한국에서 자생하는 닭의장풀 (Commelina communis L.)은 당뇨병에 효과적인 것으로 오랜 기간 동안 구전되어 왔으며, 건조된 식물체를 다려서 수시로 복용하는 방식으로 널리 사용되어져 왔다. 그러나 민간요법으로 사용되는 닭의장풀 물 추출물이 혈당강하효과를 나타내는 구체적인 작용기전에 대해서는 아직 명확하지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 민간요법에서 사용되어온 방법으로 닭의장풀 물 추출물 (CC-Lw)을 제조하여, 혈당강하효과를 확인하고 특히, 당의 항상성을 유지하는데 가장 중요한 역할을 하고 있는 간조직과 간세포를 이용하여 혈당강하효과의 기초가 되는 작용기전을 밝히고자 하였다. CC-Lw을 100 mg/kg의 용량으로 streptozotocin으로 당뇨를 유발시킨 마우스에 5일간 투여한 결과 공복시 혈당이 현저하게 감소되었으며, 혈장내 인슐린의 농도가 정상수준으로 회복되었다. 다갈 현상을 나타내어 음용량이 높았던 당뇨 마우스에 비하여 음용량도 정상마우스의 수준으로 감소되어 다갈 현상이 해소되었음을 확인할 수 있었다. 혈당은 주로 간에서의 당대사와 지질대사의 조절을 통해 이루어지므로, 대사관련효소의 활성화 및 유전자발현의 변화는 혈당조절과 밀접한 관련이 있다. CC-Lw의 혈당강하효과가 간에서의 당대사 및 지방대사촉진으로 유도된 것인지 확인하기 위하여 당대사와 지방대사의 주요 효소인 glucokinase (...
한국에서 자생하는 닭의장풀 (Commelina communis L.)은 당뇨병에 효과적인 것으로 오랜 기간 동안 구전되어 왔으며, 건조된 식물체를 다려서 수시로 복용하는 방식으로 널리 사용되어져 왔다. 그러나 민간요법으로 사용되는 닭의장풀 물 추출물이 혈당강하효과를 나타내는 구체적인 작용기전에 대해서는 아직 명확하지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 민간요법에서 사용되어온 방법으로 닭의장풀 물 추출물 (CC-Lw)을 제조하여, 혈당강하효과를 확인하고 특히, 당의 항상성을 유지하는데 가장 중요한 역할을 하고 있는 간조직과 간세포를 이용하여 혈당강하효과의 기초가 되는 작용기전을 밝히고자 하였다. CC-Lw을 100 mg/kg의 용량으로 streptozotocin으로 당뇨를 유발시킨 마우스에 5일간 투여한 결과 공복시 혈당이 현저하게 감소되었으며, 혈장내 인슐린의 농도가 정상수준으로 회복되었다. 다갈 현상을 나타내어 음용량이 높았던 당뇨 마우스에 비하여 음용량도 정상마우스의 수준으로 감소되어 다갈 현상이 해소되었음을 확인할 수 있었다. 혈당은 주로 간에서의 당대사와 지질대사의 조절을 통해 이루어지므로, 대사관련효소의 활성화 및 유전자발현의 변화는 혈당조절과 밀접한 관련이 있다. CC-Lw의 혈당강하효과가 간에서의 당대사 및 지방대사촉진으로 유도된 것인지 확인하기 위하여 당대사와 지방대사의 주요 효소인 glucokinase (GK)와 fatty acid synthase (FAS)의 활성을 측정하였다. 그 결과 당뇨유발로 인해 정상마우스에 비해 감소되어 있던 간조직내 GK와 FAS의 활성이 CC-Lw의 투여로 인해 다시 회복되었다. 동시에 FAS, GK의 유전자발현이 증가되었으며, 이들의 전사조절인자인 SREBP-1c과 ChREBP의 유전자발현도 상승되었다. 또한, 인슐린의 신호전달체계에서 중요한 역할을 하고 있는 Akt의 인산화가 당뇨마우스의 간에서는 낮아져 있었으나, CC-Lw를 투여한 마우스에서는 다시 회복되었으며, 전사조절인자 SREBP-1의 핵내 이동이 증가되어 있었다. 이로써 CC-Lw가 인슐린과 유사하게 작용하여, 신호전달과정의 핵심이 되는 Akt를 인산화시키고 순차적으로 SREBP-1을 활성화시킴으로써, 핵내에서 전사인자가 조절하는 당대사와 지방대사효소의 유전자 발현을 증가시켰음을 예측할 수 있었다. 