짚신나물 열수 추출물의 α-Glucosidase 저해 효과 및 근육세포에서 포도당 이용에 미치는 영향 Effects of Agrimonia pilosa Ledeb. Water Extract on α-Glucosidase Inhibition and Glucose Uptake in C2C12 Skeletal Muscle Cells원문보기
본 연구는 짚신나물 열수 추출물의 ${\alpha}$-glucosidase 저해 활성을 측정하고, 분화된 근육세포에서 glucose 이용과 인슐린 신호전달에 미치는 영향을 분석하였다. 짚신나물 열수 추출물($10mg/m{\ell}$)은 ${\alpha}$-glucosidase 활성을 67% 저해하였으며, 같은 농도의 양성대조구인 acarbose(63%)와 유사한 저해 효과를 보였다. 짚신나물 열수 추출물이 ${\alpha}$-glucosidase에 의한 단당류 생성을 저해함으로 식사 후 혈당이 급격히 상승하는 것을 억제하는데 효과적인 소재로 이용 가능성을 확인하였다. 또한 근육세포에서 인슐린 저항성을 유발하기 위해 지방산(1 mM, palmitic acid)를 처리하였고, glucose의 세포내 유입이 감소되는 것을 확인하였다. 지방산 처리 세포 모델에서 짚신나물 열수 추출물($10{\mu}g/m{\ell}$)은 glucose 이용을 유의적으로 회복시켜 주었다. Normal 상태의 배양조건에서 근육세포의 포도당 이용능은 짚신나물 열수 추출물($100{\mu}g/m{\ell}$) 처리에 의해 유의적으로 증가하였다. 근육세포 내로 glucose 유입은 운반 단백질인 Glut4를 통해 이루어지며, 이것은 인슐린이 신호전달을 통해 조절한다. 짚신나물 열수 추출물의 세포 내 glucose 이용 증가 효과는 인슐린 신호전달 관련 분자인 Akt 유전자와 단백질 발현을 증가시킨 것과 관련되는 것으로 추정된다. 결론적으로, 짚신나물 열수 추출물은 소화기관에서의 탄수화물 흡수 저해와 근육세포 내 glucose 이용 증가를 통해 혈당 조절 및 당 대사 개선에 긍정적인 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
본 연구는 짚신나물 열수 추출물의 ${\alpha}$-glucosidase 저해 활성을 측정하고, 분화된 근육세포에서 glucose 이용과 인슐린 신호전달에 미치는 영향을 분석하였다. 짚신나물 열수 추출물($10mg/m{\ell}$)은 ${\alpha}$-glucosidase 활성을 67% 저해하였으며, 같은 농도의 양성대조구인 acarbose(63%)와 유사한 저해 효과를 보였다. 짚신나물 열수 추출물이 ${\alpha}$-glucosidase에 의한 단당류 생성을 저해함으로 식사 후 혈당이 급격히 상승하는 것을 억제하는데 효과적인 소재로 이용 가능성을 확인하였다. 또한 근육세포에서 인슐린 저항성을 유발하기 위해 지방산(1 mM, palmitic acid)를 처리하였고, glucose의 세포내 유입이 감소되는 것을 확인하였다. 지방산 처리 세포 모델에서 짚신나물 열수 추출물($10{\mu}g/m{\ell}$)은 glucose 이용을 유의적으로 회복시켜 주었다. Normal 상태의 배양조건에서 근육세포의 포도당 이용능은 짚신나물 열수 추출물($100{\mu}g/m{\ell}$) 처리에 의해 유의적으로 증가하였다. 근육세포 내로 glucose 유입은 운반 단백질인 Glut4를 통해 이루어지며, 이것은 인슐린이 신호전달을 통해 조절한다. 짚신나물 열수 추출물의 세포 내 glucose 이용 증가 효과는 인슐린 신호전달 관련 분자인 Akt 유전자와 단백질 발현을 증가시킨 것과 관련되는 것으로 추정된다. 결론적으로, 짚신나물 열수 추출물은 소화기관에서의 탄수화물 흡수 저해와 근육세포 내 glucose 이용 증가를 통해 혈당 조절 및 당 대사 개선에 긍정적인 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
Agrimonia pilosa Ledeb. is a medicinal plant with anti-tumor, anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-hyperglycemic activities. However, few studies of the anti-diabetic effect of A. pilosa on insulin resistance status have been performed. In the present study, the anti-diabetic effect of A. pilosa...
