최근 당뇨병 환자가 급속히 증가하고 있으나, 지속적이고 적절한 치료가 어려워 당뇨병성 합병증의 발생을 증가시키고 있다. 당뇨병 발병 이후의 치료는 완치가 거의 불가능하기 때문에 증상을 개선시키고 급만성 합병증을 막는 이차적 예방에 중점을 두고 있다. 따라서 항당뇨 활성을 가지면서 식용 가능한 천연자원의 개발이 절실히 필요하다. 본 연구에서 약용식물로 알려진 사방오리나무에 대해 아직까지 보고가 없었던 항당뇨 활성에 대해 조사하였다. Pancreatin와 salivary ${\alpha}-amylase$ 에 대해 MeOH 추출물과 HX 분획물이 ${\alpha}-amylase$를 효과적으로 억제하였으며, yeast${\alpha}-glucosidase$에 대한 억제 활성은 MeOH 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물의 $IC_{50}$이 각각 $137.36\;{\mu}g/ml$와 $171.52\;{\mu}g/ml$ 그리고 $115.14\;{\mu}g/ml$로 나타남으로써, 현재 혈당강하제로 사용되고 있는 acarbose와 1-deoxynorjirimycin보다 높은 억제 효과를 보였다. 또한 폴리올 대상 이상에 의한 당뇨병성 합병증 유발과 관련하여 Aldose reductase 억제활성을 조사한 결과, $50\;{\mu}g/ml$ 농도에서 EA 분획물과 MeOH 추출물이 각각 84.13%와 58.73%로 녹은 저해활성이 나타났다. 따라서 본 연구를 통하여 국내에 자생하는 사방오리나무 추출물로부터 부작용이 적고 혈당강하효과가 뛰어난 새로운 항당뇨 신물질을 탐색하여 산업화 하고자하며 이를 통하여 바이오 소재산업의 활성화와 바이오 식품 나아가 바이오 의약품 개발 등 다양한 측면에서 부가가치를 창출하고자 한다.
최근 당뇨병 환자가 급속히 증가하고 있으나, 지속적이고 적절한 치료가 어려워 당뇨병성 합병증의 발생을 증가시키고 있다. 당뇨병 발병 이후의 치료는 완치가 거의 불가능하기 때문에 증상을 개선시키고 급만성 합병증을 막는 이차적 예방에 중점을 두고 있다. 따라서 항당뇨 활성을 가지면서 식용 가능한 천연자원의 개발이 절실히 필요하다. 본 연구에서 약용식물로 알려진 사방오리나무에 대해 아직까지 보고가 없었던 항당뇨 활성에 대해 조사하였다. Pancreatin와 salivary ${\alpha}-amylase$ 에 대해 MeOH 추출물과 HX 분획물이 ${\alpha}-amylase$를 효과적으로 억제하였으며, yeast ${\alpha}-glucosidase$에 대한 억제 활성은 MeOH 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물의 $IC_{50}$이 각각 $137.36\;{\mu}g/ml$와 $171.52\;{\mu}g/ml$ 그리고 $115.14\;{\mu}g/ml$로 나타남으로써, 현재 혈당강하제로 사용되고 있는 acarbose와 1-deoxynorjirimycin보다 높은 억제 효과를 보였다. 또한 폴리올 대상 이상에 의한 당뇨병성 합병증 유발과 관련하여 Aldose reductase 억제활성을 조사한 결과, $50\;{\mu}g/ml$ 농도에서 EA 분획물과 MeOH 추출물이 각각 84.13%와 58.73%로 녹은 저해활성이 나타났다. 따라서 본 연구를 통하여 국내에 자생하는 사방오리나무 추출물로부터 부작용이 적고 혈당강하효과가 뛰어난 새로운 항당뇨 신물질을 탐색하여 산업화 하고자하며 이를 통하여 바이오 소재산업의 활성화와 바이오 식품 나아가 바이오 의약품 개발 등 다양한 측면에서 부가가치를 창출하고자 한다.
In this study, we investigated the inhibitory effect of four solvent fractions of Alnus firma on ${\alpha}-amylase$, ${\alpha}-glucosidase$ and aldose reductase activities. The inhibitory test showed that methanol (MeOH) extract and hexane (HX) fraction strongly inhibited pork ...