즉, CC-Lw는 당대사와 지방대사 효소활성을 촉진시킴으로서 당의 세포내 유입 및 이용도를 상승시켜 혈액내 당의 농도를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 더불어 CC-Lw는 상용화된 acarbose보다 탁월한 알파 글루코시다아제 억제효과도 가지고 있었다. 알파 글루코시다아제 억제로 인해 이당류 및 다당류의 분해가 지연되어 장내 당의 흡수를 낮춤으로써 streptozotocin으로 유도된 당뇨 마우스에서 식후 혈당을 효과적으로 조절할 수 있었다. In vivo에서의 이러한 결과들은 CC-Lw에는 알파글루코시다아제 억제효과를 가지고 있는 성분과 인슐린 분비를 증가시키고 인슐린과 같은 작용을 하여 인슐린 신호전달과정을 활성화시키는 성분이 복합적으로 존재하고 있음을 나타내었다. In vivo에서의 결과를 바탕으로 각각의 효과를 나타내는 성분을 분리하고, 보다 명확한 작용기전을 살펴보기 위하여 간세포의 정상적인 대사과정을 유지하고 있는 것으로 알려져 있는 HepG2 세포주를 실험에 사용하였으며, CC-Lw에서 황화암모늄 침전법으로 단백분획을 분리하고, 단백분획은 다시 ConA-sepharose 친화도 크로마토그래피를 수행하여 비결합분획과 결합분획으로 각각 분리하였다. 각 분획을 대상으로 인슐린 유사작용과, 알파 글루코시다아제 억제 효과를 확인한 결과 알파글루코시다아제 억제 효과는 CC-Lw 중 단백분획에서는 나타나지 않았다. 각 분획을 HepG2 세포에 처리하여 세포내 당의 이용도를 측정한 결과 conA sepharose 결합분획이 통계적으로 유의하게 당의 이용도를 가장 크게 높였으며, 농도 의존적으로 증가시키는 경향을 나타내었다. Glucokinase의 활성은 conA sepharose 결합분획을 처리한 경우 통계적으로 유의하게 증가되었다. 또한 지방대사에 중요한 효소 FAS, ACC와 전사조절인자 SREBP-1c의 유전자발현 뿐만 아니라 당대사에 중요한 GK와 L-PK 및 전사조절인자 ChREBP의 유전자발현이 크게 증가되었다. CC-Lw를 비롯한 각 분획들은 세포질내 SCAP의 농도를 증가시켰으며, 핵내로 이동되는 SREBP-1의 양을 증가시켰다. SRE, ChRE를 포함하고 있는 luciferase vector를 사용하여 전사조절인자 SREBP-1과 ChREBP의 활성화를 측정한 결과, conA sepharose 결합이 가장 높은 활성을 보였다. 이로써 in vivo에서 나타내었던 인슐린과 유사한 CC-Lw의 작용효과는 간세포에서 다시 확인되었으며, CC-Lw 중에서 conA sepharose 결합분획이 당대사와 지방대사 관련 효소 및 전사조절인자의 활성화를 통해 당의 이용도를 높임으로써 가장 높은 혈당강하효과를 가질 수 있는 것으로 예상되었다. ConA sepharose 결합분획을 사용하여 SDS-PAGE 후 당단백염색을 수행한 결과 26.5 KDa의 당단백이 다량으로 존재하였다. 이 단백을 동정하기 위하여 MALDI-TOF 분석과 N-terminal sequencing을 수행한 결과 26.5 KDa의 당단백은 lectin과 서열상 일치하였다. 이상의 모든 결과를 종합하여 볼 때 CC-Lw는 acarbose와 같은 알파글루코시다아제 억제효과를 가지고 있는 성분과 인슐린과 유사한 작용을 하는 성분을 포함하고 있어서 서로 다른 작용점을 표적으로 하는 일종의 병용요법의 효과를 가지는 것으로 나타났다. 추후 열처리에 의하여 변형된 당단백의 작용을 확인할 경우 당뇨치료제의 새로운 선도물질로 제공되어질 수 있으며, 심도깊은 독성효과연구가 추가된다면 다기능을 가지는 CC-Lw를 민간요법으로 사용하는데 대한 과학적 근거가 마련되어 당뇨병의 치료에 안전하게 지속적으로 이용될 수 있을 것이라 사료된다.
