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표1

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Transcription:

생약학회지 Kor. J. Pharmacogn. 45(4) : 354 358 (2014) 한국약용식물추출물의알도즈환원효소억제효능검색 (IX) 최소진 1 김영숙 1 김주환 2 김진숙 1 * 1 한국한의학연구원한약연구본부한의신약연구그룹, 2 가천대학교생명과학과 Screening of Korean Herbal Medicines with Inhibitory Effect on Aldose Reductase (IX) So-Jin Choi 1, Young Sook Kim 1, Joo Hwan Kim 2, and Jin Sook Kim 1 * 1 Korean Medicine-Based Herbal Drug Research Group, Herbal Medicine Research Division, Korea Institute of Oriental Medicine, Daejeon 305-811, Korea 2 Department of Life Science, Gachon University, Seongnam 461-701, Korea Abstract Aldose reductase (AR) has been demonstrated to play important role in the development of the diabetic complications such as diabetic retinopathy, diabetic neuropathy and diabetic nephropathy. To discover novel treatments for diabetic complications from natural sources, 69 Korean herbal medicines have been investigated for inhibitory activities on AR. Among them, 7 herbal medicines, Eleutherococcus sessiliflorus (stems), Artemisia japonica (whole plants), Wisteria floribunda (leaves), Eurya japonica (stems, twigs and leaves, leaves), Ampelopsis brevipedunculata (stems) exhibited a significant inhibitory activity compared with 3,3-tetramethyleneglutaric acid as positive control. Key words Aldose reductase inhibitor, Diabetic complications, Korean herbal medicines 당뇨병의발병기전으로는 polyol pathway flux 의증가, 최종당화산물 (advanced glycation end products, AGEs) 의생성및 protein kinase C 활성화등이알려져있다. 그중 polyol pathway 의첫번째효소인 aldose reductase 는만성의고혈당상태에서활성화되어혈액의포도당대사분해가원활하지못하게되고, 세포막을통과하지못해세포내에축적이되는솔비톨로환원되어세포에손상을입혀당뇨성망막증 (Diabetic retinopathy), 신경증 (D. neuropathy), 신증 (D. nephropathy) 등의당뇨합병증의원인이된다. 1-3) 이러한당뇨합병증의예방및치료를위해독성이나부작용이없는우수한효능을가진천연물을발굴하기위한많은연구들이진행되고있다. 4,5) 본연구팀에서도여러종의한약재추출물에서알도즈환원효소억제효능을확인하였고, 6-13) 특히벌개미취추출물이제 1 형당뇨쥐모델에서알도즈환원효소활성과솔비톨축적을억제하여당뇨병성백내장발병지연효과를나타냈다. 14) 본연구는한국에서자생또는재배되는 69 종의생약을 in vitro 에서알도즈환원효소억제효능을검색하여그결과를보고하고자한다. * 교신저자 (E-mail) : jskim@kiom.re.kr (Tel): +82-42-868-9465 재료및방법 실험재료 본실험에사용된한국산약용식물들 (Table I) 은가천대학교김주환교수팀에의해국내에서채집되었으며, 동정을거친후실험에사용하였다. 증거표본은한국한의학연구원한약연구본부한의신약연구그룹표본실에보관중이다. 추출및시료조제 분쇄한시료 200 g 에 2L 의에탄올을넣고실온상태에서 3 일간 3 회추출하였다. 이를여과하여 40 o C 의수욕상에서감압농축을실시한후, 동결건조기에서건조하였다. 추출물은실험수행전에감압하에서 P 2 O 5 를이용하여 24 시간이상재건조한후 DMSO(Sigma, St. Louis, MO, USA) 에용해시켜 stock solution 을조제하였으며최종 DMSO 의농도가 0.2% 가되도록 15% TWEEN 80(Sigma, St. Louis, MO, USA) 용액으로희석하여사용하였다. 추출에이용한에탄올및그외시약은 1 급및특급시약을사용하였다. In vitro 에서알도즈환원효소억제실험 Sprague- Dawley rat(250-280 g) 의수정체로부터 aldose reductase 를 Dufrane 15) 방법으로분리하였다. 150 mm sodium phosphate buffer(ph 6.2) 와 10 mm 2-mercaptoethanol 을적출한수정체 354

