초록 해조 폴리페놀인 phlorotannin은 phloroglucinol을 기본 단위로 하는 중합체이며, 갈산(gallic acid) 혹은 플라본(flavone)을 기본으로 하는 육상 폴리페놀과는 구조적으로 다르다. Phlorotannin은 구조적으로 극단적인 다양성을 가지고 있지만 그들의 구조는 유사한 경향을 보이고 있다. 지금까지 다양한 ...
초록 해조 폴리페놀인 phlorotannin은 phloroglucinol을 기본 단위로 하는 중합체이며, 갈산(gallic acid) 혹은 플라본(flavone)을 기본으로 하는 육상 폴리페놀과는 구조적으로 다르다. Phlorotannin은 구조적으로 극단적인 다양성을 가지고 있지만 그들의 구조는 유사한 경향을 보이고 있다. 지금까지 다양한 갈조류에서 약 150 가지의 phlorotannin 성분들이 동정되었다. Dieckol은 phlorotannin 성분들 중 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 갈조류 추출물의 지표성분으로 이용되고 있다. 지난 20여년 동안 phlorotannin 성분들에 대한 생리활성 연구가 널리 이루어졌으며, 항산화, 항염증, 항알러지, 신경보호 및 기억력 증진 활성 등이 보고되었다. 최근 연구에서 감태에탄올 추출물 및 그 에틸아세테이트 획분이 수면효과를 나타내는 것으로 보고되었다. 이는 갈조류의 phlorotannin 화합물들이 수면효과를 가지는 활성성분으로써 작용할 수 있다는 가능성을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 phlorotannin의 수면증진 효과 및 그 작용기작을 증명하였다. Phlorotannin은 구조적인 다양성 때문에 개별 성분 모두 수면증진 효과를 평가하기가 어렵고, 또한 그 함량이 매우 낮기 때문에 산업화가 불가능하다. 따라서, 대량생산이 가능한 high-purity phlorotannin preparation (PRT)의 수면증진 효과를 규명하였으며, 더불어 그 지표성분인 dieckol의 수면증진 효과와 작용기작을 연구하였다. 갈조류 중 phlorotannin를 가장 많이 함유하고 있는 감태(Ecklonia cava)를 에탄올로 추출한 다음 합성흡착제로 정제하여 PRT를 제조하였다. 수면증진 효과를 위한 동물실험에 앞서 부작용 및 안전성 평가를 위해 독성시험을 수행하였다. 이후 PRT의 단회 및 장기 경구투여에 따른 수면증진 효과는 뇌파(EEG) 및 근전도도(EMG)를 측정 후 분석하여 평가하였다. PRT의 작용기작을 증명하기 위하여 gamma-aminobutyric acid type A-benzodiazepine (GABAA-BZD) 수용체의 길항제인 flumazenil을 이용하였고 아울러 dieckol의 수면증진효과 및 GABAergic 작용기작도 함께 조사하였다. 감태의 에탄올 추출조건은 반응표면분석법(RSM)을 이용하여 최적화 하였다. 총 phlorotannin 함량(TPhC, Y1)을 최대로 하는 최적 조건은 에탄올 농도(X1): 95%, 추출 온도(X2): 80℃, 추출 시간(X3): 22.4 h이었으며, phlorotannin의 수율(Y2)을 최대로 하는 최적 추출 조건은 에탄올 농도(X1): 88.3%, 추출 온도(X2): 80℃, 추출 시간(X3): 24 h으로 설정되었다. 최적 조건에서 생산된 phlorotannin의 Y1과 Y2 값은 각각 565.7±12 mg phloroglucinol equivalents (PGE)/g 및 7.5±0.4% 였다. Static 흡착 실험에서 합성흡착제 HP-20의 흡착능은 온도(25-45℃)가 증가할수록 향상되었으며, phlorotannin의 흡착등온식은 Freundlich model (R2 = 0.9471 at 45℃) 보다 Langmuir model (R2 = 0.9947 at 45℃)에 더욱 적합하게 나타났다. Dynamic 실험을 통한 최적조건은 TPhC in loading solution: 1.5 mg PGE/mL, processing volume: 4 BV, flow rate: 1 mL/min, 온도: 45°C, 탈착 용매: 40% 에탄올로 나타났다. 정제 전 crude phlorotannin extracts의 TPhC (452 mg PGE/g)와 비소 함량(180 μg/g)이 정제 후 각각 905 mg PGE/g 및 48 μg/g으로 나타나 TPhC는 증가하였고 비소함량은 감소하였으며 phlorotannin의 회수율은 92%였다. PRT의 안전성을 평가하기 위해 마우스와 랫트를 이용하여 단회 및 아만성(4주) 경구투여 독성시험을 수행하였다. PRT를 1,500 및 3,000 mg/kg 농도로 단회 경구투여 후 14일 동안 관찰한 결과 아무런 이상징후가 나타나지 않았으며, 500 및 1,000 mg/kg 농도로 4주간 매일 1회 경구로 투여하였을 경우에도 동물의 행동, 식이섭취량, 체중 및 장기 무게, 혈액학적이나 혈청학적 변수의 유의적인 변화가 나타나지 않아 독성이 없는 것으로 판단하였다. PRT를 단회 경구투여 하였을 경우 250 및 500 mg/kg 농도에서 유의적으로 입면시간이 감소하였고 non-rapid eye movement sleep (NREMS)이 증가하였다. 