포도 3종(Campbell early, MBA, 거봉)의 과피와 씨를 물과 ethanol을 이용하여 추출하였다. ${\alpha}$-Glucosidase 저해 활성은 대부분의 추출물에서 저해 활성을 보였으며, 물 추출물이 가장 높은 저해 활성을 보였다. 그에 따라 물 추출물을 이용하여 streptozotocin (STZ)에 의해 유도된 당뇨 마우스모델의 고혈당에 미치는 영향을 조사한 결과 캠벨(씨)의 물 추출물을 처리한 당뇨 유발 마우스의 혈당은 시간이 지날수록 그 수치가 떨어져 3시간이 지난 후에는 정상 수치까지 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 거봉(씨) 물 추출물을 처리한 마우스에서는 혈당 상승이 1/3 수준으로 완화되었다. 이러한 결과를 통하여 포도의 과피와 씨 추출물은 고혈당 개선에 효과를 지닐 것으로 판단되었으며 향후 혈당에 관련된 기타분자표적의 추적이 필요하다고 판단된다.
포도 3종(Campbell early, MBA, 거봉)의 과피와 씨를 물과 ethanol을 이용하여 추출하였다. ${\alpha}$-Glucosidase 저해 활성은 대부분의 추출물에서 저해 활성을 보였으며, 물 추출물이 가장 높은 저해 활성을 보였다. 그에 따라 물 추출물을 이용하여 streptozotocin (STZ)에 의해 유도된 당뇨 마우스모델의 고혈당에 미치는 영향을 조사한 결과 캠벨(씨)의 물 추출물을 처리한 당뇨 유발 마우스의 혈당은 시간이 지날수록 그 수치가 떨어져 3시간이 지난 후에는 정상 수치까지 떨어지는 것을 확인할 수 있었고, 거봉(씨) 물 추출물을 처리한 마우스에서는 혈당 상승이 1/3 수준으로 완화되었다. 이러한 결과를 통하여 포도의 과피와 씨 추출물은 고혈당 개선에 효과를 지닐 것으로 판단되었으며 향후 혈당에 관련된 기타분자표적의 추적이 필요하다고 판단된다.
To investigate the anti-diabetic activity of ethanol and aqueous peel and seed extracts obtained from three different grape species (Cambell Early, MBA, and Kyoho), alpha-glucosidase inhibitory activity was examined. All extracts showed anti-diabetic activity, especially aqueous extract exhibited in...
To investigate the anti-diabetic activity of ethanol and aqueous peel and seed extracts obtained from three different grape species (Cambell Early, MBA, and Kyoho), alpha-glucosidase inhibitory activity was examined. All extracts showed anti-diabetic activity, especially aqueous extract exhibited inhibitory effect above 70%. Thus, we used aqueous extract to check the potential hypoglycemic effects in a streptozotocin (STZ)-induced diabetic mice model. The results showed that the blood glucose level of STZ-induced diabetic mice decreased drastically after 3 hr when the aqueous extract of Cambell Early seed was treated to the mice model. The aqueous extract of Kyoho seed lessened blood glucose level by 60%. Together, these data indicate that extracts of grape peel and seed (aqueous or ethanol) may have potential in improving hypoglycemic effects in the diabetic symptoms, suggesting that further investigation on biomarker expressions should be rewarding.
To investigate the anti-diabetic activity of ethanol and aqueous peel and seed extracts obtained from three different grape species (Cambell Early, MBA, and Kyoho), alpha-glucosidase inhibitory activity was examined. All extracts showed anti-diabetic activity, especially aqueous extract exhibited inhibitory effect above 70%. Thus, we used aqueous extract to check the potential hypoglycemic effects in a streptozotocin (STZ)-induced diabetic mice model. The results showed that the blood glucose level of STZ-induced diabetic mice decreased drastically after 3 hr when the aqueous extract of Cambell Early seed was treated to the mice model. The aqueous extract of Kyoho seed lessened blood glucose level by 60%. Together, these data indicate that extracts of grape peel and seed (aqueous or ethanol) may have potential in improving hypoglycemic effects in the diabetic symptoms, suggesting that further investigation on biomarker expressions should be rewarding.
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제안 방법
각 well의 total volume은 200 μL로 시약의 농도는 각각 ɑ-glucosidase 0.2 unit/mL, p-nitrophenyl-ɑ-D-glucopyranoside 0.25 mM이 되도록 하였고, 포도 추출물 sample은 각 1, 3 μL를 첨가하여 실험을 진행하였다.