In this study, we investigated the inhibitory effect of four solvent fractions of Alnus firma on ${\alpha}-amylase$, ${\alpha}-glucosidase$ and aldose reductase activities. The inhibitory test showed that methanol (MeOH) extract and hexane (HX) fraction strongly inhibited pork pancreatin and salivary ${\alpha}-amylase$ activity. The MeOH extract and HX fraction of Alnus firma at the concentration of 4 mg/ml inhibited more than 70% of pancreatin and salivary ${\alpha}-amylase$ activity. The inhibitory effect of fractions has different specificities against ${\alpha}-amylase$ from pancreatin and salivary. In addition, the MeOH extract and butanol (BuOH) fraction showed the highest inhibitory activity on yeast ${\alpha}-glucosidase$ at values of $IC_{50}$$137.36\;{\mu}g/ml$ and $115.14\;{\mu}g/ml$ respectively. The MeOH extract and BuOH fraction showed the highest inhibitory activity on yeast ${\alpha}-glucosidase$ than commercial agent such as 1-deoxynorjirimycin and acarbose. Inhibition kinetics of solvent fractions showed that ${\alpha}-glucosidase$ has been inhibited noncompetitively by the MeOH, EA and BuOH fraction. The aldose reductase from human muscle cell had been inhibited strongly by the MeOH extract and EA fraction at 57.996% and 83.293% at the concentration of $50\;{\mu}g/ml$, respectively. These findings may contribute to biological significance in that ${\alpha}-amylase$, ${\alpha}-glucosidase$ and aldose reductase inhibitory compounds could be used as a functional food and a drug for the symptomatic treatment of antidiabetic disease in the future.
In this study, we investigated the inhibitory effect of four solvent fractions of Alnus firma on ${\alpha}-amylase$, ${\alpha}-glucosidase$ and aldose reductase activities. The inhibitory test showed that methanol (MeOH) extract and hexane (HX) fraction strongly inhibited pork pancreatin and salivary ${\alpha}-amylase$ activity. The MeOH extract and HX fraction of Alnus firma at the concentration of 4 mg/ml inhibited more than 70% of pancreatin and salivary ${\alpha}-amylase$ activity. The inhibitory effect of fractions has different specificities against ${\alpha}-amylase$ from pancreatin and salivary. In addition, the MeOH extract and butanol (BuOH) fraction showed the highest inhibitory activity on yeast ${\alpha}-glucosidase$ at values of $IC_{50}$$137.36\;{\mu}g/ml$ and $115.14\;{\mu}g/ml$ respectively. The MeOH extract and BuOH fraction showed the highest inhibitory activity on yeast ${\alpha}-glucosidase$ than commercial agent such as 1-deoxynorjirimycin and acarbose. Inhibition kinetics of solvent fractions showed that ${\alpha}-glucosidase$ has been inhibited noncompetitively by the MeOH, EA and BuOH fraction. The aldose reductase from human muscle cell had been inhibited strongly by the MeOH extract and EA fraction at 57.996% and 83.293% at the concentration of $50\;{\mu}g/ml$, respectively. These findings may contribute to biological significance in that ${\alpha}-amylase$, ${\alpha}-glucosidase$ and aldose reductase inhibitory compounds could be used as a functional food and a drug for the symptomatic treatment of antidiabetic disease in the future.
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문제 정의
따라서 항당뇨 활성을 가지면서 식용 가능한 천연자원의 개발이 절실히 필요하다. 본 연구에서 약용식물로 알려진 사방오리나무에 대해 아직까지 보고가 없었던 항당뇨 활성에 대해 조사하였다. Pancreatin와 salivary a-amylase에 대해 MeOH 추출물과 HX 분획물이 a- amylase를 효과적으로 억제하였으며, yeast a-glucosidase에 대한 억제 활성은 MeOH 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물의 1* 이 각각 137.
따라서 본 연구를 통하여 국내에 자생하는 사방오리나무추출물로부터 부작용이 적고 혈당강하효과가 뛰어난 새로 운항 당뇨 신물질을 탐색하여 산업화 하고자하며 이를 통하여 바이오 소재산업의 활성화와 바이오 식품 나아가 바이오 의약품 개발 등 다양한 측면에서 부가가치를 창출하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 약용식물로 알려진 오리나무속 식물 중에서 항당뇨 활성에 관한 연구가 보고된 적이 없는 사방오리나무의 추출물을 이용하여 a-glucosidase 저해활성과 a-amylase 저해활성 및 aldose reductase 저해활성 효과에 대해 연구하였다.
