연잎추출물의 B형 간염 표면 항원 발현 억제 효과
이윤희·강이중·이성진†
전남대학교 응용생물공학부 생명공학전공
Nelumbo nucifera Leaves Extract Reduced the Production of Hepatitis B Surface Antigen on HepG2.2.15
Yun Hee Lee, Li Jung Kang, and Seong Gene Lee†
Department of Biotechnology (BK21 program), Division of Applied Bioscience and Biotechnology, Chonnam National University, Gwangju 500-757, Korea.
ABSTRACT : Nelumbo nucifera (lotus) is known to be a useful medicinal plant and leaf extract contains several flavonoids and alkaloids. To analyze the effect of Nelumbo nucifera leaves extract (NNL) on the HBsAg production, we treated NNL on HepG2.2.15 cells which contain the hepatitis B viral genome and secrete surface antigen into media. NNL suppressed the production of hepatitis B surface antigen as a dose-dependent manner. To analyze the effect of NNL on HBV DNA replica- tion, PCR analysis was performed. NNL was not affected the HBV DNA replication and HBsAg mRNA expression. To understand the effect of NNL on the production of HBsAg, we carried out the analysis of lipid-metabolizing gene expression using one-step RT-PCR. NNL reduced the gene expression of FASN and SREBP2 and increased the expression of LDLR.
Triglyceride content of HepG2.2.15 cells was not decreased by treatment of NNL. This result suggests a possibility that NNL may have an effect for the inhibition of hepatitis B surface antigen by modulation of lipid and cholesterol metabolism.
Key Words : Hepatitis B Virus, HepG2.2.15, HBsAg, Lipid Metabolism, Nelumbo nucifera
서 언
한국인호발성암질환가운데간암은높은 비율을차지하 고있으며
,
간암의원인가운데는간염바이러스에의한감염 이원인이되어 발생하는경우가상당 부분을차지하고있으 며,
가장많은감염률을보이는것은B
형간염바이러스에의한간염이다
.
전세계적으로2
억만명이상이B
형간염바이러스에 노출되어있으며
,
매년5
천만 명이 새롭게B
형간염 바이러스에감염되는것으로 보고되고있다.
이가운데성인 의경우5-10%,
신생아의90%
이상이 만성적으로감염되는 것으로보고되고있으며,
특히아시아의경우B
형간염환자 의75%
가만성간염으로진행되거나간암으로발전하는것으 로 알려져 있다(Merican et al., 2000).
한국의 경우,
간질 환은소화기계질환의대부분을차지하는주요한질환으로통 계청발표에의하면우리나라2006
년간암사망률은10
만명 당남자의경우33.9
명,
여자는10.9
명으로나타났다.
또한통 계청보고에의하면간질환에의한사망률은남자10
만명당12.3% (16,678
명),
여자 사망자의4.0% (4,426
명)
가간질환과간암으로사망하였다
.
우리나라간암발생원인의70%
이 상이B
형 간염 바이러스(Hepatitis B virus, HBV)
감염에 의한것으로,
급성바이러스성간염의60%
이상,
만성활동성 간염과 간경변증의 약73%
역시HBV
감염에 의한 것으로 파악되고있어, B
형간염의예방및대책은국민건강및의료비 경감을 위해서도 매우 중요한 문제 중 하나이다
(Kim
et al., 1994; Jeong et al., 2008). B
형간염 바이러스에대한많은 연구에도 불구하고
HBV
의숙주가 사람,
침팬지,
오리,
마멋등의간에서만증식할수있는특성으로인해연구에제 약이있어왔다
. 1991
년미국조지아타운대학의Korba
박사 등은HBV
유전자를사람간암세포에도입하여HBV
가증식,
생산되는특성을가진
HepG2.2.15
세포주를제조하였으며,
이 를이용하여항HBV
약효검색시스템을개발하였다(Korba and Mulman, 1991; Korba and Gerin, 1992). HepG2.2.15
세포를이용하여항간염효능을분석한연구로는가자
,
지유,
복분자
,
대황 등을이용하여B
형간염바이러스증식에미치 는영향을보고된바있다(Kim et al. , 1999).
