본 연구는 전남 신안군과 제주도에서 재배되고 있는 손바닥 선인장 두 종간의 생리활성을 비교 분석하기 위해 기존에 밝혀진 바 있는 생리활성을 중심으로 in vitro 조건에서 DPPH 라디칼 소거능, ${\alpha}$-glucosidase와 tyrosinase 활성 억제능, 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 및 뇌세포 산화적 손상 억제효과를 측정하였다. ${\alpha}$-glucosidase 활성 억제 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과에서는 OFI 추출물의 효과는 거의 없거나 미약하게 보이지만, OH 추출물에서는 매우 효과적으로 높게 나타났다. DPPH 라디칼 소거능과 tyrosinase 활성 억제효과에서는 OFI와 OH 추출물간의 큰 차이가 없으나 OFI 추출물에서 조금 더 좋은 효과를 나타냈다. 손바닥선인장 줄기와 줄기 다당류 추출물의 생리활성 비교 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능, ${\alpha}$-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과가 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물보다 줄기 추출물에서 효과적인 것으로 관찰되었다. 그러나 OFI 줄기 다당류 추출물의 tyrosinase 활성 억제효과는 양성대조물인 ascorbic acid 보다 높게 나타났다. 뇌세포 산화적 손상 억제효과에서는 시료를 첨가하지 않은 대조군에 비해 모든 추출물에서 뇌세포 사멸을 약간 감소시키는 경향만을 나타냈다. 결론적으로 우리나라에 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종의 생리활성을 비교한 결과, OH-S 추출물은 ${\alpha}$-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 그리고 OFI-SP 추출물은 tyrosinase 활성 억제효과가 상대적으로 뛰어난 것으로 나타났다. 그러나 지역농민의 소득창출을 위한 유용생물자원으로서 고부가가치를 확보하기 위해서는 효율적인 추출법, 전임상 동물실험 그리고 유효성분의 개발과정이 수반되어야 한다고 사료된다.
본 연구는 전남 신안군과 제주도에서 재배되고 있는 손바닥 선인장 두 종간의 생리활성을 비교 분석하기 위해 기존에 밝혀진 바 있는 생리활성을 중심으로 in vitro 조건에서 DPPH 라디칼 소거능, ${\alpha}$-glucosidase와 tyrosinase 활성 억제능, 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 및 뇌세포 산화적 손상 억제효과를 측정하였다. ${\alpha}$-glucosidase 활성 억제 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과에서는 OFI 추출물의 효과는 거의 없거나 미약하게 보이지만, OH 추출물에서는 매우 효과적으로 높게 나타났다. DPPH 라디칼 소거능과 tyrosinase 활성 억제효과에서는 OFI와 OH 추출물간의 큰 차이가 없으나 OFI 추출물에서 조금 더 좋은 효과를 나타냈다. 손바닥선인장 줄기와 줄기 다당류 추출물의 생리활성 비교 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능, ${\alpha}$-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과가 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물보다 줄기 추출물에서 효과적인 것으로 관찰되었다. 그러나 OFI 줄기 다당류 추출물의 tyrosinase 활성 억제효과는 양성대조물인 ascorbic acid 보다 높게 나타났다. 뇌세포 산화적 손상 억제효과에서는 시료를 첨가하지 않은 대조군에 비해 모든 추출물에서 뇌세포 사멸을 약간 감소시키는 경향만을 나타냈다. 결론적으로 우리나라에 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종의 생리활성을 비교한 결과, OH-S 추출물은 ${\alpha}$-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 그리고 OFI-SP 추출물은 tyrosinase 활성 억제효과가 상대적으로 뛰어난 것으로 나타났다. 그러나 지역농민의 소득창출을 위한 유용생물자원으로서 고부가가치를 확보하기 위해서는 효율적인 추출법, 전임상 동물실험 그리고 유효성분의 개발과정이 수반되어야 한다고 사료된다.
The Opuntia extract has been traditionally used to treat diabetes, inflammation, and rheumatoid arthritis in oriental medicine. The purpose of this study is to investigate characteristics of biological activity between Opuntia humifusa and Opuntia ficus-indica which is cultivating in korea using cel...
