본 연구에서는 현재 국내에서 일부 재배되고 있는 구아바를 이용하여 기능성 식품 소재 및 염증성 관련 질환의 보조치료제로서의 활용 가능성을 확인하고자 하였다. 이에 part 1에서는 in vitro에서의 실험결과, 즉, 마우스 대식세포에서 lipopolysaccharide (LPS)로 유도된 염증 매개물질인 prostaglandin E2 (PGE2) 및 ...
본 연구에서는 현재 국내에서 일부 재배되고 있는 구아바를 이용하여 기능성 식품 소재 및 염증성 관련 질환의 보조치료제로서의 활용 가능성을 확인하고자 하였다. 이에 part 1에서는 in vitro에서의 실험결과, 즉, 마우스 대식세포에서 lipopolysaccharide (LPS)로 유도된 염증 매개물질인 prostaglandin E2 (PGE2) 및 nitric oxide (NO) 생성량을 바탕으로 구아바잎의 항염증 활성 증진을 위한 최적 추출 조건을 확립하고자 하였으며, part 2에서는 최적 추출 조건에서 얻어진 구아바잎의 항염증 효과 평가 및 메커니즘을 규명함과 아울러 염증성 동물모델에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Part 1에서는 중심합성계획에 따라 추출조건을 설계하고 반응표면분석에 의해 각 반응변수, 즉, RAW 264.7 cell에서 LPS로 유도된 PGE2 및 NO 생성량, 추출 수율, 총페놀함량의 특성을 모니터링하여 구아바잎의 최적 추출 조건을 설정하고자 하였다. 분산분석 결과, 4가지 반응변수에 대한 반응표면회귀식은 모두 유의성이 인정되고 높은 설명력을 보였으나, 추출 수율과 항염증 활성 그리고 총페놀함량과 항염증 활성 간의 상관분석 결과, 유의확률 5% 수준에서 통계적으로 유의하지 않거나 또는 낮은 수준의 상관관계(r=0.468)를 보임에 따라 추출 수율과 총페놀함량은 추출 조건 최적화를 위한 반응변수로 이용되어질 수 없었다. LPS로 유도된 PGE2 및 NO 생성량에 대한 정준분석 결과, PGE2 생성량을 최소화 할 수 있는 최적점은 추출온도 48°C, 에탄올 농도 55% 및 추출시간 4.8 h 이었으며, NO 생성량을 최소화 할 수 있는 최적점은 추출온도 36°C, 에탄올 농도 49% 및 추출시간 2.1 h 으로 나타났다. 이상의 결과를 이용하여 LPS로 유도된 PGE2 생성량 및 NO 생성량의 특성을 모두 만족시켜주는 최적 추출 조건을 얻고자 각 반응표면을 superimposing한 결과, 추출온도 38–56°C, 에탄올 농도 42–68% 및 추출시간 3.2–6.6 h의 범위로 예측되었다. 예측된 범위 내 임의의 조건에서 반응표면회귀식에 의한 예측값과 실제 실험에서 얻은 실험값을 비교한 결과, 예측값과 실험값이 유사하게 나타남에 따라 예측된 결과의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 이러한 연구 접근법은 다양한 천연물질에서 새로운 항염증 소재를 개발하는데 논리적 시작점을 형성할 수 있을 것으로 기대한다. Part 2에서는 앞선 연구결과에서 얻어진 구아바잎 최적추출물의 항염증 활성을 평가하기 위해 마우스 대식세포인 RAW 264.7 cell에 농도 별로(5, 10, 30 및 50 μg/mL) 전 처리한 후 LPS로 유도된 NO 및 PGE2 생성량과 inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase-2 (COX-2)의 발현 정도 등을 확인 하였으며, 또한 염증반응의 주요 신호전달 분자인 mitogen-activated protein kinases (MAPKs)의 인산화 및 nuclear factor kappa B (NF-κB)의 활성화에 미치는 영향을 알아 보았다. 더불어 Freund's complete adjuvant (FCA), LPS 및 carrageenan으로 유발된 염증성 동물 모델에 미치는 영향을 평가함으로써 기능소재로서의 활용 가능성을 알아보고자 하였다. 