고구마 괴근과 잎자루 식이섬유의 항산화 효과 및 인간 대장암세포에 대한 항암작용

고구마 괴근과 잎자루 식이섬유의 항산화 효과 및 인간 대장암세포에 대한 항암작용

정행순⋅주 현*⋅이재화^†

신라대학교 의생명과학대 생명공학과, *인제대학교 의과대학 생리학교실 (2013년 6월 7일 접수, 2013년 7월 3일 심사, 2013년 7월 11일 채택)

Antioxidant Activity of Dietary Fibers from Tubers and Stalks of Sweet Potato and Their Anti-cancer Effect in Human Colon Cancer

Haeng Soon Jeong, Hyun Joo

, and Jae-Hwa Lee

Department of Bioscience and Biotechnology, College of Medical and Life Science, Silla University, Busan 617-736, Korea

*

Department of Physiology, College of Medicine, Inje University, Busan 614-735, Korea (Received June 7, 2013; Revised July 3, 2013; Accepted July 11, 2013)

본 연구에서는 국내 고구마 괴근과 잎자루로부터 분리한 식이섬유의 총 폴리페놀, 플라보노이드의 양을 측정하고, 이들로 인한 항산화 효과와 HT-29 대장암 세포에서의 증식억제를 통한 항암 효과를 확인하였다. 고구마 잎자루와 괴근 식이섬유의 총 플라보노이드 함량은 각각 0.5 ± 0.001 mg naringin/g dry basis와 2.0 ± 0.008 mg naringin/g dry basis 이었고, 총 폴리페놀 함량은 각각 2.8 ± 0.01 mg gallic acid/g dry basis와 6.3 ± 0.03 mg gallic acid/g dry basis이었다.

DPPH 라디칼 소거능 측정에서 잎자루 식이섬유가 괴근 식이섬유에 비해 2.4배 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 대장암 세포주의 세포사멸효과를 측정한 결과, 두 경우 모두 식이섬유 첨가량에 대해서 농도의존적 세포 증식 억제를 보여 주었다. 또한 잎자루와 괴근 식이섬유는 종양억제 p53 유전자 발현을 증가시키는 것으로 확인되었다. 이에 고구마 괴근과 잎자루로부터 분리한 식이섬유의 항산화 및 대장암에서의 항암 효과를 통해 암을 비롯한 다양한 질병의 예방에 있어 잠재적인 가치를 확인할 수 있었다.

Contents of the total polyphenols and flavonoids in the dietary fiber from tubers and stalks of domestic sweet potatoes were investigated. In addition, their antioxidant activity as well as the potent anti-cancer effects through the growth inhibition in human colon cancer cells (HT-29) in vitro were tested. The total flavonoids as naringin equivalents in dietary fiber from tu- bers and stalks of sweet potatoes were 0.5 ± 0.001 naringin/g extract and 2.0 ± 0.008 mg naringin/g extract dry basis, respectively. The amounts of the total polyphenols as gallic acid equivalents were 2.8 ± 0.01 mg gallic acid/g dry basis and 6.3 ± 0.03 mg gallic acid/g dry basis, respectively. 1,2-Diphenyi-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical-scavenging activity of the dietary fiber from stalks was 2.4 times higher than that of the dietary fiber from tubers. Interestingly, a strong growth in- hibition on HT-29 cells was observed in both dietary fibers originated from stalks and tubers of sweet potato in a dose-de- pendent manner. In addition, we found that the dietary fiber from tubers and stalks of sweet potato increased the gene ex- pression of tumor suppressor p53. The great potential value in the prevention of various diseases including cancer the potential value could be confirmed through effects of the dietary fiber from tubers and stalks of sweet potato on antioxidant activity and anticancer in human colon cancer.

Keywords: sweet potato, dietary fiber, antioxidant, anti-cancer effect, HT-29, human colon cancer

1. 서 론

1)

암은 전세계적으로 비교적 높은 사망률을 나타내며 국내에서도 사망 원인 1위를 차지하는 주요 질병이다. 이 중 대장암은 2위의 발병률을

† Corresponding Author: Silla University

Department of Bioscience and Biotechnology, College of Medical and Life Science

1-1 San, Gwaebop-dong, Sasang-gu, Busan 617-736, Korea Tel: +82-51-999-5831 e-mail: [email protected]

pISSN: 1225-0112 @ 2013 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry.