연
(
蓮, Nelumbo nucifera )
은쌍떡잎식물미나리아재비목수†
Corresponding author: (Phone) +82-62-530-2167 (E-mail) [email protected]
Received March 23, 2009 / Revised April 14, 2009 / Accepted April 18, 2009
련과의여러해살이수초로서인도와중국을중심으로열대
,
온대의 동부 아시아를 비롯한 한국
,
일본 등에 널리 분포하는고생대의식물로
,
꽃은관상용과차제(
茶劑)
로이용되어왔으 며,
잎과뿌리는식용하여왔다.
한의학에서잎은하엽(
荷葉)
이라하여설사
,
두통과어지럼증,
토혈,
산후어혈치료,
야뇨 증,
해독작용에쓰이고,
주요성분으로는진통작용과진정작용 이 있는roemerine, nuciferin, armepavine, n-nornucifrine, pronuciferine, d-n-methylcoclaurine, liriodenine,
주석산,
구연산
,
사과산,
호박산,
탄닌 등이 함유되어있는것으로 보고되고있다
(Yuk, 1990).
연줄기는연근(
蓮根)
이라고하며,
비 타민과미네랄의함량이비교적높아생채나그밖의 요리에 많이이용되며,
뿌리줄기와열매는약용으로부인병에쓰이기 도한다.
연을이용한생리활성분석연구는연잎,
연근경,
연 수술,
연씨,
연줄기등다양한연조직으로부터보고되고있다.
연잎 추출물은 동물 모델에서 항비만 효능
(Ono et al.,
2006),
항산화활성(Wu et al., 2003),
쥐의 백색지방세포의지질 분해 촉진
(Ohkoshi et al., 2007),
당뇨합병증및산화 적스트레스로부터보호활성(Jung et al., 2008)
등이 보고되 고있다.
연의근경에탄올추출물을당뇨모델쥐에투여하였을 때 혈당을 조절하는 활성이 보고된 바 있다
(Mukherjee
et al., 1997).
연 씨 추출물은herpes simplex virus type 1 (HSV-1)
의ICP0
나ICP4
의mRNA
발현을저해함으로서바이러스증식을억제하는항바이러스효능이있음이보고되고있 다
(Kuo et al., 2005).
또한 연잎으로부터coclaurine
이나norcoclaurine, quercetin 3-O-
β-D-glucuronide
등과 같은 유용 생리활성 물질이 분리 동정되었으며, coclaurine
과norcoc- laurine
은강력한항HIV
활성을가지고 있는것으로 보고되 고있다(Kashiwada et al., 2005).
이에 본 연구에서는 연잎
( Nelumbo nucifera leaves,
이하NNL)
으로부터 열수 추출물을 제조하여hepatitis B
바이러스유전자를가지고있는
HepG2.2.15
세포주를 이용하여항간염 효능을검토하고자,
연잎추출물이HBV
의표면항원(hepatitis B surface antigen;
이하HBsAg)
발현에미치는영향을분석하고
, HBsAg
가세포밖으로분비될때숙주세포의콜레스테롤과 같은 지질성분을 필요로 한다는 보고로부터
(Lin et al.,
2003)
지질대사유전자발현에미치는영향을분석하였다.
재료 및 방법
1. 실험 재료 및 추출방법
본연구에사용된연잎은
2007
년6
월경전남해남군일대 자연연못에서채취하였다.
음건한연잎100 g
을파쇄기로분 쇄한 후10
배의 물을 첨가하여2
시간 열수로2
회반복추출한후 거즈로여과하고
450
×g
로원심분리(Hanil Scientific Co., Seoul, Korea)
하여상층액을회전진공농축기(EYELA,
Japan)
를이용하여감압농축한후실험에사용하였다.
2. 세포 배양
간암세포
HepG2
에hepatitis B virus (HBV) DNA
를transfection
하여 제조한stable cell line HepG2.2.15 (
경희대 학교,
한의과대학,
김영철교수제공)
를본실험에이용하였다. HepG2.2.15
세포는10% fetal bovine serum (FBS)
이함유된Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)
을 배지에G418
을200
㎍/
㎖을첨가하여, 37
℃, 5% CO
2가공급되는항온세포 배양기에서배양하였다
.