Agrimonia pilosa Ledeb. is a medicinal plant with anti-tumor, anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-hyperglycemic activities. However, few studies of the anti-diabetic effect of A. pilosa on insulin resistance status have been performed. In the present study, the anti-diabetic effect of A. pilosa water extract (AP) was determined by investigating its ${\alpha}$-glucosidase inhibitory property, glucose utilization, and uptake, as well as insulin resistance mechanism of action in C2C12 skeletal muscle cells. Compared to positive control (acarbose), AP ($10mg/m{\ell}$) showed a similar ${\alpha}$-glucosidase inhibitory capacity. Glucose uptake was significantly increased by $1{\mu}m$ insulin treatment (p<0.05). However, palmitic acid (FFA, 1 mM) induced muscle insulin resistance and glucose uptake dysfunction. On the other hand, AP ($10{\mu}g/m{\ell}$) was capable of reversing the FFA-induced insulin resistance in C2C12 myotubes. Compared to control, AP ($100{\mu}g/m{\ell}$ without insulin) significantly increased the utilization of glucose (p<0.05) in C2Cl2 myotubes cultured in normal glucose (7 mM). AP treatment significantly increased the relative mRNA and protein expression levels of Akt. In particular, the effect of A. pilosa on the insulin signaling system is associated with the up-regulation of Akt genes and glucose uptake in C2Cl2 myotubes. These results suggest that A. pilosa is useful in the prevention of diabetes and the treatment of hyperglycemic disorders.
Agrimonia pilosa Ledeb. is a medicinal plant with anti-tumor, anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-hyperglycemic activities. However, few studies of the anti-diabetic effect of A. pilosa on insulin resistance status have been performed. In the present study, the anti-diabetic effect of A. pilosa water extract (AP) was determined by investigating its ${\alpha}$-glucosidase inhibitory property, glucose utilization, and uptake, as well as insulin resistance mechanism of action in C2C12 skeletal muscle cells. Compared to positive control (acarbose), AP ($10mg/m{\ell}$) showed a similar ${\alpha}$-glucosidase inhibitory capacity. Glucose uptake was significantly increased by $1{\mu}m$ insulin treatment (p<0.05). However, palmitic acid (FFA, 1 mM) induced muscle insulin resistance and glucose uptake dysfunction. On the other hand, AP ($10{\mu}g/m{\ell}$) was capable of reversing the FFA-induced insulin resistance in C2C12 myotubes. Compared to control, AP ($100{\mu}g/m{\ell}$ without insulin) significantly increased the utilization of glucose (p<0.05) in C2Cl2 myotubes cultured in normal glucose (7 mM). AP treatment significantly increased the relative mRNA and protein expression levels of Akt. In particular, the effect of A. pilosa on the insulin signaling system is associated with the up-regulation of Akt genes and glucose uptake in C2Cl2 myotubes. These results suggest that A. pilosa is useful in the prevention of diabetes and the treatment of hyperglycemic disorders.
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문제 정의
인슐린에 의해 활성화된 glucose transporter 4(Glut 4)는 세포 내로 glucose 유입을 증가시켜 체내의 glucose 농도를 조절하는 중요한 역할을 한다(Watson & Pessin 2001). 이에 본 연구는 짚신나물의 기능성 식품으로 이용성을 높이기 위해 α-glucosidase 저해활성과 근육세포에서 glucose이용과 인슐린 신호전달에 미치는 영향을 마우스 근육세포인 C2C12 세포를 이용하여 알아보고자 하였다. 짚신나물 열수 추출물이 Glut 4 발현에 미치는 영향 및 활성조절에 관여하는 insulin receptor substrat(IRS), protein kinase B(Akt), phosphoinositide 3-kinase(Pik3r) 등의 유전자 및 단백질 발현증가 관계를 구명하여 당뇨 예방 소재로서의 이용 가능성을 평가하였다.
제안 방법
당 대사 관련 주요 분자들의 유전자 발현량을 평가하기 위하여 C2C12 myoblast 세포를 4일간 분화하여 glucose 유입을 조절하는 IRS, Akt, Pik3r와 Glut 4 유전자를 Real Time PCR로 평가하였다. 짚신나물 열수 추출물 농도별(0~100 ㎍/㎖) 또는 1 μM insulin을 처리하여 3시간 동안 배양한 후 차가운 PBS로 2번 세척하여 1 ㎖ Trizol(Invitrogen, CA, USA)을 이용하여 RNA를 분리하였다(Tan & Yiap 2009).