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차지하는 가장 흔한 악성종양의 하나로 지속적인 증가 추세를 보이고 있다[1-4]. 대장암을 일으키는 주요 원인으로는 동물성 지방, 당분, 알코올 섭취의 증가와 섬유소, 야채나 과일, 항산화 비타민 섭취의 감소 등이 알려져 있다[5].

최근 천연물에 존재하는 항암성분에 대한 관심이 높아지면서 각종

비타민류, 폴리페놀, 식이섬유, peroxidase 및 protease inhibitor과 색소

의 일종인 클로로필 II, 클로로필린 등의 항암효과에 대해 보고되고

있다[6]. 또한 인체에 유익한 생리활성을 갖는 식물 화합물인 파이토

케미컬(phytochemical)에 의한 화학적 암 예방법에 대한 관심이 높아

지면서 각종 천연물에서 추출한 플라보노이드(flavonoid)와 폴리페놀

(polyphenol)이 암세포 증식 및 전이를 억제한다는 연구가 진행되고

있으며 이들의 항암작용이 주목받고 있다[7].

식이섬유는 생체 내 소화효소로는 소화 흡수되지 않는 난소화성 성분 으로 수용성과 불용성 식이섬유로 분류되어 있다. 수용성 식이섬유는 식물 gum류, 해초 다당류, 과실과 근채류 등의 pectin 등이 있으며, 불용성 식이섬유에는 cellulose, hemicellulose, lignin 등이 있다. 식이 섬유는 심혈관계 질환, 대장암 및 당뇨병 예방, 콜레스테롤 저하, 중금 속 배출 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있으며 서구와 일본에서는 대장암과 심장질환 예방 및 변비를 완화하기 위한 기능성 식품으로 사용되고 있다[8,9].

고구마(Ipomoea batatas L.)는 전세계적으로 중요한 식량작물 중의 하나로 장 기능을 개선하는 대표적인 식품으로 잘 알려져 있다. 고구 마의 괴근은 대부분 전분으로 이루어져 있으며 각종 비타민, 무기질, 양질의 식이섬유 등 건강기능성 성분을 풍부히 함유하고 있다[10]. 고 구마 섬유질은 α-amylase와 glucoamylase로 가공하여 얻을 수 있으며 장내 박테리아나 살모넬라와 같은 식중독균에 대한 항균력이 있고 발암물질에 대한 흡착능이 있다고 보고되고 있다[11]. 하지만 고구마 식이섬유의 효율적인 이용기술에 대한 연구가 부족하여 고구마에 대한 연구는 주로 전분에 대한 것으로 국한되어 있고, 식이섬유에 대한 연구는 미흡한 실정이다.

본 연구에서는 국내 고구마 괴근과 잎자루로부터 분리한 식이섬유의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드의 양을 측정하고, 이들로 인한 항산화 효과와 대장암 세포에서의 증식억제를 통한 항암 효과를 확인하였다.

또한 RT-PCR을 이용하여 유전자 발현에 미치는 기전을 규명하였다.

이에 고구마 괴근과 잎자루로부터 분리한 식이섬유의 항산화 효과 및 대장암 세포주에서의 세포사멸기구 조절작용에 대한 유전자 발현 분석 등을 통하여 이의 작동기구에 대한 해명 등을 도모하였다.

많은 연구자들은 지난 연구를 통하여 세포사멸기구에 대한 연구가 항암 기전에 대한 중심점이 된다는 것을 알아 왔다[12]. bcl-2 유전자 족을 비롯하여, 이와 이형이합체(hetero dimer)를 형성하며 bcl-2 기능을 억제시키는 bax, 세포가 스스로 죽는 세포자멸사를 억제하는 인자 중의 하나인 survivin, 이와 반대로 종양을 억제하는 p53 등이 세포사멸기구 와 깊은 연관이 있다[13,14]. Survivin은 배아나 성장기 유세포를 제외 하고는 정상세포에서는 잘 발현되지 않지만, 특히 대장암, 직장암, 위암, 전립선, 췌장암과 같은 종양발생 초기와 발달 시기에 높은 발현율을 보이는 것으로 알려져 있으며 이의 발현을 통하여 종양세포의 세포 자멸사를 억제하는 역할을 수행한다[15]. 따라서 본 연구에서는 인체 대장암 세포(human colon cancer cell)인 HT-29 세포를 모델시스템으로 선정하여 고구마 섬유소에 대한 이들 세포사 조절 유전자들의 발현량 분석을 시도하였으며 대장암 세포주에서의 암 억제 및 세포자멸사 효과에 대한 일차적인 검증 및 이를 토대로 고구마의 항산화효과와 관련된 질병의 예방에 있어 고구마 유래 식이섬유의 잠재적인 가치를 확인 하고자 하였다.

