[논문]왜모자반 (Sargassum yezoense)에서 분리한 화합물의 <tex>${\\alpha}$</tex>-glucosidase 및 산화스트레스 억제효과

이은하; 함정엽; 안홍열; 김민철; 김철영; 판철호; 엄병헌; 정상훈

왜모자반 (Sargassum yezoense)에서 분리한 화합물의 ${\\alpha}$-glucosidase 및 산화스트레스 억제효과
Inhibitory Effects of the Compounds Isolated from Sargassum yezoense on ${\\alpha}$-Glucosidase and Oxidative Stress 원문보기

생약학회지, v.40 no.2 = no.157, 2009년, pp.150 - 154

이은하 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 함정엽 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 안홍열 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 김민철 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 김철영 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 판철호 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 엄병헌 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 정상훈 (한국과학기술연구원 강릉분원)

Abstract ▼ AI-Helper

We examined ethanol extracts prepared from the Korean marine algae belonging to the Sargassaceae family for their inhibitory effects on ${\alpha}$-glucosidase activity and free radicals in vitro. Among five marine algae, the extracts of Sargassum yezoense were found to possess strongly ${\alpha}$-glucosidase inhibition and free radicals scavenging activities. Two compounds were isolated via bioactivity guided isolation and tested for their effects on ${\alpha}$-glucosidase, DPPH, $ABTS^{+}$ and $Photochem^{(R)}$ analysis. Their chemical structures were elucidated by spectral analysis and direct comparison with authentic compounds; their structures were identified as sargaquinoic acid (1) and sargahydroquinoic acid (2). The inhibitory effects of compound 1 and 2 ($IC_{50}$ value:14.2 and 12.8 ${\mu}M$, respectively) on ${\alpha}$-glucosidase were more potent that of deoxynojirimycin as a positive control ($IC_{50}$ value:18.0 ${\mu}M$). All compounds displayed antioxidative activity which was measured by DPPH, $ABTS^{+}$ and $Photochem^{(R)}$ apparatus.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 일환으로 왜모자반의 에탄올 추출물에 대해 α-glucosidase 억제효과 및 산화스트레스 저해 효과를 측정하고 이를 보고하고자 한다. 또한 생리활성 물질 추적의 결과로 분리된 2종의 화합물의 구조에 대해서도 보고하고자 한다.
본 연구는 동해안에서 채집한 5종의 Sargassaceae family의 해조류로부터 α-glucosidase 억제활성 및 항산화 소재를 찾고 궁극적으로 당뇨병을 억제할 수 있는 소재를 찾는 데 있다.
이 일환으로 왜모자반의 에탄올 추출물에 대해 α-glucosidase 억제효과 및 산화스트레스 저해 효과를 측정하고 이를 보고하고자 한다.

가설 설정

a)The antioxidative capacity of marine algae was measured at 0.4 µg/ml.
a)The inhibitory effect of marine algae on α-glucosidase was measured at 100 µg/ml.
b)The radical scavenging activities of marine algae on DPPH were measured at 100 µg/ml.
c)The radical scavenging activities of marine algae on ABTS were measured at 500 µg/ml.

