[논문]네크워크 약리학적 방법론을 활용한 한의학 효능 연구 고찰

백종민; 서한길; 권영규

doi:10.15188/kjopp.2016.12.30.6.419

[국내논문] 네크워크 약리학적 방법론을 활용한 한의학 효능 연구 고찰
Review of Network Pharmacological Approaches on Korean Medicine 원문보기

동의생리병리학회지 = Journal of physiology & pathology in Korean Medicine, v.30 no.6, 2016년, pp.419 - 425

백종민 (부산대학교 한의학전문대학원 양생기능의학부) , 서한길 (부산대학교 한의학전문대학원 양생기능의학부) , 권영규 (부산대학교 한의학전문대학원 양생기능의학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed research methodologies based on network pharmacology to build a new system architecture optimized for Korean Medicine research. Results form studies using network pharmacology were collected and analyzed to evaluate the strength and weakness. Finally, an improved system architecture was proposed. Whether the predicted effects of drugs or herbs from network pharmacological analyses were in agreement with those from conventioanl knowledge of Korean Medicine was evaluated. These results were used to verify the applicability of research methodologies to the modern pharmacology and Korean Medicine respectively. Eighteen papers using TCMSP were collected and analyzed. The results suggest that the research methodology based on network pharmacology is appropriate only for the modern pharmacology but not for Korean Medicine. Information about compound-compound, herb-herb and drug-compound interactions need to be considered. We propose the modified system architecture with those information.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 앞서 언급된 Database 중 TCMSP를 통해 효능 연구가 수행된 논문을 대상으로 하였다. TCMSP를 선정하게 된 근거는 TCMSP가 약물의 약동학적 정보를 포함한 방대한 데이터베이스를 활용하여 약물 효능 연구 논문을 지속적으로 발표한 것에 기인한다. TCMSP는 시스템 약리학을 기반으로 약물의 활동성 물질, 약효성분의 표적을 밝혀 약효물질과 질병과의 관계를 밝히고 있고,이를 기반으로 약물의 기전 및 TCM 이론을 규명하고 한약 기반의 새로운 신약 개발을 가능케 하는 기초연구를 위한 기반을 마련하고 있으므로, 활용 가치가 매우 높다.
우선, 한약이나 한약재가 가진 효능이 연구 결과에서 누락되지 않아야 한다는 기준과, 한약이나 한약재가 가지지 않는 효능의 경우 연구 결과에서 제외되야 한다는 기준을 활용하였다. 그 이후에는 현대 약리학분야와 한의학 분야에서 연구 결과를 활용할 수 있는지를 고찰하였다. 우선, 현대 약리학 분야에서는 정제된 단일 성분으로 신약을 개발하는 것이 일반적이므로, 성분-표적-질병으로 이어지는 기전이 명확히 밝혀져야만 활용 가치를 가진다.
본 연구는 종전의 네트워크 약리학 방법론을 분석하여 한약의 효능 연구에 최적화된 네트워크 약리학 방법론 수립을 목적으로 추진되었다. 이를 위해, 네트워크 약리학적 방법론을 적용한 한약의 효능 분석 연구 사례를 수집 및 분석하고, 방법론의 개선 사항을 도출하여, 설계 방안을 제시하였다.
본 연구는 한약의 효능 분석에 최적화된 네트워크 약리학 방법론 수립을 목적으로 추진되었다. 이를 위해, 네트워크 약리학 방법론을 적용한 한약의 효능 분석 연구 사례를 수집 및 분석하였다.
분석된 결과를 기반으로 네트워크 약리학적 방법론의 개선 사항을 도출하여, 설계 방안을 제시하였다. 이를 통해, 한약의 임상적 처방을 현대적으로 해석하는 최적의 방법론을 수립하고자 하였다.
이를 위해 다양한 외부 데이터베이스를 활용하여, 각 약재에 포함된 성분, 성분별 생체 표적, 표적과 질병과 연관 관계를 각각 빠짐없이 데이터베이스로 구축하였다. 즉, 특정 성분이 얼마나 약재의 효능을 대표하는지와 무관하게, 해당 성분이 약재에 포함되어 있다는 사실을 빠짐없이 규명함으로써, 향후 해당 성분을 추출 및 정제하여 신약 개발이 가능하도록 한 것이다.

