[논문]Ovalbumin과 디젤배기가스 입자로 유도된 기도염증과 기도 과민성에 대한 황금 추출물의 항천식 효과

임흥빈; 김승형

doi:10.7783/kjmcs.2012.20.2.129

Ovalbumin과 디젤배기가스 입자로 유도된 기도염증과 기도 과민성에 대한 황금 추출물의 항천식 효과
Antiasthmatic Effects on Scutellaria baicalensis Georgi Extracts Against Airway Inflammation and Hyperresponsiveness Induced by Diesel Exhaust Particles with Ovalbumin Sensitization 원문보기

韓國藥用作物學會誌 = Korean journal of medicinal crop science, v.20 no.2, 2012년, pp.129 - 135

임흥빈 (충북대학교 농업생명환경대학 특용식물학과) , 김승형 (대전대학교 한의과대학 동서생명과학연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

The feature of asthma are airway inflammation (AI), reversible airway obstruction, and an increased sensitivity to bronchoconstricting agents, elevated airway hyperresponsiveness (AHR), excess production of Th2 cytokines, and eosinophil accumulation in the lungs. This study was performed to investigate if oral administration of $Scutellaria$ $baicalensis$ Georgi water extracts (SBG) have the antiasthmatic potential for the treatment of asthma. Asthmatic HI and AHR were induced by systemic sensitization to ovalbumin (OVA) with intratracheal instillation with 0.1 mg/mL of diesel exhaust particles (DEP) suspension once a week for 10 weeks in BALB/c mice. SBG was orally administered with the concentraion of 200 mg/kg 5 days a week for 10 weeks. Long-term SBG treatment suppressed the eosinophil infiltration into airways from blood, the asthmatic AI and AHR by attenuating the production of cytokine IL-4, IL-5 and IL-13, histamine and OVA-specific IgE. Our data suggest that SBG has inhibitory effects on AI and AHR in a mouse model of asthma, may act as a potential Th2 cytokine antagonist, and may have a therapeutic effect on allergic asthma.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