The Opuntia extract has been traditionally used to treat diabetes, inflammation, and rheumatoid arthritis in oriental medicine. The purpose of this study is to investigate characteristics of biological activity between Opuntia humifusa and Opuntia ficus-indica which is cultivating in korea using cell-free system or cell-based assay. O. humifusa extract effectively inhibited ${\alpha}$-glucosidase activity or improved the immune function, and its biological activity was more effective than O. ficus-indica extract. The scavenging activity of DPPH radical and the inhibitory effect of tyrosinase similarly showed by O. humifusa and O. ficus-indica extract, however neuroprotective effect only showed a tendency to increase compared with control in PC12 cells. Therefore the results suggest that O. humifusa can be a useful agent for treatment of diabetes and immunodeficiency.
The Opuntia extract has been traditionally used to treat diabetes, inflammation, and rheumatoid arthritis in oriental medicine. The purpose of this study is to investigate characteristics of biological activity between Opuntia humifusa and Opuntia ficus-indica which is cultivating in korea using cell-free system or cell-based assay. O. humifusa extract effectively inhibited ${\alpha}$-glucosidase activity or improved the immune function, and its biological activity was more effective than O. ficus-indica extract. The scavenging activity of DPPH radical and the inhibitory effect of tyrosinase similarly showed by O. humifusa and O. ficus-indica extract, however neuroprotective effect only showed a tendency to increase compared with control in PC12 cells. Therefore the results suggest that O. humifusa can be a useful agent for treatment of diabetes and immunodeficiency.
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문제 정의
ficus-indica 두 종간의 생리활성에 관한 비교 연구는 거의 전무한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라에서 주로 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종간의 생리활성을 비교 연구함으로써 종의 차이에 따른 기능적 특성을 구별하고자 한다.
본 연구는 전남 신안군과 제주도에서 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종간의 생리활성을 비교 분석하기 위해 기존에 밝혀진 바 있는 생리활성을 중심으로 in vitro 조건에서 DPPH 라디칼 소거능, α-glucosidase와 tyrosinase 활성 억제능, 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 및 뇌세포 산화적 손상 억제효과를 측정하였다.
제안 방법
α-Glucosidase (1.4 mU/ml)와 농도별 시료를 37℃에서 5분간 preincubation 시키고 6 mM p-nitrophenyl α-D-glucopyranoside를 가하여 37℃에서 15분간 반응시킨 후에 0.1 M Na2CO3 용액을 가하여 반응을 정지시킨 다음에 ELISA reader (Immuno Mini NJ-2300)로 400 nm에서 흡광도를 측정하여 α-glucosidase 활성 억제능을 계산하였다.
그런 다음에 추출액에 포함된 다당류 성분을 분리하고자 손바닥선인장 물 추출물에 에탄올을 첨가하여 80% 에탄올 용액으로 만든 후 냉장보관(4℃) 하였다. 24시간이 지난 후, 침전된 백색의 다당류 성분을 여과시키는 과정을 3회 반복하여 얻은 다당류 추출물과 여액을 회전 감압 농축기를 이용하여 농축시켜 동결 건조한 후에 분말을 만들어 실험에 이용하였다. 실험에 사용된 전남 신안군 손바닥선인장 줄기 추출물은 OH-S, 전남 신안군 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물은 OH-SP, 제주도 손바닥선인장 줄기 추출물은 OFI-S, 제주도 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물은 OFI-SP 로 표기하였고, 수율은 1, 0.
그런 다음에 MTT (2 mg/ml) 용액을 각 well에 첨가하여 3시간 동안 반응시켰다. MTT 용액을 제거하고 DMSO을 넣고 15분 후에 540 nm (Immuno Mini NJ-2300)에서 흡광도를 측정하여 그 결과를 control 값에 대한 비율로 계산하였다.
각 시료 추출물을 각 농도별로 조제한 용액을 96-well plate에 각 well 당 100 μl씩 넣은 다음에 150 μM DPPH 용액을 각 well에 100μl씩 첨가하고 차광상태로 30분 동안 실온에 방치한 후에 ELISA reader (Immuno Mini NJ-2300)로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.
대식세포로부터 분비된 IL-12와 TNF-α의 생성량은 ELISA kit 를 이용하여 측정하고, 표준물질에 의해 얻어진 표준곡선을 통하여 시료에서 얻어진 O.D 값을 비교하여 cytokine의 생성량을 계산하였다.
대식세포의 생육활성화로 인한 TNF-α와 IL-12 cytokine의 생성 정도를 측정하여 면역증진 효능을 평가하였다.