또한 rapid eye movement sleep (REMS)과 delta activity의 유의적인 변화는 나타나지 않았다. 시간대별 NREMS, REMS 및 wakefulness (Wake)의 변화를 살펴보면 PRT의 수면증진효과는 초반 2시간 동안 나타났다. 이러한 PRT (500 mg/kg)의 수면증진효과는 flumazenil(1 mg/kg)의 전처리에 의해 완전히 차단되어 PRT가 GABAergic 작용기작을 가진다는 것을 증명하였다. 한편, 2 mg/kg 농도에서 diazepam (DZP)의 수면증진효과는 3주간의 장기 경구투여 기간 동안 점점 억제되어 나타났다. 하지만 PRT (500 mg/kg)의 경우 첫째 날에 나타난 입면시간의 감소 및 NREMS의 증가가 전체 경구투여 기간 동안 지속되었다. Dieckol은 100 및 150 mg/kg 농도에서 유의적으로 입면시간을 감소시켰고 NREMS을 증가시켰으며 REMS 및 delta activity의 변화는 나타나지 않았다. 게다가 PRT와 마찬가지로 초반 2시간 동안 NREMS을 증가시켰으며 flumazenil에 의해 수면증진효과가 억제되어 나타났다. 결론적으로, 본 연구에서는 PRT와 그 지표성분인 dieckol이 GABAA-BZD 수용체에 positive allosteric modulation을 통하여 수면을 증진시킨다는 것을 명확히 밝혀 해양 폴리페놀의 수면증진효과를 처음으로 증명하였다. 따라서, 본 연구의 결과는 phlorotannin 성분이 수면제나 육상 폴리페놀과 구조적으로 다르기 때문에 새로운 구조를 가지는 독창적인 수면진정제의 개발을 위한 중요한 단서를 제공한다. 게다가 PRT의 제조공정은 생리활성물질로서의 phlorotannin을 식품과 제약산업에서 산업적으로 널리 사용되는데 응용될 수 있다.
초록 해조 폴리페놀인 phlorotannin은 phloroglucinol을 기본 단위로 하는 중합체이며, 갈산(gallic acid) 혹은 플라본(flavone)을 기본으로 하는 육상 폴리페놀과는 구조적으로 다르다. Phlorotannin은 구조적으로 극단적인 다양성을 가지고 있지만 그들의 구조는 유사한 경향을 보이고 있다. 지금까지 다양한 갈조류에서 약 150 가지의 phlorotannin 성분들이 동정되었다. Dieckol은 phlorotannin 성분들 중 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 갈조류 추출물의 지표성분으로 이용되고 있다. 지난 20여년 동안 phlorotannin 성분들에 대한 생리활성 연구가 널리 이루어졌으며, 항산화, 항염증, 항알러지, 신경보호 및 기억력 증진 활성 등이 보고되었다. 최근 연구에서 감태 에탄올 추출물 및 그 에틸아세테이트 획분이 수면효과를 나타내는 것으로 보고되었다. 이는 갈조류의 phlorotannin 화합물들이 수면효과를 가지는 활성성분으로써 작용할 수 있다는 가능성을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 phlorotannin의 수면증진 효과 및 그 작용기작을 증명하였다. Phlorotannin은 구조적인 다양성 때문에 개별 성분 모두 수면증진 효과를 평가하기가 어렵고, 또한 그 함량이 매우 낮기 때문에 산업화가 불가능하다. 따라서, 대량생산이 가능한 high-purity phlorotannin preparation (PRT)의 수면증진 효과를 규명하였으며, 더불어 그 지표성분인 dieckol의 수면증진 효과와 작용기작을 연구하였다. 갈조류 중 phlorotannin를 가장 많이 함유하고 있는 감태(Ecklonia cava)를 에탄올로 추출한 다음 합성흡착제로 정제하여 PRT를 제조하였다. 수면증진 효과를 위한 동물실험에 앞서 부작용 및 안전성 평가를 위해 독성시험을 수행하였다. 이후 PRT의 단회 및 장기 경구투여에 따른 수면증진 효과는 뇌파(EEG) 및 근전도도(EMG)를 측정 후 분석하여 평가하였다. PRT의 작용기작을 증명하기 위하여 gamma-aminobutyric acid type A-benzodiazepine (GABAA-BZD) 수용체의 길항제인 flumazenil을 이용하였고 아울러 dieckol의 수면증진효과 및 GABAergic 작용기작도 함께 조사하였다. 감태의 에탄올 추출조건은 반응표면분석법(RSM)을 이용하여 최적화 하였다. 