옻나무 우루시올 연구자료

경구투여 쥐 혈장 내 대사체의 구조 결정 및 항산화 활성 평가

정항연 (Chonnam National University Department of Food Science & Technology 국내박사)

https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0014922718#

[논문]Malaxinic acid 경구투여 쥐 혈장 내 대사체의 구조 결정 및 항산화 활성 평가

 

요약

 

1. 옻나무의 urushiol에 대한 항산화, 항균 및 항암 효과 등의 다양한 생리활성이 보고되고 있다.

그럼에도 불구하고, urushiol의 흡수•대사에 관한 연구는 수행된 바 없다.

urushiol의 활용성을 개선시키기 위한 방법의 일환으로 PDC를 이온화시킨 뒤, allergy 유발성 제거 및 흡수율 증가 여부를 평가하였다.

이온형 PDC는 allergy를 유발하지 않음이 확인되었다.

따라서, 옻나무를 이용한 식품이나 약품 등의 제조에 이온화 방법이 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

2. 본 연구에서는 PC의 H. pylori 헬리코박터 파일로리에 대한 in vivo 항균활성을 검토하였고, 그 정도를 3제 요법과 비교하였다.

PC는 3제 요법의 1/15 농도에서도 3제 요법보다 더 뛰어난 항균 및 항염 활성을 보였다.

따라서, PC는 기존의 항생제들보다 더 효과적인 H. pylori 치료제로써의 응용 가능성에 더하여,

항생제 내성 극복에 대한 새로운 접근법이 제시될 수 있을 것으로 기대되는 바이다.

3. 본 연구에서는 유용 페놀성 화합물의 측쇄탄화수소 길이를 변형시키고, 이온화하여 allergy 유발성을 제거하였으며,

acetylation을 통해 흡수율을 향상시켰다. 뿐만 아니라, in vitro 및 in vivo 흡수ㆍ대사 연구를 통해 동맥경화 및 H. pylori 치료제 개발을 시도하였으며,

이를 통해 페놀성 화합물의 응용을 위한 새로운 출구전략을 제시할 수 있었다고 판단된다.

 

국문 초록 (Abstract)

 

심혈관계 질환은 전 세계 주요 사망 원인 중 하나로, 세계 보건기구에서 발표한 "2016년 세계 10대 주요 사망 원인" 중 절반 이상(50.3%)을 차지하고 있다.

이러한 심혈관계 질환의 주요 원인으로 중 하나는 동맥경화이며,

이 질환은 혈중 저밀도 지단백질(low-density lipoprotein, LDL)이 활성산소에 의해 산화된 후

혈관 내피에 plaque를 형성하여 발병하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 유용 항산화제 및 항산화제 함유 식품의 섭취는 LDL의 산화를 억제함으로써 동맥경화를 예방 및 개선할 수 있는 적극적인 방법으로 인식되고 있다.

Urushiol은 옻나무 (Rhus verniciflua Stokes) 수액의 60~70%를 차지하는 주요 구성성분이다.

urushiol의 기본 구조는 catechol의 C-3 위치에 탄소 15개 또는 17개로 구성된 포화 또는 불포화 탄화수소 사슬이 결합된 형태이며,

10종의 유도체가 보고된 바 있다. Urushiol은 접촉성 피부염을 일으키는 치명적인 문제점을 가지고 있음에도 불구하고,

옻 나무 및 그 수액은 중국, 일본, 그리고 한국에서 수 천년 동안 위장장애 및 혈액순환 개선을 위한 전통 약재로 사용되어 왔으며,

최근에 urushiol에 대한 항산화, 항균 및 항암 효과 등의 다양한 생리활성이 보고되고 있다.

그럼에도 불구하고, urushiol의 흡수·대사에 관한 연구는 수행된 바 없다.

따라서, 본 연구에서는 urushiol 유도체 중 하나인 3-pentadecylcatechol (PDC)을 대상으로

흡수, 대사, 그리고 배설에 대한 평가를 수행하여 동맥경화 예방인자로써의 활용가능성을 검토하였다.