Vol. 45, No. 4, 2014 355 Table I. Inhibitory effect of extracts from Korean herbal medicines on the activities of aldose reductase Family name Scientific name Part used IC 50 (µg/ml) Rosaceae ( 장미과 ) Agrimonia pilosa ( 짚신나물 ) Whole plants 9.18±0.05 Lardizabalaceae ( 으름덩굴과 ) Akebia quinata ( 으름덩굴 ) Leaves 7.97±0.10 Lardizabalaceae ( 으름덩굴과 ) Akebia quinata ( 으름덩굴 ) Stems >10 Leguminosae ( 콩과 ) Amorpha fruticosa ( 족제비싸리 ) Leaves >10 Leguminosae ( 콩과 ) Amorpha fruticosa ( 족제비싸리 ) Stems >10 Vitaceae ( 포도과 ) Ampelopsis brevipedunculata ( 개머루 ) Stems 4.77±0.06 Myrsinaceae ( 자금우과 ) Ardisia japonica ( 자금우 ) Whole plants >10 Compositae ( 국화과 ) Ardisia japonica ( 자금우 ) Whole plants 3.45±0.37 Aristolochiaceae ( 쥐방울덩굴과 ) Asarum sieboldii ( 족도리풀 ) Roots >10 Cornaceae ( 층층나무과 ) Aucuba japonica ( 식나무 ) Stems >10 Cornaceae ( 층층나무과 ) Aucuba japonica ( 식나무 ) Leaves 7.88±0.12 Cornaceae ( 층층나무과 ) Aucuba japonica ( 식나무 ) Leaves >10 Urticaceae ( 쐐기풀과 ) Boehmeria nivea ( 모시풀 ) Whole plants 8.34±0.05 Urticaceae ( 쐐기풀과 ) Boehmeria spicata ( 좀깨잎나무 ) Whole plants >10 Moraceae ( 뽕나무과 ) Broussonetia kazinoki ( 닥나무 ) Leaves 7.17±0.05 Theaceae ( 차나무과 ) Camellia japonica ( 동백나무 ) Stems >10 Theaceae ( 차나무과 ) Camellia japonica ( 동백나무 ) Leaves >10 Commelinaceae ( 닭의장풀과 ) Commelina communis ( 닭의장풀 ) Whole plants >10 Sterculiaceae ( 벽오동과 ) Corchoropsis tomentosa ( 수까치깨 ) Whole plants >10 Cornaceae ( 층층나무과 ) Cornus officinalis ( 산수유 ) Twigs and leaves 6.93±0.19 Cornaceae ( 층층나무과 ) Cornus officinalis ( 산수유 ) Fruits >10 Compositae ( 국화과 ) Crassocephalum crepidioides ( 주홍서나물 ) Whole plants 6.36±0.13 Elaeagnaceae ( 보리수나무과 ) Elaeagnus glabra ( 보리장나무 ) Stems >10 Elaeagnaceae ( 보리수나무과 ) Elaeagnus glabra ( 보리장나무 ) Leaves >10 Araliaceae ( 두릅나무과 ) Eleutherococcus sessiliflorus ( 오갈피나무 ) Stems 2.59±0.11 Celastraceae ( 노박덩굴과 ) Euonymus hamiltonianus ( 참빗살나무 ) Leaves >10 Celastraceae ( 노박덩굴과 ) Euonymus hamiltonianus ( 참빗살나무 ) Twigs >10 Theaceae ( 차나무과 ) Eurya japonica ( 사스레피나무 ) Stems 1.71±0.15 Theaceae ( 차나무과 ) Eurya japonica ( 사스레피나무 ) Twigs and leaves 4.34±0.03 Theaceae ( 차나무과 ) Eurya japonica ( 사스레피나무 ) Leaves 4.06±0.07 Theaceae ( 차나무과 ) Eurya japonica ( 사스레피나무 ) Stems >10 