[학위논문]퇴행성관절염에 대한 독활, 승마 복합처방의 대사조절을 통한 연골보호 효과 Effect of Aralia cordata Thunb and Cimicifuga heracleifolia on cartilage protection by regulation of metabolism in human osteoarthritic chondrocytes원문보기
퇴행성 관절염은 염증성 사이토카인인 IL-1β에 의해 연골관절이 파괴되고 이로 인해 염증성 사이토카인이 더욱 증가하는 질환이다. 연골의 대사 작용은 catabolic cytokines와 anabolic factors(성장인자; ...
퇴행성 관절염은 염증성 사이토카인인 IL-1β에 의해 연골관절이 파괴되고 이로 인해 염증성 사이토카인이 더욱 증가하는 질환이다. 연골의 대사 작용은 catabolic cytokines와 anabolic factors(성장인자; TGF-β, IGF, BMP 등)의 균형으로 조절되는데, 이러한 염증성 사이토카인의 발현은 연골 파괴를 더욱 가속화 시켜서 catabolic cytokines인 aggrecanases나 MMP 등을 더욱 증가시키게 된다. 따라서 퇴행성 관절염을 치료하기 위해서는 이런 catabolic cytokines의 활성을 줄이고, anabolic factor의 활성을 증가시킴으로써 연골 보호 작용을 가져야 한다. 본 연구에서는 독활, 승마 처방(OAH19T)이 catabolic/anabolic 대사 조절에 어떤 영향을 미치는지와 그 신호 전달 기전에 대해 연구하였다. 또한 OAH19T를 구성하는 단미재 및 임상에서 사용되는 COX-2 inhibitor인 Celebrex (CEL)와 효능을 비교 실험하였다. 1. 배양된 세포에IL-1β로 자극한 후 연골 구성 성분 glycosaminoglycan(GAG)의 분해 억제 정도를 측정한 결과, 독활, 승마 각각의 단미재 보다 실험 약물(OAH19T)이 저농도에서 GAG 분해 억제 효과가 우수하였고, 부탄올로 분획한 OAH19B와는 동등한 효과를 보였고, 임상에서 사용 중인 CEL 및 천연물 신약인 조인스보다는 우수한 것으로 나타났다. 2. OAH19T와 CEL에 대하여 MMP-1과 MMP-3의 유전자 발현 및 활성 억제를 측정한 결과, OAH19T는 IL-1β에 의하여 활성화된 MMP-1과 MMP-3의 발현을 모두 억제하였으나, CEL 은 MMP-1의 발현은 억제하였으나 MMP-3의 발현은 억제하지 못하였다. 3. OAH19T와 CEL에 대하여 Aggrecan 및 Aggrecanases (Aggrecanase-1, Aggrecanase-2)의 유전자 발현 및 활성 억제를 측정한 결과, OAH19T는 IL-1β에 의하여 손상된 Aggrecan을 회복시켰으며 이는 활성화된 Aggrecanase-1과 Aggrecanase-2를 억제시킴으로써 나타난 결과이다. 그러나 CEL의 경우, 손상된 Aggrecan을 회복시키지 못하였다. 4. 그 다음으로 OAH19T의 growth factor의 조절 능력에 대해서 실험하였다. IL-1β에 의하여 TGF-βII및 TGF-βreceptor II 의 발현이 억제되었고, OAH19T는 TGF-βII및 TGF-βreceptor II 의 발현을 회복시켜 OAH19T가 anabolic한 조절능력이 있음을 시사한다. 그러나 CEL의 경우, growth factor에 대한 조절 능력이 없었다. 5. OAH19T의 대사 조절 작용에 대한 기전으로서 MAPK pathway에 대해서 연구한 결과, IL-1β에 의하여 유도된 pERK, pp38 kinase의 활성은 억제하였고, pJNK의 활성은 변하지 않았다. 또한 OAH19T는 연골 세포에 독성이 없었으며 IL-1β에 의해 유도된 세포 증식만을 억제시켰다. 이 결과로, OAH19T가 OA chondrocyte의 탈분화 및 세포 고사를 억제하여 연골 보호 및 회복 효과가 있음을 알 수 있었다. OAH19T는 이를 구성하는 단미재 및 CEL보다 연골 보호 효과가 월등하였고, 이러한 연골 보호 효과는 catabolic cytokines/growth factors의 균형으로 대사조절을 통해 연골세포의 탈분화 및 세포 고사를 억제하여 연골 보호 및 회복 효과가 있음을 알 수 있었다. 본 연구 결과로 OAH19T는 앞으로 임상에서의 골관절염 치료제로서 사용이 가능할 것으로 예상된다.
