62 Hye-Ran Kim, et al. Antioxidant Activity, Distylium racemosum ORIGINAL ARTICLE Korean J Clin Lab Sci. 2016, 48(2):62-67 http://dx.doi.org/10.15324/kjcls.2016.48.2.62 pissn 1738-3544 eissn 2288-1662 Antioxidant Activity of Solvent Fractions from Distylium racemosum in Jeju Hye-Ran Kim 1, Gyu-Nam Park 1, Bo-Kyoung Jung 1, Weon-Jong Yoon 2, Yong-Hwan Jung 2, and Kyung-Soo Chang 1 1 Department of Clinical Laboratory Science, Catholic University of Pusan, Busan 46252, Korea 2 Jeju Biodiversity Research Institute, Jeju Technopark, Jeju 63208, Korea 제주자생조록나무분획물의항산화효과 김혜란 1, 박규남 1, 정보경 1, 윤원종 2, 정용환 2, 장경수 1 1 부산가톨릭대학교임상병리학과, 2 제주테크노파크생물종다양성연구소 Anti-oxidant activity of 600 medicinal plants from Jeju was analyzed. Extracts from the leaves of Distylium racemosum have the highest anti-oxidant activity. D. racemosum is an oriental medicinal plant belonging to the Hamamelidacea and grows in the wild in Jeju. This study was conducted to evaluate the antioxidant and cell viability of different fractions (n-hexane, methylene chloride, ethyl acetate, buthanol, DW) from D. racemosum. Anti-oxidant activity was measured using 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity test and total phenolic content. Cell viability was determined by 3-[4, 5-dimethylthiazol-2-yl]-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) cell viability assay on HepG2 and A549 cells. Among various extracts, the ethyl acetate fraction showed the highest DPPH radical scavenging activity, reaching approximately 93% at 0.5 mg/ml, higher than that of quercetin used as a positive control. Ethyl acetate fractions showed the highest total phenolic content at 505 mg GAE/g. The phenolic content of each extract showed association with DPPH radical scavenging activity. The ethyl acetate extracts were resistant against hydrogen peroxide (H 2O 2) treatment in the MTT cell viability assay and showed a higher cell protective effect than other fraction extracts. These results suggest that the ethyl acetate fraction might be a source of anti-oxidants of D. racemosum. Keywords: Antioxidant activity, Jeju natural extracts, Distylium racemosum Corresponding author: Kyung-Soo Chang Department of