꽃송이버섯 유래 베타글루칸의 수용성 초미세화 추출기술 확립 및 추출물에 의한 대식세포주에서의 염증성 사이토카인의 분비작용 Development for Micro-particle Extraction of Water Soluble β-(1→3)-D-Glucan from Sparassis crispa and Effect on Inflammatory Cytokine Secretion in the Murine Macrophage Cell Line by the Extract원문보기
꽃송이버섯(Sparassis crispa)은 20세기 말에서야 인공재배가 되면서 단순히 식용버섯으로서의 한계를 넘어 암을 이기는 신비의 약용버섯으로서의 가치를 인정받고 관심의 대상이 된 식ㆍ약용버섯이다. 약용버섯 β-glucan은 항종양 활성, 면역증강 작용, 혈당치 상승 억제작용, 항산화 활성 효과, 혈액 유동성 개선 효과, 항염증 작용, 알러지 개선 효과, 미백작용, ...
꽃송이버섯(Sparassis crispa)은 20세기 말에서야 인공재배가 되면서 단순히 식용버섯으로서의 한계를 넘어 암을 이기는 신비의 약용버섯으로서의 가치를 인정받고 관심의 대상이 된 식ㆍ약용버섯이다. 약용버섯 β-glucan은 항종양 활성, 면역증강 작용, 혈당치 상승 억제작용, 항산화 활성 효과, 혈액 유동성 개선 효과, 항염증 작용, 알러지 개선 효과, 미백작용, 콜라겐 생성 촉진작용 등의 다양한 약리활성에 대한 연구결과에도 불구하고, 국내에서는 단순히 열수추출과 감압 농축, 중탕 등의 추출기술에 의존하여 저조한 활용률과 제품 효능상의 한계 때문에 이를 개선하고β-glucan 추출 효율과 이용률을 획기적으로 높일 필요성이 있다. 특히 열수 추출시 버섯의 β-glucan은 대부분이 불용성이기 때문에 상황버섯, 영지버섯, 차가버섯 등 비교적 잘 알려진 경질버섯류들은 0.5% 이하만 추출되고, 꽃송이버섯, 잎새버섯 등의 연질버섯도 5% 정도만 추출되는 것으로 밝혀지고 있다. 또한, 버섯유래 β-glucan은 키토산과 마찬가지로 소장(小腸)의 끝부분인 회장(回腸) 내 페이어스패취(Peyer's patch)의 엠세포(M Cell)에서 수용체인 덱틴-1(Dectin-1)에 의해 흡수된다는 메커니즘이 2007년 1월 Nature Immunology에 발표되면서, β-(1→3)-D-glucan을 다량 함유하고 있고, 다양한 고형암에 효과가 탁월한 꽃송이버섯 β-glucan을 경구 섭취하여도 면역력이 증강된다는 것이 밝혀지게 되었다. β-glucan은 고분자 다당체(polysaccharides)이고, 소화기관에서 분해효소가 분비되지 않기 때문에 배설되지 않으면서 페이어스페취에서 흡수되는 추출 가공방법에 대한 연구를 수행하면서 아래의 결과를 얻을 수 있었다. 꽃송이버섯, 상황버섯에서 각각 150nm와 390nm의 수용성 β-(1→3)-D-glucan을 초미립자화하여 추출하여 꽃송이버섯, 상황버섯 β-glucan을 각각 스파란(Sparan), 펠리난(Phelinan)이라 명명하였다. 이들 두 버섯에서 추출된 β-glucan 함량은 각각 70.22%와 65.2%였고, 두 버섯의 glucose 함량을 비교해 본 결과 295.60mole, 77.40mole로 꽃송이버섯 β-glucan의 glucose 함량이 약 4배 많았다. 또한, 동결건조한 β-glucan에 대하여 1H-NMR 분석을 실시하여 β-(1→3)-glucan과 β-(1→6)-glucan의 비율이 99:1, 단백질 함량은 2.05 %임을 확인함으로써 꽃송이버섯 추출 β-glucan이 베타(1,3)글루칸임을 증명하였다. β-glucan은 진균 또는 버섯의 세포막에 존재하는 성분중의 하나이며 병원체관련 분자형태(PAMP)로 작용하여 대식세포 또는 수지상세포에 발현되어 있는 형태인식 수용체(PRR)에 결합한다. 