합성된 PDC (150.0 μmol/kg body wt.)를 propylene glycol 1 mL에 용해시켜 Sprague-Dawley rat (수컷, 6주령)에 경구투여 후, 1, 2, 4, 8 및 12시간 후 대동맥으로부터 채혈하였다.

그에 더불어 대사 cage를 이용하여 PDC 경구투여 후 0~24시간 동안 소변 및 대변도 채취하였다.

각 시료는 대사체의 존재여부를 확인하기 위하여 β-glucuronidase H-1 처리 전·후의 추출물을 HPLC-PDA로 분석하였다.

그 결과, PDC는 혈장 및 소변에서 검출되지 않았으나, 대변에서는 고농도의 PDC가 검출되었다.

따라서, PDC는 흡수되지 않고 대장까지 도달하여 대변으로 배설되는 것으로 판단되었다.

PDC는 흡수되지 않는 것으로 판명되어 동맥경화 예방인자로 활용이 어렵다고 판단되었다.

한편, 전술한 바와 같이, urushiol에 대한 다양한 생리활성이 보고되고 있으나, 접촉성 피부염을 유발하는 특성으로 인해 적극적인 활용에는 제한이 있다.

따라서, 본 연구에서는 urushiol의 활용성을 개선시키기 위한 방법의 일환으로 PDC를 이온화시킨 뒤,

allergy 유발성 제거 및 흡수율 증가 여부를 평가하였다. 합성 PDC와 Na2CO3 수용액을 혼합 후, 100°C에서 30분간 가열하였다.

PDC의 이온화 여부를 보다 정확히 확인하기 위하여 반응용액을 CH2Cl2로 추출한 다음, 농축하여 ESI-MS로 분석하였다.

그 결과, 이온형 PDC (m/z 316.9)와 이온형 PDC에 나트륨 1~3분자가 chelate 또는 착염을 형성하여 존재하는 peak들(m/z 340.8, 365.2 및 380.8)이 검출되어 PDC가 성공적으로 이온화 되었음이 확인되었다.

제조된 이온형 PDC를 대상으로 allergy 유발성 유무를 평가하기 위하여 이온형 PDC 3 µmol을 바세린 3 mg과 혼합하여 쥐의 귀 뒷면에 하루에 한 번씩 10일간 도포하였다.

그 결과, 천연형 urushiol 유도체인 PDC 처리군은 홍반 및 부종 등의 allergy 증상을 보였으나,

매우 흥미롭게도 이온형 PDC 도포군에서는 control군과 마찬가지로 allergy 증상이 전혀 관찰되지 않았다.

뿐만 아니라 PDC 및 이온형 PDC를 도포한 쥐들의 혈액 및 혈청을 대상으로 allergy 지표 인자들(호중구, 호산구, 혈청 IgE 및 histamine)의 수준을 분석한 결과,

PDC 도포군에서는 control에 비해 지표인자들의 수치가 유의적으로 증가하였으나,

이온형 PDC를 도포한 쥐에서는 control과 거의 비슷한 수준으로 관찰되어 이온형 PDC는 allergy를 유발하지 않음이 확인되었다.

따라서, 옻나무를 이용한 식품이나 약품 등의 제조에 이온화 방법이 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

Helicobacter pylori는 세계 인구의 절반 이상이 감염된 매우 유해한 병원균 중 하나이며,

임상 증상이 없는 만성 위염에서부터 위암에 이르기까지 다양한 위장병의 주요 원인이다.

H. pylori의 치료 방법으로써 2종의 항생제와 1종의 위산 억제제를 혼합한 3제 요법이 표준으로 적용되고 있으나, H. pylori의 항생제 내성은 점점 증가하는 추세이며,

이로 인해 3제 요법에 의한 치료효과 또한 지속적으로 감소하고 있는 실정이다.

한편, 본 연구 그룹의 선행 연구로부터 catechol 3위의 측쇄탄화수소의 길이만을 변형시킨 다양한 urushiol 유도체들이 합성된 바 있다.

그 중 3-pentylacatechol (PC)은 allergy 비유발성이며, 강력한 항산화 활성을 나타내는 것으로 확인되었을 뿐만 아니라

in vitro 항균활성에 관한 본 연구실의 선행연구에 의해 PC는 다른 urushiol 유도체들 및 시판되는 항생제들에 비해 H. pylori 대해 압도적으로 강한 항균활성을 보임이 확인된 바 있다.