제안 방법

α-Glucosidase 저해활성 − α-Glucosidase 저해활성은 기존에 보고된 방법을 일부 수정하여 사용하였다.
0.1 M Na2CO3 750 µl 로 반응을 정지시키고, 405nm에서 흡광도를 측정하였으며, 대응하는 α-glucosidase의 IC50 값을 계산하였다.
12) ACL (Analitik Jena AG)이 luminol로써 photosensitizer의 기능과 라디칼을 검출하는 두가지의 기능을 가지고 있으며, 실험은 manufacturer’s instruction에 기술된 방법에 따라 수행하였다.
ABTS+ 자유라디칼 소거활성 − ABTS+자유라디칼 소거 활성은 기존의 방법을 일부 수정하여 사용하였다.
ABTS+의 억제효과는 Inhibition (%) = (Control O.D.-Sample O.D.)/Control O.D. × 100 으로 측정하였으며, 대조군에 대한 50% 흡광도의 감소를 나타내는 검체의 농도 (IC50)로 표시하였다.
DPPH 자유라디칼 소거활성 − DPPH 자유라디칼 소거활성은 기존에 보고된 방법을 일부 수정하여 사용하였다.
항산화 효과는 대조군에 대한 50% 흡광도의 감소를 나타내는 검체의 농도 (IC₅₀)로 표시하였다. 각 시료를 3회 반복 실시하여 평균하였다.
항산화 효과는 대조군에 대한 50% 흡광도의 감소를 나타내는 검체의 농도 (IC₅₀)로 표시하였다. 각 시료를 3회 반복 실시하여 평균하였다.
두 가지 화합물에 대하여 상기의 활성을 측정하였다.
본 연구에서는 5종의 Sargassaceae family 해조류를 동해안에서 채집하였고, 그 에탄올 추출물에 대해 α-glucosidase 억제활성을 측정하였다.
본 연구에서는 항산화 활성을 측정하기 위하여, DPPH 및 ABTS+라디칼 소거능 활성을 측정하였으며, trolox와의 항산화도를 비교하기 위하여 Photochem®(Analitik Jena AG)를 사용하였다.
시약 및 기기 − NMR spectra는 Varian (500 MHz)의 program을 사용하였으며, 내부표준물질로는 tetramethylsilane(TMS)를 사용하였고, chemical shift value는 part per million (ppm) 단위로 사용하였다.
왜모자반이 α-glucosidase 억제활성 및 산화스트레스 저해작용이 가장 우수하여, 활성물질 분리를 시도하였다.
추출물 1 g을 증류수에 현탁 하여, ethyl acetate (EtOAc)로 분획하고, 감압 농축하여 622 mg의 분획물을 얻었다. 이를 nhexane과 EtOAc의 혼합액을 사용하여, 극성에 따른 실리카겔 컬럼크로마토그래피를 실시하여 10개의 소 분획을 얻었고, 박층 크로마토그래피를 통하여 비슷한 양상을 보이는 분획인 분획2와 분획3을 모아, preparative 박층 크로마토그래피를 n-hexane/EtOAc (15:1)을 3회 실시하여 화합물 1(24.9 mg)과 화합물 2 (114.5 mg)을 분리하였다 (Fig. 1).
왜모자반이 α-glucosidase 억제활성 및 산화스트레스 저해작용이 가장 우수하여, 활성물질 분리를 시도하였다. 추출물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 및 preparative 박층 크로마토그래피를 통하여 2개의 화합물을 분리하였으며, NMR, IR 및 Mass spectrometry를 사용하여 화합물 1을 sargaquinoic acid, 화합물 2를 sargahydroquinoic acid로 구조동정 하였다.

대상 데이터

α-glucosidase, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) radical, p-nitrophenyl α-D-glucopyranoside, 2,2’-aziono-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) radical(ABTS+), 그리고 deoxynojirimycin은 Sigma (St Louis, MO, 미국)에서 구입하여 사용하였다.
분취용 컬럼크로마토그래피는 순상 실리카 겔 분취-중압 액체크로마토 그래피 (normal phase silica gel preparative middle pressure liquid chromatography, MPLC, CombiFlash Companion)를 사용하였으며, 분취용 컬럼 크로마토그래피의 packing material로는 Silica gel 60 (입자크기 35-70 µM)을 사용하였다.
실험재료 − 본 실험에 사용한 갈조류인 Sargassum thunbergii, S. horneri, S. confusum, S. yezoense 그리고 S.miyabei 는 동해안에서 직접 채취하였으며, 1주일 동안 건조 후 95% 에탄올로 추출하여 사용하였다.
그 밖의 시약은 특급 및 HPLC용 등급을 사용하였다. 크로마토그래피용 용매는 J.T. Baker사의 HPLC등급용 용매를 사용하였고, 증류수는 3차 증류수를 여과하여 사용하였으며, 그 외에 시료추출을 위한 용매는 특급시약을 사용하였다.

이론/모형

Trolox equivalent assay (Photochem® analysis) −항산화 활성을 Trolox와 정량적으로 비교하기 위하여 photochemiluminescence 방법으로 항산화 활성을 측정하였다.

