[논문]브로콜리 유래 Sulforaphane의 혈관 수축성 조절 효과

제현동

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브로콜리 유래 Sulforaphane의 혈관 수축성 조절 효과

The Inhibitory Effect of Broccoli in Cruciferous Vegetables Derived-Sulforaphane on Vascular Tension

약학회지 = Yakhak hoeji v.58 no.4 , 2014년, pp.223 - 228

제현동 (대구가톨릭대학교 약학대학 약물학교실)

Abstract

The present study was undertaken to investigate the influence of sulforaphane on vascular smooth muscle contractility and to determine the mechanism involved. We hypothesized that sulforaphane, the primary ingredient of broccoli of cruciferous vegetables, plays a role in vascular relaxation through inhibition of Rho-kinase in rat aortae. Intact of denuded arterial rings from male Sprague-Dawley rats were used and isometric tensions were recorded using a computerized data acquisition system. Interestingly, sulforaphane significantly inhibited fluoride, phorbol ester or thromboxane $A_2$ mimetic-induced contraction in denuded muscles suggesting that additional pathways different from endothelial nitric oxide synthesis such as inhibition of Rho-kinase or MEK might be involved in the vasorelaxation. Furthermore, sulforaphane inhibited thromboxane $A_2$-induced increases in pERK1/2 levels suggesting the mechanism including inhibition of thromboxane $A_2$-induced increases in ERK1/2 phosphorylation. This study provides evidence that sulforaphane induces vascular relaxation through inhibition of Rho-kinase or MEK in rat aortae.

주제어

#endothelium #fluoride #MEK #phorbol ester #Rho-kinase #sulforaphane #vasoconstriction

본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 sulforaphane을 사용하여 sulforaphane 에 의한 내피비의존성 대동맥 혈관 수축 조절 관찰과 이에 대한 내피에 의한 산화 질소 생성외에 칼슘이온 탈감작에 대한 MEK/ ERK 또는 RhoA/Rho-kinase 활성 억제의 역할을 설명하는 것이다.

따라서 본 연구의 목적은 sulforaphane을 사용하여 sulforaphane 에 의한 내피비의존성 대동맥 혈관 수축 조절 관찰과 이에 대한 내피에 의한 산화 질소 생성외에 칼슘이온 탈감작에 대한 MEK/ ERK 또는 RhoA/Rho-kinase 활성 억제의 역할을 설명하는 것이다. 수축제에 의한 혈관 수축에 가는 미세섬유성(악틴 섬유성) 조절과 굵은 미세섬유성(미오신 섬유성) 조절이 포함되는데 수축제 fluoride와 thromboxane A₂에 의한 수축에 RhoA/Rho-kinase 경로 활성화가 포함되며^21,22) 이와 대조적으로 phorbol ester와 thromboxane A₂에서 주로 가는 미세섬유성 조절을 통해 작용하는 것으로 보고되었는데^20,23) 이러한 수축제에 의한 혈관 수축에서 sulforaphane에 의한 이완에 이런 경로가 관여되었다는 보고는 없었다.
본 실험에서는 심혈관계 질환, 뇌졸중 등에 대해 예방과 치료를 목적으로 사용될 수 있는 sulforaphane에서의 혈관 이완 기전에 대해 조사하여 천연물 유래 sulforaphane의 투여에서의 주의 및 새로운 가능성을 확인하고자 하였다.

본 실험에서는 심혈관계 질환, 뇌졸중 등에 대해 예방과 치료를 목적으로 사용될 수 있는 sulforaphane에서의 혈관 이완 기전에 대해 조사하여 천연물 유래 sulforaphane의 투여에서의 주의 및 새로운 가능성을 확인하고자 하였다. Sulforaphane은 내피에 대한 작용외에 추가적인 기전으로 평활근 자체의 악틴-미오신 상호작용을 억제하여 작용하는 것으로 생각되며 구체적으로 Rhokinase 또는 MEK 불활성화에 관여하는 것으로 생각된다.

가설 설정

노인이나 고혈압이나 당뇨병 등 성인병을 지닌 환자에서 내피가 손상되어 내피의 기능이 억제되는데2,3) 만일 sulforaphane이내피에만 작용한다면 sulforaphane은 노인이나 성인병 환자에서 효과가 없을 것이다.