2-NBDG는 fluorescent derivate of glucose로서 세포 내 glucose 유입을 측정하기 위해 유용하게 사용한다. 본 연구에서는 분화 4일차의 C2C12 세포에 지방산(1 mM palmitic acid)을 처리한 후, 분화 5일차에 짚신나물 열수 추출물이 glucose uptake에 미치는 영향을 평가하였다.
이에 본 연구는 짚신나물의 기능성 식품으로 이용성을 높이기 위해 α-glucosidase 저해활성과 근육세포에서 glucose이용과 인슐린 신호전달에 미치는 영향을 마우스 근육세포인 C2C12 세포를 이용하여 알아보고자 하였다. 짚신나물 열수 추출물이 Glut 4 발현에 미치는 영향 및 활성조절에 관여하는 insulin receptor substrat(IRS), protein kinase B(Akt), phosphoinositide 3-kinase(Pik3r) 등의 유전자 및 단백질 발현증가 관계를 구명하여 당뇨 예방 소재로서의 이용 가능성을 평가하였다.
대상 데이터
마우스 근육세포(C2C12 myoblast)는 American Type Culture Collection(ATCC; Manassas, VA, USA)으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. C2C12 myoblast 세포는 고농도 glucose(4.
본 실험에서 사용한 짚신나물(Agrimonia pilosa Ledeb.)은 전남 곡성군 소재 선학초영농조합법인에서 구입하여 짚신나물 지상부를 수세 후 분쇄기로 균일하게 분쇄하였다. 시료 10g에 중량 대비 10배의 증류수를 가하고, 80℃ 수욕상에서 3시간씩 2회 반복으로 환류냉각 추출하였다.
데이터처리
2 프로그램을 이용하여 실시하였다. 평균±표준편차로 표시하였고, 각 sample간의 통계적 유의성은 student's t-test와 one-way ANOVA를 실시하였으며, 각 군 간의 차이는 P<0.05수준에서 Duncan’s multiple range test로 검증하였다.
이론/모형
α-Glucosidase 활성 억제 효과 측정은 Watanabe(1997)의 방법으로 측정하였다. 100 mM phosphate buffer(pH 7.
짚신나물 열수 추출물의 직접적인 세포내 glucose 유입에 미치는 영향을 분석하기 위하여 2-NBDG assay를 실시하였다. 2-NBDG는 fluorescent derivate of glucose로서 세포 내 glucose 유입을 측정하기 위해 유용하게 사용한다.
짚신나물 열수 추출물 농도별(0~100 ㎍/㎖) 또는 1 μM insulin을 처리하여 3시간 동안 배양한 후 차가운 PBS로 2번 세척하여 1 ㎖ Trizol(Invitrogen, CA, USA)을 이용하여 RNA를 분리하였다(Tan & Yiap 2009). 추출한 2 ㎍ RNA는 High Capacity RNA-to-cDNA Kit(Applied Biosystems;Foster City, CA, USA)를 이용하여 메뉴얼에 따라 합성하였고, mRNA 발현은 TaqMan analysis를 사용하여 Step-One-Plus RT-PCR System(Applied Biosystems)에서 실행하였다. Primer는 IRS(Mm 01278327_m1), Akt(Mm01331626_m1), Pik3r(Mm00803160_m1)와 Glut 4(Mm00436615_m1)를 사용하였으며, 95℃에서 10분간 denaturing 후, 95℃에서 15초, 60℃에서 60초의 간격으로 40회 반복하여 증폭하였다.
