리군및다당류처리군으로나누고이들마우스복강에
Sarcoma-180(3
×10
6)
을 주입한후,
각추출물을100 mg/kg/day
용량으로400
μl
의PBS
에희석하여경구투여하였다. 3
일간격으로30
일까지체 중을측정하였고,
생존일수중앙치(median survival time, MST)
로 다음 식과 같이 연명률(increase in life span, % ILS)
을계산하였다.
% ILS = (T/C
−1)
×100
[T:
처치군의MST, C:
대조군의MST]
번행초추출물및분획물의항염증효능측정을위해
0.1
−100
μg/ml
농도로세포생존도를측정한결과,
영향이없는 것으로확인되었으며활성을보이는최저농도인10
μg/ml
을 실험농도로설정하였다. RAW264.7
대식세포에서LPS
에의 해유도되는염증매개인자인NO
생성에미치는영향을조 사한결과, 1
μg/ml
의LPS
처리시증가된NO
는다당류보다는
MeOH
추출물에의해생성이억제됨이관찰되었으며,
특히
HX
분획물에의해현저히감소되는것으로확인되었다(Fig. 1).
염증성 효소인inducible nitric oxide synthase
(iNOS)
에의해생성되는NO
는과다생성시염증반응을심화시켜조직손상및유전자변이및신경손상등을유발한 다
[12].
황금열수추출물과고삼에탄올추출물은각각40
μg/
ml, 20
μg/ml
의농도에서NO
생성을약40%
저해하는것으 로보고되고있으나[6, 16],
번행초의HX
분획물은10
μg/ml
의저농도에서약60%
억제하는것으로나타나염증매개인Fig. 1. Effects of solvent extracts or PS fraction on LPS-
induced NO production in RAW264.7 macrophages. Cells
were pretreated with the indicated concentrations of solvent
extracts or PS fraction for 30 min before 1 μg/ml LPS treatment
for 48 h. NO in culture medium was determined using the Griess
reagent.
자로서중요한작용을하는
NO
생성을보다효과적으로억 제함을확인할수있었다.
또한염증성사이토카인인IL-1
β, IL-6, TNF-
α및GM-CSF
분비를조절하는효과는다당류추출물이
LPS
에의해유도된IL-6
의생성을현저하게억제하였으며
, TNF-
α에대해서도다른분획물에비해다소높은생성억제효능을보였다
(Fig. 2).
또한HX
분획물은대식세포증식을조절하는
GM-CSF
의생산을억제하는데가장효과적으로작용하였으며
, TNF-
α의생성도DCM
분획물과같 이유의하게조절하는것으로확인되었다.
따라서번행초추 출물은염증반응의초기단계부터만성염증에이르기까지 관여하는사이토카인의분비를조절하는것으로확인되었 다.
오미자HX
분획물에서항염증및면역증강에효능이있 는α-iso-cubebene
이분리되어보고되고있으며, lignans
등활성성분의함량도높은것으로보고되고있는바
[4],
본연구에서도
HX
분획물에서활성이높은것으로나타났다.
한편번행초의수용성다당류분획물을
25 mg/kg
농도로마우스에처리했을때염증반응의하나인부종을약
35%
억제한 다고보고되고있으며[8],
주요성분은α(1, 6)
결합의3-O- actyl-
D-glucose
반복 구조에 α-
L-arabinofuranose
와 α-
L- rhamnopyranose
가연결되어있는구조임이확인되었다.
또 한분리된cerebrosides
와steryl glucoside
는위궤양에효과가있는것으로보고되고있다
[15].
그러므로본연구에서는부종억제효과를보이는항염증활성를입증하기위하여구 체적인연구를진행하였으며이러한결과는번행초의
HX
분 획물과다당성분에상기언급한항염증등활성물질도다 수함유되어있기때문인것으로판단된나,
활성물질에대한 추가적인자세한연구가필요하다.