2. 실 험

2.1. 실험재료

본 연구에 사용한 고구마는 경남 양산에서 재배한 것이며, 고구마 잎자루는 경북 경주에서 재배하여 건조된 것을 구입하여 사용하였다.

고구마 괴근과 잎자루 각 1 kg을 grinder (Daesung Artlon, Seoul, Korea) 를 사용하여 파쇄한 후 60 ℃ 드라이오븐에서 24 h 건조하였다. 건조한 고구마 괴근과 잎자루는 grinder로 분쇄한 후 체 눈 크기가 500 µm인 체를 사용하여 입자가 고른 분말을 얻었다. 분말은 -20 ℃에 보관하면서

사용하였다.

2.2. 식이섬유의 추출

고구마 괴근의 식이섬유(SPTDF)와 잎자루의 식이섬유(SPSDF)는 Yoshimoto 등[9]의 방법으로 추출하였다. 고구마 괴근과 잎자루 분말 각 40 g에 물 200 mL을 넣고 1 N NaOH를 사용하여 pH 6.3이 되도록 하였다. 각 용액에 α-amylase (TCI, Tokyo, Japan) 367 U를 처리하여 93.5 ℃에서 45 min간 반응한 후 glucoamylase (TCI, Tokyo, Japan) 400 U 를 처리하여 60 ℃에서 3 h 반응하였다. 이 후 체 눈 크기가 200 µm 인 체를 사용하여 고구마 괴근과 잎자루 식이섬유를 분리하여 물로 세척하였다. 분리된 각 식이섬유는 동결건조 한 후 약사발에 갈고 체 눈 크기가 45 µm인 체를 사용하여 입자가 고른 분말을 얻었다.

분말은 -20 ℃에 냉동 보관하면서 사용하였다.

2.3. 총 플라보노이드 화합물 분석

총 플라보노이드 함량은 Davis 방법[16]의 변법에 따라 측정하였다.

각 식이섬유 SPTDF와 SPSDF를 4 mg/mL 농도로 녹인 시료 100 µL에 diethylene glycol 1 mL 를 첨가하고 다시 1 N NaOH 100 µL를 넣고 37 ℃에서 1 h 반응 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준시약 으로는 naringin을 사용하였다.

2.4. 총 폴리페놀 화합물 분석

총 폴리페놀 함량 분석은 Folin-ciocalteu 방법[17]의 변법에 따라 측정하였다. 각 식이섬유 SPTDF와 SPSDF를 4 mg/mL 농도로 녹인 시료 100 µL에 2% Na

CO

용액 2 mL와 1 N Folin-ciocalteu’s phenol reagent (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 100 µL을 넣고 실온에서 30 min간 방치 후 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준 시약으로는 gallic acid를 사용하였다.

2.5. DPPH Radical Scavenging Activity

DPPH (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl, Sigma Chemical Co.) radical 소거활성을 측정하는 방법으로 항산화능을 측정하였다. 시료는 10%

에탄올을 이용하여 농도별(0, 0.8, 1.6, 2.4, 3.2, 4 mg/mL)로 희석하였고 농도 별 시료 100 µL에 0.1 mM DPPH 용액 100 µL를 넣고 37 ℃에서 빛을 차단하여 30 min간 반응시켰다. 이후 분광광도계를 이용하여 517 nm 에서 흡광도를 측정하였으며 DPPH radical scavenging activity (%)는 다음의 식에 대입하여 계산하였다.