한국에서 자생하는 닭의장풀 (Commelina communis L.)은 당뇨병에 효과적인 것으로 오랜 기간 동안 구전되어 왔으며, 건조된 식물체를 다려서 수시로 복용하는 방식으로 널리 사용되어져 왔다. 그러나 민간요법으로 사용되는 닭의장풀 물 추출물이 혈당강하효과를 나타내는 구체적인 작용기전에 대해서는 아직 명확하지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 민간요법에서 사용되어온 방법으로 닭의장풀 물 추출물 (CC-Lw)을 제조하여, 혈당강하효과를 확인하고 특히, 당의 항상성을 유지하는데 가장 중요한 역할을 하고 있는 간조직과 간세포를 이용하여 혈당강하효과의 기초가 되는 작용기전을 밝히고자 하였다. CC-Lw을 100 mg/kg의 용량으로 streptozotocin으로 당뇨를 유발시킨 마우스에 5일간 투여한 결과 공복시 혈당이 현저하게 감소되었으며, 혈장내 인슐린의 농도가 정상수준으로 회복되었다. 다갈 현상을 나타내어 음용량이 높았던 당뇨 마우스에 비하여 음용량도 정상마우스의 수준으로 감소되어 다갈 현상이 해소되었음을 확인할 수 있었다. 혈당은 주로 간에서의 당대사와 지질대사의 조절을 통해 이루어지므로, 대사관련효소의 활성화 및 유전자발현의 변화는 혈당조절과 밀접한 관련이 있다. CC-Lw의 혈당강하효과가 간에서의 당대사 및 지방대사촉진으로 유도된 것인지 확인하기 위하여 당대사와 지방대사의 주요 효소인 glucokinase (GK)와 fatty acid synthase (FAS)의 활성을 측정하였다. 그 결과 당뇨유발로 인해 정상마우스에 비해 감소되어 있던 간조직내 GK와 FAS의 활성이 CC-Lw의 투여로 인해 다시 회복되었다. 동시에 FAS, GK의 유전자발현이 증가되었으며, 이들의 전사조절인자인 SREBP-1c과 ChREBP의 유전자발현도 상승되었다. 또한, 인슐린의 신호전달체계에서 중요한 역할을 하고 있는 Akt의 인산화가 당뇨마우스의 간에서는 낮아져 있었으나, CC-Lw를 투여한 마우스에서는 다시 회복되었으며, 전사조절인자 SREBP-1의 핵내 이동이 증가되어 있었다. 이로써 CC-Lw가 인슐린과 유사하게 작용하여, 신호전달과정의 핵심이 되는 Akt를 인산화시키고 순차적으로 SREBP-1을 활성화시킴으로써, 핵내에서 전사인자가 조절하는 당대사와 지방대사효소의 유전자 발현을 증가시켰음을 예측할 수 있었다. 즉, CC-Lw는 당대사와 지방대사 효소활성을 촉진시킴으로서 당의 세포내 유입 및 이용도를 상승시켜 혈액내 당의 농도를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 더불어 CC-Lw는 상용화된 acarbose보다 탁월한 알파 글루코시다아제 억제효과도 가지고 있었다. 