Clinical Laboratory Science, Catholic University of Pusan, 57 Oryundae-ro, Geumjeong-gu, Busan 46252, Korea Tel: 82-51-510-0565 Fax: 82-51-510-0568 E-mail: kschang@cup.ac.kr This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Copyright 2016 The Korean Society for Clinical Laboratory Science. All rights reserved. Received: February 23, 2016 Revised: March 1, 2016 Accepted: March 7, 2016 서론세포내에는 superoxide anion (O 2), hydroxyradical ( OH), hydrogenperoxide (H 2O 2) 와같은활성산소종 (reactive oxygen species, ROS) 이존재하는데정상적인신진대사또는외인성요인으로인해생성되며, 과도한활성산소종은쉽게지질과산화물의축적에이르는막지질의과산화를유발한다 [1]. 우리몸은활성산소종으로부터보호하기위한방어체계가있는데이러한지표로는 Superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx) 와같은항산화효소와 glutathione 과같은작은분자와비타민 C, E가있다고알려져있다 [2]. 그러나과도한활성산소종과낮은항산화방어시스템은산화적스트레스를계속유발하여, 이는생체분자의구조적, 기능적변형을일으키는화학적변화로연결된다 [3]. 그리하여산화적스트레스는만성염증성질환, 죽상동맥경화증, 암, 당뇨병, 간염, 신경변성, 조기노화등과같은다양한질병및알츠하이머, 파키슨병, 허혈성질환과같은신경퇴
Korean J Clin Lab Sci. Vol. 48, No. 2, June 2016 63 행성질환일으킨다 [4,5]. 따라서이와같이산화적스트레스에의한각종질병의증가로활성산소를소거하거나과산화물질생성을억제하는항산화물질에대한연구가활발히진행되고있다. butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT), propylgallate (PG), tert-butylhydroxytoluene와같은합성항산화제가있지만, 간손상및발암물질을갖는것으로밝혀지면서항바이러스, 항돌연변이, 항염증, 항암효과및간보호효과의기능을가지는천연물질로부터항산화물질규명에대한연구가활발히이루어지고있다 [6]. 천연물질은현재임상에서적용되는많은약물의원천이되고있으며, 지금까지식물성식품, 곡물, 견과류, 콩류, 야채, 과일등에서수천가지의생물학적활성을가지는식물성화학물질이발견되었다 [7]. 한국의최남단섬인제주도에는 7800여종이상의다양한식물이분포하고있으며, 약용식물로써널리사용되어지고있다 [8]. 선행연구로 600여종의제주천연물질을이용하여항산화효능시험을해본결과조록나무 (Distylium racemosum) 잎에서가장높은효능을확인하였다. 조록나무는조록나무과 (Hamamelidaceae) 에속하는상록나무로써, 아시아에분포하며약 18종으로구성되어있다 [9]. 조록나무가지에서분리한화합물질을이용한 Tyrosinase 억제능, Elastase 억제능, DHHP 라디칼소거능을통한항산화효과 [10], 조록나무잎에서분리한화합물질을이용한 ribonuclease H 활성억제등에대한연구가되어있다 [11]. 본연구에서는극성이다른유기용매를이용하여추출한조록나무잎분획물질의 DPPH 라디칼소거능및총페놀함량을통해물질자체의항산화효능을확인하고, 간세포및폐세포에추출물을처리한후, H 2O 2 에의한산화적스트레스로부터세포보호효과를확인하여천연물질을이용한천연항산화제개발을위한기초자료로활용하고자본실험을수행하였다. 재료및방법 1. 추출물제조제주도에자생하고있는조록나무잎을 2006년 3월경에채집하였고, 채집된시료는증류수로 3회수세한뒤물기를제거하고 2주간음건한후마쇄기로분쇄하여추출용시료로사용하였다. 조록나무잎추출물의분획물제조는분획용헥산, 메틸렌클로라이드, 에틸아세테이트, 그리고부탄올을사용하여용매의극성을이용한순차적추출법을사용하였다. 분말건조된시료에 80% 에탄올로 2 회반복추출한후여과하여얻어진추출액을감압농축하여동결건조기로완전히건조시켰다. 건조된에탄올추출물에 10배량의증류수와동량의헥산을첨가하여분획한후감압농축하여헥산 분획물을얻었다. 동일한방법으로메틸렌클로라이드, 에틸아세테이트, 부탄올그리고물층을분획하여각각의순차분획물을얻었으며, 모든과정은 2회반복실시하였다. 