면역증강효과를 측정하기 위해 활성화된 대식세포에 의해 분비되는 cytokine의 생성량을 측정하였다(Moon et al., 2000). 실험에 사용한 대식세포는 한국세포주은행으로부터 구입한 J774A.
각 시료 추출물을 각 농도별로 조제한 용액을 96-well plate에 각 well 당 100 μl씩 넣은 다음에 150 μM DPPH 용액을 각 well에 100μl씩 첨가하고 차광상태로 30분 동안 실온에 방치한 후에 ELISA reader (Immuno Mini NJ-2300)로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험결과는 대조군에 대한 시료의 DPPH 라디칼 소거능으로 계산하였으며, 모든 실험은 3회 반복하였고 NAC는 항산화제로서 양성 대조물로 사용하였다.
본 실험에 이용된 전남 신안군 지도읍의 손바닥선인장(O. humifusa; OH)과 제주도 손바닥선인장(O. ficus-indica; OFI) 줄기를 채취한 후에 물로 세척하고 가시를 제거한 다음에 잘게 자르고 약탕기에 넣고 물로 추출하였다. 그런 다음에 추출액에 포함된 다당류 성분을 분리하고자 손바닥선인장 물 추출물에 에탄올을 첨가하여 80% 에탄올 용액으로 만든 후 냉장보관(4℃) 하였다.
24시간이 지난 후, 침전된 백색의 다당류 성분을 여과시키는 과정을 3회 반복하여 얻은 다당류 추출물과 여액을 회전 감압 농축기를 이용하여 농축시켜 동결 건조한 후에 분말을 만들어 실험에 이용하였다. 실험에 사용된 전남 신안군 손바닥선인장 줄기 추출물은 OH-S, 전남 신안군 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물은 OH-SP, 제주도 손바닥선인장 줄기 추출물은 OFI-S, 제주도 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물은 OFI-SP 로 표기하였고, 수율은 1, 0.2, 1.4, 1% 정도였다.
, 2000). 실험에 사용한 대식세포는 한국세포주은행으로부터 구입한 J774A.1 세포를 RPMI 1640배지에서 계대배양하여 실험에 사용하였다. 대식세포의 활성화에 따라 배지내로 분비되는 cytokine 생성량 측정을 측정하기 위하여 대식세포를 24-well plate에 2×104 cells/well의 농도로 세포를 분주하고 시료와 LPS (1 μg/ml)를 첨가하고 37℃, 5% CO2 배양기에서 48시간 배양 후 상등액을 원심분리 하여 -20℃에 보관하여 실험에 이용하였다.
Tyrosinase 활성 억제능은 96-well plate에 시료와 8 mM L-DOPA 120 μl, tyrosinase (125 U/ml) 40 μl을 첨가한 후에 37℃에서 20분간 반응시킨 다음에 ELISA reader (Immuno Mini NJ-2300)로 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성 대조물로 ascorbic acid를 사용하였다(Iwai et al., 2004, Winitchai et al., 2011).
1 M Na2CO3 용액을 가하여 반응을 정지시킨 다음에 ELISA reader (Immuno Mini NJ-2300)로 400 nm에서 흡광도를 측정하여 α-glucosidase 활성 억제능을 계산하였다. 양성 대조물로 현재 경구 혈당강하제로 시판되고 있는 acarbose를 사용하였다.
데이터처리
각 군간의 차이는 SPSS의 ANOVA (analysis of variance)와 Duncan’s multiple range test를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의성 있는 것으로 판정하였다.
모든 실험결과는 평균±표준오차(standard error, SE)로 표현하였다.
이론/모형
PC12 세포에 미치는 시료의 세포독성 및 세포사멸을 평가하기 위해 MTT assay를 수행하였다. PC12 세포를 96-well plate 에 2×104 cells/well로 분주하였으며, 24시간 동안 배양하였다.
성능/효과
α-glucosidase 활성 억제 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과에서는 OFI 추출물의 효과는 거의 없거나 미약하게 보이지만, OH 추출물에서는 매우 효과적으로 높게 나타났다.
α-glucosidase 활성 억제 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과에서는 OFI 추출물의 효과는 거의 없거나 미약하게 보이지만, OH 추출물에서는 매우 효과적으로 높게 나타났다. DPPH 라디칼 소거능과 tyrosinase 활성 억제효과에서는 OFI와 OH 추출물간의 큰 차이가 없으나 OFI 추출물에서 조금 더 좋은 효과를 나타냈다. 손바닥선인장 줄기와 줄기 다당류 추출물의 생리활성 비교 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능, α-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과가 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물보다 줄기 추출물에서 효과적인 것으로 관찰되었다.
