100종 네팔 식물 추출물로부터 $\\alpha$-Amylase 및 $\\alpha$-Glucosidase저해제의 선별 Screening of $\\alpha$-Amylase and $\\alpha$-Glucosidase Inhibitor from Nepalese Plant Extracts원문보기
반추동물의 급성 산독증의 예방 및 치료제 개발 연구의 일환으로 100종의 네팔 식물추출물을 이용하여 미생물 유래의 $\alpha$-amylase 및 $\alpha$-glucosidase 저해 활성을 평가하였다. 그결과 Cedrus deodara(Roxb.) G. Don와 Myrica nagi Thunb.추출물에서 acarbose보다 강력한 $\alpha$-amylase 저해활성을 확인하였으며, 각각의 $IC_{50}$는 44.5, 47.5 및 $50.5\;{\mu}g/mL$로 확인되었다. 또한 고혈당 치료 효과가 보고된 Cleistocalyx operculatus(Roxb.) 추출물에서는 강력한 $\alpha$-amylase 저해활성 및 양호한 $\alpha$-glucosidase 저해 활성을 확인하였다. 최종 선정된 3종의 추출물은 1 mg/mL 농도까지 인간적혈구에 대한 용혈활성이 없었으며, $80^{\circ}C$, 또는 0.01N HCl 조건에서 60분간 처리시에 활성의 변화가 나타나지 않았으며, 특히 C. operculatus(Roxb.)와 M. nagi Thunb의 경우 산 처리시에 오히려 20% 정도의 저해활성의 증가가 나타났다. 이러한 결과는, 최종 선정된 3종의 추출물이 미생물 유래의 전분분해 효소의 저해를 통해 반추동물의 급성 산독증 예방 및 치료에 이용 가능함을 제시하고 있다.
반추동물의 급성 산독증의 예방 및 치료제 개발 연구의 일환으로 100종의 네팔 식물추출물을 이용하여 미생물 유래의 $\alpha$-amylase 및 $\alpha$-glucosidase 저해 활성을 평가하였다. 그결과 Cedrus deodara(Roxb.) G. Don와 Myrica nagi Thunb.추출물에서 acarbose보다 강력한 $\alpha$-amylase 저해활성을 확인하였으며, 각각의 $IC_{50}$는 44.5, 47.5 및 $50.5\;{\mu}g/mL$로 확인되었다. 또한 고혈당 치료 효과가 보고된 Cleistocalyx operculatus(Roxb.) 추출물에서는 강력한 $\alpha$-amylase 저해활성 및 양호한 $\alpha$-glucosidase 저해 활성을 확인하였다. 최종 선정된 3종의 추출물은 1 mg/mL 농도까지 인간적혈구에 대한 용혈활성이 없었으며, $80^{\circ}C$, 또는 0.01N HCl 조건에서 60분간 처리시에 활성의 변화가 나타나지 않았으며, 특히 C. operculatus(Roxb.)와 M. nagi Thunb의 경우 산 처리시에 오히려 20% 정도의 저해활성의 증가가 나타났다. 이러한 결과는, 최종 선정된 3종의 추출물이 미생물 유래의 전분분해 효소의 저해를 통해 반추동물의 급성 산독증 예방 및 치료에 이용 가능함을 제시하고 있다.
In the course of screening for anti-acidosis and anti-diabetes agent from natural products, the inhibitory activities of Nepales plant extracts against microbial $\alpha$-amylase and $\alpha$-glucosidase were evaluated. Among the 100 different kinds of ethanol extracts, Cedrus ...
In the course of screening for anti-acidosis and anti-diabetes agent from natural products, the inhibitory activities of Nepales plant extracts against microbial $\alpha$-amylase and $\alpha$-glucosidase were evaluated. Among the 100 different kinds of ethanol extracts, Cedrus deodara (Roxb.) G. Don and Myrica nagi Thunb showed strong inhibition activities against $\alpha$-amylase. The $IC_{50}$ values of C. deodara (Roxb.) G. Don, M. nagi Thunb and acarose, a commercial available anti-diabetes agent, were 44.5, 47.5 and $50.5\;{\mu}g/mL$, respectively. Considering the crude extract of C. deodara (Roxb.) G. Don, and M. nagi Thunb, these extracts have strong potentials as anti-acidosis or anti-diabates agent. In a while, Cleistocalyx operculatus (Roxb.) extract showed a good inhibition activity to $\alpha$-amylase and $\alpha$-glucosidase, even it was recently reported. The selected three extracts did not show any hemolysis activity against human red blood cell up to 1 mg/mL, and the inhibition activities were maintained by heat or acid treatment. Moreover, treatment of HCl (0.01N) for 1 h into C. operculatus (Roxb.) and M. nagi Thunb increased the inhibition activity from 50% to 70%. Our results suggest that C. deodara (Roxb.) G. Don, M. nagi Thunb, and C. operculatus (Roxb.) are potential as anti-acidosis and anti-diabetes agents.