분획물은 80% 에탄올을이용하여 10 mg/ml 농도로용해하여사용하였고, 양성대조군으로 Quercetin (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 을사용하였다. 2. DPPH 라디칼소거능조록나무분획물은 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 의환원력을이용하여전자공여능을측정하였다 [12]. 각각의용매에 0.1, 0.5, 1, 5 mg/ml로희석한조록나무분획물을준비하여 96 well plate에 10 L씩분주하고 200 M DPPH (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 를 190 L를가한후, 37 o C에서 30분동안반응시킨다. 그리고 550 nm에서 Biotrak II Plate reader (Amersham Life Science, Buckinghamshire, UK) 를이용하여흡광도를측정하였다. 3. 총페놀함량총페놀함량은 Folin-Denis 방법을사용하였다. 0.1% 추출물질 (50 L), DW (1.65 ml), 100 L Folin-Denis 시약을혼합하여 5분후 1 N Na 2CO 3 200 L 를추가하여 2시간동안실온에서반응시켰다. 그리고 Spectronic Genesys 5 (Milton Roy Company, New York, USA) 를이용하여 750 nm에서흡광도를측정하였다. 표준물질로 gallic acid를사용하여얻은표준곡선으로부터총페놀함량을 gallic acid equivalents per gram extracts sample (mg GAE/g) 로나타내었다. 4. 세포배양본실험에사용한세포주는 human liver carcinoma cell line인 HepG2 세포와 human lung carcinoma cell line인 A549 세포는한국세포주은행 (KCLB, Seoul, Korea) 에서분양받아사용하였다. 세포배양용배지로는 Dulbecco's Modified Eagle's Medium (Hyclone, Logan, UT, USA) 를이용하였으며, 0.1 mm non-essential amino acids (GIBCO, Rockville, MD, USA), 10% fetal bovine serum (Hyclone, Logan, UT, USA) 과항생제인 penicillin-streptomycin (GIBCO, Rockville, MD, USA) 을첨가하여 37 o C, 5% CO 2 배양기에서배양하였다. 5. 간세포와폐세포를이용한세포독성효과추출물의세포독성효과를측정하기위해 HepG2 와 A549 세포는 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay로실험하였다 [13]. 세포농도를 1 10 5 개 /ml로조정
64 Hye-Ran Kim, et al. Antioxidant Activity, Distylium racemosum 하여 96 well에 100 L 분주후 37 o C, 5% CO 2 조건에서 24시간배양하였다. 각각의물질을해당세포에 25, 50, 100, 200 g/ml 농도별로 100 L 분주후 5분동안혼합하고 37 o C, 5% CO 2 조건에서 48시간배양하였다. 5 mg/ml 농도인 MTT용액 (Ambresco, Ohio, USA) 을준비하여 20 L 분주하여 5분혼합하고, 37 o C, 5% CO 2 에 2시간배양후, 배지를최대한제거하고 dimethyl sulfoxide (Ambresco, Ohio, USA) 를 200 L 씩분주한뒤 Biotrak II Plate reader (Amersham Life Science, Buckinghamshire, UK) 를이용하여 560 nm에서흡광도를측정하였다. 6. H 2O 2 처리에따른간세포와폐세포에서의세포보호효과 H 2O 2 처리에따른추출물의세포보호효과를 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay를변형하여확인하였다 [13]. HepG2와 A549 세포를배양후, 세포농도를 1 10 5 개 /ml로조정하여 96 well에 100 L 씩분주후 37 o C, 5% CO 2 조건에서 24시간배양하였다. 추출물을해당세포에 25, 50, 100, 200 g/ml 농도별로 100 L 분주후 5분혼합하고 37 o C, 5% CO 2 조건에서 24시간배양하였다. 