OH-S와 OH-SP 추출물의 α-glucosidase 활성 억제효과는 보이지만 OFI-S와 OFI-SP 추출물에서는 α-glucosidase 활성 억제효과가 전혀 나타나지 않았다(Table 2).
모든 시료의 DPPH 라디칼 소거효과는 양성 대조물인 NAC 보다 낮게 보이지만, OH-S와 OFI-S 추출물이 OH-SP와 OFISP에 비해 라디칼 소거능이 우수함을 확인하였다. OH와 OFI 추출물의 DPPH 라디칼 소거효과는 큰 차이는 없었으나 OFI-S 추출물이 다른 시료에 비해 가장 뛰어난 DPPH 라디칼 소거능을나타냈다. OH와 OFI 줄기 추출물의 라디칼 소거능 또는 항산화 효과에 관한 연구결과는 잘 알려져 있으며(Lee et al.
결론적으로 우리나라에 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종의 생리활성을 비교한 결과, OH-S 추출물은 α-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 그리고 OFI-SP 추출물은 tyrosinase 활성 억제효과가 상대적으로 뛰어난 것으로 나타났다.
구체적으로 설명하자면, OH-S와 OH-SP 추출물을 50 μg/ml 농도로 첨가 하였을 경우에 35%와 19% 정도로 α-glucosidase 활성 억제효과를 나타내므로 OH-S 추출물이 OH-SP 추출물보다 혈당조절에 도움이 되는 것으로 확인되었다(Table 2).
손바닥선인장 줄기와 줄기 다당류 추출물의 생리활성 비교 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능, α-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과가 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물보다 줄기 추출물에서 효과적인 것으로 관찰되었다. 그러나 OFI 줄기 다당류 추출물의 tyrosinase 활성 억제효과는 양성대조물인 ascorbic acid 보다 높게 나타났다. 뇌세포 산화적 손상 억제효과에서는 시료를 첨가하지 않은 대조군에 비해 모든 추출물에서 뇌세포 사멸을 약간 감소시키는 경향만을 나타냈다.
1). 그러나 OH-S 추출물은 OH-SP 추출물보다 tyrosinase 활성 억제효과가 좋은 것으로 관찰되었다(Fig. 1). Lee et al.
(2008)은 면역세포인 B와 T cell의 cytokine 분비량은 60℃ 에탄올 추출물이 물 추출물보다 증가하였고, 초음파를 병행하였을 경우에는 오히려 60℃ 물 추출물이 에탄올 추출물보다 cytokine 분비량이 증가하였다. 그러나 본 실험결과에 따르면 OFI 추출물보다는 OH 추출물이 면역기능 증진효과에 탁월하다고 확인되었다. 그럼에도 불구하고 추출방법에 따라 면역증진 효과가 바뀔 수 있으므로 면역기능과 관련된 성분분리 또는 상품개발을 위해서는 가장 효율적인 추출방법에 관한 추가실험이 필요하다.
그러나 OFI 줄기 다당류 추출물의 tyrosinase 활성 억제효과는 양성대조물인 ascorbic acid 보다 높게 나타났다. 뇌세포 산화적 손상 억제효과에서는 시료를 첨가하지 않은 대조군에 비해 모든 추출물에서 뇌세포 사멸을 약간 감소시키는 경향만을 나타냈다. 결론적으로 우리나라에 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종의 생리활성을 비교한 결과, OH-S 추출물은 α-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과 그리고 OFI-SP 추출물은 tyrosinase 활성 억제효과가 상대적으로 뛰어난 것으로 나타났다.
대식세포에 LPS 처리 후 TNF-α (1247 pg/ml)와 IL-12 (4590 pg/ml)의 생성량은 크게 증가하였고, 시료 500 μg/ml을 첨가했더니 OH-S 추출물에서 IL-12 생성량(1465 pg/ml)이 효과적으로 크게 증가되어지는 것으로 확인되었다(Fig. 2).
3A). 또한, Fig. 3B의 결과처럼 PC12 세포의 산화적 손상을 유도하기 위해 H2O2 (control)를 첨가했더니 정상 세포에 비해 세포생존율이 약 75% 정도 감소하였고, 모든 손바닥선인장 추출물에 의해 세포생존율이 약간 증가하는 경향만을나타낼 뿐 통계학적으로 의미있는 결과를 얻지 못했다(Fig. 3B). 그러나 Kim et al.