Radical scavenging activity (%) =

(1 - 시료 첨가구의 흡광도 / 시료 비첨가구의 흡광도) × 100

2.6. 대장암 세 포주 및 세 포배양

인체 대장암 세포(human colon cancer cell)인 HT-29 세포는 한국 세포주은행(Seoul, Korea)으로부터 분양 받아 10%의 FBS (Fetal bovine serum, Hyclone)와 1%의 penicillin-streptomycin을 첨가한 DMEM 배지 (Lonza, Walkersvill, MD, USA) 를 사용하여 배양하였다. 세포는 5%

CO

를 함유한 37 ℃ 배양기에서 배양하였으며, 세포수의 증식에 따른

과밀도 현상을 해소하기 위해 세포밀도가 약 70 ∼ 80% 정도 포화

되면 0.25% trypsin-EDTA 용액을 사용하여 일주일에 1 ∼ 2회 계대

배양하였다.

Table 1. Total Flavonoid and Polyphenol Contents of Dietary Fiber from Tubers (SPTDF) and Stalks (SPSDF) of Sweet Potato

(mg/g, dry weight)

Samples Total flavonoid (Naringin mg/g)

Total polyphenol (Gallic acid mg/g)

SPTDF 0.5 ± 0.001 2.8 ± 0.01

SPSDF 2.0 ± 0.008 6.3 ± 0.03

Figure 1. DPPH radical scavenging activity of dietary fiber from tubers (SPTDF) and stalks (SPSDF) of sweet potato. Data are the mean ± S.D. of three independent experiments.

2.7. 세포생존률 측정

SPTDF 와 SPSDF의 농도별 처리에 따른 HT-29 세포의 증식 정도는 EZ-Cytox cell viability assay kit (Daeillab service co., Seoul, Korea) 를 사용하여 측정하였다. 세포배양용 96 well plate에 HT-29 세포를 1 × 10

cells/well의 농도로 100 µL씩 분주하여 24 h 동안 배양하였다. 이후 SPTDF 와 SPSDF의 최종 농도가 0, 40, 80, 120, 160, 200 µg/mL가 되 도록 처리하여 24 h 동안 배양하였다. 배양 후 assay reagent 10 µL를 각 well에 분주하고 2 h 동안 배양한 후 450 nm에서 흡광도를 측정하 였다. 세포의 증식률은 시료의 흡광도를 대조군의 흡광도에 대한 백 분율로 나타내었다.

2.8. RT-PCR

RT-PCR 을 수행하여 SPTDF와 SPSDF가 모델 시스템으로 사용된 HT-29 인체 대장암 세포(human colon cancer cell)주의 증식억제 및 사멸 유도 효과가 mRNA 전사수준에서도 영향을 미치는지 알아보았다.

HT-29 세포를 6 well plate에 3 × 10

cells/well 의 농도로 분주하여 SPTDF 와 SPSDF를 농도가 0, 80, 160 µg/mL이 되도록 처리하고 24 h 후 배지를 제거하였다. 이후 cell lysis buffer 1 mL를 첨가하여 세포를 모아 원심분리 후 상층액만 모아 RNA를 분리하였다(GeneAll Ribo_clear RNA clean up kit, Geneall Biotechnologies, Co., Ltd., Seoul, Korea).

각각 2 µL 의 RNA 샘플을 분취 후 다음의 primer들과 조합하여 역전 사효소 반응을 시도하였다(survivin : 5'-caccgcatctctacattcaa-3', 5'-tcc- tttgacgcttctttcac-3', bcl-2 : 5'-tctgcgaagaaccttgtgtg-3', 5'-tctacccttgtgacc- acctc-3', bax : 5'-tttgcttcagggtttcatcc-3', 5'-aggagaggatgaaaccctgc-3', β-actin : 5'-cctctatgccaacacagtgc-3', 5'-atactcctgcttgctgatcc-3', p53 : 5'-gctct- gactgtaccaccatcc-3', 5'-ctctcggaacatctcgaagcg-3'). 역전사효소 반응은 96 well 타입의 Accupower RT/PCR premix kit (Bioneer, Seoul, Korea)를 이용하여 수행하였으며, 이후 필요에 의한 PCR 증폭 반응은 G-Taq PCR premix (COSCO, Genetech) 용액을 사용하였다. RT-PCR 산물들은 2%

agarose gel에 전기영동하여 분석을 시도하였다. β-actin 유전자는 내부 표준 유전자로 사용되었으며, 이는 각 증폭된 전사체나 유전자 발현 비교에 샘플 내부 기준치의 정확도가 다르게 나타날 수 있는 오류를 막기 위함이다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량 분석