100 mm H 2O 2 를준비하여 H 2O 2 처리군에는 20 L 분주후 24시간배양하였다. 5 mg/ml 농도인 MTT용액 (Ambresco, USA) 을준비하여 20 L 분주하여 5분동안혼합하고, 37 o C, 5% CO 2 에 2시간배양하였다. 배지를최대한제거하고 dimethyl sulfoxide (Ambresco, USA) 를 200 L 분주한뒤 Biotrak II Plate reader (Amersham Life Science, Buckinghamshire, UK) 를이용하여 560 nm에서흡광도를측정하였다. 2. 총페놀함량 DPPH 라디칼소거능이총페놀함량과연관성이있는지알아보기위해추출물의총페놀함량을측정하였다. 조록나무분획물질의총페놀함량은 gallic acid를기준물질로측정하였으며, 헥산분획물질은 53 mg GAE/g, 메틸렌클로라이드분획물질은 87 mg GAE/g, 에틸아세테이트분획물질은 505 mg GAE/g, 부탄올분획물질은 216 mg GAE/g, 물추출물은 76 mg GAE/g의총페놀함량을확인하였다 (Table 1). 본실험결과 DPPH 라디칼소거능이추출물질의총페놀함량과연관성이있음이확인되었다. 3. 간세포를이용한세포독성효과간세포에서조록나무분획물질의농도별세포독성효과를측정하기위해 HepG2 세포를이용하여조록나무분획물질을농도별로처리하여 48시간동안세포독성을측정하였다. 간세포에서헥산분획물질은 50 g/ml이하농도에서는세포독성을나타내지않았으며, 메틸렌클로라이드분획물질은모든농도에서세포독성을확 결과 1. DPPH 라디칼소거능 조록나무분획물질의 DPPH 라디칼소거능을농도별로측정한결과, 모든분획물질에서농도의존적으로항산화효과를나타내었다 (Fig. 1). 헥산분획물질은 0.1, 0.5, 1, 5 mg/ml에서 1.24, 2.69, 8.38, 41.00% 의 DPPH 라디칼소거능을나타내었으며, 메틸렌클로라이드분획물질은농도별로 3.72, 25.73, 29.74, 77.99% 의 DPPH 라디칼소거능을나타내었으며, 에틸아세테이트분획물질은농도별로 52.26, 93.80, 94.62, 94.87% 의 DPPH 라디칼소거능을나타내었으며, 부탄올분획물질은농도별로 26.67, 49.10, 63.33, 89.91% 의 DPPH 라디칼소거능을나타내었으며, 마지막으로물추출물은농도별로 5.09, 21.37, 33.72, 55.73% 의 DPPH 라디칼소거능을나타내었다. 대조군으로사용한 quercetin 보다에틸아세테이트분획물질에서더높은항산화효과를확인하였다. Fig. 1. DPPH radical scavenging activity of solvent fractions from Distylium racemosum and quercetin. Abbreviation: HF, hexane fraction; MF, methylene chloride fraction; EF, ethyl acetate fraction; BF, buthanol fraction; DW, DW fraction; QUE, quercetin. Table 1. Total phenolic content of solvent fractions from Distylium racemosum Extracts Total phenolic content (mg GAE/g extract) Hexane 53.33±2.57 Methylene chloride 86.93±2.41 Ethyl acetate 505.07±1.89 Buthanol 215.87±2.66 DW 75.60±3.42
Korean J Clin Lab Sci. Vol. 48, No. 2, June 2016 65 인하였다. 에틸 아세테이트 분획물질은 200 g/ml 이하 모든 농도 내며 추출물을 처리하지 않은 군과 비교하여 약 10%, 21%, 26%의 에서 세포 독성을 나타내지 않았고, 부탄올 분획물질은 100 g/ml 세포보호효과를 확인 하였다. 부탄올 분획물질은 25, 50 g/ml 에 이하 농도에서 세포 독성을 나타내지 않았으며, 물 추출물은 200 서는 세포보호효과가 없었지만, 100, 200 g/ml에서 22.72, g/ml 이하 모든 농도에서 세포 독성을 나타내지 않았다. 대조군 23.42%의 세포생존율을 나타내며 미비한 세포보호효과를 확인하 으로 사용한 quercetin은 200 g/ml이하 모든 농도에서 세포 독 였다. 물 추출물25, 50, 100 g/ml에서 세포보호효과가 없었고 성을 나타내지 않음을 확인하였다(Fig. 2). 200 g/ml에서 19.39%의 세포생존율로 미비한 세포보호효과를 확인하였다. 