구아바잎 추출물은 5-50 μg/mL 농도에서 세포 독성에 큰 영향을 미치지 않았다. LPS로 유도된 iNOS를 mRNA와 단백질 수준에서 농도 의존적으로 억제하였고 NO 생성 또한 일치한 결과를 보였으며, PGE2의 합성 과정 및 PGE2의 생성에 있었어도 농도별 유의적 억제효과를 나타내었다. 구아바잎 추출물이 LPS로 유도된 c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38의 활성 및 IκB-α 분해를 억제하지 못함에 따라 항염증 효과가 NF-κB 경로를 통하지 않고 MAPKs 신호경로 중 extracellular signal-regulated kinase (ERK)1/2의 활성을 억제함으로써 나타나는 것으로 판단되었다. FCA에 의해 유발된 rats에서 구아바잎 추출물이 열적 통각과민(thermal hyperalgesia)에 미치는 영향을 관찰하였다. 염증을 유발한 FCA군에 비해 구아바잎 추출물 처리군이 열 자극에 대한 회피반응을 농도 의존적으로 증가시키는 것을 확인할 수 있었으며, 패혈증 실험동물 모델에서도 구아바잎 추출물 투여에 의한 처리군이 LPS만 투여한 대조군에 비해 생존율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 구아바잎 추출물은 LPS만 투여한 군에 비해 염증성 cytokine인 tumor necrosis factor-α (TNF-α) 및 interleukin-6 (IL-6)의 혈청 농도를 유의적으로 감소시켰다. Carrageenan으로 유도한 족 부종 동물모델에서 구아바잎 추출물의 염증억제 효능을 확인한 결과, carrageenan을 단독 처리한 군에 비해 구아바잎 추출물을 처리한 후 carrageenan을 처리한 rats의 족 부종을 억제함으로서 항염증 효능을 확인할 수 있었다. 이러한 연구결과는 구아바잎이 기능성 식품 소재 및 염증성 관련 질환의 보조치료제로서의 응용 가능성과 기초적인 생리 활성을 객관적으로 입증한 것으로 판단되어진다.
본 연구에서는 현재 국내에서 일부 재배되고 있는 구아바를 이용하여 기능성 식품 소재 및 염증성 관련 질환의 보조치료제로서의 활용 가능성을 확인하고자 하였다. 이에 part 1에서는 in vitro에서의 실험결과, 즉, 마우스 대식세포에서 lipopolysaccharide (LPS)로 유도된 염증 매개물질인 prostaglandin E2 (PGE2) 및 nitric oxide (NO) 생성량을 바탕으로 구아바잎의 항염증 활성 증진을 위한 최적 추출 조건을 확립하고자 하였으며, part 2에서는 최적 추출 조건에서 얻어진 구아바잎의 항염증 효과 평가 및 메커니즘을 규명함과 아울러 염증성 동물모델에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Part 1에서는 중심합성계획에 따라 추출조건을 설계하고 반응표면분석에 의해 각 반응변수, 즉, RAW 264.7 cell에서 LPS로 유도된 PGE2 및 NO 생성량, 추출 수율, 총페놀함량의 특성을 모니터링하여 구아바잎의 최적 추출 조건을 설정하고자 하였다. 분산분석 결과, 4가지 반응변수에 대한 반응표면회귀식은 모두 유의성이 인정되고 높은 설명력을 보였으나, 추출 수율과 항염증 활성 그리고 총페놀함량과 항염증 활성 간의 상관분석 결과, 유의확률 5% 수준에서 통계적으로 유의하지 않거나 또는 낮은 수준의 상관관계(r=0.468)를 보임에 따라 추출 수율과 총페놀함량은 추출 조건 최적화를 위한 반응변수로 이용되어질 수 없었다. LPS로 유도된 PGE2 및 NO 생성량에 대한 정준분석 결과, PGE2 생성량을 최소화 할 수 있는 최적점은 추출온도 48°C, 에탄올 농도 55% 및 추출시간 4.8 h 이었으며, NO 생성량을 최소화 할 수 있는 최적점은 추출온도 36°C, 에탄올 농도 49% 및 추출시간 2.1 h 으로 나타났다. 이상의 결과를 이용하여 LPS로 유도된 PGE2 생성량 및 NO 생성량의 특성을 모두 만족시켜주는 최적 추출 조건을 얻고자 각 반응표면을 superimposing한 결과, 추출온도 38–56°C, 에탄올 농도 42–68% 및 추출시간 3.2–6.6 h의 범위로 예측되었다. 