OVA + DEP +황금추출물 투여군은 황금추출물을 50 mM PBS 용액으로 희석하여 200㎎/㎏ 농도로 10주 동안 일주일에 5일 식도내로 투여되었고, 정상군과 OVA + DEP 처리군은 50 mM PBS용액만을 동량 식도내로 투여되었다.
0.05% Tween 80을 함유된 50 mM 생리식염수 인산완충용액 (PBS pH 7.4)으로 1㎎/mL의 농도가 되도록 DEP suspension 용액을 만든 다음, −4℃에서 초음파 세포분쇄기(Tomy UD-201, Tokyo, Japan)로 50% 최대 출력하에 5분 동안 sonication하였다.
기도저항 수치 Pehn값은 아래의 수식에 의해 기계적으로 자동 계산되었다. 10주 동안 DEP의 기도내 투여와 마지막 2.5% OVA 용액을 aerosol화하여 분무하고 난 24시간 후에, 50, 25, 12,5 6.25, 3.125㎎/mL의 농도로 제조된 methacholine(MCH)수용액 각각을 aerosol화하여 연속해서 세 그룹의 생쥐에 분무하고 기도반응성을 30분 동안 조사하다.
Hemocytometer (Fisher)를 이용하여 BALF내 총 세포수를 조사하고 또한 BALF를 Cytospin centrifuge (Cellspin, Hanil, Korea)를 이용하여 원심분리 (400g × 4분)하여 BALF 세포를 슬라이드 글라스 위에 도말하고 Diff-Quik로 염색하여 백혈구 중 호산구의 세포수를 조사하였다.
5로 조정하고 원심분리 (1000 rpm × 5분)하여 상층액을 사용하였다. OVA + DEP 처리군 및 OVA + DEP +황금추출물 처리군은 DEP를 기도내에 투여하기 14일과 7일전에 OVA/alum 용액 0.2 mL씩 생쥐 복강내로 2회 투여하였고, DEP를 기도내 투여하기 11일과 2일전에는 1% OVA용액 0.1 mL씩 생쥐 복강내로 투여하였다. 또한 250 × 300 × 250 mm3 polycarbonate 재질 (DJ-435, Daejong, Korea) chamber안에서 10주 동안 주 1회, 1일 30분 Buxco Aerosol Delivery System (NECT10, Buxco, USA)를 이용하여 6주간은 1% OVA 용액, 그리고 마지막 4주간은 2.
Tetramethylbenzidine 기질을 100 μL씩 분주하고 암소에서 30분간 방치한 다음, stop 용액 100 μL로 처리한 후 ELISA reader를 이용하여 450㎚에서 흡광도를 조사하고 그 함량을 계산하였다.
동물사육실의 조건은 conventional system으로 온도는 20 ± 2℃, 습도는 40~60%, 환기는 1시간당 12~15회로 하였으며, 1일 중 12시간은 200~300 Lux로 조명하고, 12시간은 모든 빛을 차단하였다.
따라서 본 연구에서는 생쥐에 10주 동안 DEP를 알러지 항원과 함께 기도내로 장기간 투여하여 천식성 호산구성 기도염증과 기도과민성을 유발하고, 또한 황금 추출물을 구강내로 투여하여, 천식성 기도염증과 기도 과민성이 미치는 황금 추출물의 효과를 조사하였다.
또한 250 × 300 × 250 mm3 polycarbonate 재질 (DJ-435, Daejong, Korea) chamber안에서 10주 동안 주 1회, 1일 30분 Buxco Aerosol Delivery System (NECT10, Buxco, USA)를 이용하여 6주간은 1% OVA 용액, 그리고 마지막 4주간은 2.5% OVA 용액을 aerosol화하여 생쥐에 분무하였다.
생쥐를 10% chloral hydrate로 마취한 다음, 기도내 투여용 cannula를 이용하여 OVA + DEP 처리군 및 OVA + DEP +황금추출물 투여군은 DEP suspension 용액 100 μL를, 정상군은 50 mM PBS용액 100 μL를 각각 10주동안 일주일에 1회 기도내로 투여하였다.
(Seongnam, Korea)에서 구입한 Balb/c계 생쥐로 수컷만을 이용하였다. 생쥐를 정상군, OVA + DEP 처리군 및 OVA + DEP +황금추출물 처리군 세 그룹으로 나누고 한 그룹당 16마리씩 사육하여 기도과민성 측정 등에 8마리씩 사용하였고, 혈액과 기도폐 세정액 채취 등에 8마리씩 사용하였다. 동물사육실의 조건은 conventional system으로 온도는 20 ± 2℃, 습도는 40~60%, 환기는 1시간당 12~15회로 하였으며, 1일 중 12시간은 200~300 Lux로 조명하고, 12시간은 모든 빛을 차단하였다.