3. 세포 독성 분석
연잎추출물
( Nelumbo nucifera leaves,
이하NNL)
의세포 독성을확인하고자XTT assay (Wel-GENE, Korea)
를실시하 였다. 96-well plate
에서9
×10
3cells/well
의 농도로 배양된HepG2.2.15
세포에, NNL
을7, 14, 28, 55, 110 ng/
㎖ 농도를 처리하고
24
시간 동안 배양한 후, XTT [2,3-bis(2- methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl)-2H-tetrazolium-5-carboxanilide inner salt]
와PMS
를50 : 1
로섞은 후20 ul
를well
당 첨가 하여3
시간 동안37
℃에서반응시킨 후450
㎚과690
㎚에 서의 흡광도를측정한 후OD
450-OD
690의값을 얻은 후대조 군과의비교를통해상대적인세포생존율을계산하였다.
4. B형 간염 바이러스 표면 항원 ELISA 분석
24-well plate
에서2
×10
5cells/well
의 농도로HepG2.2.15
세포에
, NNL
을7 ng/
㎖부터110 ng/
㎖까지다양한농도를처 리하고24
시간, 48
시간 동안 배양한 후,
배양액을 얻어HBsAg ELISA kit(KOMA biotech, Korea)
를 이용하여B
형 간염 바이러스 표면항원(HBsAg)
을 검출하였다.
시료를96 well plate
에각각100 ul
씩넣고접합체액25 ul
씩넣고잘혼합한다음
37
℃에서1
시간30
분동안반응시킨다. 5
회세척 한후,
기질액을100
㎕ 씩넣고37°C
에서1
시간 동안 반응 시킨후,
반응정지액을100
㎕씩첨가하여반응을정지시켜450
㎚에서흡광도를측정하였다.
5. HBV DNA 증식 분석
HBV DNA
증식의변화를분석하기위하여B
형간염표면 항원ELISA
분석에서수득한HepG2.2.15
세포배양액을이 용하여PCR
방법을이용하여HBV DNA
증식을분석하였다. 5'-ATCCTGCTGCTATGCCTCATCTT(L)-3'
와5'-ACAGTGG GGGAAAGCCCTACGAA-3'
를PCR primer
로사용하였으며, 313 bp
의PCR band
를 확인하였다. PCR
반응조건은 배양액5
㎕를template
로 사용하였으며, primer
를 각각5 pmol
씩,
200
µM dNTP, 1 U Taq polymerase
를 첨가하여 최종 부피20
㎕로PCR
반응을 수행하였다. 94
℃에서3 min
간1 cycle
반응한후
94
℃에서30
초, 48
℃에서30
초, 72
℃에서30
초씩44 cycles
을반복하고최종72
℃에서5
분간반응한후종료하였 다. PCR
산물은2% Agarose gel
전기영동하여확인하였다.
6. One-step RT-PCR 분석
NNL
에 의한 유전자 발현 변화를 분석하기 위하여Tri-
Reagent (Molecular research Center, Cincinati, OH)
를 이용하여
total RNA
를제조사의방법에따라추출하였다. Reverse transcription (RT) PCR
반응은one-step RT-PCR PreMix kit (iNtRON, Korea)
를 이용하여 유전자 발현을 분석하였다. RT-PCR
반응에는total RNA
는20 ng
을template
로사용하였 으며, primer
는 각각5 pmole
씩 첨가한 후diethylene pyrocarbonate (DEPC)-DW
를13
㎕로첨가하여최종 부피를20
㎕로하여반응하였다.
반응조건은45
℃에서30
분간반응하고
, 94
℃에서5
분간 열처리하였다. 94
℃에서30
초, 60
℃에 서30
초, 72
℃에서30
초 씩34
회반복 한후72
℃에서5
분 간 반응한 후 종료하였다. PCR
반응 산물은2% Agarose gel
전기 영동하여 확인하였다. RT-PCR
에 사용한primer
는Table 1
에정리하였다. HBsAg
의RNA
를분석하기위하여5'- ATCCTGCTGCTATGCCTCATCTT-3'
과5'-ACAGTGGGGGA AAGCCCTACGAA-3'
을 사용하였으며, product
크기는313 bp
이다.