대조군으로 사용한 quercetin은 50, 100, 200 g/ml 4. 폐세포를 이용한 세포독성효과 에서 31.32, 58.95, 93.86%의 높은 생존율을 나타내며, 추출물을 폐세포에서 조록나무 분획물질의 농도별 세포독성효과를 측정 처리하지 않은 군과 비교하여 50, 100, 200 g/ml 에서 약 16, 42, 하기 위해 A549 세포를 이용하여 조록나무 분획물질을 농도 별로 78%의 세포보호효과를 확인하였다. 에틸 아세테이트, 부탄올 분 처리하여 48시간 동안 세포독성을 측정하였다. 폐세포에서 헥산 획물질 및 물 추출물에서 세포보호효과를 농도의존적으로 확인하 분획물질은 25 g/ml에서 세포독성을 나타내지 않았으며 메틸렌 였으며, 에틸 아세테이트 분획물질은 대조군으로 사용한 quercetin 클로라이드 분획물질은 25 g/ml에서 세포독성을 나타내지 않았 보다는 약하지만 분획 물질 중 가장 높은 세포보호효과를 나타내었 다. 에틸 아세테이트 분획물질은 100 g/ml이하 농도에서 세포 독 다(Fig. 4). 성을 나타내지 않았으며, 부탄올 분획물질은 50 g/ml이하에서 세포 독성을 나타내지 않았다. 물 추출물은 50 g/ml이하에서 세 포 독성을 나타내지 않았으며, 대조군으로 사용한 quercetin은 200 g/ml이하 모든 농도에서 세포 독성을 나타내지 않음을 확인 하였다(Fig. 3). 5. 간세포에서 산화적 스트레스에 따른 항산화효과 간세포에서 조록나무 분획물질의 산화적 스트레스에 대한 항산 화효과를 측정하기 위해, HepG2세포에 H2O2를 처리하여 산화적 스트레스를 유발한 후 조록나무 분획물질의 세포 보호효과를 측정 하였다. 헥산, 메틸렌 클로라이드 분획물질은 모든 농도에서 세포 보호효과를 확인 할 수 없었지만, 에틸 아세테이트 분획물질은 50, 100, 200 g/ml에서 25.96, 36.32, 41.23%의 세포생존율을 나타 Fig. 3. Cell viability on A549. Abbreviation: 'See Fig. 1.'. Fig. 2. Cell viability on HepG2. Abbreviation: 'See Fig. 1.'. Fig. 4. H2O2 induced oxidative damage in HepG2. Abbreviation: 'See Fig. 1.'.
66 Hye-Ran Kim, et al. Antioxidant Activity, Distylium racemosum Fig. 5. H 2O 2 induced oxidative damage in A549. Abbreviation: 'See Fig. 1.'. 6. 폐세포에서산화적스트레스에따른항산화효과 폐세포에서조록나무분획물질의산화적스트레스에대한항산화효과를측정하기위해, A549세포에 H 2O 2 를처리하여산화적스트레스를유발한후조록나무분획물질의세포보호효과를측정하였다. 헥산, 메틸렌클로라이드분획물질은모든농도에서세포보호효과를확인할수없었고, 에틸아세테이트분획물질은 100, 200 g/ml에서 21.01, 36.36% 의세포생존율을나타내며추출물을처리하지않은군과비교하여약 7, 22% 의세포보호효과를확인하였다. 부탄올분획물질은 200 g/ml에서 19.21% 의세포생존율을나타내며미비한세포보호효과를확인하였다. 물추출물은모든농도에서세포보호효과가없었다. 대조군으로사용한 quercetin 은 25, 50, 100, 200 g/ml농도에서 18.6, 25.34, 34.57, 77.69% 의세포생존율을나타내었으며, 추출물을처리하지않은군과비교하여약 4, 11, 20, 63% 의세포보호효과를확인하였다. 에틸아세테이트분획물질에서세포보호효과를농도의존적으로확인하였으며, 에틸아세테이트분획물질은대조군으로사용한 quercetin 보다는약하지만분획물질중가장높은세포보호효과를나타내었다 (Fig. 5). 고찰 최근천연추출물을이용한항산화물질개발에대한연구는매우활발히진행되고있으며, 만성질환및암을예방하고건강유지를하기위해천연추출물의활성성분이포함된기능성식품의수요가증가하고있는추세이다. 천연추출물에포함된항산화물질은자유라디칼로유도된산화적스트레스에보호할뿐만아니라합성항산화제의부작용을극복할수있다. 그러므로천연식물은산화를억제하는중요한원천이라고할수있다. 많은페놀화합물은항산화제역할을할수있는데, 그중 quercetin 은식물, 음식, 음 료에서찾을수있는플라보노이드화합물로써항산화효과뿐만아니라면역자극, 종양세포에서유사분열주기의변화, 유전자발현의변형, 혈관신생활성등의효과가연구가되어왔다 [14-16]. 