기도과민성의 측정은 Finotto 등 (2001)의 방법에 준하여 실시하였다. 생쥐의 기도 수축정도는 Buxco system (Biosystem XA; Buxco Electronic Inc, USA)을 이용하여 측정되었다. 기도저항 수치 Pehn값은 아래의 수식에 의해 기계적으로 자동 계산되었다.
실험 종료 후 생쥐는 복강내로 10% chloral hydrate를 투여하여 마취한 다음 심장채혈법으로 채혈하고, 원심분리 (3,000rpm × 10분)하여 혈청을 얻었으며, 혈청은 −70℃에 보관하면서 실험에 사용하였다.
폐세정액에서 interleukin (IL)-4, IL-5, IL-13의 함량과 interferon-gamma (IFN-γ) ELISA kit는 Biosource사 (Invitrogen, USA) 제품, 혈액으로 유리한 히스타민 함량은 Beckman Coulter사 (Fellerton, USA) 제품, 그리고 혈액에서 immunoglobulin-E (IgE) 함량은 Shibayagi사 (Shibukawa, Japan) 제품의 monoclonal antibody-based mouse IL ELISA kit를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 실험동물은 Daehan Biolink Co.(Seongnam, Korea)에서 구입한 Balb/c계 생쥐로 수컷만을 이용하였다. 생쥐를 정상군, OVA + DEP 처리군 및 OVA + DEP +황금추출물 처리군 세 그룹으로 나누고 한 그룹당 16마리씩 사육하여 기도과민성 측정 등에 8마리씩 사용하였고, 혈액과 기도폐 세정액 채취 등에 8마리씩 사용하였다.
DEP는 일본 국립환경연구소 대기영향평가팀으로부터 구입하였다. DEP는 일본 이쯔쯔 자동차 주식회사 4JB1형 2740cc 4기통직분사식 디젤엔진을 1500 rpm, 10 torque (10㎏/m)의 부하조건하에서 운전했을 때 생기는 배기미립자를 glass fiber filter로 포집하고 −20℃로 보관하면서 실험에 사용하였다.
DEP는 일본 이쯔쯔 자동차 주식회사 4JB1형 2740cc 4기통직분사식 디젤엔진을 1500 rpm, 10 torque (10㎏/m)의 부하조건하에서 운전했을 때 생기는 배기미립자를 glass fiber filter로 포집하고 −20℃로 보관하면서 실험에 사용하였다.
4% 이상 배합사료)를 사용하였다. 그리고 cage는 polycarbonate재질로 만든 것을 사용하였으며 깔집은 (주)JRS (MK- 2000 Corncob, Germany) 제품을 사용하였다. 실험동물의 사육과 모든 실험과정은 대전대학교 동물실험윤리위원회에서 승인되었으며, 국제동물이용관리 위원회 지침을 준수하였다.
동물사육실의 조건은 conventional system으로 온도는 20 ± 2℃, 습도는 40~60%, 환기는 1시간당 12~15회로 하였으며, 1일 중 12시간은 200~300 Lux로 조명하고, 12시간은 모든 빛을 차단하였다. 실험동물의 사료는 (주)삼양사 (Seoul, Korea) 제품의 고형사료 (조단백질 22.1% 이상, 조지방 8.0% 이하, 조섬유 5.0% 이하, 조회분 8.0% 이하, 칼슘 0.6% 이상, 인 0.4% 이상 배합사료)를 사용하였다. 그리고 cage는 polycarbonate재질로 만든 것을 사용하였으며 깔집은 (주)JRS (MK- 2000 Corncob, Germany) 제품을 사용하였다.
즉 OVA/alum 용액은 OVA 농도가 500㎍/mL인 50 mM PBS 용액 (pH 7.4)과 10% (w/v) aluminum potassium sulfate 용액을 동량 혼합하여 제조하였고, 실온에서 60분 동안 방치한 다음 pH를 6.5로 조정하고 원심분리 (1000 rpm × 5분)하여 상층액을 사용하였다.
생쥐를 10% chloral hydrate로 마취한 다음, 기도내 투여용 cannula를 이용하여 OVA + DEP 처리군 및 OVA + DEP +황금추출물 투여군은 DEP suspension 용액 100 μL를, 정상군은 50 mM PBS용액 100 μL를 각각 10주동안 일주일에 1회 기도내로 투여하였다. 한편 황금은 대전대학교 부속 한방병원에서 구입 정선한 것을 사용하였으며, 황금추출물은 대전대학교 한의과대학 동서생명과학연구원에서 한약탕기에 황금약재와 증류수를 넣고 3시간 동안 달여서 여과하고 농축한 다음, 동결 건조하여 실험에 사용하였다. 황금추출물에서 지표성분인 baicalin성분의 함량은 10.