성능/효과
짚신나물 열수 추출물의 세포 내 glucose 이용 증가 효과는 인슐린 신호전달 관련 분자인 Akt 유전자와 단백질 발현을 증가시킨 것과 관련되는 것으로 추정된다. 결론적으로, 짚신나물 열수 추출물은 소화기관에서의 탄수화물 흡수 저해와 근육세포 내 glucose 이용 증가를 통해 혈당 조절 및 당 대사 개선에 긍정적인 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
인산화된 Akt는 Glut4를 세포막으로 이동시켜 glucose를 세포 내로 uptake 시킨다(Elmendorf JS 2002). 따라서 짚신나물 열수 추출물이 근육세포에서 포도당 이용에 미치는 효과는 인슐린 신호전달에 관련된 단백질의 인산화와 Glut4의 이동에 미치는 영향이 더 고려되어야 한다. Glucose uptake를 조절하는 데에는 여러 단계에 관여하고 있으며, 각 단계의 신호전달을 이해하기 위해서는 AMPK 활성 등 많은 신호전달 물질들에 대한 연구가 더 필요하다.
3에 나타낸 바와 같이 인슐린 처리에 의해 glucose uptake가 증가하지만, palmitic acid를 함께 처리하면 감소하게 된다. 여기에 짚신나물 열수 추출물(10 ㎍/㎖)을 처리하면 감소되었던 glucose uptake가 유의하게 증가하였다. Deang 등(2012)의 보고에 따르면 0.
6에 나타내었다. 짚신나물 열수 추출물(10 ㎍/㎖) 처리 시 Akt와 단백질 발현이 증가였지만, glucose 운반 단백질인 Glut 4의 발현은 유의적인 증가를 보이지 않았다. 또한 인슐린 처리에 의한 Akt와 Glut4 단백질 발현에는 변화가 없었다.
인슐린(1 μM) 처리 시 Akt와 Glut4의 발현이 유의하게 증가하였고, IRS와 Pik3r은 유의한 차이가 나타나지 않았다. 짚신나물 열수 추출물(100 ㎍/㎖)은 인슐린 신호전달 관련 유전자 중 Akt 유전자 발현만 유의하게 증가시켰다. Akt는 인슐린 조절을 통해 근육, 지방, 간에서의 대사작용에 있어 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Tan 등 2012).
후속연구
따라서 짚신나물 열수 추출물이 근육세포에서 포도당 이용에 미치는 효과는 인슐린 신호전달에 관련된 단백질의 인산화와 Glut4의 이동에 미치는 영향이 더 고려되어야 한다. Glucose uptake를 조절하는 데에는 여러 단계에 관여하고 있으며, 각 단계의 신호전달을 이해하기 위해서는 AMPK 활성 등 많은 신호전달 물질들에 대한 연구가 더 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제2형 당뇨병이 유발되는 조건은?
현대사회에서는 생활습관 및 사회 경제적 변화, 산업화 등의 환경적 요인에 의해 비만과 제2형 당뇨병이 증가하는 추세이다(Lee KW 2005). 전체 당뇨의 90%에 해당하는 제2형 당뇨병은 근육, 간, 지방조직에서 다양한 요인에 의해 인슐린 작용이 저하되어 상승된 혈당을 제거하지 못하고 혈중 glucose 농도가 오랫동안 높게 지속될 때 유발된다(Moody & Hassan 1982; Marle 등 1985; Jenkins 등 1988). 대한당뇨병학회에 따르면 한국 당뇨환자 인구는 2010년 기준 320만 명으로 성인 10명 중 1명이 당뇨환자(당뇨병 유병율 10.
민간요법에서 짚신나물은 어떤 질환을 위한 약으로 이용되어졌는가?
)은 장미과에 속하는 다년생 숙근초로서, 용아, 용아초, 황야초, 황용초, 지선초, 선학초 등으로 부르기도 한다. 예로부터 민간요법으로 폐암, 간암, 식도암, 종양, 통증 제거, 지혈, 지사, 토혈, 혈뇨, 자궁 출혈 등의 약용으로 널리 이용되어 왔다(Kang BS 1992). 짚신나물 추출물은 항산화, 항염증, 항암 등의 효과를 가진 식물로 알려지고 있다(Lee 등 2002; Tang 등 2002; Xu 등 2005; Jung CH 등 2006).
짚신나물의 이명은?
짚신나물(Agrimonia pilosa Ledeb.)은 장미과에 속하는 다년생 숙근초로서, 용아, 용아초, 황야초, 황용초, 지선초, 선학초 등으로 부르기도 한다. 예로부터 민간요법으로 폐암, 간암, 식도암, 종양, 통증 제거, 지혈, 지사, 토혈, 혈뇨, 자궁 출혈 등의 약용으로 널리 이용되어 왔다(Kang BS 1992).
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