알파 글루코시다아제 억제로 인해 이당류 및 다당류의 분해가 지연되어 장내 당의 흡수를 낮춤으로써 streptozotocin으로 유도된 당뇨 마우스에서 식후 혈당을 효과적으로 조절할 수 있었다. In vivo에서의 이러한 결과들은 CC-Lw에는 알파글루코시다아제 억제효과를 가지고 있는 성분과 인슐린 분비를 증가시키고 인슐린과 같은 작용을 하여 인슐린 신호전달과정을 활성화시키는 성분이 복합적으로 존재하고 있음을 나타내었다. In vivo에서의 결과를 바탕으로 각각의 효과를 나타내는 성분을 분리하고, 보다 명확한 작용기전을 살펴보기 위하여 간세포의 정상적인 대사과정을 유지하고 있는 것으로 알려져 있는 HepG2 세포주를 실험에 사용하였으며, CC-Lw에서 황화암모늄 침전법으로 단백분획을 분리하고, 단백분획은 다시 ConA-sepharose 친화도 크로마토그래피를 수행하여 비결합분획과 결합분획으로 각각 분리하였다. 각 분획을 대상으로 인슐린 유사작용과, 알파 글루코시다아제 억제 효과를 확인한 결과 알파글루코시다아제 억제 효과는 CC-Lw 중 단백분획에서는 나타나지 않았다. 각 분획을 HepG2 세포에 처리하여 세포내 당의 이용도를 측정한 결과 conA sepharose 결합분획이 통계적으로 유의하게 당의 이용도를 가장 크게 높였으며, 농도 의존적으로 증가시키는 경향을 나타내었다. Glucokinase의 활성은 conA sepharose 결합분획을 처리한 경우 통계적으로 유의하게 증가되었다. 또한 지방대사에 중요한 효소 FAS, ACC와 전사조절인자 SREBP-1c의 유전자발현 뿐만 아니라 당대사에 중요한 GK와 L-PK 및 전사조절인자 ChREBP의 유전자발현이 크게 증가되었다. CC-Lw를 비롯한 각 분획들은 세포질내 SCAP의 농도를 증가시켰으며, 핵내로 이동되는 SREBP-1의 양을 증가시켰다. SRE, ChRE를 포함하고 있는 luciferase vector를 사용하여 전사조절인자 SREBP-1과 ChREBP의 활성화를 측정한 결과, conA sepharose 결합이 가장 높은 활성을 보였다. 이로써 in vivo에서 나타내었던 인슐린과 유사한 CC-Lw의 작용효과는 간세포에서 다시 확인되었으며, CC-Lw 중에서 conA sepharose 결합분획이 당대사와 지방대사 관련 효소 및 전사조절인자의 활성화를 통해 당의 이용도를 높임으로써 가장 높은 혈당강하효과를 가질 수 있는 것으로 예상되었다. ConA sepharose 결합분획을 사용하여 SDS-PAGE 후 당단백염색을 수행한 결과 26.5 KDa의 당단백이 다량으로 존재하였다. 이 단백을 동정하기 위하여 MALDI-TOF 분석과 N-terminal sequencing을 수행한 결과 26.5 KDa의 당단백은 lectin과 서열상 일치하였다. 이상의 모든 결과를 종합하여 볼 때 CC-Lw는 acarbose와 같은 알파글루코시다아제 억제효과를 가지고 있는 성분과 인슐린과 유사한 작용을 하는 성분을 포함하고 있어서 서로 다른 작용점을 표적으로 하는 일종의 병용요법의 효과를 가지는 것으로 나타났다. 추후 열처리에 의하여 변형된 당단백의 작용을 확인할 경우 당뇨치료제의 새로운 선도물질로 제공되어질 수 있으며, 심도깊은 독성효과연구가 추가된다면 다기능을 가지는 CC-Lw를 민간요법으로 사용하는데 대한 과학적 근거가 마련되어 당뇨병의 치료에 안전하게 지속적으로 이용될 수 있을 것이라 사료된다.