데이터처리

모든 데이터는 평균 ±표준편차로 나타내었으며, 데이터 분석은 StatView version (4.0 Abacus Concepts, Inc. Berkeley, CA)을 이용하였고, Fisher's protected least significant difference test 혹은 Scheffe's F test에 의해 정상군과 OVA + DEP 처리군, 정상군과 OVA+DEP +황금추출물 처리군 그리고 OVA + DEP 처리군과 OVA + DEP +황금추출물 처리군 사이에 통계적인 유의성을 검정하였다.

이론/모형

기도과민성의 측정은 Finotto 등 (2001)의 방법에 준하여 실시하였다. 생쥐의 기도 수축정도는 Buxco system (Biosystem XA; Buxco Electronic Inc, USA)을 이용하여 측정되었다.
생쥐에 ovalalbumin (OVA) 감작화 및 흡입은 Kim 등(2011)의 방법에 따라 실시하였다. 즉 OVA/alum 용액은 OVA 농도가 500㎍/mL인 50 mM PBS 용액 (pH 7.

성능/효과

59로 같은 MCH 농도로 비교했을 때 상대적으로 정상군에 비해서는 높았으나 OVA + DEP 처리군에 비해서 낮았다. 10주 동안 OVA 감작화와 함께 DEP를 처리하면 기도과민성은 크게 증가하였으나 여기에 황금추출물을 병행 처리하면 기도과민성은 어느 정도 완화된다는 것을 나타내는 결과라고 생각된다.
OVA + DEP 처리군에서 IL-4, IL-5와 IL-13 함량은 정상군에 비해 각각 11.7배, 10.5배와 13.6배 증가하였으나 OVA + DEP + SBG 처리군에서 이들의 함량은 정상군에 비해 각각 5.4배, 5.0배와 5.4배로 OVA + DEP 처리군에 비해 크게 감소하였다 (p < 0.01).
따라서 생쥐에게 OVA 감작화와 함께 DEP를 기도내로 투여하면 생체의 방어작용의 일환으로 혈액의 염증세포가 기도내로 크게 침윤하며, 염증세포 중에서도 특히 호산구의 침윤이 급증하여 천식성 만성 기도염증이 크게 증가되었다. 그러나 생쥐에 OVA 감작화와 DEP와 함께 장기간 황금 추출물을 병용 투여하면 혈액에서 기도내로 침윤하는 총 염증세포 수의 증가가 크게 완화되고, 특히 크게 증가하는 호산구의 침윤도 조절될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 생쥐에 장기간 황금추출물의 투여는 OVA 감작화와 함께 DEP에 의한 천식성 기도 염증을 완화시킬 수 있는 가능성이 있다고 판단된다.
01), OVA+DEP 처리군에 비해서는 증가하는 경향만을 나타내었다. 따라서 생쥐에 장기간 DEP를 OVA 감작화와 함께 병용투여하면 면역계세포에 면역조절작용이 현저하다고 알려진 IFR-와 같은 helper T1 세포형 cytokine함량에는 큰 영향을 미치지 못하지만 B세포의 IgE항체생성 촉진작용을 나타내는 IL-4와 B세포의 분화 및 항체생성을 자극하고, IgA 생성을 촉진하고, 또한 백혈구 중 호산구를 활성화시키는 IL-5와 IL-13과 같은 helper T2 세포형 cytokine의 함량은 크게 증가되었으며, 이는 선행 연구한 결과(Lim and Kim, 2009)와 같았다. 그러나 생쥐에 장기간 황금추출물 병용투여는 OVA 감작화와 DEP 투여로 인한 IL-4, IL-5 및 IL13의 함량 증가를 억제하였다.