거봉 씨 추출물을 투여한 실험군 또한 최고 혈당치를 당뇨 유발군에 비하여 1/3 낮은 464.67±3.79 mg/dL (P<0.05)가 되게 하여 급격한 혈당치 상승현상을 막아주었다(Fig. 2-B)
당뇨 유발모델은 5 mM citrate buffer (pH 4.5)에 녹인 streptozotocin(50-70 mg/kg body weight)을 3회 마우스의 복강에 주사하여 췌장의 β-세포를 파괴하였고, 마지막 복강투여 3일 후 24시간 절식시킨 다음, 꼬리정맥에서 혈당을 검사하여 혈당치가 240 mg/dL 이상인 마우스만을 골라 당뇨 유발군으로 선별하였다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 쉽게 구할 수 있는 포도 3종의 부위와 추출용매(DW, 50% ethanol, 100% ethanol)에 따른 α-glucosidase 활성 저해능 비교 in vitro assay와 당뇨 유발 마우스모델을 이용한 in vivo assay를 실시하여 식후 혈당치 강하 능력을 확인하였다.
실험군은 정상대조군(No treatment), streptozotocin 당뇨유발군(STZ군), streptozotocin 당뇨 유발 후 포도들의 과피와 씨 D.W.추출물(200 mg/kg body weight)을 sonde를 사용하여 경구 투여하는 실험군과 인슐린을 10 μg 복강 투여하는 비교군으로 나누어 각 군당 7마리씩 그룹화하여 실험을 진행하였다.
재료는 2007년에 수확한 거봉(Kyoho), 머루포도(Muscat Bailey A (MBA)), 캠벨(Campbell Early)을 김천농협에서 구입하여 10℃의 저장고에 보관하면서 사용하였다. 재료는 실험실 내에서 과육을 제외한 과피와 씨로 나누어 열풍건조(60℃, 12 hr) 및 동결건조(lyophilizer, 48 hr, Il-Shin Co., Seoul, Korea)한 후, homogenizer를 이용하여 완전히 분쇄한 다음, 각 sample에 10배(v/v)의 DW, 50% ethanol, 100% ethanol을 이용하여 추출과정을 거쳤으며, filter paper(150 mm, Whatman)를 이용하여 debris를 제외한 용액을 동결건조시켜 분말로 만들어 실험에 사용하였다. 최종 과피와 씨로부터 물 추출물의 수율은 약 1.
5)에 녹인 streptozotocin(50-70 mg/kg body weight)을 3회 마우스의 복강에 주사하여 췌장의 β-세포를 파괴하였고, 마지막 복강투여 3일 후 24시간 절식시킨 다음, 꼬리정맥에서 혈당을 검사하여 혈당치가 240 mg/dL 이상인 마우스만을 골라 당뇨 유발군으로 선별하였다. 혈당강하 활성측정은 정상 마우스와 당뇨 유발 마우스를 24시간 절식 시킨 후 대조군은 포도당과 sample이 투여되는 동일한 양의 물을 경구투여하고, 실험군은 포도당과 sample을 경구투여하여 30분 간격으로 3시간 동안 혈당측정기(ACCU-Chek active, Roche Korea, Seoul, Korea)를 이용하여 미정맥으로부터 혈당치를 확인하였다.
25 mM이 되도록 하였고, 포도 추출물 sample은 각 1, 3 μL를 첨가하여 실험을 진행하였다. 흡광도 값은 ɑ-glucosidase를 넣은 후 37℃에서 30분간 반응시켜 405 nm에서 측정하였고, 실험군은 각각 4회씩 반복군을 만들어 측정하였다.
대상 데이터
실험 결과 대부분의 시료에서 α-glucosidase 저해 활성을 가졌으며, 그 중 물 추출물에서 가장 강한 저해 활성을 보였다. 따라서, 당뇨유발 동물모델을 이용한 실험은 물 추출물을 사용하였다.
당뇨 유발모델의 대표적인 실험방법은 streptozotocin (S0130, Sigma, St Louis, USA)을 이용하여 췌장의 β-세포를 파괴하여 인슐린 결핍의 영구적인 당뇨 (Insulin dependent diabetes mellitus: IDDM)를 유발시키는 것이다(24). 본 실험에 사용한 실험동물은 5주령 ICR 수컷 마우스로 샘타코(주)에서 구입하여 사육장 내에서 약 일주일간 순화과정을 거친 후 실험에 사용하였다. 실험군은 정상대조군(No treatment), streptozotocin 당뇨유발군(STZ군), streptozotocin 당뇨 유발 후 포도들의 과피와 씨 D.
본 실험에 이용된 효소는 Yeast type Ⅰ ɑ-glucosidase (G5003, Sigma, St Louis, USA)를 이용하였고, 기질은 p-nitrophenyl-ɑ-D- glucopyranoside (N1377, Sigma, St Louis, USA)를 이용하였다. 반응액은 0.