버섯의 β-glucan은 병원체관련 분자형태(PAMP)로 작용하여 형태인식 수용체(PRR)인 덱틴-1(Dectin-1)에 결합하는 것이 많다. 고분자 β-glucan과 장내 정상균총은 소장에서 페이어스페취내(Peyer's patch)로 흡수되어 페이어스페취내의 대식세포를 자극하게 된다. 소장내의 대식세포에서 덱틴-1을 자극할 때 TLR-4(toll like receptor-4)가 관여하는지를 규명하기 위하여 꽃송이버섯의 베타글루칸인 스파란(Sparan)을 대식세포주인 RAW264.7에 가하여 세포를 활성화시켰으며, 소장의 페이어스페취와 같은 환경을 만들기 위하여 대장균의 LPS도 함께 대식세포에 가하였다. LPS의 부재 또는 존재 하에 대식세포에 스파란(Sparan)을 처리하였을 때, TNF-α, IL-6 및 iNOS의 mRNA의 발현이 스파란의 농도에 비례하여 증가되었다. ELISA 측정법을 이용하여 LPS 부재시에 10ug/ml의 스파란을 대식세포에 처리하였을 때 TNF-α와 IL-6의 발현은 대조군에 비하여 각각 259배와 420배 증가하였다. 이와 더불어 LPS가 존재할 때 대식세포에 스파란을 처리하면 이러한 사이토카인의 발현은 더욱 증가하였다. 이러한 현상은 스파란으로 덱틴-1을 자극할 때 LPS에 의한 TLR-4의 신호도 함께 전달되어 면역이 촉진된다는 것을 의미한다. 대식세포에 LPS를 처리하지 않고 1 ug/ml과 10 ug/ml의 스파란만 처리하였을 때, 일산화질소(NO)의 분비는 각각 2.5배와 5.4배 증가하였다. 이러한 결과로부터 스파란은 덱틴-1 수용체에 결합하여 작용을 나타낼 뿐만 아니라 염증성 사이토카인의 분비를 촉진하여 선천성면역을 증강시켰음을 알 수 있었다. 염증성 사이토카인의 분비는 TLR-4의 자극을 받아 분비되는 것이었다.
꽃송이버섯(Sparassis crispa)은 20세기 말에서야 인공재배가 되면서 단순히 식용버섯으로서의 한계를 넘어 암을 이기는 신비의 약용버섯으로서의 가치를 인정받고 관심의 대상이 된 식ㆍ약용버섯이다. 약용버섯 β-glucan은 항종양 활성, 면역증강 작용, 혈당치 상승 억제작용, 항산화 활성 효과, 혈액 유동성 개선 효과, 항염증 작용, 알러지 개선 효과, 미백작용, 콜라겐 생성 촉진작용 등의 다양한 약리활성에 대한 연구결과에도 불구하고, 국내에서는 단순히 열수추출과 감압 농축, 중탕 등의 추출기술에 의존하여 저조한 활용률과 제품 효능상의 한계 때문에 이를 개선하고β-glucan 추출 효율과 이용률을 획기적으로 높일 필요성이 있다. 특히 열수 추출시 버섯의 β-glucan은 대부분이 불용성이기 때문에 상황버섯, 영지버섯, 차가버섯 등 비교적 잘 알려진 경질버섯류들은 0.5% 이하만 추출되고, 꽃송이버섯, 잎새버섯 등의 연질버섯도 5% 정도만 추출되는 것으로 밝혀지고 있다. 또한, 버섯유래 β-glucan은 키토산과 마찬가지로 소장(小腸)의 끝부분인 회장(回腸) 내 페이어스패취(Peyer's patch)의 엠세포(M Cell)에서 수용체인 덱틴-1(Dectin-1)에 의해 흡수된다는 메커니즘이 2007년 1월 Nature Immunology에 발표되면서, β-(1→3)-D-glucan을 다량 함유하고 있고, 다양한 고형암에 효과가 탁월한 꽃송이버섯 β-glucan을 경구 섭취하여도 면역력이 증강된다는 것이 밝혀지게 되었다. β-glucan은 고분자 다당체(polysaccharides)이고, 소화기관에서 분해효소가 분비되지 않기 때문에 배설되지 않으면서 페이어스페취에서 흡수되는 추출 가공방법에 대한 연구를 수행하면서 아래의 결과를 얻을 수 있었다. 