따라서, 본 연구에서는 PC의 H. pylori에 대한 in vivo 항균활성을 검토하였고, 그 정도를 3제 요법과 비교하였다.

4주령 C57BL/6 mouse에 H. pylori Sydney Strain-1을 8주간 접종한 다음, PC (1, 5 및 15 mg/kg body wt.)와 3제 요법(omeprazole, 0.7 mg/kg body wt.; metronidazole, 16.7 mg/kg body wt.; clarithromycin, 16.7 mg/kg body wt.)을 10일간 경구투여하였다.

위 조직의 염증세포 침윤 정도는 H. pylori 감염군에서 control군보다 증가하였으나, PC 및 3제 요법 처리군 모두에서 감소하였다.

그에 더불어 감염 시 증가하였던 cytokine mRNA의 발현 정도도 PC 및 3제 요법 처리 시 감소하였다.

흥미롭게도, PC는 3제 요법의 1/15 농도에서도 3제 요법보다 더 뛰어난 항균 및 항염 활성을 보였다.

따라서, PC는 기존의 항생제들보다 더 효과적인 H. pylori 치료제로써의 응용 가능성에 더하여,

항생제 내성 극복에 대한 새로운 접근법이 제시될 수 있을 것으로 기대되는 바이다.

전술한 바와 같이 본 연구 그룹의 선행 연구로부터 합성된 다양한 urushiol 유도체들 중 PC는 접촉성 피부염을 유발하지 않으며,

in vitro는 물론 in vivo system에서도 강력한 항균 활성을 나타냈다.

뿐만 아니라 PC를 대상으로 한 in vivo 선행연구로부터, PC는 혈액으로 흡수되며, 혈액 내에서도 항산화 활성을 발현함이 확인되었다.

그러나, 기존의 페놀성 화합물들에 비해 흡수율이 높지 않았다.

한편, 카테킨류 중의 하나인 (−)-epigallocatechin-3-gallate를 acetylation함으로써 생리활성이 향상되었다는 기존의 연구결과를 바탕으로,

PC의 acetylation에 의한 혈액으로의 흡수율 증가 및 in vivo 생리활성의 향상 가능성이 기대되었다.

따라서 본 연구에서는 acetylated-PC (Ac-PC)를 합성 후, in vivo 흡수, 대사 및 항산화 활성을 평가하였다.

Ac-PC (50.0 μmol/kg body wt.)를 propylene glycol 1 mL에 용해시켜 Sprague-Dawley rat (수컷, 6주령)에 경구투여 후, 10, 20, 30, 60, 120, 240, 480 및 720분 후 대동맥으로부터 채혈하였다.

혈장을 β-glucuronidase H-1 처리 후, total PC 농도를 HPLC-ECD (+800 mV)로 정량한 결과, 모든 시간대의 total PC 농도가 PC 투여군보다 Ac-PC 투여군에서 더 높게 관찰되었으며,

특히, 경구투여 30분 후의 혈중 흡수율은 약 4배 정도 높게 관찰되었다.

그에 더불어 흡수율이 높게 관찰된 경구투여 10, 20 및 30분 후의

혈장을 대상으로 지질 산화 억제능을 평가한 결과에서도 Ac-PC 투여군이 PC 투여군보다 더 높은 항산화 활성을 나타냈다.

이상의 결과로부터, 낮은 흡수율을 보였던 유리형 PC는 acetylation에 의해 생체 이용률이 향상되었으며,

Ac-PC는 동맥경화 치료제 후보화합물로써 응용가치가 높다고 판단되었다.

본 연구에서는 유용 페놀성 화합물의 측쇄탄화수소 길이를 변형시키고,

이온화하여 allergy 유발성을 제거하였으며, acetylation을 통해 흡수율을 향상시켰다.

뿐만 아니라, in vitro 및 in vivo 흡수ㆍ대사 연구를 통해 동맥경화 및 H. pylori 치료제 개발을 시도하였으며,

이를 통해 페놀성 화합물의 응용을 위한 새로운 출구전략을 제시할 수 있었다고 판단된다.

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