제안 방법
사방오리나무의 각 용매 분획을 얻기 위해 음건 후 세절한 시료 100 g에 99.8% methanol (MeOH)을 첨가한 후 실온에서 진탕한 후 4시간 동안 3회 반복 추출하여 Whatman 여과지 No. 5A로 감압여과하였다. 여과액을 rotary vacuum evaporator (Ratavapor R-121, Buchi, Switzerland)로 감압농축하여, 사방오리나무의 MeOH 추출물을 얻었다.
여과액을 rotary vacuum evaporator (Ratavapor R-121, Buchi, Switzerland)로 감압농축하여, 사방오리나무의 MeOH 추출물을 얻었다. 이 추출물을 각 용매별로 분획하여 hexane (HX) 층, dichloromethane (DCM) 층, ethyl acetate (EA) 층 그리고 butanol (BuOH) 층으로 각각 용매 분획하고 각 충을 감압 농축 후 건조시 킨 뒤 분말로 만들어 시료로 사용하였다.
Pancreatin 유래의 a-amylase (Sigma, Mo, U.S.A) 와 human salivary 유래의 a-amylase (Sigma, Mo, U.S.A) 에 대한 저해 활성은 starch를 기질로 하여 측정하였다[14]. 농도별로 희석한 각 용매 분획물 40 μ1와 1 unit/ml 의 a-amylase 효소액 100 μ1와 1.
사방오리나무 추출물 중에서 활성이 높은 분획물에 대해 a-glucosidase 및 aldose reductase에 대한 저해 kinetics을 조사하였다. 농도별로 조제한 각 용매 분획물을 사용하여 기질의 농도를 다양하게 하여 저해활성을 측정하였고, Lineweaver- Burk plot를 이용하여 분석하였다.
추출물의 저해활성을 측정한 결과, 저해활성이 높은 용매 분획과 관련효소에 대하여 kinetics를 해석하였다. M2H 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물에 대해 효모 기원의 a-glucosidase에 대해 저해 kinetics를 조사한 결과 비경쟁적 저해기작을 하는 것으로 나타났다(Fig.
대상 데이터
90℃에서 15분간 가열하여 발색을 시켜 충분히 냉각시킨 후 증류수를 가하여 교반한 후, 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성 대조군으로는 acarbose (Sigma, Mo, USA)를 사용하였다.
37℃에서 20분간 반응 후 1 M Na2CO3 500 μ 1를 첨가하여 반응을 종결시키고, 405 nm에서 홉 광도를 측정하였다. 음성대조군으로 MeOH를 사용하였고, 양성대조군으로 1-deoxynorjirimycin와 acarbose를 사용하였다.
본 연구에 사용된 사방오리나무는 경남 고성 지역에서 2006년 9-10월에 채집하여 음건한 뒤 세절하여 시료로 사용하였다.
이론/모형
Human muscle cell 기원의 aldose reductase 억제활성은 Fujita, Funako and Hayashi [이의 방법에 준하여 측정하였다. 500 μ1의 0.
사방오리나무 추출물 중에서 활성이 높은 분획물에 대해 a-glucosidase 및 aldose reductase에 대한 저해 kinetics을 조사하였다. 농도별로 조제한 각 용매 분획물을 사용하여 기질의 농도를 다양하게 하여 저해활성을 측정하였고, Lineweaver- Burk plot를 이용하여 분석하였다.
성능/효과
사방오리나무 추출물을 이용하여 pancreatin a-amylase 와 human salivary a-amylase에 대한 저해활성을 검토한 결과(Fig. l)z pancreatin a-amylase에 대해 2 m응/ird 농도에서 MeOH 추출물의 저해활성이 66.61%로 가장 높게 나타났고, HX 분획물, BuOH 분획물, EA 분획물, DCM 분획물 순으로 각각 42.66%, 34.28%, 33.21% 그리고 28.13%로 저해 활성이 나타났다. Human salivary a-amylase에 대한 저 해활성은 같은 농도에서 MeOH 추출물이 68.
13%로 저해 활성이 나타났다. Human salivary a-amylase에 대한 저 해활성은 같은 농도에서 MeOH 추출물이 68.55%로 가장 높게 나타났고, HX 분획물과 DCM 분획물이 각각 52.19%와 5144%로 높게 나타났다. 그리고 EA 분획물과 BuOH 분획물은 각각 13.
19%와 5144%로 높게 나타났다. 그리고 EA 분획물과 BuOH 분획물은 각각 13.22%와 26.81%로 다른 분획물에 대해 상대적으로 활성이 낮은 것으로 나타났다. 그리고 IC50은 pancreatin a-amylase 의 경우는 MeOH 추출물 0.