Since ages, botanical substances have been in use for the remedy of diabetes with considerable degree of success. One of such; an extract of Commelina communis L. (CC-Lw) after decoction in water has been traditionally used for the treatment of diabetes in Korea. However its action mechanism has not...
Since ages, botanical substances have been in use for the remedy of diabetes with considerable degree of success. One of such; an extract of Commelina communis L. (CC-Lw) after decoction in water has been traditionally used for the treatment of diabetes in Korea. However its action mechanism has not been established yet. In this study, I found that the administration of CC-Lw caused a significant reduction in fasting blood glucose level, water intake and recovery of insulin level in the streptozotocin (STZ)-induced diabetic mice. To better understand the underlying mechanism of anti-diabetic effect of CC-Lw, the activity of key enzymes involved in lipogenesis and carbohydrate metabolisms has been examined. The activity of hepatic fatty acid synthase (FAS) and glucokinase (GK) was recovered in the CC-Lw-administered mice. The phosphorylation of Akt was increased. Also, the levels of mRNA of SREBP-1c and ChREBP were increased dramatically. CC-Lw induced expression of genes encoding glycolytic and lipogenic enzymes, e.g. glucokinase and fatty acid synthase (FAS). These results suggest that the blood-glucose lowering activity of CC-Lw may be associated with enhanced lipogenesis and glucose utilization. In addition, CC-Lw showed inhibitory activity of the α-glucosidase in a dose-dependent manner, in vitro. CC-Lw also seems to be by and large free from, exerting any cytotoxic effect at least in CHO-K1 fibroblast and 3T3-L1 adipocyte. CC-Lw alleviated hyperglycemia caused by maltose or starch loading in both normal and streptozotocin-induced diabetic mice with better efficacy than that of acarbose. Such results suggest that inhibitory activity of CC-Lw on α-glucosidase may contribute to control the postprandial blood glucose level by delaying carbohydrate digestion and glucose absorption. Theses results indicated that CC-Lw contained various substances harboring distinct action; insulin mimic action and α-glucosidase inhibitory action. To isolate the active substance, whole protein was collected by ammonium sulfate precipitation from CC-Lw. The protein was applied on ConA-sepharose column and fractionated into unbound and bound form. The hypoglycemic effects of various fractions were evaluated in HepG2 human hepatoma cell line. The inhibitory effect on alpha-glucosidase activity was not shown in protein fraction. The treatment of bound fraction for 24 hrs and 36 hrs in HepG2 cells caused a significant increment of the glucose consumption in a dose-dependent manner. The bound fraction of CC-Lw showed a significant increment in mRNA level of GK, FAS, L-PK, SREBP-1c and ChREBP in addition to GK activation. The transport of mature SREBP-1 into nucleus was also increased by the treatment of bound fraction for 24hrs in HepG2 cells. The activation of SREBP-1 and ChREBP was determined by luciferase assay using vectors harboring SRE and ChRE, respectively. These results suggest that increase of glucose phosphorylation by GK may result in activation of ChREBP and then enhance the expression of the glycolytic and lipogenic genes. It has been well known that GK expression is induced by transcription factor SREBP-1. Therefore, ChREBP and SREBP-1 might play a role in glucose and lipid metabolism independently and/or cooperatively. The characterization of 26.5 KDa protein in bound fraction was performed by MALDI-TOF analysis and N-terminal sequencing. As a result, it was revealed that 26.5 KDa glycoprotein is homologous to a legume lectin. The further study on purification and characterization of 26.5 KDa glycoprotein will provide the possibility of this molecule as a candidate substance for effective diabetes therapy. In conclusion, CC-Lw has a dual action for hypoglycemic effect; It inhibits α-glucosidase activity, and it stimulates glucose utilization in the liver. It seems that the enhancement of glucose utilization may be associated with the recovered GK activity and the increased gene expression of GK, FAS, ACC and L-PK regulated by transcription factors, SREBP-1 or/and ChREBP. Indeed, the use of combination therapy has been thought to offer better hyperglycemic control relative to monotherapy. Therefore, the ability of CC-Lw to influence both of α-glucosidase inhibition and increased hepatic glucose utilization could provide greater efficacy than a monotherapy for diabetes.