재료는 2007년에 수확한 거봉(Kyoho), 머루포도(Muscat Bailey A (MBA)), 캠벨(Campbell Early)을 김천농협에서 구입하여 10℃의 저장고에 보관하면서 사용하였다. 재료는 실험실 내에서 과육을 제외한 과피와 씨로 나누어 열풍건조(60℃, 12 hr) 및 동결건조(lyophilizer, 48 hr, Il-Shin Co.
데이터처리
모든 분석치는 평균치와 표준편차로 나타내었으며 SAS 통계 소프트웨어(Statistical Analysis System, NC, USA)에 의하여 Duncan's multiple range test로 유의성을 검정하였다(p<0.05
성능/효과
α-Glucosidase 활성 저해에 의한 항당뇨 활성 측정결과 물 추출물에서 가장 높은 활성을 보였으며, 50%와 100% ethanol 추출물에서도 다소 활성이 나타나는 것으로 나타났다.
1-B). 100% ethanol 추출물은 거봉 추출물을 제외한 모든 처리군에서 저해 활성을 보였는데, 머루포도 추출물이 75% 이상의 저해 활성을 보인 반면 캠벨은 약 30%의 저해 활성을 보였으며 씨 추출물에서는 저해 활성이 나타나지 않았다(Fig. 1-C). Fig.
05)으로 측정되어 당뇨가 잘 유발됨을 판단할 수 있었다. 24시간을 절식시킨 후, 포도당과 함께 포도 추출물 또는 인슐린을 투여하여 혈당치 변화를 측정한 결과, 당뇨를 유발하지 않은 경우 최고 혈당치가 261 mg/dL로 나타났고 90분이 지난 후에는 정상 혈당치로 돌아간 반면, 당뇨를 유발한 경우 최고 혈당치가 565 mg/dL까지 올라갔으며 공복 혈당치까지 떨어지는데 150분 이상이 소요되었고, 180분 이후의 혈당치도 약 300 mg/dL로 나타났다(Fig. 2). 인슐린을 함께 투여한 군에서는 혈당치가 급격히 떨어져서 60분 후에 정상 혈당치 (134.
머루포도의 과피 및 씨 추출물과 거봉 과피 추출물, 그리고 캠벨 과피 추출물을 투여한 실험군의 최고 혈당치와 3시간이 지난 후의 혈당치 모두 당뇨 유발군의 수치와 유의적인 차이를 보이지 않았으며(Fig. 2-A, B), 캠벨 씨 추출물을 투여한 실험군의 경우 최고 혈당치는 차이가 없었으나 3시간이 지난 후의 혈당치가 정상 혈당치(182.67±40.79 mg/dL, P<0.05)와 비슷하게 나타났다(Fig. 2-B).
본 실험에서 STZ를 3차례 복강 투여한 당뇨 유발군 마우스의 공복시 혈당치는 정상적인 마우스의 공복 시 혈당치(134.71±12.90 mg/dL, P<0.05)보다 약 200 mg/dL가 높은 것(339.5±20.29 mg/dL, P<0.05)으로 측정되어 당뇨가 잘 유발됨을 판단할 수 있었다.
α-Glucosidase 활성 저해에 의한 항당뇨 활성 측정결과 물 추출물에서 가장 높은 활성을 보였으며, 50%와 100% ethanol 추출물에서도 다소 활성이 나타나는 것으로 나타났다. 시료별로 보면 물 추출물 중에서 머루포도가 대조군에 비하여 80% 이상의 저해 활성을 나타냈으며, 거봉 추출물에서도 70%의 저해 활성을 나타냈다. 캠벨의 과피(열풍건조, 동결건조)는 1 μL를 처리한 저농도에서는 대조군 대비 20-40%의 저해 활성만을 보였으나, 3 μL를 처리한 고농도에서는 각각 70% 이상의 저해 활성을 보였다(Fig.
실험 결과 대부분의 시료에서 α-glucosidase 저해 활성을 가졌으며, 그 중 물 추출물에서 가장 강한 저해 활성을 보였다.
이에 본 실험을 통하여 포도 3종의 과피 및 씨 추출물로부터 당 흡수에 관련되어 있는 효소인 α-glucosidase의 활성을 저해하는 양상을 확인하였고, 특히 이중 캠벨 과피와 씨의 물 추출물은 당뇨 유발 마우스의 포도당 섭취 후 혈당을 점차적으로 내려주어 정상 혈당치까지 떨어뜨리는 것을 확인할 수 있었고, 거봉 씨 추출물의 경우 포도당 투여 후 급격한 혈당의 상승을 1/3수준으로 막아주는 것으로 확인되었다.
인슐린을 함께 투여한 군에서는 혈당치가 급격히 떨어져서 60분 후에 정상 혈당치 (134.71±12.90 mg/dL, P<0.05)로 회복하였지만, 시간이 지나면서 혈당치가 다시 상승하는 것을 확인할 수 있었다.