총 phlorotannin 함량(TPhC, Y1)을 최대로 하는 최적 조건은 에탄올 농도(X1): 95%, 추출 온도(X2): 80℃, 추출 시간(X3): 22.4 h이었으며, phlorotannin의 수율(Y2)을 최대로 하는 최적 추출 조건은 에탄올 농도(X1): 88.3%, 추출 온도(X2): 80℃, 추출 시간(X3): 24 h으로 설정되었다. 최적 조건에서 생산된 phlorotannin의 Y1과 Y2 값은 각각 565.7±12 mg phloroglucinol equivalents (PGE)/g 및 7.5±0.4% 였다. Static 흡착 실험에서 합성흡착제 HP-20의 흡착능은 온도(25-45℃)가 증가할수록 향상되었으며, phlorotannin의 흡착등온식은 Freundlich model (R2 = 0.9471 at 45℃) 보다 Langmuir model (R2 = 0.9947 at 45℃)에 더욱 적합하게 나타났다. Dynamic 실험을 통한 최적조건은 TPhC in loading solution: 1.5 mg PGE/mL, processing volume: 4 BV, flow rate: 1 mL/min, 온도: 45°C, 탈착 용매: 40% 에탄올로 나타났다. 정제 전 crude phlorotannin extracts의 TPhC (452 mg PGE/g)와 비소 함량(180 μg/g)이 정제 후 각각 905 mg PGE/g 및 48 μg/g으로 나타나 TPhC는 증가하였고 비소함량은 감소하였으며 phlorotannin의 회수율은 92%였다. PRT의 안전성을 평가하기 위해 마우스와 랫트를 이용하여 단회 및 아만성(4주) 경구투여 독성시험을 수행하였다. PRT를 1,500 및 3,000 mg/kg 농도로 단회 경구투여 후 14일 동안 관찰한 결과 아무런 이상징후가 나타나지 않았으며, 500 및 1,000 mg/kg 농도로 4주간 매일 1회 경구로 투여하였을 경우에도 동물의 행동, 식이섭취량, 체중 및 장기 무게, 혈액학적이나 혈청학적 변수의 유의적인 변화가 나타나지 않아 독성이 없는 것으로 판단하였다. PRT를 단회 경구투여 하였을 경우 250 및 500 mg/kg 농도에서 유의적으로 입면시간이 감소하였고 non-rapid eye movement sleep (NREMS)이 증가하였다. 또한 rapid eye movement sleep (REMS)과 delta activity의 유의적인 변화는 나타나지 않았다. 시간대별 NREMS, REMS 및 wakefulness (Wake)의 변화를 살펴보면 PRT의 수면증진효과는 초반 2시간 동안 나타났다. 이러한 PRT (500 mg/kg)의 수면증진효과는 flumazenil(1 mg/kg)의 전처리에 의해 완전히 차단되어 PRT가 GABAergic 작용기작을 가진다는 것을 증명하였다. 한편, 2 mg/kg 농도에서 diazepam (DZP)의 수면증진효과는 3주간의 장기 경구투여 기간 동안 점점 억제되어 나타났다. 하지만 PRT (500 mg/kg)의 경우 첫째 날에 나타난 입면시간의 감소 및 NREMS의 증가가 전체 경구투여 기간 동안 지속되었다. Dieckol은 100 및 150 mg/kg 농도에서 유의적으로 입면시간을 감소시켰고 NREMS을 증가시켰으며 REMS 및 delta activity의 변화는 나타나지 않았다. 게다가 PRT와 마찬가지로 초반 2시간 동안 NREMS을 증가시켰으며 flumazenil에 의해 수면증진효과가 억제되어 나타났다. 결론적으로, 본 연구에서는 PRT와 그 지표성분인 dieckol이 GABAA-BZD 수용체에 positive allosteric modulation을 통하여 수면을 증진시킨다는 것을 명확히 밝혀 해양 폴리페놀의 수면증진효과를 처음으로 증명하였다. 따라서, 본 연구의 결과는 phlorotannin 성분이 수면제나 육상 폴리페놀과 구조적으로 다르기 때문에 새로운 구조를 가지는 독창적인 수면진정제의 개발을 위한 중요한 단서를 제공한다. 게다가 PRT의 제조공정은 생리활성물질로서의 phlorotannin을 식품과 제약산업에서 산업적으로 널리 사용되는데 응용될 수 있다.
주제어
#Phlorotannin Polyphenol Hypnotic GABAA-benzodiazepine receptor Ecklonia cava Mass production
학위논문 정보
저자
윤민석
학위수여기관
경상대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
해양식품공학과
발행연도
2014
총페이지
VII, 104 p.
키워드
Phlorotannin Polyphenol Hypnotic GABAA-benzodiazepine receptor Ecklonia cava Mass production
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