노인이나 고혈압이나 당뇨병 등 성인병을 지닌 환자에서 내피가 손상되어 내피의 기능이 억제되는데^2,3) 만일 sulforaphane이내피에만 작용한다면 sulforaphane은 노인이나 성인병 환자에서 효과가 없을 것이다. 그런데 내피가 제거된 혈관에서 sulforaphane 이 효과가 있다면 내피를 통한 산화질소 생성외에 sulforaphane 이 혈관평활근에 직접 작용하여 노인이나 성인병 환자에서 효과가 있을 것이다.

제안 방법

24) 따라서 이번 실험에서 내피를 제거한 혈관을 이용하여 유효 성분인 sulforaphane의 추가 기전을 조사하게 되었다.

24) 따라서 이번 실험에서 내피를 제거한 혈관을 이용하여 유효 성분인 sulforaphane의 추가 기전을 조사하게 되었다. 한편 혈관 수축 기전에 효능약 자극에 의한 미오신 경사슬 인산화나 수축력의 정도는 대개 세포내 칼슘이온 농도상 증가에 의한 것보다 더 높으며 이 현상은 소위 칼슘이온 감작이라고 설명된다.
6 mM NaF, 0.1 μM U46619 또는 1 μM PDBu에 의한 혈관 수축이 평형에 도달 한 후 일부의 혈관에 sulforaphane(10, 30, 100 μM)을 투여하여 일어나는 혈관이완의 정도는 6 mM NaF, 0.1 μM U46619 또는 1 μM PDBu에 의한 혈관 수축을 기준(100%)으로 하여 표시하였다.

6 mM NaF, 0.1 μM U46619 또는 1 μM PDBu에 의한 혈관 수축이 평형에 도달 한 후 일부의 혈관에 sulforaphane(10, 30, 100 μM)을 투여하여 일어나는 혈관이완의 정도는 6 mM NaF, 0.1 μM U46619 또는 1 μM PDBu에 의한 혈관 수축을 기준(100%)으로 하여 표시하였다.
여러 성인병에서 손상되기 쉬운 혈관 내피의 중요성을 인식하고 sulforaphane의 내피 비의존성 혈관 긴장도 조절 효과를 조사하였다.

따라서 sulforaphane 섭취가 혈압 조절에 중요한 역할을 수행하며 기존의 혈압조절제와의 병용투여시 다양한 상호작용이 나타날 수 있을 것이다. 여러 성인병에서 손상되기 쉬운 혈관 내피의 중요성을 인식하고 sulforaphane의 내피 비의존성 혈관 긴장도 조절 효과를 조사하였다.
흉부 절개로 흉곽이 열렸고 수술도구로 심장과 주변 부위를 노출시켰다.

흉부 절개로 흉곽이 열렸고 수술도구로 심장과 주변 부위를 노출시켰다. 심장과 폐는 분리되지 않았고 대동맥 적출을 위한 충분한 공간을 확보하기 위해 좌측으로 밀어서 생리식염수로 적셔진 천으로 덮었다.

성능/효과

1) 게다가 노화와 고혈압, 죽상경화증, 당뇨병 등 대사성 질병에서 내피의 손상 및 기능장애가 관찰되므로 이 경우에 혈압조절 기능이더 악화된다.

따라서 평소 적절한 혈압 관리가 중요하며 이러한 혈압에 영향을 주는 요인으로 연령, 비만, 식습관, 신체 활동, 흡연, 음주, 스트레스, 가족력 등이 있다고 생각된다.¹⁾ 게다가 노화와 고혈압, 죽상경화증, 당뇨병 등 대사성 질병에서 내피의 손상 및 기능장애가 관찰되므로 이 경우에 혈압조절 기능이더 악화된다.^2,3) 고혈압에 대해 일반적으로 베타 차단제, 칼슘 통로 차단제, 안지오텐신 수용체 차단제 또는 이뇨제가 사용되고 있으나 현재까지도 더 나은 물질을 찾으려고 노력하고 있으며 이러한 노력은 고혈압 발병과 관련된 기전을 이해하는데 도움이 된다.
내피가 제거되지 않은 쥐 대동맥에서 fluoride (6 mM)에 의한 수축에 대해 sulforaphane은 10−5 M 이상의 농도에서 유의성 있는 이완효과를 보였다(Fig. 3).

내피가 제거되지 않은 쥐 대동맥에서 fluoride (6 mM)에 의한 수축에 대해 sulforaphane은 10−5 M 이상의 농도에서 유의성 있는 이완효과를 보였다(Fig. 3).
내피가 제거된 쥐 대동맥에서 thromboxane A2에 의한 수축에 대해 sulforaphane은 10−5 M 이상의 농도에서 유의성 있는 이완효과를 보였다(Fig. 4).