꽃송이버섯, 상황버섯에서 각각 150nm와 390nm의 수용성 β-(1→3)-D-glucan을 초미립자화하여 추출하여 꽃송이버섯, 상황버섯 β-glucan을 각각 스파란(Sparan), 펠리난(Phelinan)이라 명명하였다. 이들 두 버섯에서 추출된 β-glucan 함량은 각각 70.22%와 65.2%였고, 두 버섯의 glucose 함량을 비교해 본 결과 295.60mole, 77.40mole로 꽃송이버섯 β-glucan의 glucose 함량이 약 4배 많았다. 또한, 동결건조한 β-glucan에 대하여 1H-NMR 분석을 실시하여 β-(1→3)-glucan과 β-(1→6)-glucan의 비율이 99:1, 단백질 함량은 2.05 %임을 확인함으로써 꽃송이버섯 추출 β-glucan이 베타(1,3)글루칸임을 증명하였다. β-glucan은 진균 또는 버섯의 세포막에 존재하는 성분중의 하나이며 병원체관련 분자형태(PAMP)로 작용하여 대식세포 또는 수지상세포에 발현되어 있는 형태인식 수용체(PRR)에 결합한다. 버섯의 β-glucan은 병원체관련 분자형태(PAMP)로 작용하여 형태인식 수용체(PRR)인 덱틴-1(Dectin-1)에 결합하는 것이 많다. 고분자 β-glucan과 장내 정상균총은 소장에서 페이어스페취내(Peyer's patch)로 흡수되어 페이어스페취내의 대식세포를 자극하게 된다. 소장내의 대식세포에서 덱틴-1을 자극할 때 TLR-4(toll like receptor-4)가 관여하는지를 규명하기 위하여 꽃송이버섯의 베타글루칸인 스파란(Sparan)을 대식세포주인 RAW264.7에 가하여 세포를 활성화시켰으며, 소장의 페이어스페취와 같은 환경을 만들기 위하여 대장균의 LPS도 함께 대식세포에 가하였다. LPS의 부재 또는 존재 하에 대식세포에 스파란(Sparan)을 처리하였을 때, TNF-α, IL-6 및 iNOS의 mRNA의 발현이 스파란의 농도에 비례하여 증가되었다. ELISA 측정법을 이용하여 LPS 부재시에 10ug/ml의 스파란을 대식세포에 처리하였을 때 TNF-α와 IL-6의 발현은 대조군에 비하여 각각 259배와 420배 증가하였다. 이와 더불어 LPS가 존재할 때 대식세포에 스파란을 처리하면 이러한 사이토카인의 발현은 더욱 증가하였다. 이러한 현상은 스파란으로 덱틴-1을 자극할 때 LPS에 의한 TLR-4의 신호도 함께 전달되어 면역이 촉진된다는 것을 의미한다. 대식세포에 LPS를 처리하지 않고 1 ug/ml과 10 ug/ml의 스파란만 처리하였을 때, 일산화질소(NO)의 분비는 각각 2.5배와 5.4배 증가하였다. 이러한 결과로부터 스파란은 덱틴-1 수용체에 결합하여 작용을 나타낼 뿐만 아니라 염증성 사이토카인의 분비를 촉진하여 선천성면역을 증강시켰음을 알 수 있었다. 염증성 사이토카인의 분비는 TLR-4의 자극을 받아 분비되는 것이었다.
Sparassis crispa and Phellinus linteus are edible/medicinal mushrooms that have remarkably high contents of β-(1→ 3)-D-glucan, which acts as a biological response modifier, but difficulty in cultivating the fruiting bodies and extraction of β-D-glucan have restricted detailed studies. Therefore, a n...