01). 따라서 생쥐에게 OVA 감작화와 함께 DEP를 기도내로 투여하면 생체의 방어작용의 일환으로 혈액의 염증세포가 기도내로 크게 침윤하며, 염증세포 중에서도 특히 호산구의 침윤이 급증하여 천식성 만성 기도염증이 크게 증가되었다. 그러나 생쥐에 OVA 감작화와 DEP와 함께 장기간 황금 추출물을 병용 투여하면 혈액에서 기도내로 침윤하는 총 염증세포 수의 증가가 크게 완화되고, 특히 크게 증가하는 호산구의 침윤도 조절될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 생쥐에 장기간 황금추출물 병용투여는 OVA 감작화와 DEP 투여로 인한 IL-4, IL-5 및 IL13의 함량 증가를 억제하였다. 따라서 황금추출물은 알러지원에 의한 천식성 기도 염증과 기도과민성의 특징인 cytokine IL-4, IL-5와 IL-13 함량의 증가를 완화시킬 수 있는 효과가 있다는 것을 나타내는 결과라고 판단하였다.
본 실험에서 장기간 생쥐에 알러지원 OVA 감작화와 DEP 처리로 인한 각종 염증세포의 침윤과 기관지 천석성 염증반응에서도 황금 추출물은 알러지와 관련된 면역 항체와 Th2 cytokine들의 증가를 완화시키는 효과가 있기 때문에 알러지원에 의한 기관지 천식을 치료하기 위한 약제로서 가능성이 있다고 생각된다. 또한 동물실험에서 염증제거에 효과가 있으며, 한방에서 각종 염증치료에 많이 이용하는 약재 중에서 황금 추출물은 기관지 천식성 염증을 억제하는 효과가 다른 추출물에 비해서 가장 우수하였다 (데이터 미제시). 한편 황금추출물을 기관지 천식을 치료하기 위한 약제로서 이용하기 위해서는 황금추출물을 계통별로 분리하고 구성 약리성분을 확인하며, 이들 성분이 직접적으로 작용해서 나타나는 효과인지 아니면 이차 대사산물에 의한 효과인지 추가적인 연구가 필요하며, 또한 많은 논문에서 확인된 황금의 대표적 약리활성 성분인 baicalin이 천식성 기도염증과도 관련이 있는 지 그리고 현재 기관지 천식 치료제로 사용되고 있는 cyclosporin A, heperidine과 같은 성분들과 그 효과를 비교하면서 더 세심한 성분연구 및 메카니즘 연구가 필요하리라 생각된다.
폐세정액에서 총 세포수는 OVA + DEP 처리군은 정상군에 비해 4.7배 증가하였고 (p < 0.01), OVA + DEP + SBG 처리군은 정상군에 비해 2.6배 증가하였으나(p < 0.01) OVA+DEP 처리군에 비해 오히려 감소하였다(p < 0.01).
한편 폐정액에서 호산구수도 OVA+DEP 처리군이 정상군에 비해 매우 크게 증가하였으나 (p < 0.01), OVA + DEP + SBG 처리군은 OVA + DEP 처리군보다는 증가폭이 크지 않았다 (p < 0.01).
한편, 폐세정액에서 IFN-γ의 함량은 OVA + DEP 처리군이 정상군에 비해서 통계적 유의성 없이 증가하는 경향을 보였으나, OVA + DEP + SBG 처리군은 정상군에 비해 증가하였고 (p < 0.01), OVA+DEP 처리군에 비해서는 증가하는 경향만을 나타내었다.
혈장에서 IgE함량도 OVA + DEP 처리군이 정상군에 비해 6.1배 증가하였으나 (p < 0.01), OVA + DEP + SBG 처리군은 정상군에 비해 2.6배 증가하여, OVA + DEP 처리군에 비해 크게 감소하였다.