7. Triglyceride 함량 분석
6-well plate
에서5
×10
5cells/well
의 농도로 배양된HepG2.2.15
세포에, NNL
을7 ng/
㎖부터110 ng/
㎖까지다양 한농도를처리하고24
시간동안배양한후, cell
을scrap
하여homogenate buffer (2 M NaCl, 2 mM EDTA, 50 uM NaPi, pH 7.4)
에녹인 후sonication
으로cell
을분쇄하였다.
냉각원 심분리기를이용하여4
℃에서13,200 rpm
으로10
분간원심분 리하여 얻은cell lysate
에butanol, Triton X-100 : MeOH (1 : 1, v / v )
용액을2 : 2 : 1
의 비율로 섞어준 다음10-30
분간 반응시켰다.
반응이종료된cell lysate
를10
분간13,200 rpm
으 로원심분리하여상층액10
㎕를취한후triglyceride reagent
와
free glycerol reagent (Sigma-Aldrich, USA)
를1 : 4
비율로혼합물을제조한 후
, 200
㎕를첨가하여 다시10
분동안30
℃에서 반응시켰다.
반응이 종료되면SpectraMax 340
reader (Molecular Devices, Silicon Valley, USA)
를이용하여540
㎚에서의 흡광도를 측정하였다. Triglyceride (TG)
함량(
㎍/
㎎of protein)
은단백질함량으로전환하여계산하기위해 각cell lysate
의 단백질 함량을Bradford
분석법(Sigma- Aldrich, USA)
으로정량하였다.
8. 통계처리
모든측정결과는
3
반복이상의독립적인실험에서도출된 대표 값의 평균(mean)
과 표준편차(standard deviation; SD)
로나타내었다
.
각실험군간의차이는Student's t-test
를사용 하여통계학적분석을수행하였으며, P < 0.05
값인경우에통 계적으로유의성이있는것으로판정하였다.
결과 및 고찰
1. 세포 독성
연잎 추출물
(NNL)
이hepatitis B virus (HBV)
를 가지고 있는HepG2.2.15
간세포 생장에미치는 영향을분석하기위 하여XTT
분석법을 실시하였다.
분석 결과Fig. 1
에서 보여주는바와같이
110 ng/
㎖의농도까지는비교적세포독성을적게 나타내는것으로보였으며
, 110 ng/
㎖의이상의 농도에서는세포독성을나타나기시작하였다
.
이하의실험에서는모 두110 ng/
㎖이하의농도를사용하여실험을수행하였다.
2. B형 간염 표면 항원 발현 및 HBV 증식에 미치는 영향 분석
세포 독성을나타내지않는 농도인
110 ng/
㎖이하의 농도에서 배지로 분비되는
HBV
의표면항원인HBsAg
의 함량을ELISA
방법을 이용하여 분석하였다. 24
시간과48
시간 동안NNL
을처리하여HBsAg
의 양을 분석한 결과 무처리군에서24
시간배양과 비교하였을때48
시간 배양하면HBsAg
의생 성량이약40%
정도증가하였다. NNL
을처리한HepG2.2.15
세포는
HBsAg
의 생성량이NNL
농도 의존적으로 감소됨을보였으며
,
이효과는48
시간 배양에서도같은 결과를나타내 었다(Fig. 2).
무처리군과 비교하여 보면NNL 55 ng/
㎖이상의농도에서
HBsAg
발현 양을약50%
이상감소 시켰다.
HBV
의 표면 항원 생성을 억제하는 효능을 관찰함에 따라Table 1.
Gene list for RT-PCR.
Gene Right primer (5'
→3') Left primer (5'
→3') Product size Tm
FASN AGTACACACCCAAGGCCAAG GTGGATGATGCTGATGATGG 200 60
LDLR CCCCGCAGATCAACCCCCACTC AGACCCCCAGGCAAAGGAAGACGA 369 60 SREBP2 CGCCACCTGCCCCTCTCCTTCC TGCCCTGCCACCTATCCTCTCACG 390 65 PPARG GCAGGAGCAGAGCAAAGAGGTG AAATATTGCCAAGTCGCTGTCATC 352 60 HBsAg ATCCTGCTGCTATGCCTCATCTT ACAGTGGGGGAAAGCCCTACGAA 313 60 β-actin GGACTTCGAGCAAGAGATGG AGCACTGTGTTGGCGTACAG 243 60
HBV
의증식도 억제 시키는지관찰하기위하여 배지로분비 되는HBV
의DNA
를분석하였다.