Staphyleaceae ( 고추나무과 ) Euscaphis japonica ( 말오줌때 ) Stems >10 Staphyleaceae ( 고추나무과 ) Euscaphis japonica ( 말오줌때 ) Twigs and leaves >10 Moraceae ( 뽕나무과 ) Ficus erecta ( 천선과나무 ) Stems >10 Moraceae ( 뽕나무과 ) Ficus erecta ( 천선과나무 ) Twigs and leaves >10 Oleaceae ( 물푸레나무과 ) Forsythia koreana ( 개나리 ) Leaves >10 Oleaceae ( 물푸레나무과 ) Forsythia koreana ( 개나리 ) Twigs >10 Compositae ( 국화과 ) Hemistepa lyrata ( 지칭개 ) Aerial parts 9.18±0.18 Balsaminaceae ( 봉선화과 ) Impatiens textori ( 물봉선 ) Aerial parts >10 Labiatae ( 꿀풀과 ) Leonurus japonicas ( 익모초 ) Whole plants >10 Oleaceae ( 물푸레나무과 ) Ligustrum obtusifolium ( 쥐똥나무 ) Twigs and leaves 9.85±0.15 Compositae ( 국화과 ) Hemistepa lyrata ( 지칭개 ) Twigs >10 Euphorbiaceae ( 대극과 ) Mallotus japonicas ( 예덕나무 ) Stems 8.26±0.10

356 Kor. J. Pharmacogn. Table I. Continued Family name Scientific name Part used IC 50 (µg/ml) Euphorbiaceae ( 대극과 ) Mallotus japonicas ( 예덕나무 ) Twigs and leaves 7.13±0.49 Moraceae ( 뽕나무과 ) Morus alba ( 뽕나무 ) Fruits >10 Labiatae ( 꿀풀과 ) Mosla punctulata ( 들깨풀 ) Whole plants 9.84±0.15 Apocynaceae ( 협죽도과 ) Nerium indicum ( 협죽도 ) Stems 6.97±0.10 Apocynaceae ( 협죽도과 ) Nerium indicum ( 협죽도 ) Twigs and leaves 6.78±0.26 Valerianaceae ( 마타리과 ) Patrinia villosa ( 뚝갈 ) Aerial parts 9.18±0.18 Phytolaccaceae ( 자리공과 ) Phytolacca Americana ( 미국자리공 ) Aerial parts >10 Simaroubaceae ( 소태나무과 ) Picrasma quassioides ( 소태나무 ) Twigs and leaves >10 Pinaceae ( 소나무과 ) Pinus densiflora ( 소나무 ) Twigs and leaves >10 Leguminosae ( 콩과 ) Pueraria lobata ( 칡 ) Stems and leaves >10 Fagaceae ( 참나무과 ) Quercus acuta ( 붉가시나무 ) Leaves 8.48±0.06 Fagaceae ( 참나무과 ) Quercus acuta ( 붉가시나무 ) Stems >10 Anacardiaceae ( 옻나무과 ) Rhus tricocarpa ( 갸옻나무 ) Twigs >10 Leguminosae ( 콩과 ) Robinia pseudoacacia ( 아까시나무 ) Leaves >10 Leguminosae ( 콩과 ) Robinia pseudoacacia ( 아까시나무 ) Twigs >10 Rosaceae ( 장미과 ) Rubus coreanus ( 복분자딸기 ) Leaves 7.53±0.01 Rosaceae ( 장미과 ) Rubus crataegifolius ( 복분자딸기 ) Leaves 6.74±0.17 Liliaceae ( 백합과 ) Smilax sieboldii ( 청가시덩굴 ) Leaves >10 Liliaceae ( 백합과 ) Smilax sieboldii ( 청가시덩굴 ) Stems >10 Styracaceae ( 때죽나무과 ) Styrax obassia ( 쪽동백나무 ) Stems 8.17±0.07 Styracaceae ( 때죽나무과 ) Styrax obassia ( 쪽동백나무 ) Twigs and leaves >10 Cucurbitaceae ( 박과 ) Trichosanthes kirilowii ( 하늘타리 ) Stems and leaves 7.96±0.26 Leguminosae ( 콩과 ) Wisteria floribunda ( 등 ) Stems 10 Leguminosae ( 콩과 ) Wisteria floribunda ( 등 ) Leaves 4.11±0.04 Leguminosae ( 콩과 ) Wisteria floribunda ( 등 ) Twigs >10 Leguminosae ( 콩과 ) Wisteria floribunda ( 등 ) Flower >10 3,3-tetramethyleneglutaric acid 1.23±0.006 IC 50 values were calculated from the dose inhibition curve. 