사방오리나무의 각 추출물을 농도별로 조제하여 효모 기원의 a-ghicosidase에 대한 저해활성을 검토한 결과(Fig. 2), 200 ug/ml 농도에서 BuOH 분획물이 75.96%로 가장 높은 억제 효과를 보였으며, MeOH 추출물과 EA 분획물도 각각 75.28%와 58.35%로 높은 저해활성이 보였다. HX 분획물과 DCM 분획물은 각각 8.
35%로 높은 저해활성이 보였다. HX 분획물과 DCM 분획물은 각각 8.45%와 5.99%로 상대적으로 낮은 활성이 나타났으며' 양성대조군으로 사용한 1-deoxynorjirimycin는 같은 농도에서 5.25%로 낮은 저해활성을 나타냈으며 acarbose는 억제 효과가 나타나지 않았다. IGoe MeOH 추출물, BuOH 분획물과 EA 분획물이 각각 137.
사방오리나무 추출물의 저해활성을 측정한 결과, 50 ug/ ml 농도에서 EA 분획물이 84.293%로 높은 저해활성이 나타났고, MeOH 추출물도 57.996%로 활성이 높은 것으로 나타났다. HX 분획물과 BuOH 분획물에서도 다소 높은 활성이 나타났으며, DCM 분획물은 19.
996%로 활성이 높은 것으로 나타났다. HX 분획물과 BuOH 분획물에서도 다소 높은 활성이 나타났으며, DCM 분획물은 19.073%로 나타났다(Table 3). IGoe MeOH 추출물과 EA 분획물이 각각 10.
관련효소에 대하여 kinetics를 해석하였다. M2H 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물에 대해 효모 기원의 a-glucosidase에 대해 저해 kinetics를 조사한 결과 비경쟁적 저해기작을 하는 것으로 나타났다(Fig. 3). 대부분의 a-이ucosidase 저해제들이 경쟁적 저해기작을 가진 것으로 알려져 있어 사방오리나무의 추출물은 다른 기작으로 저해작용을 하는 것으로 판단된다[12, 24].
[10]. Human salivary ct-amylase에 대해서는 MeOH 추출물 > HX 분획물>DCM 분획물>BuOH 분획물 > EA 분획물 순으로 저해활성 결과가 다르게 나타났는데, 각 분획물의 하나 이상의 생리활성 물질이 기원이 다른 효소에 대해 특이적으로 작용한 것이라 판단 할 수 있다. [16].
그러나 양성 대조군으로 사용한 acarbose에 비해 다소 활성이 떨어지는 것으로 판단되어 분리 정제를 통해 보다 정확한 작용 기작에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. 효모 기원의 a-glucosidase 억제 활성 결과는 MeOH 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물의 ICso이 각각 137.36 μg/ml와 171.52 pg/ml 그리고 115.14 gg/ml 로 나타남으로써, 양성대조군으로 사용한 1-deoxynorjirimycin [13]와 acarbose 보다 높은 억제 효과를 보였다. 이는 쇠뜨기 추출물의 a-glucosidase 억제효과가 1 mg/ml 농도에서 70% MeOH 추출물이 82.
현재 시판되는 a-amylase와 a-glucosi- dase 저해제는 혈당상승 억제효과는 뛰어나나 지속적인 복용으로 인한 설사와 복통 등의 부작용을 동반하는 것으로 보고되어 있다[22]. 따라서 이들 혈당강하제의 부작용을 피하면서 식후 고혈당을 효과적으로 억제하는 방법으로 소장의 a-amylase와 a-glucosidase를 저해함으로써 포도당의 흡수를 지연시킨다면 당뇨병 환자의 식후 고혈당을 예방할 수 있다[21], 또한 acarbose가 yeast a-잉ucosidase에 대한 억제효과가 미비한 것으로 나타난 것에 반해 사방오리나무의 경우 yeast a-glucosidase에 대해 저농도에서도 강한 억제 효과가 나타남으로써 acarbose와는 다른 기작으로 억제하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 인체 복용시 세균 활성도를 낮게 하여 기존 혈당강하제의 단점인 복부팽만감[9]을 낮출 수 있는 효과가 클 것이라 사료된다.