고구마 괴근과 잎자루의 식이섬유에 함유된 총 플라보노이드 양을 naringin 의 양으로 환산하여 표시한 결과, 고구마 잎자루 식이섬유가 2.0 ± 0.001 mg naringin/g dry basis 로 고구마 괴근 식이섬유에서의 0.5 ± 0.008 mg naringin/g dry basis 보다 약 4배 높은 것으로 측정되었다 (Table 1).

고구마 괴근과 잎자루에서 추출한 식이섬유에 함유된 총 폴리페놀 함량은 고구마 잎자루 식이섬유에서 6.3 ± 0.03 mg gallic acid/g dry

basis 로 고구마 괴근 식이섬유의 2.8 ± 0.01 mg gallic acid/g dry basis의 약 2.3배 높은 것으로 측정되었다(Table 1). 일반적으로 고구마 함유 폴리페놀은 베타카로틴, 클로로겐산 등으로 알려져 있으며 이들은 우수한 항산화작용을 하는 것으로 알려져 있다. 특히 본 연구에 사용 된 고구마 식이섬유에는 이들 플라보노이드와 폴리페놀이 같이 함유 되어 있는 것으로 확인되어 식이섬유 고유의 순기능인 대장 운동성 및 활성 증진뿐 아니라 면역, 세포 항산화 기능향상에 동시효과 발생을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 대장 운동성 증진은 내용물의 대장관 통과 시간과도 많은 연관이 있다. 이는 대장 내 활성 세균종의 구성 및 발암물질과의 접촉빈도에도 큰 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다 [18].

3.2. DPPH Radical Scavenging Activity

항산화 활성 측정에서 많이 사용되는 방법인 1-diphenyl-2-picry- lhydrazyl (DPPH) 유리기 라디칼 소거 활성능을 측정하였다. DPPH는 화학적으로 안정화된 유리기 라디칼을 가지고 있으며 517 nm에서 흡광도를 나타내는 보라색 화합물이다. 이는 양성자 라디칼 소거에 특이적으로 반응하여 탈색되므로 항산화 활성의 육안적 관찰이 용이 하다. 고구마 괴근 식이섬유의 경우 4 mg/mL 농도에서 약 20%의 양 성자-라디칼 소거활성을 보였으며 잎자루 식이섬유의 경우 동일한 농도에서 약 58%의 소거활성을 나타내었다. 또한 잎자루 식이섬유의 EC

값은 약 3.86 mg/mL이 되는 것으로 추정되었다. 이 실험법은 알코올과 타 화합물들에 대하여 비교적 안정적이며 앞선 실험에서 분석된 폴리페놀 함유량과 비례하는 유리기 라디칼 소거반응을 보여 주었기에 본 고구마 식이섬유의 유리기 소거능은 폴리페놀류에 의한 효과가 주가 되어 나타났음을 시사한다. 세포 노화 이론뿐만 아니라 암 세포 발생 및 전이에 유리기 라디칼 공격에 의한 미토콘드리아 DNA (mtDNA) 손상 등이 주요 원인이 된다는 사실들이 밝혀지고 있는 실정이다[19]. 이에 본 유리기 라디칼 소거능 측정은 고구마 식이섬유의 효과적 이용을 위한 항산화능 판단에 있어 주요한 지표를 제공한다.

3.3. 세포 생존률

고구마 괴근과 잎자루 유래 식이섬유가 HT-29 세포의 증식과 사멸에

Figure 2. Antiproliferatory effects of dietary fiber from tubers (SPTDF) and stalks (SPSDF) of sweet potato in HT-29 colon cancer cells. Cell viability was measured by EZ-Cytox cell viability assay kit.

Data are the mean ± S.D. of three independent experiments.