In the course of screening for anti-acidosis and anti-diabetes agent from natural products, the inhibitory activities of Nepales plant extracts against microbial $\alpha$-amylase and $\alpha$-glucosidase were evaluated. Among the 100 different kinds of ethanol extracts, Cedrus deodara (Roxb.) G. Don and Myrica nagi Thunb showed strong inhibition activities against $\alpha$-amylase. The $IC_{50}$ values of C. deodara (Roxb.) G. Don, M. nagi Thunb and acarose, a commercial available anti-diabetes agent, were 44.5, 47.5 and $50.5\;{\mu}g/mL$, respectively. Considering the crude extract of C. deodara (Roxb.) G. Don, and M. nagi Thunb, these extracts have strong potentials as anti-acidosis or anti-diabates agent. In a while, Cleistocalyx operculatus (Roxb.) extract showed a good inhibition activity to $\alpha$-amylase and $\alpha$-glucosidase, even it was recently reported. The selected three extracts did not show any hemolysis activity against human red blood cell up to 1 mg/mL, and the inhibition activities were maintained by heat or acid treatment. Moreover, treatment of HCl (0.01N) for 1 h into C. operculatus (Roxb.) and M. nagi Thunb increased the inhibition activity from 50% to 70%. Our results suggest that C. deodara (Roxb.) G. Don, M. nagi Thunb, and C. operculatus (Roxb.) are potential as anti-acidosis and anti-diabetes agents.
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문제 정의
본 연구에서는 반추동물의 급성 산독증 및 인간 type II 당뇨병의 예방 및 치료제 개발을 위한 연구의 일환으로, 100종의 네팔 식물 추출물을 이용하여 미생물 유래의 α-amylase 및 α-glucosidase 저해 활성을 평가하였다.
제안 방법
α-amylase 저해활성은 Lim 등[15]의 방법을 수정하여 사용하였다.
이후 100℃에서 5분간 가열하여 반응을 정지시켰으며, 생성된 포도당을 DNS 용액을 가하여 동일한 방법으로 발색한 후 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 실험은 3회 반복한 후 평균값을 구하여 저해율을 계산하였다. 한편 pNPG(p-nitrophenol glucoside; Sigma Co.
네팔 시료의 실제적 이용가능성을 검토하기 위해 인간 적혈구 용혈활성을 평가하였다(Table 2). 먼저 0.
네팔 천연물 추출물들의 안전성 평가의 일환으로 인간 적혈구(4%)를 이용하여 용혈 활성을 평가하였다[25]. 먼저 PBS로 3회 수세한 인간 적혈구 100 µL를 96-well microplate에 가하고 시료용액 100 µL를 가한 다음 37℃에서 30분간 반응시켰다.
반추동물의 급성 산독증의 예방 및 치료제 개발 연구의 일환으로 100종의 네팔 식물추출물을 이용하여 미생물 유래의 α-amylase 및 α-glucosidase 저해 활성을 평가하였다.
, USA) 용액을 가하여 100℃에서 5분간 가열하여 발색한 후 상온에서 방냉하였다. 발색액은 96 well microplate reader(Tecan Co., USA)를 이용하여 540 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 각각의 실험은 3회 반복한 후 평균값을 구하여 다음의식으로 저해율을 계산하였다. 저해율(%) = [1− (시료 첨가구 효소활성/대조구 첨가구 효소활성)] × 100.
열 안정성의 경우 80℃에서 60분간 열처리 후 잔존 α-amylase 저해활성을 평가하였으며, 산 안정성의 경우에는 pH 2(0.01N HCl) 조건에서 60분 처리 후 pH 7로 조정 후 잔존 α-amylase 저해활성을 평가하였다.
최종 선정된 3종의 추출물을 각각 100 µg/mL 농도로 조정한 후 열 안정성 및 산 안정성을 평가하였다.
nagi Thunb. 및 고혈당 치료 효과가 보고[16]된 C. operculatus (Roxb.)을 최종 선정하였다.