후속연구

, 2012). 본 실험에서 장기간 생쥐에 알러지원 OVA 감작화와 DEP 처리로 인한 각종 염증세포의 침윤과 기관지 천석성 염증반응에서도 황금 추출물은 알러지와 관련된 면역 항체와 Th2 cytokine들의 증가를 완화시키는 효과가 있기 때문에 알러지원에 의한 기관지 천식을 치료하기 위한 약제로서 가능성이 있다고 생각된다. 또한 동물실험에서 염증제거에 효과가 있으며, 한방에서 각종 염증치료에 많이 이용하는 약재 중에서 황금 추출물은 기관지 천식성 염증을 억제하는 효과가 다른 추출물에 비해서 가장 우수하였다 (데이터 미제시).
또한 동물실험에서 염증제거에 효과가 있으며, 한방에서 각종 염증치료에 많이 이용하는 약재 중에서 황금 추출물은 기관지 천식성 염증을 억제하는 효과가 다른 추출물에 비해서 가장 우수하였다 (데이터 미제시). 한편 황금추출물을 기관지 천식을 치료하기 위한 약제로서 이용하기 위해서는 황금추출물을 계통별로 분리하고 구성 약리성분을 확인하며, 이들 성분이 직접적으로 작용해서 나타나는 효과인지 아니면 이차 대사산물에 의한 효과인지 추가적인 연구가 필요하며, 또한 많은 논문에서 확인된 황금의 대표적 약리활성 성분인 baicalin이 천식성 기도염증과도 관련이 있는 지 그리고 현재 기관지 천식 치료제로 사용되고 있는 cyclosporin A, heperidine과 같은 성분들과 그 효과를 비교하면서 더 세심한 성분연구 및 메카니즘 연구가 필요하리라 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	황금의 항암효과 메카니즘은?	, 2002). 황금의 항암효과 메카니즘은 암세포와 염증에서 황금 추출물이 COX-2 활성도를 억제함으로써 PGE2 생성이 억제되기 때문이라고 보고하고 있다(Zang et al., 2003).
	경유차 매연에 포함된 미세먼지에 함유된 오염물질과 이 물질들이 유발하는 질환은?	003~0.1㎛)는 black carbon, hydrocarbons (C14-C35)과 그 유도체, heterocyclics, polycyclic aromatic hydrocarbons과 그 유도체, acids, alcohols, esters anhydrides, ketones, nitriles, quinones, sulfonates, organic halogens과 nitrates, inorganic sulfates와 nitrates 및 중금속 등을 함유하고 있으며 (Akiyama, 2006), 기도염증, 암이나 기관지 천식 등 알레르기성 만성호흡기 질환의 원인이 된다고 보고되고 있다 (Inoue et al., 2008).
	디젤배기가스입자를 항원과 함께 생쥐에 투여한 연구 결과 어떤 현상이 나타났는가?	, 2004). 그리고 DEP를 항원과 함께 생쥐에 투여했을 때 기관지천식의 증상인 세기관지가 광범위하게 좁아지는 현상이 나타내며, 발작성인 호흡곤란이 자연적으로 혹은 치료에 의해서 원 상태로 되돌아가는 가역성의 성질을 보이고, 작은 자극에 의해서도 예민하게 기도과민성이 항진되며, 점액성분이 과다 분비된다고 보고되고 있다 (Lim and Lee, 2002; Lim et al., 1998; Sagai et al.

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Yoon SB, Lee YJ, Park SK, Kim HC, Bae HS, Ko SG, Choi HY, Oh MS and Park WS. (2009). Anti-inflammatory effects of Scutellaria baicalensis water extract of RAW 264.7 macrophages. Journal of Ethnopharmacology. 125:286-290.

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Yune TY, Lee JY, Cui CM, Kim HC and Oh TH. (2009). Neuroprotective effect of Scutellaria baicalensis on spinal cord injury in rats. Journal of Neurochemistry. 110:1276-1287.

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Zang DY, Wu J, Ye F, Xue L, Jiang S and Yi J. (2003). Inhibition of cancer cell proliperation and prostaglandin E2 synthesis by Scutellaria baicalensis. Cancer Research. 63:4037-4043.

저자의 다른 논문 :

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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