Figure 3. Effect of dietary fibers from tubers (SPTDF) and stalks (SPSDF) of sweet potato on apoptosis-related gene expression. Lane

#1, #4; control, lane #2, #5; HT-29 cells with SPTDF treatment, lane

#3, #6; HT-29 cells with SPSDF treatment.

미치는 영향을 확인하기 위해 괴근과 잎자루의 식이섬유를 농도별로 처리하여 대장암 세포의 생존율(역으로는 치사율 혹은 성장 억제율)을 측정하였다. 괴근과 잎자루 식이섬유를 각각 0, 40, 80, 120, 160, 200 µg/mL 농도로 처리하여 대장암 세포주를 24 h 동안 배양하였을 때 두 경우 모두 식이섬유를 첨가하지 않은 대조군에 비하여 식이섬유 농도가 높아짐에 따라 대장암 세포주의 세포증식이 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 괴근 식이섬유의 경우 200 µg/mL 농도에서 약 67%의 세포 생존률을 보였다. 잎자루 식이섬유의 경우는 이보다 현저히 낮은 식이 섬유 농도에서도 높은 세포증식 억제률을 보여주었는데, 40 µg/mL의 농도에서 약 47%의 세포생존률을 보여 주었다. 이보다 높은 80 µg/mL 의 농도에서는 약 30%의 세포생존률을 보여주었다. 그 이후 농도가 증가함에 따라 더 이상의 감소는 보이지는 않았다(Figure 2). 대장암 세포주 사멸에 대한 잎자루 식이섬유의 IC

값은 약 37 µg/mL가 되는 것으로 추정되었다. 이 결과는 잎자루의 식이섬유가 괴근 섬유에 비 하여 차별화된 세포증식 억제능을 보여줌을 시사하며 식이섬유 농도 가 증가할수록 대장암 세포주 증식이 더욱 억제되는 것을 보여주지만, 본 연구에 시도된 고구마 잎자루 식이섬유는 다른 항산화 물질들에 비하면 비교적 매우 낮은 농도에서 IC

값을 보여주는 것으로 확인되 었다. 오미자 추출물의 경우 동일한 HT-29 대장암 세포주에 대한 IC

값이 1670 µg/mL 정도 되는 것으로 보고된 바 있다[20].

3.4. RT-PCR결과

암세포의 성장억제효과 측정은 antiproliferative assay를 통하여 이루 어졌다. 이에 HT-29 인체대장암 세포주를 이용한 실험에서 고구마 식 이섬유의 작용이 세포 내 흡수를 통하여 어떤 유전자 발현과 관련이 있는지를 알아보기 위하여 대장암 세포의 성장억제효과 및 세포사와 관련된 주요 4종의 유전자 발현량 변이를 확인하였다. 내부 표준증폭 반응으로 사용된 β-actin 프라이머(primer)와의 증폭반응 결과는 본 연구에 사용된 RNA들이 적절한 양과 유의적 수준의 순도를 지니고 있음을 확인시켜 주었다(Figure 3). 세포사멸 기구로 알려진 주요 유전 자들 중에서 주 대상으로 삼았던 bcl-2, bax 등은 고구마 식이섬유 처리 유무에 상관없이 발현량의 변화를 보여주지 않았다. 이에 본 연구 에서는 bax와 bcl-2 유전자 발현에 대하여 Western blotting 방법을 이용

하여 더 이상 검증하지는 않았다. Survivin 유전자 발현 또한 대조군과 비교된 전체 실험군에서 유의적 수준에서의 변화가 없었다. 이는 고구 마 식이섬유가 HT-29 대장암세포 자멸사인자인 survivin 발현에 크게 영향을 주지는 않는다는 것을 시사한다.

앞서의 결과에서 알 수 있듯이 세포자멸사 혹은 세포사멸기구와 연관된 유도단백질 발현의 경우들에 있어 고구마 식이섬유는 HT-29 대장암 세포주에 별다른 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 그러나 사람 p53 전사인자 유전자의 경우 매우 특이한 발현 변화를 보여주었다.