본 연구의 시료는 네팔의 자생식물 100종으로부터 조제된 methanol 추출물로 한국자생식물사업단(http://extract.pdrc.re.kr)으로부터 구입하여 사용하였다. 추출물의 종류, 학명, 과명 및 사용부위는 Table 1에 나타내었으며, 추출물은 Dimethylsulfoximide(DMSO)에 녹인 후 원하는 농도로 조정하였다.
사용 효소는 반추동물 산독증에 관련되는 미생물 유래의 α-amylase 및 α-glucosidase를 구입하여 사용하였으며, α-amylase는 Bacillus amyloliquifaciens, α-glucosidase는 Aspergillus niger 유래의 효소를 국내의 전분가공업체(ApisBio Co. Daegu, Korea)로부터 구입하여 사용하였다.
이후, 반응액을 10분간 원심분리(1,500 rpm)하여 상등액 100 µL를 새로운 microtiter plate로 옮긴 후 용혈에 따른 헤모글로빈 유출 정도를 414 nm에서 측정하였다. 시료의 용매 대조구로는 DMSO(2%), 실험 대조구로는 triton X-100(0.1%)을 사용하였다. 용혈활성은 다음의 수식을 이용하여 계산하였다.
데이터처리
실험결과의 통계분석은 SPSS program을 이용하여 mean ±SD로 나타내었으며, one-way ANOVA 분석 및 Duncan의 다중비교검정(p<0.05)을 실시하였다.
이론/모형
한편 pNPG(p-nitrophenol glucoside; Sigma Co., USA)를 이용한 α-glucosidase 저해 활성은 Lim 등[15]의 방법을 이용하여 평가하였다.
성능/효과
& Triana의 3종에서 50% 이상의 저해를 나타내어 1 mg/mL의 농도에서는 전체 시료중 10종에서 우수한 α-amylase 저해활성을 나타내었다.
그 결과 현재 임상에서 사용되고 있는 acarbose보다 강력한 α-amylase 저해활성을 나타내는 2종의 추출물을 선정하였으며, 또한 α-amylase와 α-glucosidase에 대해 동시에 강력한 저해 활성을 나타내는 1종을 선별하였다.
네팔 천연물 0.5 mg/mL 농도에서 soluble starch를 이용한 α-glucosidase 저해활성을 평가한 결과, 94종의 시료에서 30% 미만의 저해활성을 나타내었으며, Carum bulbocastanum Koch, Carum roxburghianum(DC.) Kurz, Cynodon dactylon Pers.
대조구로 사용된 acarbose(100 µg/mL)는 산 및 열 처리에 안정하였으며, 선정된 추출물 3종 모두 80℃에서 60분간 열처리시에 안정된 α-amylase 저해활성을 나타내었다.
및 Pterocarpus marsupium Roxb의 5종으로, 본 실험에서 선정된 α-amylase 저해제와 일치하는 경우는 없었으나 8.5~20% 정도의 저해활성을 나타내었다.
한편 1 mg/mL 농도에서는 Curcuma longa L.을 비롯한 총 17종에서 70% 이상의 강력한 용혈현상을 나타내었다. 그러나 본 연구에서 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제로 선정된 C.
이러한 결과는 선정된 네팔 천연물 추출물들이 산 및 열 처리에 안정하며, 적절한 산처리에 의해 α-amylase 저해활성을 증대시킬 수 있음을 추측하게 한다.
) 추출물에서는 강력한 α-amylase 저해활성 및 양호한 α-glucosidase 저해 활성을 확인하였다. 최종 선정된 3종의 추출물은 1 mg/mL 농도까지 인간적혈구에 대한 용혈활성이 없었으며, 80℃, 또는 0.01N HCl 조건에서 60분간 처리시에 활성의 변화가 나타나지 않았으며, 특히 C. operculatus(Roxb.)와 M. nagi Thunb의 경우 산 처리시에 오히려 20% 정도의 저해활성의 증가가 나타났다. 이러한 결과는, 최종 선정된 3종의 추출물이 미생물 유래의 전분분해 효소의 저해를 통해 반추동물의 급성 산독증 예방 및 치료에 이용 가능함을 제시하고 있다.
추출물에서 acarbose보다 강력한 α-amylase 저해활성을 확인하였으며, 각각의 IC50는 44.5, 47.5 및 50.5 µg/mL로 확인되었다.
nagi Thunb. 추출물은 acarbose보다 우수한 것으로 확인되었다.
한편 네팔 천연물 0.5 mg/mL 농도에서 pNPG를 기질로 이용한 α-glucosidase 저해활성을 평가한 결과, 49개의 시료에서 20% 미만의 약한 저해 활성을, 나머지 48개의 시료에서는 0~15%의 α-glucosidase 촉진활성을 나타내었다(Table 2).