예측된 범위 내 임의의 조건에서 반응표면회귀식에 의한 예측값과 실제 실험에서 얻은 실험값을 비교한 결과, 예측값과 실험값이 유사하게 나타남에 따라 예측된 결과의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 이러한 연구 접근법은 다양한 천연물질에서 새로운 항염증 소재를 개발하는데 논리적 시작점을 형성할 수 있을 것으로 기대한다. Part 2에서는 앞선 연구결과에서 얻어진 구아바잎 최적추출물의 항염증 활성을 평가하기 위해 마우스 대식세포인 RAW 264.7 cell에 농도 별로(5, 10, 30 및 50 μg/mL) 전 처리한 후 LPS로 유도된 NO 및 PGE2 생성량과 inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase-2 (COX-2)의 발현 정도 등을 확인 하였으며, 또한 염증반응의 주요 신호전달 분자인 mitogen-activated protein kinases (MAPKs)의 인산화 및 nuclear factor kappa B (NF-κB)의 활성화에 미치는 영향을 알아 보았다. 더불어 Freund's complete adjuvant (FCA), LPS 및 carrageenan으로 유발된 염증성 동물 모델에 미치는 영향을 평가함으로써 기능소재로서의 활용 가능성을 알아보고자 하였다. 구아바잎 추출물은 5-50 μg/mL 농도에서 세포 독성에 큰 영향을 미치지 않았다. LPS로 유도된 iNOS를 mRNA와 단백질 수준에서 농도 의존적으로 억제하였고 NO 생성 또한 일치한 결과를 보였으며, PGE2의 합성 과정 및 PGE2의 생성에 있었어도 농도별 유의적 억제효과를 나타내었다. 구아바잎 추출물이 LPS로 유도된 c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38의 활성 및 IκB-α 분해를 억제하지 못함에 따라 항염증 효과가 NF-κB 경로를 통하지 않고 MAPKs 신호경로 중 extracellular signal-regulated kinase (ERK)1/2의 활성을 억제함으로써 나타나는 것으로 판단되었다. FCA에 의해 유발된 rats에서 구아바잎 추출물이 열적 통각과민(thermal hyperalgesia)에 미치는 영향을 관찰하였다. 염증을 유발한 FCA군에 비해 구아바잎 추출물 처리군이 열 자극에 대한 회피반응을 농도 의존적으로 증가시키는 것을 확인할 수 있었으며, 패혈증 실험동물 모델에서도 구아바잎 추출물 투여에 의한 처리군이 LPS만 투여한 대조군에 비해 생존율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 구아바잎 추출물은 LPS만 투여한 군에 비해 염증성 cytokine인 tumor necrosis factor-α (TNF-α) 및 interleukin-6 (IL-6)의 혈청 농도를 유의적으로 감소시켰다. Carrageenan으로 유도한 족 부종 동물모델에서 구아바잎 추출물의 염증억제 효능을 확인한 결과, carrageenan을 단독 처리한 군에 비해 구아바잎 추출물을 처리한 후 carrageenan을 처리한 rats의 족 부종을 억제함으로서 항염증 효능을 확인할 수 있었다. 이러한 연구결과는 구아바잎이 기능성 식품 소재 및 염증성 관련 질환의 보조치료제로서의 응용 가능성과 기초적인 생리 활성을 객관적으로 입증한 것으로 판단되어진다.
This study was designed to establish the optimum extraction conditions for the guava (Psidium guajava L.) leaf's anti-inflammatory substance to confirm its possible application as a functional food material and adjuvant for inflammation-related diseases using partially grown domestic guava and to co...