, Seoul, Korea)한 후, homogenizer를 이용하여 완전히 분쇄한 다음, 각 sample에 10배(v/v)의 DW, 50% ethanol, 100% ethanol을 이용하여 추출과정을 거쳤으며, filter paper(150 mm, Whatman)를 이용하여 debris를 제외한 용액을 동결건조시켜 분말로 만들어 실험에 사용하였다. 최종 과피와 씨로부터 물 추출물의 수율은 약 1.5%와 0.3%이었고, 에탄올 추출물의 수율은 약 1.0%와 0.2%이었다.
캠벨의 과피(열풍건조, 동결건조)는 1 μL를 처리한 저농도에서는 대조군 대비 20-40%의 저해 활성만을 보였으나, 3 μL를 처리한 고농도에서는 각각 70% 이상의 저해 활성을 보였다(Fig. 1-A).
후속연구
이에 본 실험을 통하여 포도 3종의 과피 및 씨 추출물로부터 당 흡수에 관련되어 있는 효소인 α-glucosidase의 활성을 저해하는 양상을 확인하였고, 특히 이중 캠벨 과피와 씨의 물 추출물은 당뇨 유발 마우스의 포도당 섭취 후 혈당을 점차적으로 내려주어 정상 혈당치까지 떨어뜨리는 것을 확인할 수 있었고, 거봉 씨 추출물의 경우 포도당 투여 후 급격한 혈당의 상승을 1/3수준으로 막아주는 것으로 확인되었다. 이것은 향후 반복적이고 장기적인 실험을 통하여 혈당완화를 어떻게 조절하는지 명확히 규명한다면 포도 내의 유효성분 예를 들면 resveratrol 등 polyphenol 류 등의 물질이 어떤 기전을 통하여 혈당의 완화에 기여하는지를 규명한다면 이는 포도를 이용한 천연식품 또는 건강기능성 식품소재로 각광을 받을수 있는 좋은 계기가 되리라 확신한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
당뇨병이란?
당뇨병은 고혈당을 특징으로 하는 일련의 대사 증후군으로써 췌장 β세포의 파괴로 인해 인슐린이 완전히 결핍되는제 1형 당뇨병과 인슐린이 비정상적으로 분비 되거나 말초 조직에서 인슐린 저항성을 갖는 제 2형 당뇨병으로 분류되며(5), 우리나라의 경우 전체 당뇨환자의 90-95%가 제 2형 당뇨병인 것으로 알려져 있다(6-8). 당뇨환자의 경우 식후 혈중 D-glucose와 인슐린 농도가 급격히 상승하는데, 이러한 고혈당증이 당뇨병 판정의 기준이 된다(9,10).
당뇨병은 어떻게 분류되는가?
당뇨병은 고혈당을 특징으로 하는 일련의 대사 증후군으로써 췌장 β세포의 파괴로 인해 인슐린이 완전히 결핍되는제 1형 당뇨병과 인슐린이 비정상적으로 분비 되거나 말초 조직에서 인슐린 저항성을 갖는 제 2형 당뇨병으로 분류되며(5), 우리나라의 경우 전체 당뇨환자의 90-95%가 제 2형 당뇨병인 것으로 알려져 있다(6-8). 당뇨환자의 경우 식후 혈중 D-glucose와 인슐린 농도가 급격히 상승하는데, 이러한 고혈당증이 당뇨병 판정의 기준이 된다(9,10).
포도의 대표적인 생리활성물질은?
지금까지 포도를 이용한 연구가 많은데, 특히 French paradox에서도 알 수 있듯이 심혈관질환이나 항암활성이 우수하고, 면역 조절 활성을 가진다는 연구가 많다(17-20). 이러한 효능을 나타내는 생리활성물질 중 대표적인 물질로 resveratrol이있으며, 이외에도 phenolic acid, catechin, flavonoid, proanthocyanidin 등이 다양하게 존재하는데, 이들의 대부분은 씨(60~70%)와 과피(30%)에 존재하고, 특히 포도씨에는 항산화 성분들이 많다(21-23). 최근 포도씨에서 추출한 procyanidin이 당뇨유발 rat 모델에서 혈당 감소 효과를 보이며 insulin sensitive cell에서는 insulin과 유사한 작용을 한다는 연구결과가 있으며(24), 레드와인과 화이트와인의 포도박 추출물과 사과박 추출물의 항당뇨 효과를 비교한 연구에서 사과박 추출물보다 포도박 추출물의 α-glucosidase 저해 효과가 더 높은 것으로 확인되었으나(14), 포도종이나 부위에 따라 실험이 이루어지진 않았다.
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