후속연구
또한 본 결과는 기질종류에 따라 α-glucosidase 저해활성이 달라질 수 있음을 나타내며, 실질적인 항산독증제 이용을 위해서는 전분을 기질로 사용한 경우, α-amylase 및 α-glucosidase 저해효과를 동시에 나타내는 천연물의 선택이 필요하리라 판단된다.
nagi Thunb의 경우 산 처리시에 오히려 20% 정도의 저해활성의 증가가 나타났다. 이러한 결과는, 최종 선정된 3종의 추출물이 미생물 유래의 전분분해 효소의 저해를 통해 반추동물의 급성 산독증 예방 및 치료에 이용 가능함을 제시하고 있다.
최근 C. cyminum L로부터 분리된 cuminaldehyde의 미약한 α-glucosidase 저해활성(IC50: 0.5 mg/mL)이 보고되어 있으나[14], 본 연구에서는 C. cyminum L 추출물을 사용한 점과, rat의 α-glucosidase가 아닌 미생물유래의 α-glucosidase를 대상으로 저해활성을 평가한 점이 다르므로 이에 대한 추가연구가 필요하다고 판단된다.
그 결과 현재 임상에서 사용되고 있는 acarbose보다 강력한 α-amylase 저해활성을 나타내는 2종의 추출물을 선정하였으며, 또한 α-amylase와 α-glucosidase에 대해 동시에 강력한 저해 활성을 나타내는 1종을 선별하였다. 최종 선별된 3종의 추출물은 인간 적혈구에 대해 용혈활성을 나타내지 않으며, 열 및 산 처리에도 안정하여 반추동물의 급성 산독증 및 인간 당뇨병 치료에도 이용 가능하리라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
acarbose와 같은 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제는 어디에 이용되는가?
그러나 종종 이들 전분 분해효소들의 조절되지 않은 반응은 당의 급격한 생성과 이에 따른 유기산 생성을 야기하여 당뇨, 산독증(acidosis) 등의 질병을 유발하게 된다[4-6, 9]. 따라서 이러한 질병을 예방하기 위해서는 전분질의 공급을 제한하거나 α-amylase 및 α-glucosidase 효소활성을 조절 할 필요가 있으며[7, 11], 실제 acarbose와 같은 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제들이 인간의 type II 당뇨병 및 반추동물의 산독증 예방 및 치료를 위해 이용되어 왔다[2, 18, 19]. 그러나 acarbose와 같이 임상에서 사용되고 있는 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제들은 전분분해 억제 효과 및 혈당상승 억제 효과는 우수하지만, 지속적으로 복용, 급여시에는 설사와 복통을 동반하는 것으로 알려져 있어[10, 15], 보다 안전한 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제 개발이 필요한 실정이다.
전분분해 효소들의 조절되지 않은 반응이 발생할 때 생기는 문제점은?
이중 전분질의 경우 다양한 amylase와 glucosidase에 의해 분해되며 생성된 당은 탄소원 및 에너지원으로 이용되므로 전분분해 효소들의 대사적 중요성을 이해 할 수 있다. 그러나 종종 이들 전분 분해효소들의 조절되지 않은 반응은 당의 급격한 생성과 이에 따른 유기산 생성을 야기하여 당뇨, 산독증(acidosis) 등의 질병을 유발하게 된다[4-6, 9]. 따라서 이러한 질병을 예방하기 위해서는 전분질의 공급을 제한하거나 α-amylase 및 α-glucosidase 효소활성을 조절 할 필요가 있으며[7, 11], 실제 acarbose와 같은 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제들이 인간의 type II 당뇨병 및 반추동물의 산독증 예방 및 치료를 위해 이용되어 왔다[2, 18, 19].
α-amylase 및 α-glucosidase 저해제의 문제점은?
따라서 이러한 질병을 예방하기 위해서는 전분질의 공급을 제한하거나 α-amylase 및 α-glucosidase 효소활성을 조절 할 필요가 있으며[7, 11], 실제 acarbose와 같은 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제들이 인간의 type II 당뇨병 및 반추동물의 산독증 예방 및 치료를 위해 이용되어 왔다[2, 18, 19]. 그러나 acarbose와 같이 임상에서 사용되고 있는 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제들은 전분분해 억제 효과 및 혈당상승 억제 효과는 우수하지만, 지속적으로 복용, 급여시에는 설사와 복통을 동반하는 것으로 알려져 있어[10, 15], 보다 안전한 α-amylase 및 α-glucosidase 저해제 개발이 필요한 실정이다.
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