This study was designed to establish the optimum extraction conditions for the guava (Psidium guajava L.) leaf's anti-inflammatory substance to confirm its possible application as a functional food material and adjuvant for inflammation-related diseases using partially grown domestic guava and to confirm the guava leaf extraction's effect on inflammatory cytokine production. Furthermore, to investigate the anti-inflammatory mechanism of guava leaf extract, we aimed to identify its effects on inflammatory animal models induced by Freund's complete adjuvant (FCA), lipopolysaccharide (LPS), and carrageenan. The first objective was to improve the anti-inflammatory activity of the guava leaf extract through optimization of the extraction conditions by using response surface methodology. Central composite design was used to evaluate the effect of 3 independent variables—extraction temperature (X1), ethanol concentration (X2), and extraction time (X3)—on the response variables, i.e., LPS-induced prostaglandin E2 (PGE2) and nitric oxide (NO) production in RAW 264.7 cells. Analysis of variance showed that the predicted quadratic models were significant and suitable for the responses. From the superimposed 4-dimensional response surface plots, the optimum conditions, which minimized PGE2 and NO production simultaneously, were: X1 = 38–56°C, X2 = 42–68%, and X3 = 3.2−6.6 h. When the extraction was performed at selected points within these optimal ranges, the experimental values were in close agreement with the predicted values. These results, when applied to industrial extraction processes, may help to improve the anti-inflammatory effect of guava leaf extracts. The second aim was to investigate the anti-inflammatory activity of the optimal guava leaf extract in vitro and in vivo. Our results demonstrated that guava leaf extract significantly inhibited LPS-induced production of NO and PGE2 in a dose-dependent manner. Guava leaf extract suppressed the expression and activity of both inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 in part through the downregulation of extracellular signal-regulated kinase1/2 activation in RAW 264.7 macrophages. In addition, the guava leaf extract had a protective effect on FCA-induced inflammatory hyperalgesia in rats and inhibited the LPS-mediated cytokine release and decreased the mortality rate in LPS-challenged mice. The injection of carrageenan into rat right hind paw caused marked increase in paw volume, while the guava leaf extract significantly inhibited carrageenan-induced paw edema in rat. In summary, guava leaf extract has the significant anti-inflammatory effect in vitro and in vivo. Therefore, the extract may have the potential to prevent inflammatory diseases.
This study was designed to establish the optimum extraction conditions for the guava (Psidium guajava L.) leaf's anti-inflammatory substance to confirm its possible application as a functional food material and adjuvant for inflammation-related diseases using partially grown domestic guava and to confirm the guava leaf extraction's effect on inflammatory cytokine production. Furthermore, to investigate the anti-inflammatory mechanism of guava leaf extract, we aimed to identify its effects on inflammatory animal models induced by Freund's complete adjuvant (FCA), lipopolysaccharide (LPS), and carrageenan. The first objective was to improve the anti-inflammatory activity of the guava leaf extract through optimization of the extraction conditions by using response surface methodology. Central composite design was used to evaluate the effect of 3 independent variables—extraction temperature (X1), ethanol concentration (X2), and extraction time (X3)—on the response variables, i.e., LPS-induced prostaglandin E2 (PGE2) and nitric oxide (NO) production in RAW 264.7 cells. Analysis of variance showed that the predicted quadratic models were significant and suitable for the responses. From the superimposed 4-dimensional response surface plots, the optimum conditions, which minimized PGE2 and NO production simultaneously, were: X1 = 38–56°C, X2 = 42–68%, and X3 = 3.2−6.6 h. When the extraction was performed at selected points within these optimal ranges, the experimental values were in close agreement with the predicted values. These results, when applied to industrial extraction processes, may help to improve the anti-inflammatory effect of guava leaf extracts. The second aim was to investigate the anti-inflammatory activity of the optimal guava leaf extract in vitro and in vivo. Our results demonstrated that guava leaf extract significantly inhibited LPS-induced production of NO and PGE2 in a dose-dependent manner. Guava leaf extract suppressed the expression and activity of both inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 in part through the downregulation of extracellular signal-regulated kinase1/2 activation in RAW 264.7 macrophages. In addition, the guava leaf extract had a protective effect on FCA-induced inflammatory hyperalgesia in rats and inhibited the LPS-mediated cytokine release and decreased the mortality rate in LPS-challenged mice. The injection of carrageenan into rat right hind paw caused marked increase in paw volume, while the guava leaf extract significantly inhibited carrageenan-induced paw edema in rat. In summary, guava leaf extract has the significant anti-inflammatory effect in vitro and in vivo. Therefore, the extract may have the potential to prevent inflammatory diseases.
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