Since ages, botanical substances have been in use for the remedy of diabetes with considerable degree of success. One of such; an extract of Commelina communis L. (CC-Lw) after decoction in water has been traditionally used for the treatment of diabetes in Korea. However its action mechanism has not been established yet. In this study, I found that the administration of CC-Lw caused a significant reduction in fasting blood glucose level, water intake and recovery of insulin level in the streptozotocin (STZ)-induced diabetic mice. To better understand the underlying mechanism of anti-diabetic effect of CC-Lw, the activity of key enzymes involved in lipogenesis and carbohydrate metabolisms has been examined. The activity of hepatic fatty acid synthase (FAS) and glucokinase (GK) was recovered in the CC-Lw-administered mice. The phosphorylation of Akt was increased. Also, the levels of mRNA of SREBP-1c and ChREBP were increased dramatically. CC-Lw induced expression of genes encoding glycolytic and lipogenic enzymes, e.g. glucokinase and fatty acid synthase (FAS). These results suggest that the blood-glucose lowering activity of CC-Lw may be associated with enhanced lipogenesis and glucose utilization. In addition, CC-Lw showed inhibitory activity of the α-glucosidase in a dose-dependent manner, in vitro. CC-Lw also seems to be by and large free from, exerting any cytotoxic effect at least in CHO-K1 fibroblast and 3T3-L1 adipocyte. CC-Lw alleviated hyperglycemia caused by maltose or starch loading in both normal and streptozotocin-induced diabetic mice with better efficacy than that of acarbose. Such results suggest that inhibitory activity of CC-Lw on α-glucosidase may contribute to control the postprandial blood glucose level by delaying carbohydrate digestion and glucose absorption. Theses results indicated that CC-Lw contained various substances harboring distinct action; insulin mimic action and α-glucosidase inhibitory action. To isolate the active substance, whole protein was collected by ammonium sulfate precipitation from CC-Lw. The protein was applied on ConA-sepharose column and fractionated into unbound and bound form. The hypoglycemic effects of various fractions were evaluated in HepG2 human hepatoma cell line. The inhibitory effect on alpha-glucosidase activity was not shown in protein fraction. The treatment of bound fraction for 24 hrs and 36 hrs in HepG2 cells caused a significant increment of the glucose consumption in a dose-dependent manner. The bound fraction of CC-Lw showed a significant increment in mRNA level of GK, FAS, L-PK, SREBP-1c and ChREBP in addition to GK activation. The transport of mature SREBP-1 into nucleus was also increased by the treatment of bound fraction for 24hrs in HepG2 cells. The activation of SREBP-1 and ChREBP was determined by luciferase assay using vectors harboring SRE and ChRE, respectively. These results suggest that increase of glucose phosphorylation by GK may result in activation of ChREBP and then enhance the expression of the glycolytic and lipogenic genes. It has been well known that GK expression is induced by transcription factor SREBP-1. Therefore, ChREBP and SREBP-1 might play a role in glucose and lipid metabolism independently and/or cooperatively. The characterization of 26.5 KDa protein in bound fraction was performed by MALDI-TOF analysis and N-terminal sequencing. As a result, it was revealed that 26.5 KDa glycoprotein is homologous to a legume lectin. The further study on purification and characterization of 26.5 KDa glycoprotein will provide the possibility of this molecule as a candidate substance for effective diabetes therapy. In conclusion, CC-Lw has a dual action for hypoglycemic effect; It inhibits α-glucosidase activity, and it stimulates glucose utilization in the liver. It seems that the enhancement of glucose utilization may be associated with the recovered GK activity and the increased gene expression of GK, FAS, ACC and L-PK regulated by transcription factors, SREBP-1 or/and ChREBP. Indeed, the use of combination therapy has been thought to offer better hyperglycemic control relative to monotherapy. Therefore, the ability of CC-Lw to influence both of α-glucosidase inhibition and increased hepatic glucose utilization could provide greater efficacy than a monotherapy for diabetes.
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