OH와 OFI 추출물의 DPPH 라디칼 소거효과는 Table 1과 같다. 모든 시료의 DPPH 라디칼 소거효과는 양성 대조물인 NAC 보다 낮게 보이지만, OH-S와 OFI-S 추출물이 OH-SP와 OFISP에 비해 라디칼 소거능이 우수함을 확인하였다. OH와 OFI 추출물의 DPPH 라디칼 소거효과는 큰 차이는 없었으나 OFI-S 추출물이 다른 시료에 비해 가장 뛰어난 DPPH 라디칼 소거능을나타냈다.
모든 시료의 tyrosinase 활성 억제효과는 농도 의존적으로 증가하였으며 OFI-SP 추출물이 가장 효과적인 것으로 확인되었고, 이 효과는 양성대조물인 ascorbic acid 보다 효과가 뛰어나므로 OFI-SP 추출물은 미백효과를 갖는 좋은 생물소재라고 사료된다(Fig. 1). 그러나 OH-S 추출물은 OH-SP 추출물보다 tyrosinase 활성 억제효과가 좋은 것으로 관찰되었다(Fig.
손바닥선인장 줄기와 줄기 다당류 추출물의 생리활성 비교 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능, α-glucosidase 활성 억제능 및 대식세포의 cytokine 생성 증가효과가 손바닥선인장 줄기 다당류 추출물보다 줄기 추출물에서 효과적인 것으로 관찰되었다.
후속연구
, 2011). 그러나 우리나라에 재배되고 있는 손바닥선인장 두 종에 대한 혈당 조절능에 관한 비교연구는 진행된바 없으므로 향후 전임상 동물실험을 시행하여 두 종의 손바닥선인장 추출물에 대한 생체내 혈당 조절효과를 심도 있게 연구할 필요성이 있다.
2). 그러므로 OH-S 추출물은 대식세포의 세포활성화로 인한 염증성 cytokine 생성량을 증가시켜 체내 면역기능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다. Kwon et al.
그러나 본 실험결과에 따르면 OFI 추출물보다는 OH 추출물이 면역기능 증진효과에 탁월하다고 확인되었다. 그럼에도 불구하고 추출방법에 따라 면역증진 효과가 바뀔 수 있으므로 면역기능과 관련된 성분분리 또는 상품개발을 위해서는 가장 효율적인 추출방법에 관한 추가실험이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
부채선인장속(Opuntia) 선인장을 손바닥선인장이라고 부르는 이유는?
지구상에는 4,000여종의 선인장이 있는데 그 중 부채선인장속(Opuntia) 선인장을 손바닥 모양처럼 생겼다하여 손바닥선인장으로 부른다. 우리나라에서는 오래 전부터 민간요법으로 손바닥선인장의 열매와 줄기를 변비, 이뇨, 식욕증진, 피부질환, 류마티스 및 화상치료에 사용하고 있다(김, 1996).
손바닥선인장은 본초강목에서 어디에 효능이 있다고 하였는가?
우리나라에서는 오래 전부터 민간요법으로 손바닥선인장의 열매와 줄기를 변비, 이뇨, 식욕증진, 피부질환, 류마티스 및 화상치료에 사용하고 있다(김, 1996). 한의약고서인 본초강목(本草綱目)에 의하면 손바닥선인장은 기관지, 천식, 기침, 폐질환, 위염, 변비, 장염, 신경통, 관절염 등에 효능이 있는 것으로 알려져 있다(Park et al., 2012).
부채선인장속(Opuntia) 선인장의 열매와 줄기 효능은?
지구상에는 4,000여종의 선인장이 있는데 그 중 부채선인장속(Opuntia) 선인장을 손바닥 모양처럼 생겼다하여 손바닥선인장으로 부른다. 우리나라에서는 오래 전부터 민간요법으로 손바닥선인장의 열매와 줄기를 변비, 이뇨, 식욕증진, 피부질환, 류마티스 및 화상치료에 사용하고 있다(김, 1996). 한의약고서인 본초강목(本草綱目)에 의하면 손바닥선인장은 기관지, 천식, 기침, 폐질환, 위염, 변비, 장염, 신경통, 관절염 등에 효능이 있는 것으로 알려져 있다(Park et al.
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