한편예로부터위암등항암효과가있는것으로알려진 번행초의항암효과를조사하기위해혈액암세포주
,
폐암세 포주및복수암에대한억제활성을조사한결과,
혈액암과 폐암세포의증식에는거의영향을주지않는것으로나타 났다(unpublished data).
마우스실험을통한복수암에대한효능은마우스를
3
개의그룹으로분류하고Sarcoma-180
을주사하여복수암을유발시킨뒤
,
번행초추출물을경구투여 하면서수명연장효과를조사하였다(Fig. 3).
대조군은종양 증식에의한체중증가가시료처리군에비해빠른것으로 조사되었으며,
평균수명은18
일이었고20
일에모두죽는것으로나타났다
. MeOH
처리군은대조군에비해종양증식속도가느렸고평균수명은가장긴
23
일이었으며,
다당류 처리군의종양증식속도는가장느린것으로확인되었다. 18
일을기점으로체중이서서히감소하였고25
일경모두죽 었으며,
평균수명은21.7
일이었다.
생존중앙값과연명률은Table 1
에나타내었다.
번행초의MeOH
추출물과다당류는지속적인
DNA
복제가일어나는종양세포의분열속도를늦Fig. 2. Effects of solvent extracts or PS fraction on LPS-induced production IL-1 β, IL-6, TNF-α and GM-CSF in RAW264.7 mac-
rophages. Cells were pretreated with the indicated concentrations of solvent extracts or PS fraction for 30 min before 1 μg/ml LPS treat-
ment for 24 h. The amounts of IL-1 β, IL-6, TNF-α and GM-CSF were next determined using the ELISA test.
추는기작으로수명을연장시키는것으로사료된다
.
일반적 으로버섯유래의항암성고분자다당류는잘알려져있으 며,
암세포에직접작용하기보다면역기능을증강시킴으로써부작용이거의없는것으로알려져있다
[11].
번행초의다당성분은
in vitro
에서위궤양및위암세포에대한효과가보고되어있으나
,
본연구에서경구투여시마우스에서항암 효과를실증적으로확인할수있었다.
최근연구개발되는항암제는대부분복약순응도를높이 기위해경구제로투여되고있는추세이므로
,
본연구를토 대로번행초추출물을이용하여보다다양한인체암에대해in vivo
실험을통해정확한효능을검증할필요성이있으며,
특히번행초는오래전부터식용으로사용되고있으므로경 구제제로도개발가능하다
.
또한건강식품으로의개별인증 을함으로써다양한제제화도가능할것으로판단된다.
요 약
본연구에서는번행초의추출물과분획물의항염증효과 및항암활성에대해연구하였다
.
번행초의항염증활성은1
μg/ml LPS
로유도되는NO
및IL-1
β의생성이억제됨을통해확인되었다
. IL-6
및TNF-
α도1
μg/ml LPS
로자극된RAW264.7
세포에서다당류추출물을처리한후생성이감소되었다
.
나아가HX
분획물은GM-CSF
의생성을강력하게억제하는것으로확인되었다
.
또한Sarcoma 180
을미리 주사한ICR
마우스에MeOH
과다당추출물을100 mg/kg/
day
복강내투여시16.67%
의수명연장효과가관찰되었다.
이 상의결과는번행초를이용하여효과적인항염증및항암제 개발을위한사전조사로써중요한결과를제공한다.
Acknowledgments
This research is financially supported by Changwon National University in 2015-2016.
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Fig. 3. Kaplan-Meier plot visualizing length of survival by MeOH extract and PS fraction from Tetragonia tetragonioides after oral administration in ICR mice pre-inoculated with Sarcoma 180. n = 10 animals in each group (p < 0.001; Log-rank, Mantel-Cox).
Table 1. Median survival of mice subjected to different treat- ments.
Median survival (days)
Life span (%)
Increase of life span (%)
Control 18 100 -
MeOH
1)21 116.67 16.67
PS
2)21 116.67 16.67
1)
MeOH extract
2)