내피가 제거된 쥐 대동맥에서 thromboxane A2에 의한 수축에 대해 sulforaphane은 10−5 M 이상의 농도에서 유의성 있는 이완효과를 보였다(Fig. 4).
내피를 제거한 쥐 대동맥에서의 thromboxane A2에 의한 ERK1/2의 상대적인 인산화 정도는 control에 비해 sulforaphane 처리 군에서는 인산화가 유의성 있게 억제되었다(Fig. 6).

내피를 제거한 쥐 대동맥에서의 thromboxane A₂에 의한 ERK1/2의 상대적인 인산화 정도는 control에 비해 sulforaphane 처리 군에서는 인산화가 유의성 있게 억제되었다(Fig. 6). ERK1/2는 Ca²⁺ 비의존적인 수축기전 중의 actin 미세섬유 조절 경로에서 MEK의 기질로 작용한다.
또한 내피가 제거된 쥐 대동맥과 비교시 다소 증가된 이완효과를 보였다.

3). 또한 내피가 제거된 쥐 대동맥과 비교시 다소 증가된 이완효과를 보였다.
물리적으로 내피가 제거된 쥐 대동맥에서 fluoride (6 mM)에 의한 수축에 대해 sulforaphane은 유의성 있는 억제 효과가 있었다(Fig. 2).

0 g으로 조절하였다. 물리적으로 내피가 제거된 쥐 대동맥에서 fluoride (6 mM)에 의한 수축에 대해 sulforaphane은 유의성 있는 억제 효과가 있었다(Fig. 2). 따라서 sulforaphane은 내피 의존성 산화질소 생성외에 Rho-kinase 활성 억제 효과가 있는 것으로 생각된다.
물리적으로 내피가 제거된 쥐 대동맥에서 전처치된 sulforaphane은 10−4.5 M의 농도에서 phorbol 12,13-dibutyrate (PDBu) (10−6 M)에 의한 수축에 대해 유의성 있는 억제 효과를 보였다(Fig. 5).

물리적으로 내피가 제거된 쥐 대동맥에서 전처치된 sulforaphane은 10−4.5 M의 농도에서 phorbol 12,13-dibutyrate (PDBu) (10−6 M)에 의한 수축에 대해 유의성 있는 억제 효과를 보였다(Fig. 5).
평형기간 후 대동맥 고리는 1 μM phenylephrine 으로 자극되었고 근육이 충분히 수축하고 1 μM acetylcholine에 의해 20% 이하로 이완될 경우 내피가 제거된 것으로 판단하고 실험이 시작되었다.

평형기간 후 대동맥 고리는 1 μM phenylephrine 으로 자극되었고 근육이 충분히 수축하고 1 μM acetylcholine에 의해 20% 이하로 이완될 경우 내피가 제거된 것으로 판단하고 실험이 시작되었다.
효능약이나 증가된 혈관내압에 대한 혈관평활근 수축은 칼슘과 칼모듈린에 의한 미오신의 조절성 경사슬의 인산화를 포함하는 평활근의 생화학적 경로에 의존하며 이들의 존재는 분리된 혈평활근에서 세포내 칼슘에 대한 형광 측정과 전기영동적 평가로 직접적으로 확인되었다.

효능약이나 증가된 혈관내압에 대한 혈관평활근 수축은 칼슘과 칼모듈린에 의한 미오신의 조절성 경사슬의 인산화를 포함하는 평활근의 생화학적 경로에 의존하며 이들의 존재는 분리된 혈평활근에서 세포내 칼슘에 대한 형광 측정과 전기영동적 평가로 직접적으로 확인되었다. 혈관 평활근 수축의 개시가 미오신의 20 kDa 경사슬 인산화의 칼슘의존적 증가에 의해 조절된다고 생각되었지만¹²⁾ 다른 경로들도 세포내 칼슘이온의 증가와 상관없이 미오신의 20 kDa 경사슬 인산화를 조절하여 평활근 수축성을 조절한다고 생각된다.

후속연구

따라서 sulforaphane 섭취가 혈압 조절에 중요한 역할을 수행하며 기존의 혈압조절제와의 병용투여시 다양한 상호작용이 나타날 수 있을 것이다.