검색어 (Key words) 독활, 승마, 골관절염, 관절 보호
퇴행성 관절염은 염증성 사이토카인인 IL-1β에 의해 연골관절이 파괴되고 이로 인해 염증성 사이토카인이 더욱 증가하는 질환이다. 연골의 대사 작용은 catabolic cytokines와 anabolic factors(성장인자; TGF-β, IGF, BMP 등)의 균형으로 조절되는데, 이러한 염증성 사이토카인의 발현은 연골 파괴를 더욱 가속화 시켜서 catabolic cytokines인 aggrecanases나 MMP 등을 더욱 증가시키게 된다. 따라서 퇴행성 관절염을 치료하기 위해서는 이런 catabolic cytokines의 활성을 줄이고, anabolic factor의 활성을 증가시킴으로써 연골 보호 작용을 가져야 한다. 본 연구에서는 독활, 승마 처방(OAH19T)이 catabolic/anabolic 대사 조절에 어떤 영향을 미치는지와 그 신호 전달 기전에 대해 연구하였다. 또한 OAH19T를 구성하는 단미재 및 임상에서 사용되는 COX-2 inhibitor인 Celebrex (CEL)와 효능을 비교 실험하였다. 1. 배양된 세포에IL-1β로 자극한 후 연골 구성 성분 glycosaminoglycan(GAG)의 분해 억제 정도를 측정한 결과, 독활, 승마 각각의 단미재 보다 실험 약물(OAH19T)이 저농도에서 GAG 분해 억제 효과가 우수하였고, 부탄올로 분획한 OAH19B와는 동등한 효과를 보였고, 임상에서 사용 중인 CEL 및 천연물 신약인 조인스보다는 우수한 것으로 나타났다. 2. OAH19T와 CEL에 대하여 MMP-1과 MMP-3의 유전자 발현 및 활성 억제를 측정한 결과, OAH19T는 IL-1β에 의하여 활성화된 MMP-1과 MMP-3의 발현을 모두 억제하였으나, CEL 은 MMP-1의 발현은 억제하였으나 MMP-3의 발현은 억제하지 못하였다. 3. OAH19T와 CEL에 대하여 Aggrecan 및 Aggrecanases (Aggrecanase-1, Aggrecanase-2)의 유전자 발현 및 활성 억제를 측정한 결과, OAH19T는 IL-1β에 의하여 손상된 Aggrecan을 회복시켰으며 이는 활성화된 Aggrecanase-1과 Aggrecanase-2를 억제시킴으로써 나타난 결과이다. 그러나 CEL의 경우, 손상된 Aggrecan을 회복시키지 못하였다. 4. 그 다음으로 OAH19T의 growth factor의 조절 능력에 대해서 실험하였다. IL-1β에 의하여 TGF-βII및 TGF-βreceptor II 의 발현이 억제되었고, OAH19T는 TGF-βII및 TGF-βreceptor II 의 발현을 회복시켜 OAH19T가 anabolic한 조절능력이 있음을 시사한다. 그러나 CEL의 경우, growth factor에 대한 조절 능력이 없었다. 5. OAH19T의 대사 조절 작용에 대한 기전으로서 MAPK pathway에 대해서 연구한 결과, IL-1β에 의하여 유도된 pERK, pp38 kinase의 활성은 억제하였고, pJNK의 활성은 변하지 않았다. 또한 OAH19T는 연골 세포에 독성이 없었으며 IL-1β에 의해 유도된 세포 증식만을 억제시켰다. 이 결과로, OAH19T가 OA chondrocyte의 탈분화 및 세포 고사를 억제하여 연골 보호 및 회복 효과가 있음을 알 수 있었다. OAH19T는 이를 구성하는 단미재 및 CEL보다 연골 보호 효과가 월등하였고, 이러한 연골 보호 효과는 catabolic cytokines/growth factors의 균형으로 대사조절을 통해 연골세포의 탈분화 및 세포 고사를 억제하여 연골 보호 및 회복 효과가 있음을 알 수 있었다. 본 연구 결과로 OAH19T는 앞으로 임상에서의 골관절염 치료제로서 사용이 가능할 것으로 예상된다.
Osteoarthritis(OA) is a disease involving destruction of joint cartilage by the inflammatory cytokine IL-1β, which in turn leads to the release of more inflammatory cytokines. Metabolism of cartilage is controlled by a balance between catabolic cytokines and anabolic factors(growth factors, TGF-β, I...