따라서 이들 혈당강하제의 부작용을 피하면서 식후 고혈당을 효과적으로 억제하는 방법으로 소장의 a-amylase와 a-glucosidase를 저해함으로써 포도당의 흡수를 지연시킨다면 당뇨병 환자의 식후 고혈당을 예방할 수 있다[21], 또한 acarbose가 yeast a-잉ucosidase에 대한 억제효과가 미비한 것으로 나타난 것에 반해 사방오리나무의 경우 yeast a-glucosidase에 대해 저농도에서도 강한 억제 효과가 나타남으로써 acarbose와는 다른 기작으로 억제하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 인체 복용시 세균 활성도를 낮게 하여 기존 혈당강하제의 단점인 복부팽만감[9]을 낮출 수 있는 효과가 클 것이라 사료된다.
Aldose reductase 억제에 대한 사방오리나무 추출물의 저해 활성을 측정한 결과, 50 ug/ml 농도에서 EA 분획물과 MeOH 추출물이 각각 84.13 %와 58.73 %로 높은 저해 활성이 나타남으로써 사방오리나무 추출물이 당뇨병과 그로인한 합병증의 예방에도 효과가 있는 것으로 판단된다. 이 결과는 단일구조인 peonidin-3-glucoside, ferulic acid 그리고 quer- cetin이 10 ug/ml 농도에서 약 50% 저해율을 나타낸 것과 비슷한 결과[3이로 사방오리나무의 MeOH 추출물과 EA 분획물이 10 ug/ml에서 각각 52.
73 %로 높은 저해 활성이 나타남으로써 사방오리나무 추출물이 당뇨병과 그로인한 합병증의 예방에도 효과가 있는 것으로 판단된다. 이 결과는 단일구조인 peonidin-3-glucoside, ferulic acid 그리고 quer- cetin이 10 ug/ml 농도에서 약 50% 저해율을 나타낸 것과 비슷한 결과[3이로 사방오리나무의 MeOH 추출물과 EA 분획물이 10 ug/ml에서 각각 52.38%와 44.44%로 저해한 결과에서 단일 물질로서 분리시 매우 우수한 후보물질로서 주목을 받을 것으로 기대된다.
본 연구에서 약용식물로 알려진 사방오리나무에 대해 아직까지 보고가 없었던 항당뇨 활성에 대해 조사하였다. Pancreatin와 salivary a-amylase에 대해 MeOH 추출물과 HX 분획물이 a- amylase를 효과적으로 억제하였으며, yeast a-glucosidase에 대한 억제 활성은 MeOH 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물의 1* 이 각각 137.36 ng/ml와 171.52 ug/ml 그리고 115.14 μg/ml로 나타남으로써, 현재 혈당강하제로 사용되고 있는 acarbose와 1-deoxynorjirimycin보다 높은 억제효과를 보였다. 또한 폴리올 대상 이상에 의한 당뇨병성 합병증 유발과 관련하여 Aldose reductase 억제활성을 조사한 결과, 50 ug/ml 농도에서 EA 분획물과 MeOH 추출물이 각각 84.
14 μg/ml로 나타남으로써, 현재 혈당강하제로 사용되고 있는 acarbose와 1-deoxynorjirimycin보다 높은 억제효과를 보였다. 또한 폴리올 대상 이상에 의한 당뇨병성 합병증 유발과 관련하여 Aldose reductase 억제활성을 조사한 결과, 50 ug/ml 농도에서 EA 분획물과 MeOH 추출물이 각각 84.13%와 58.73%로 높은 저해활성이 나타났다.
073%로 나타났다(Table 3). IGoe MeOH 추출물과 EA 분획물이 각각 10.787 gg/ml, 17.99 ug/ml로 저농도에서 저해활성이 높은 것으로 나타났다(Table. 4)
후속연구
52 Mg/ml 로 나타났으며, HX 분획물과 DCM 분획물은 3^90 μg/ ml와 2, 240 μg/ml로 나타났으며, 1-deoxynorjirimycin는 3/230 pg/ml, acarbose는 2 mg /ml 농도에서도 활성이 나타나지 않았다(Table 2). 사방오리 나무의 MeOH 추출물과 BuOH 분획물 그리고 EA 분획물이 1-deoxynorjirimycin와 acarbose 가 갖지 못한 효모기원의 a- glucosidase에 높은 억제 효과를 나타냄으로써 분리 정제를 통해 강력한 cs-glucosidase 억제제를 개발 할 수 있다고 판단된다.
[16]. 그러나 양성 대조군으로 사용한 acarbose에 비해 다소 활성이 떨어지는 것으로 판단되어 분리 정제를 통해 보다 정확한 작용 기작에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. 효모 기원의 a-glucosidase 억제 활성 결과는 MeOH 추출물과 EA 분획물 그리고 BuOH 분획물의 ICso이 각각 137.
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