그런데 내피가 제거된 혈관에서 sulforaphane 이 효과가 있다면 내피를 통한 산화질소 생성외에 sulforaphane 이 혈관평활근에 직접 작용하여 노인이나 성인병 환자에서 효과가 있을 것이다. 따라서 sulforaphane 섭취가 혈압 조절에 중요한 역할을 수행하며 기존의 혈압조절제와의 병용투여시 다양한 상호작용이 나타날 수 있을 것이다. 여러 성인병에서 손상되기 쉬운 혈관 내피의 중요성을 인식하고 sulforaphane의 내피 비의존성 혈관 긴장도 조절 효과를 조사하였다.
향후에 aequorin이나 fura-2 등의 광단백질로 sulforaphane의 Ca2+유입에 대한 효과를 관찰하고 confocal microscope 등으로 효소 단백질의 membrane translocation을 관찰하여 sulforaphane의 RhoA/Rho-kinase 활성 억제효과, MEK, ERK 의존성 가는 미세 섬유성 조절 경로 등을 보다 직접적인 방법으로 확인하고자 한다.

Sulforaphane은 내피에 대한 작용외에 추가적인 기전으로 평활근 자체의 악틴-미오신 상호작용을 억제하여 작용하는 것으로 생각되며 구체적으로 Rhokinase 또는 MEK 불활성화에 관여하는 것으로 생각된다. 향후에 aequorin이나 fura-2 등의 광단백질로 sulforaphane의 Ca²⁺유입에 대한 효과를 관찰하고 confocal microscope 등으로 효소 단백질의 membrane translocation을 관찰하여 sulforaphane의 RhoA/Rho-kinase 활성 억제효과, MEK, ERK 의존성 가는 미세 섬유성 조절 경로 등을 보다 직접적인 방법으로 확인하고자 한다.

질의응답

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핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
Sulforaphane	Sulforaphane의 효능에 관해 어떤 것들이 보고되었는가?	항암 특성에 대해 연구가 널리 진행되었고4) 장관 허혈/재관류 손상,5) 허혈성 심장 손상,6) 허혈성 뇌 손상,7) 유기인 중독,8) 및 외상성 뇌 손상9) 등 산화적 손상과 관련된 급성 조직 손상 모형에서 항산화 효과 1). 항암 특성에 대해 연구가 널리 진행되었고4) 장관 허혈/재관류 손상,5) 허혈성 심장 손상,6) 허혈성 뇌 손상,7) 유기인 중독,8) 및 외상성 뇌 손상9) 등 산화적 손상과 관련된 급성 조직 손상 모형에서 항산화 효과가 보고되었다. 이들 연구에서 sulforaphane 처치는 NADPH quinone oxidoreductase, glutathione-S-transferase 및 heme oxygenase-1을 포함하는 nuclear factor E2 관련 인자 2 (Nrf2) 의존성 경로의 몇몇 항산화 효소의 유도를 초래하였다.
Sulforaphane	Sulforaphane은 무엇인가?	브로콜리, 케일 및 양배추 등 배추속의 십자화과 채소에서 발견되는 전구체에서 합성된 식이성 isothiocyanate이다 Sulforaphane [1-isothiocyanate-(4R)-(methylsulfinyl)butane] 은 브로콜리, 케일 및 양배추 등 배추속의 십자화과 채소에서 발견되는 전구체에서 합성된 식이성 isothiocyanate이다(Fig. 1).
혈압 관리	혈압 관리를 위해 고려해야 하는 요인에는 무엇이 있는가?	연령, 비만, 식습관, 신체 활동, 흡연, 음주, 스트레스, 가족력 등 평균수명 증가와 더불어 뇌혈관 질환과 심장질환 등 만성질환도 증가하고 있으며 이들 질환의 위험인자인 고혈압은 그 자체로는 증상이 없으나 합병증인 관상동맥질환, 뇌혈관질환, 심부전, 신부전, 말초혈관질환 및 기타 심혈관계 질환의 주요 위험인자로 생각되고 있다. 따라서 평소 적절한 혈압 관리가 중요하며 이러한 혈압에 영향을 주는 요인으로 연령, 비만, 식습관, 신체 활동, 흡연, 음주, 스트레스, 가족력 등이 있다고 생각된다.1) 게다가 노화와 고혈압, 죽상경화증, 당뇨병 등 대사성 질병에서 내피의 손상 및 기능장애가 관찰되므로 이 경우에 혈압조절 기능이더 악화된다.

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