Osteoarthritis(OA) is a disease involving destruction of joint cartilage by the inflammatory cytokine IL-1β, which in turn leads to the release of more inflammatory cytokines. Metabolism of cartilage is controlled by a balance between catabolic cytokines and anabolic factors(growth factors, TGF-β, IGF, BMP, etc.), and release of inflammatory cytokines speed up the degeneration process, leading to the release of more catabolic cytokines including aggrecanases and MMPs. Activities of such catabolic cytokines should be suppressed, and anabolic factor activities should be promoted to have chondroprotective effects and treat degenerative OA. The present study investigated the effects of OAH19T(a prescription consisting of Aralia cordata Thunb and Cimicifuga heracleifolia) on catabolic/anabolic metabolism and the mechanism through which it functions. Effects of single herbal components and a clinically used COX-2 inhibitor, Celebrex(CEL), was also investigated for comparison. Suppression of glycosaminoglycan(GAG) degradation was measured in cultured osteoarthritic chondrocytes after IL-β stimulation. In low doses, OAH19T showed significantly superior suppression compared to Aralia cordata Thunb, Cimicifuga heracleifolia, CEL or Joins, and similar suppression compared to butanol-fractionated OAH19B. OAH19T suppressed IL-1β activation of both MMP-1 and 3, while CEL suppressed only MMP-1. OAH19T induced IL-1β mediated aggrecan damage recovery through suppression of aggrecanase-1 and 2. CEL did not cause aggrecan recovery. And the effect of OAH19T on growth factor was assessed. IL-1β suppressed TGF-βII and TGF-β receptor II expression, and OAH19T reversed this suppressive effect, showing that it has anabolic modulating effects. CEL did not show such effects on growth factor. The MAPK pathway was supposed to be the mechanism behind metabolism controlling effects of OAH19T. OAH19T suppressed IL-1β mediated pERK and pp38 kinase activation, while not suppressing pJNK activation. OAH19T did not have cytotoxicity on chodrocytes and only suppressed IL-1β induced cell proliferation. These results show that OAH19T produces its chondroprotective and cartilage healing effects by suppressing OA chondrocyte dedifferentiation and apoptosis. OAH19T has superior chondroprotective effects compared to Aralia cordata Thunb, Cimicifuga heracleifolia, CEL or Joins, and these protective effects are produced by suppressing chondrocyte dedifferentiation and apoptosis through metabolism mediation via balancing catabolic cytokines/growth factors. OAH19T may be effective as a treatment modality in osteoarthritis.
Osteoarthritis(OA) is a disease involving destruction of joint cartilage by the inflammatory cytokine IL-1β, which in turn leads to the release of more inflammatory cytokines. Metabolism of cartilage is controlled by a balance between catabolic cytokines and anabolic factors(growth factors, TGF-β, IGF, BMP, etc.), and release of inflammatory cytokines speed up the degeneration process, leading to the release of more catabolic cytokines including aggrecanases and MMPs. Activities of such catabolic cytokines should be suppressed, and anabolic factor activities should be promoted to have chondroprotective effects and treat degenerative OA. The present study investigated the effects of OAH19T(a prescription consisting of Aralia cordata Thunb and Cimicifuga heracleifolia) on catabolic/anabolic metabolism and the mechanism through which it functions. Effects of single herbal components and a clinically used COX-2 inhibitor, Celebrex(CEL), was also investigated for comparison. Suppression of glycosaminoglycan(GAG) degradation was measured in cultured osteoarthritic chondrocytes after IL-β stimulation. In low doses, OAH19T showed significantly superior suppression compared to Aralia cordata Thunb, Cimicifuga heracleifolia, CEL or Joins, and similar suppression compared to butanol-fractionated OAH19B. OAH19T suppressed IL-1β activation of both MMP-1 and 3, while CEL suppressed only MMP-1. OAH19T induced IL-1β mediated aggrecan damage recovery through suppression of aggrecanase-1 and 2. CEL did not cause aggrecan recovery. And the effect of OAH19T on growth factor was assessed. IL-1β suppressed TGF-βII and TGF-β receptor II expression, and OAH19T reversed this suppressive effect, showing that it has anabolic modulating effects. CEL did not show such effects on growth factor. The MAPK pathway was supposed to be the mechanism behind metabolism controlling effects of OAH19T. OAH19T suppressed IL-1β mediated pERK and pp38 kinase activation, while not suppressing pJNK activation. OAH19T did not have cytotoxicity on chodrocytes and only suppressed IL-1β induced cell proliferation. These results show that OAH19T produces its chondroprotective and cartilage healing effects by suppressing OA chondrocyte dedifferentiation and apoptosis. OAH19T has superior chondroprotective effects compared to Aralia cordata Thunb, Cimicifuga heracleifolia, CEL or Joins, and these protective effects are produced by suppressing chondrocyte dedifferentiation and apoptosis through metabolism mediation via balancing catabolic cytokines/growth factors. OAH19T may be effective as a treatment modality in osteoarthritis.
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