와함께분쇄하여 14,000 rpm 에서 30 분간원심분리한다음상층액을 0.22 µm 의 filter 로여과하였다. 효소의단백질은 bovine serum albumin 을표준으로이용하여 Bradford 16) 방법으로정량하였다. 150 mm sodium phoshate buffer(ph 6.2), 0.15 mm NADPH, 10 mm DL-glyceraldehyde 와 700 µg/ml 효소혼합액에 0.5% DMSO 에녹인시료를가하여최종용액을 1ml 로한뒤 37 o C 에서 10 분간반응시켰다. 이때시료의 IC 50 값을구하기위해 0.5, 1, 2.5, 5, 10 µg/ml 의 5 개농도에서실험하였으며, 공시료는 10 mm DL-glyceraldehyde 를첨가하지않았다. 표준액은시료대신 0.5% DMSO 가들어가도록하였다. 0.15 ml 의 0.5 N HCl 을첨가하여반응을종료시킨뒤, 10 mm imidazole 이첨가된 6M NaOH 0.5ml 을가하여 60 o C 에서 15 분간반응시켜 NADPH 가 NADP 로전환되는것을 Spectrofluorometric detector 로 (Ex. 360 nm, Em. 460 nm) 측정하였다. 모든시료는 triplicate 로수행하여 IC 50 값으로나타냈다. Aldose reductase inhibitor 로알려진 3,3-tetramethyleneglutaric acid 17) 를양성대조군으로택하여효능을비교하였다. 결과및고찰 천연물로부터알도즈환원효소억제약물을검색하기위해한국산 69 종의에탄올추출물을이용해효능을검색하여 Table I 과같은결과를얻었다. Table I 에서보여주는것과같이양성대조군인 3,3-tetramethyleneglutaric acid 의 IC 50 값 (1.23±0.01 µg/ml) 을기준으로알도즈환원효소억제효능을판단하였다. 이중 Eleutherococcus sessiliflorus 의줄기 (2.59±0.11 µg/ml), Artemisia

Vol. 45, No. 4, 2014 357 japonica 의전초 (3.45±0.37 µg/ml), Wisteria floribunda 의잎 (4.11±0.04 µg/ml), Eurya japonica 의줄기 (1.71±0.15 µg/ml) 와가지와잎 (4.34±0.03 µg/ml), 잎 (4.06±0.07 µg/ml), Ampelopsis brevipedunculata 의줄기 (4.77±0.06 µg/ml) 의 7 종이 IC 50 < 5 µg/ml 으로효능이가장뛰어났다. 두릎나무과의 E. sessiliflorus 의잎은 α-glucosidase 와 α-amylase 활성저해효과를통한혈당강하효과, streptozotocin(stz) 으로당뇨를유도한모델에서혈당감소와혈중콜레스테롤의함량감소의효과를보여혈당강하및당뇨대사이상으로인한지질대사의개선에효과적인것으로보고되었다. 18) 열매로부터분리한페놀화합물이항산화활성을나타내며, 19) 농약의일종인 dieldrin 에의해 DNA 와세포가손상되는것을억제시킨다고보고되었다. 20) 또한 HepG2 간암세포의증식과 DNA 합성을억제하여항암효과가있다고보고되었다. 21) 항염증사이토카인을촉진시켜항허혈효과가있다고보고되었고, 22) 신경병리성통증모델에서 E. sessiliflorus 가진통효과가보고되었다. 23) 국화과의 A. japonica 에서분리한물질들은항산화활성이있다고보고되었다. 24) 콩과의 W. floribunda 의꽃은항산화효과가있으며, 25) 과일껍질은 platelet-derived growth factor(pdgf) 유도된 vascular smooth muscle cell (VSMC) 의생존을억제해폐쇄성혈관질환을완화효과를나타내었다. 26) 또한 CD44 발현을억제하고 GTP-RhoA 활성을촉진시켜 B16F1 흑색종암세포의활성을억제시킨연구가보고되었다. 27) 차나무과의 E. japonica 의잎은 phenol 과 flavonoid 성분을함유하고있으며이러한성분들이항산화효과를나타내는것으로보고되었다. 28) 또한본연구팀의연구결과 E. japonica 의줄기가최종당화산물의생성을저해한다는보고에뒷받침되어당뇨합병증의예방에효과가있다고보고되었다. 29) 포도과의 A. brevipedunculata 의줄기와뿌리는산화스트레스를억제하여항산화효과가있다고보고되었다. 30) 또한 A. brevipedunculata 의줄기가최종당화산물의생성을저해에뛰어날효능이있는것으로본연구팀의보고에나타났다. 31) 최근 reactive oxygen species(ros) 가당뇨병의발병및합병증발생에중요한요인중하나로여겨지고있다. 