기존의HBV particle
을분 리하여DNA
를추출하는방법을이용하지않고배지를PCR
반응의주형으로이용하여
DNA
를분석하는실험 방법을수행하였다
.
무처리군배지5-10
㎕를주형으로하여PCR
반응 을실시한결과 매우 효과적으로HBV DNA
발현을 분석할 수 있었으며, HBV
를 분리하여PCR
로 분석한 방법과PCR
산물을 비교한 결과
,
두 실험군 간에 차이를 보이지 않음을 알 수 있었다(
미발표 데이터).
그래서 배지를 주형으로 한PCR
방법으로NNL
이HBV
의증식에어떠한영향을미치는지 분석하였다
(Fig. 3). NNL
을 농도별로 처리하여24
시간, 48
시간 배양후배지에존재하는HBV DNA
를분석한결과,
NNL
은바이러스DNA
증식을억제하지않는 것으로나타났다
(Fig. 3A).
세포내HBV
의유전자 발현에NNL
이어떠한영향을미치는지분석하기위하여
RNA
를분리하고one-step RT-PCR
방법으로HBsAg
의RNA
레벨을분석한결과, NNL
은
HBsAg
의유전자발현을 억제시키는효능이없음을 관찰하였다
(Fig. 3B).
이러한 실험 결과로부터NNL
에 의한HBsAg
의생성억제는HBV
의증식이나유전자 발현에영향을미치는것이
assembly
가아니라세포내에서생성된HBV
표면항원이세포밖으로분비될때영향을미칠것으로추정
하게되었다
. HBV
의표면항원이조립되어분비될때에숙주세포의콜레스테롤및지질이필요하다는보고가있다
(Lin et al., 2003). HBsAg
는당단백의 일종으로viral nucleic acid
가 없어도 상당량이 혈청내로 분비되는 것으로 알려져 있다.
HBsAg
의발현은감염의일반적인현상으로바이러스핵산이결여된이러한입자들은감염과정에서숙주세포의표면항체의
기능을 저해할 것으로 여겨지고 있다
.
즉, HBsAg
의 경우subviral lipoportein particles
로서감염된세포로부터독립적으 로생성된다. HBsAg
가합성되어 분비될때100-200
개의 폴 리펩타이드가결합하게되며,
이때지질성분은phophatidylcho- line (~60%), cholesteryl ester (~14%),
콜레스테롤(~15%)
그리고
triglyceride (~3%)
로 구성되어있는 것으로 보고되고 있다(Gavilanes et al., 1982). NNL
이HBsAg
의 생성은 억제하나
HBV DNA
증식에는영향을미치지않는것으로부터Fig. 1.
Cell cytotoxicity of NNL on HepG2.2.15.
HepG2.2.15 cells were plated on 96-well with 9
×10
3cells per well and treated with various concentrations of NNL for 24 hours and assayed the cell cytotoxicity with XTT assay kit (WelGENE, Korea) as followed in Materials and methods.
All experiments were carried out at least triplicates.
Fig. 2.
Level of HBsAg in NNL-treated HepG2.2.15 cells.
HepG2.2.15 cells were treated with various concentration of NNL for 24 hours and 48 hours and analyzed the level of HBsAg in the media with ELISA assay.
*P< 0.05 vs. control;
**P
< 0.01 vs. control.
Fig. 3.
Effect of NNL on hepatitis B virus replication and expression.
(A) HepG2.2.15 cells were treated with various concentration of
NNL for 24 hours and 48 hours and analyzed the level of
HBV DNA with PCR analysis. (B) Total RNA was purified
and analyzed the level of HBsAg mRNA with one-step
RT-PCR analysis.
NNL
이지질 합성 유전자 발현을 조절하는지여부를 분석하 였다.