사용된 p53유전자의 두 프라이머 사이 크기에 해당하는 전사부분이 고구마 괴근과 고구마 잎자루 식이섬유를 처리한 두 경우 모두 비 처리 군에 비하여 놀라운 양으로 그 양이 증가하였다. p53은 세포의 성장, 분열을 조절하는 매우 중요한 유전자로서, p53의 증가는 곧 종양억제가 진행된다는 것을 의미한다[21]. p53 전사체는 정상적인 대장점막 세포 보다 대장암 세포에서 현격히 낮은 발현율을 보이는 것으로 보고되어 있다[15,22]. 본 연구의 경우 고구마 괴근 유래 혹은 잎자루 유래 식이 섬유가 처리된 대장암 세포주 모두에서 412bp에 해당하는 p53 전사유 전자 부위가 유의적인 수준을 훨씬 넘어 크게 그 발현이 증가되는 것 으로 확인되었으며, 이 부위는 TP53, transcript variant 2 mRNA에 해당 하는 것이다(UGID : 232497, UniGene Hs.437460, Homo sapiens, TP53 : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/clust.cgi?ORG=Hs&CID=

437460). 이외 세포사멸기구와 연결된 다른 유전자들의 발현양상은 특이한 변화를 찾아볼 수 없었다. 따라서 본 연구 결과에서 시사하는 바는 암 억제 유전자로 알려진 p53에 의해 유도되는 세포사멸 억제 분자메커니즘과 관련되어 고구마 식이섬유가 유의적인 수준에서 작 동한다는 사실과 이를 통하여 암 억제기작의 연구확대 필요성이 존재 한다는 것이다.

4. 결 론

고구마 식이섬유는 항산화, 항염, 항알러지 등의 효능에 대해서는

연구가 상당히 진척되어 있음에도 항암효과와 그 작용기전에 대한

연구는 매우 미비하였다. 본 연구에서는 고구마 식이섬유를 고구마

괴근과 잎자루의 식이섬유로 분리 정제하여 항산화 및 항암 효과에

대하여 각각 살펴보았다.

총 플라보노이드 함량은 고구마 잎자루 식이섬유가 2.0 ± 0.008 mg naringin/g dry basis 로 괴근 식이섬유보다 4배 더 높은 것으로 밝혀졌 으며, 폴리페놀 또한 잎자루 식이섬유가 괴근 식이섬유보다 2.3배 더 높은 것으로 확인되었다. 항산화능의 실험에서는 유리기 라디칼 제거 능이 시도 되었으며 잎자루 식이섬유가 2.4배 높게 나타남을 알 수 있 었다. 이는 유리기 라디칼 제거에 탁월한 효과를 보이는 폴리페놀 함 량의 차이에 기인된 것으로 사료되며 그 제거능 또한 함유량에 비례 하여 증가함을 확인할 수 있었다.

세포 생존률 실험에서는 고구마 괴근 유래와 잎자루 유래 식이섬유 모두 HT-29 인간 대장암 세포주의 세포증식 억제에 효과적임이 확인 되었다. 두 경우 모두 식이섬유 첨가량에 대해서 농도의존적 세포 증식 억제를 보여 주었고, 특히 잎자루 식이섬유의 경우 저농도 처리에도 불구하고 암세포 생존률을 현격하게 떨어뜨려 식이섬유를 처리하지 않은 대조군은 물론 괴근 식이섬유 처리시 보다 높은 항암 효과를 보여 줌을 확인할 수 있었다. 이는 잎자루 식이섬유가 대장암 세포 증식에 보다 의존적인 생존억제를 보여주는 특이성을 보여주는 것으로 사료 된다. 특히 세포사멸기구 인자 실험에서 보여주었듯이 p53 전사인자 발현이 대조군이나 괴근 식이섬유 처리시보다 잎자루 식이섬유로 처 리된 대장암 세포주에서 특징적인 과발현 현상을 보여주는 것과 관련 성이 있는 것으로 판단된다. 특히 p53 전사인자는 염색체 수준의 DNA 손상이나 스트레스에 의한 세포 신호전달 체계의 변화로 세포 자멸사(apoptosis)를 유도하는 종양억제인자로 알려져 있으며, 이는 bcl-2/bax 조절인자에 의하여 개시되는 세포자멸사와는 엄연히 구별 된다.