32) 폴리올경로의알도즈환원효소가 ROS 를생성에관여하여산화스트레스를유발하는데위 9 종의추출물들이 ROS 생성을억제한다는연구가많이보고된것으로보아당뇨합병증의예방및치료에도움이되는것으로사료된다. 본연구결과는안전하고우수한알도즈환원효소억제제후보물질발굴을위한기초자료로활용될수있을뿐만아니라, 당뇨합병증예방및치료제개발에이용될수있을것으로사료된다. 결 론 69 종의한국산약용식물에탄올추출물을 in vitro 에서알 도즈환원효소억제활성검색하였다. 그결과 E. sessiliflorus 의줄기, A. japonica 의전초, W. floribunda 의잎, E. japonica 의줄기, 가지와잎, 잎, A. brevipedunculata 의줄기 7 종이 IC 50 <5 µg/ml 으로뛰어난알도즈환원효소활성억제효능을나타냈다. 사 본연구는한국한의학연구원기관고유사업 (K13040, K14040) 의지원으로수행되었으며이에감사드립니다. 사 인용문헌 1. Kyseloa, A., Stefek, M. and Bauer, V. (2004) Pharmacological prevention of diabetic cataract. J. Diabet. Complications 18: 129-140. 2. Greene, D. A., Lattimer, S. A., and Sima, A. F. (1987) Sorbitol, phosphoinositides and sodium-potassium-atpase in the pathogenesis of diabetic complication. New. Eng. J. Med. 316: 599-606. 3. Maccari, R., Ottana, R., Curinga, C., Vigorita, M. G., Rakowitz, D., Steindl, T. and Langer, T. (2005) Structure-activity relationships and molecular modeling of 5-arylidene-2,4-thiazolidinediones active as aldose reductase inhibitors. Bioorg. Med. Chem. 13: 2809-2823. 4. Kim, H. M., Han, S., Choi, K., Hu, J. J., Park, K. W., Cho, E. J., Lee, S. H. (2012) Aldose reductase inhibitory activity of the methanol extracts from Korean fork plants. CNU J. Agric. Sci. 39:169-175. 5. Lee, Y. S., Kim, S. H., Jung, S. H., Kim, J. K., Pan, C. H. and Lim, S. S. (2010) Aldose reductase inhibitory compounds from Glycyrrhiza uralensis. Biol. Pharm. Bull. 33: 917-921. 6. Lee, Y. M., Kim, N. H., Kim, J. M., Kim, Y. S., Jang, D. S., Kim, J. H., Bae, K. H. and Kim, J. S. (2008) Screening of inhibitory effect on aldose reductase of Korean herbal medicines and preventive effect of Catalpa bignonioides against xylose-induced lens opacity (I). Kor. J. Pharmacogn. 39:165-173. 7. Lee, Y. M., Kim, J. M., Kim, Y. S., Jang, D. S., Kim, J. H., Bae, K. H. and Kim, J. S. (2008) Screening of inhibitory effect on aldose reductase of Vietnam herbal medicines (II). Kor. J. Pharmacogn. 39: 324-329. 8. Lee, Y. M., Kim, J. M., Kim, Y. S., Jang, D. S., Kim, J. H., Bae, K. H. and Kim, J. S. (2009) Screening of Chinese herbal medicines with inhibitory effect on aldose reductase (III). Kor. J. Pharmacogn. 40: 394-399. 9. Lee, Y. M., Kim, Y. S., Bae, K. H., Kim, J. H. and Kim, J. S. (2010) Screening of Chinese herbal medicines with inhibitory effect on aldose reductase (IV). Kor. J. Pharmacogn. 41: 289-296.

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