제주조릿대 (Sasa quelpaertensis) 의항염증효과 [17], 참갈고리풀 (Bonnemaisonia hamifera) 의항산화효과 [18] 등제주에서자생하는천연물질을이용한연구가활발히이루어지는가운데, 본연구에서는 600여종의제주천연추출물을이용하여항산화효과를스크린한결과조록나무추출물에서가장우수한항산화효과를확인하여조록나무분획물질을이용하여항산화효과및간세포와폐세포의세포보호효과를확인하였다. 조록나무분획물질중에틸아세테이트분획물질에서대조군으로사용한 quercetin 보다높은 DPPH 라디칼소거능및총페놀함량을확인하였다. 사철쑥 (Artemisia capillaris) 분획물질중에틸아세테이트분획물질에서가장높은항산화효능을나타내며 [19], 조록나무분획물질의항산화효능과비슷한양상을확인하였다. 최근세포에산화적스트레스를유발하여세포보호효과를통해추출물의항산화효과를증명하는연구가많이이루어지고있다. H 2O 2 의처리에따른함초 (Salicornia herbacea L.) 추출물의세포보호효과 [20], tert-butyl hydroperoxide (t-bhp) 의처리에따른치콘 (Cichorium endivia L.) 추출물 [21] 및잣나무 (Pinus koraiensis) 추출물의세포보호효과등의결과가알려져있다 [22]. 그외에도사염화탄소로유발한간섬유증에서커큐민의보호효과 [23] 등매우다양하게세포보호효과에대한연구가진행되고있다. 조록나무잎과잔가지에서분리된페놀화합물을이용한연구결과가있으며, 본연구에서살펴본 H 2O 2 를이용한산화적스트레스를유발시킨 HepG2 와 A549 세포에서에틸아세테이트분획물질의세포보호효과또한페놀화합물의효과라예상된다. 간세포와폐세포의세포간의보호효과에대한약간의차이를나타냈으며, 대조군으로사용한 quercetin 보다는낮은세포보호효과를보였다. 이러한결과는조록나무에틸아세테이트분획물질자체의항산화효과는높지만, 간세포와폐세포에서의항산화효과가크게작용하지않는것으로보이며, 다른세포에서의항산화효과와 H 2O 2 이외의다른산화적스트레스에대한연구도추가적으로필요한것으로사료된다. 조록나무분획물질중 DPPH 라디칼소거능및총페놀함량이가장높았던에틸아세테이트분획물질은간세포에대한독성이없음을확인되었고, H 2O 2 로유도된산화적스트레스에의한세포보호효과를확인하여천연항산화소재의가능성이높을것으로사료된다. 요약 600여종의제주천연추출물을이용하여항산화효과를스크린
Korean J Clin Lab Sci. Vol. 48, No. 2, June 2016 67 한결과, 조록나무잎추출물이가장높은항산화효과를나타내었다. 조록나무는조록나무과에속하는상록나무로써제주천연자원이다. 본연구에서는극성이다른유기용매 ( 헥산, 메틸렌클로라이드, 에틸아세테이트, 부탄올, 물 ) 로순차적으로분획한조록나무물질 5가지를이용하여항산화효과및간세포와폐세포를이용하여세포보호능을확인하였다. 에틸아세테이트분획물질은 0.5 mg/ml에서약93% 로가장우수한 DPPH 라디칼소거능을보이며양성대조군으로사용한 quercetin 보다높은효능을보였다. 총페놀함량을확인한결과, 에틸아세테이트분획물질은 505 mg GAE/g로가장높은총페놀함량을보였으며, 모든추출물에서 DPPH 라디칼소거능과연관성있는결과를보였다. 또한에틸아세테이트분획물질은 H 2O 2 에대한산화적스트레스로부터다른분획물질보다높은세포보호효과를나타내었다. 본연구를통해조록나무의에틸아세테이트분획물질의높은항산화효과를확인하였으며, 천연항산화소재의가능성이높을것으로사료된다. Acknowledgements: This work was supported by grants from Brain Busan 21 program. Funding: None Conflict of interest: None References 1. Singh N, Rajini PS. Free radical scavenging activity of an aqueous extract of potato peel. Food Chemistry. 2004;85:611-616. 2. Bayati S, Yazdanparast R. Antioxidant and free radical scavenging potential of yakuchinone B derivatives in reduction of lipofuscin formation using H 2O 2-treated neuroblastoma cells. Iran Biomed J. 2011;15:134-142. 3. 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