성능/효과

13) 당뇨병에서 혈장, 적혈구막, 저밀도 지단백 등의 지질과산화가 증가됨이 밝혀졌다.¹⁴⁾ 이런 산화스트레스를 막을 수 있는 기전은 자유 라디칼의 직접적인 소거, 지질과산화의 억제 혹은 생체 내 항산화 효소계 (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase)를 활성화 하는 방법으로 나눌 수 있다.
5 가지의 해조류 추출물 중에, 왜모자반이 가장 높은 자유라디칼 소거효과를 나타내었으며, DPPH 라디칼과 ABTS 라디칼의 IC50값은 각각 74.1과 31.9 µg/ml 이었다.
5종의 해조류 중 왜모자반 (S.yezoense)이 IC50 값 3.5 µg/ml로 가장 우수한 효능을 나타내었다 (Table I).
Trolox와의 동등성을 Photochem®으로 측정한 결과 왜모자반 추출물 0.4 µg/ml 이 Trolox의 15.5 nmol과 동등한 것으로 나타났다 (Table II).
Trolox와의 동등성을 Photochem으로 측정한 결과 화합물 1과 2의 0.5 µM 농도에서 Trolox의 각각 7.5와 6.1 nmol와 동등한 것으로 나타났다 (Table IV).
본 연구를 통해서 동해안의 5종의 Sargassaceae family 해조류에 대해 α-glucosidase 억제활성 및 항산화 활성을 측정하였으며, Sargassum yezoense가 가장 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
화합물 1과 화합물 2의 α-glucosidase 억제활성 IC50은 각각 14.2 와 12.8 µM로 대조군으로 사용한 deoxynojirimycin 의 IC50 값인 18.0보다 높은 저해활성을 나타내었다 (Table III).
화합물 1과 화합물 2의 자유 라디칼 소거효과를 측정하여 본 결과, DPPH 라디칼의 IC50값은 각각 51.9과 45.5 µM로 대조군의 IC50값인 27.2 µM 보다 약 2배정도의 낮은 활성이었다.
활성물질 분리를 시도하여 sargaquinoic acid (1) 와 sargahydroquinoic acid (2)를 분리하였고, 그 물질들에 대하여 α-glucosidase 억제활성 및 항산화 활성을 측정하여 본 결과, 두 화합물 모두 강력한 α-glucosidase 억제활성을 나타내었고, 항산화 활성은 대조군인 trolox에는 미치지 못하지만, 우수한 항산화 효과를 갖는 것으로 확인하였다.

후속연구

활성물질 분리를 시도하여 sargaquinoic acid (1) 와 sargahydroquinoic acid (2)를 분리하였고, 그 물질들에 대하여 α-glucosidase 억제활성 및 항산화 활성을 측정하여 본 결과, 두 화합물 모두 강력한 α-glucosidase 억제활성을 나타내었고, 항산화 활성은 대조군인 trolox에는 미치지 못하지만, 우수한 항산화 효과를 갖는 것으로 확인하였다. 따라서 Sargassum yezoense에서 분리한 두 가지 화합물은 향후 당뇨병 관련 연구에 유효한 화합물로 사료되며, 앞으로 그 활성에 대한 작용기전과, 당뇨병 관련 다른 인자에 대한 억제활성 연구가 지속적으로 필요할 것이라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	당질화합물의 소화에 관여하는 효소인 α-glucosidase의 억제제로 대표적인 화합물은 무엇인가?	당질화합물의 소화에 관여하는 효소인 α-glucosidase의 억제제로는 대표적으로 acarbose와 같은 화합물이 있으며, 당질화합물이 섭취될 때, 소장의 α-glucosidase를 억제하여, 고분자 당 화합물의 분해를 감소시켜, 당질 화합물 섭취 후 급격히 증가하는 혈당을 억제하게 된다. 3) Guar gum 이나 pectin과 같은 가용성 섬유를 이용하여 소장의 당 흡수를 방해하여 완만한 혈당 강하를 하기도 한다.
	당뇨병 치료제를 개발하기 위하여 어떤 연구가 이루어지고 있는가?	당뇨병 치료제를 개발하기 위하여 표적으로 삼고 있는 작용기전은 당질 화합물의 소화 및 흡수 억제, 췌장에 작용하여 인슐린 분비 촉진, 간장에 작용하여 포도당 대사 조절, 인슐린 감응성 증강 또는 인슐린 저항성 개선, 중추신경계에 작용 등으로 연구가 이루어 지고 있다. 1, 2)
	당질화합물의 소화에 관여하는 효소 중에서 소장의 당 흡수를 방해하여 완만한 혈당 강하를 하는 섬유는?	당질화합물의 소화에 관여하는 효소인 α-glucosidase의 억제제로는 대표적으로 acarbose와 같은 화합물이 있으며, 당질화합물이 섭취될 때, 소장의 α-glucosidase를 억제하여, 고분자 당 화합물의 분해를 감소시켜, 당질 화합물 섭취 후 급격히 증가하는 혈당을 억제하게 된다. 3) Guar gum 이나 pectin과 같은 가용성 섬유를 이용하여 소장의 당 흡수를 방해하여 완만한 혈당 강하를 하기도 한다.

참고문헌 (14)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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