3. 지질대사 관련 유전자 발현 분석 및 지질함량 분석 지질대사에 관여하는 유전자 발현을 분석하기 위하여
HepG2.2.15
세포를 다양한 농도의NNL
을 처리하고24
시간 배양한후RNA
를분리하였다.
지질대사관련유전자인fatty acid synthase (FASN)
과low density lipoprotein receptor (LDLR), sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP2), peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPAR-
γ)
유전자의발현을
RT-PCR
방법으로분석하였다(Fig. 4).
분석 결과FASN
과SREBP2
는NNL
에의해농도의존적으로발현 이감소되는것을관찰하였다. LDLR
유전자의경우NNL
양 에따라발현이증가되는양상을나타내었다. PPAR-
γ의경우NNL
처리에 따른 일관성 있는 결과를 얻을 수가 없었다.
FASN
은지방산합성에관여하는중요한효소로서acetyl-CA
와
malonyl-CoA
로부터팔미틱산을합성하는반응을촉매한다
. FASN
의발현감소는지방산합성과정이저해되는것으로추측할 수있다
.
또한SREBP2
는콜레스테롤생합성에관여 하는유전자발현을조절하는전사조절인자로서, SREBP2
유 전자의발현감소는콜레스테롤의생합성의감소와관련이있 다(Eberlé, 2004). FASN
과SREBP2
의 감소는 간세포의 지질생합성에영향을 미쳐
HBsAg
의발현을감소시킬 가능성이매우 높음을 시사하고있다
.
흥미롭게도LDLR
유전자의발현은
NNL
농도에 따라 증가하였는데, LDLR
은low
density lipoprotein (LDL)
을세포 내로 유입하는데 관여하는 유전자로LDL
은혈액내에콜레스테롤carrier
로작용하는단백질이다
.
따라서LDLR
유전자는 혈액 내에 콜레스테롤함량을 조절해 주는 중요한 유전자로 알려져 있다
(Kong et
al., 2006). LDLR
유전자의기능장애는고지혈증을유발하는것으로알려져있다
.
그러므로FASN
가SREBP2
유전자이발현감소와더불어
LDLR
유전자의발현 증가는NNL
이지질 대사를 조절한다는것을 반증한다고하겠다.
그러나PPAR-
γ의발현에어떠한영향을미치는지는추가실험이필요하다
.
NNL
에의한 지질대사 관련 유전자 발현 변화를 관찰한 후,
NNL
에의해HepG2.2.15
세포의지질함량에 변화가있는지 알아보기위하여triglyceride (TG)
함량을분석하였다(Fig. 5).
HepG2.2.15
세포에NNL
을24
시간과48
시간처리한후추출 한세포분획으로부터TG
함량을분석한결과, 24
시간 처리에서는 변화를 관찰할 수 없었으나
, 48
시간 처리군에서55 ng/
㎖의NNL
을처리하였을때TG
함량이약25%
가량감 소하는것을관찰하였으나,
통계학적유의성은관찰하지못하 였다.
이상의결과로부터
NNL
이세포내지질함량에직접적인영 향을미치는것같지는않으나지질대사관련유전자의발현에영향을미쳐
HBsAg
의생성을억제하는것이아닌가추정할 수가 있다
. NNL
에의한HBsAg
생성을 억제 시키는 효능과 나아가항간염 효능 혹은항고지질증소재로서
NNL
의 가능성을예측해 볼수있으며,
이를위해 추가실험이 필요 할것으로사료된다.
감사의 글
본연구는
2005
년도전남대학교학술연구비지원에의해연구되었습니다
.
LITERATURE CITED
Eberlé D, Hegarty B, Bossard P, Ferre P and Foufelle F.
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Gavilanes F, Gonzalez-Ros JM and Peterson DL. (1982).
Structure of hepatitis B surface antigen. Characterization of the lipid components and their association with the viral proteins.
Fig. 4.
Effect of NNL on the lipid metabolism-related gene expressions in HepG2.2.15 cells.
HepG2.2.15 cells were treated with various concentration of NNL for 24 hours and analyzed the expression of FASN, LDLR, SREBP2, and PPAR-
γwith one-step RT-PCR.
Normalization was performed with
β-actin.
Fig. 5.