참 고 문 헌

1. A. Jemal, T. Murray, A. Samuels, A. Ghafoor, E. Ward, and M.

J. Thun, Cancer statistics, 2003, CA. Cancer J. Clin., 53, 5 (2003).

2. J. Laurier, Alarming increase in cancer rates, WHO report, 21, 2 (2006).

3. B. W. Stewart and P. Kleihues, WHO internationalagency for re- search on cancer, World cancer report, Lyon, 352 (2003).

4. P. Boyle and J. Ferlay, Cancer incidence and mortality in Europe, 2004, Ann. Oncol., 16, 481 (2005).

5. Y. S. Yoon, C. S.Yu, S. H. Jung, P. W. Choi, K. R. Han, H. C.

Kim, and J. C. Kim, Characteristics of colorectal cancer detected at the health promotion center, J. Korean Soc. Coloproctol., 23, 321 (2007).

6. Y. Surh, Molecular mechanisms of chemopreventive effects of se- lected dietary and medicinal phenolic substances, Mutat Res., 428, 305 (1999).

7. M. Banerjee, P. Singh, and D. Panda, Curcumin suppresses the dy- namic instability of microtubules, activates the mitotic checkpoin- tand induces apoptosis in MCF-7 cells, FEBS J., 277, 3437 (2010).

8. J. A. Woolfe, Sweetpotato; an untapped food resource, Cambridge University Press, 142, Cambridge, UK (1992).

9. M. Yoshimoto, O. Yamakawa, and H. Tanoue, Potential chemo- preventiveproperties and varietal difference of dietary fiber from sweetpotato (Ipomoeabatatas L.) Root, JARQ, 39, 37 (2005).

10. N. N. Reddy and W. A. Sistrunk, Effect of cultivar, size, storage, and cooking method on carbohydrates and some nutrients of sweet potatoes, J. Food Sci., 45, 682 (1980).

11. M. Yoshimoto, S. Okuno, R. Yamakawa, H. Tanoue, and H.

Sibata, Adsorption of carcinogen by steet potato fiber and the anti- bacterial activity, Sougou Nougyou., 1998, 92 (1999).

12. S. W. Lowe, H. E. Ruley, T. Jacks, and D. E. Housman, p53-de- pendent apoptosis modulates the cytotoxicity of anticancer agents, Cell, 74, 957 (1993a).

13. M. Schuler and D. R. Green, Mechanisms of p53-dependent apop- tosis, Biochem. Soc. Trans., 29, 684 (2001).

14. A. Gradilone, P. Gazzaniga, D. Ribuffo, S. Scarpa, E. Cigna, F.

Vasaturo, U. Bottoni, D. Innocenzi, S. Calvieri, N. Scuderi, L.

Frati, and A. M. Aglianò, Survivin, bcl-2, bax, and bcl-X gene ex- pression in sentinel lymph nodes from melanoma patients, J. Clin.

Oncol., 21, 306 (2003).

15. G. Ambrosini, C. Adida, and D. C. Altieri, A novel anti-apoptosis gene, surviving, expressed in cancer and lymphoma, Nature Med., 3, 917 (1997).

16. C. C. Chang, M. H. Yang, H. M. Wen, and J. C. Chen, Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary col- orimetric methods, J. Food Drug Anal., 10, 178 (2002).

17. V. L. Singleton and J. A. Rossi, Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents, Am. J. Enol.

Viticult, 16, 144 (1965).

18. M. G. Hertog, P. C. Hollman, M. B. Katan, and D. Kromhout, Intake of potentially anticarcinogenic flavonoids and their determi- nants in adults in the Netherlands, Nutr. Cancer, 20, 21 (1993).

19. J. S. Carew and P. Huang, Mitochondrial defects in cancer, Mol.

Cancer, 1, 1 (2002).

20. M. J. Ryu and H. S. Chung, Effects on hot water extract of Schizandrachinensison colon cancer cell line, Food Eng. Prog., 15, 64 (2012).

21. B. Vogelstein, D. Lane, and A. J. Levine, Surfing the p53 network, Nature, 408, 307 (2000).

22. E. C. L. Casse, S. Baird, R. G. Korneluk, and A. E. Mackenzie,

The inhibitors of apoptosis (IAPs) and their emerging role in can-

cer, Oncogene, 17, 3247 (1998).