Sparassis crispa and Phellinus linteus are edible/medicinal mushrooms that have remarkably high contents of β-(1→ 3)-D-glucan, which acts as a biological response modifier, but difficulty in cultivating the fruiting bodies and extraction of β-D-glucan have restricted detailed studies. Therefore, a novel process for nanoparticle extraction of Sparan, the β-D-glucan from Sparassis crispa and Phellin, the β-D-glucan from Phellinus linteus, has been investigated using insoluble tungsten carbide as a model for nanoknife technology. This is the first report showing that the nanoknife method results in high yields of Sparan (70.2%) and Phellin (65.2%) with an average particle size of 150 and 390 nm, respectively. The extracted Sparan with β-(1→3) linkages showed a remarkably high water solubility of 90% even after 10 min incubation at room temperature. Therefore, this nanoknife method could be used to produce β-D-glucan, which might be useful for food, cosmetic, and pharmaceutical industries. β-Glucans act as a pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), which can bind to the pattern recognition receptors (PRRs) on a macrophage or dendritic cell. Many kinds of mushroom β-glucans act as PAMPs and can bind to dectin-1 as one of the PRRs. High-molecular-weight β-glucans or intestinal normal microbiota can be transported through lumen epithelial cells, resulting in the stimulation of a macrophage in Peyer's patch. To study the involvement of TLR4 in the stimulation of dectin-1, the RAW264.7 macrophage cell line was stimulated using the β-glucan of Sparan as well as lipopolysaccharide (LPS) as a TLR4 ligand. The induction of IL-6 and the inducible nitric oxide synthase (iNOS) mRNAs was increased in a Sparan and TNF-α concentration-dependent pattern. The increases of the TNF-α and IL-6 secretions after their treatment with 10 g/mL Sparan were found to be 204- and 420-folds, which are much higher compared to those of the control. The secretion of TNF-α was then measured in a time course after treatment with Sparan and LPS for 6, 12, and 18 hours. The LPS-treated cells continuously secreted TNF-α for 18 hours. The Sparan treatment, however, reached a plateau at 12hours. The co-treatment with Sparan and LPS also reached a plateau at 12 hours and gradually decreased thereafter. The fact that it returns to the normal cytokine level makes Sparan a more attractive immunopotentiator. Moreover, the secretions of such cytokines were further increased by the presence of LPS, indicating the involvement of TLR4 in the signaling by dectin-1 with Sparan. The secretion of nitric oxide (NO) was increased by Sparan. These results show that Sparan stimulated innate immunity by activating the macrophages through the induction of the dectin-1 receptor and the inflammatory cytokines. The secretion of inflammatory cytokines was influenced by TLR4 stimulation.
Sparassis crispa and Phellinus linteus are edible/medicinal mushrooms that have remarkably high contents of β-(1→ 3)-D-glucan, which acts as a biological response modifier, but difficulty in cultivating the fruiting bodies and extraction of β-D-glucan have restricted detailed studies. Therefore, a novel process for nanoparticle extraction of Sparan, the β-D-glucan from Sparassis crispa and Phellin, the β-D-glucan from Phellinus linteus, has been investigated using insoluble tungsten carbide as a model for nanoknife technology. This is the first report showing that the nanoknife method results in high yields of Sparan (70.2%) and Phellin (65.2%) with an average particle size of 150 and 390 nm, respectively. The extracted Sparan with β-(1→3) linkages showed a remarkably high water solubility of 90% even after 10 min incubation at room temperature. Therefore, this nanoknife method could be used to produce β-D-glucan, which might be useful for food, cosmetic, and pharmaceutical industries. β-Glucans act as a pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), which can bind to the pattern recognition receptors (PRRs) on a macrophage or dendritic cell. Many kinds of mushroom β-glucans act as PAMPs and can bind to dectin-1 as one of the PRRs. High-molecular-weight β-glucans or intestinal normal microbiota can be transported through lumen epithelial cells, resulting in the stimulation of a macrophage in Peyer's patch. To study the involvement of TLR4 in the stimulation of dectin-1, the RAW264.7 macrophage cell line was stimulated using the β-glucan of Sparan as well as lipopolysaccharide (LPS) as a TLR4 ligand. The induction of IL-6 and the inducible nitric oxide synthase (iNOS) mRNAs was increased in a Sparan and TNF-α concentration-dependent pattern. The increases of the TNF-α and IL-6 secretions after their treatment with 10 g/mL Sparan were found to be 204- and 420-folds, which are much higher compared to those of the control. The secretion of TNF-α was then measured in a time course after treatment with Sparan and LPS for 6, 12, and 18 hours. The LPS-treated cells continuously secreted TNF-α for 18 hours. The Sparan treatment, however, reached a plateau at 12hours. The co-treatment with Sparan and LPS also reached a plateau at 12 hours and gradually decreased thereafter. The fact that it returns to the normal cytokine level makes Sparan a more attractive immunopotentiator. Moreover, the secretions of such cytokines were further increased by the presence of LPS, indicating the involvement of TLR4 in the signaling by dectin-1 with Sparan. The secretion of nitric oxide (NO) was increased by Sparan. These results show that Sparan stimulated innate immunity by activating the macrophages through the induction of the dectin-1 receptor and the inflammatory cytokines. The secretion of inflammatory cytokines was influenced by TLR4 stimulation.
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