제안 방법

결과적으로, 본 연구에서 제안하는 방법론은 단순히 성분이 있는지 여부가 아니라, 실제 성분이 약리적 작용을 나타내는지 여부가 반영 가능한 효능 연구 방법론이다. 이러한 연구를 통해 수집된 성분-성뿐 관계 정보와 약재-약재 관계 정보는 약재 간의 상호 작용을 규명함으로써 단순히 한약의 효능 연구 뿐만이 아니라, 군신좌사와 같은 약물 배오 원칙, 약성 이론과 같은 한의학 고유 이론에 관한 연구로도 활용 가능할 것으로 판단된다.
한약의 효능 분석에 최적화된 네트워크 약리학적 방법론을 수립하기 위해, 우선적으로 한약과 관련된 빅데이터 기반의 데이터베이스 시스템을 조사하였다. 다만, 본 연구의 목적이 데이터 베이스 시스템 파악 자체에 있다기 보다는, 이를 활용한 네트워크 약리학적 방법론 기반의 한약의 효능 분석 연구에 있기 때문에 데이터베이스 시스템의 파악은 다양한 데이터 베이스 시스템을 나열하고 있는 연구 문헌의 내용을 기반으로 수행되었다. 이 후, 본 연구에서 분석 대상으로 삼을 데이터 베이스 시스템을 선정하였는데, 구축 시기, 이를 활용한 연구 논문의 수 등이 고려되었다.
데이터 베이스 시스템 선정 이후, 네트워크 약리학적 방법론을 활용하여 한약의 효능 분석 연구를 수행한 사례를 조사하였다. 이를 위해, 선정된 데이터 베이스 시스템을 활용하여 네트워크 약리학적 방법론 기반의 한의학적 처방 또는 약재의 효능을 분석한 연구 논문을 수집하였다.
본 논문에서는 한약에 대한 네트워크 약리학적 방법론 간의 관계를 설명하기 위해 약물, 약재, 성분, 표적, 질병 등의 용어를 사용하였다(Table 1 참조). 한약, 탕제, 처방, 약물 등과 동일한 계위에 해당하는 모든 용어는 '약물(Drugs)'로 표기하였으며, 단방, 복방과 같은 구성이나, 환제, 탕제와 같은 제형의 구분 없이, 약재의 조합으로 이루어진 모든 처방을 '약물'로 명기하였다.
이를 위해, 네트워크 약리학 방법론을 적용한 한약의 효능 분석 연구 사례를 수집 및 분석하였다. 분석된 결과를 기반으로 네트워크 약리학적 방법론의 개선 사항을 도출하여, 설계 방안을 제시하였다. 이를 통해, 한약의 임상적 처방을 현대적으로 해석하는 최적의 방법론을 수립하고자 하였다.
기존 네트워크 약리학적 연구 방법론의 개선 사항을 도출하기 위해 기수집된 논문을 다음의 기준으로 분석하였다. 우선, 한약이나 한약재가 가진 효능이 연구 결과에서 누락되지 않아야 한다는 기준과, 한약이나 한약재가 가지지 않는 효능의 경우 연구 결과에서 제외되야 한다는 기준을 활용하였다. 그 이후에는 현대 약리학분야와 한의학 분야에서 연구 결과를 활용할 수 있는지를 고찰하였다.
기존 방법론을 활용한 연구는 현대 약리학적 관점에서의 신약개발에 효과적으로 활용 가능한 것으로 판단되었으나, 성분 추출 및 정제 없이 약재를 통째로 임상에 활용하는 방식에는 취약점을 가지는 것으로 나타났다. 이러한 한계점을 보완하기 위해서 약재- 성분 관계, 성분-표적 관계, 표적-질병 관계 외에 성분-성분 간의 관계, 약재-약재 간의 관계가 별도로 반영된 형태로 데이터 베이스의 개선안을 도출하여 단순히 성분이 있는지 여부가 아니라, 실제 성분이 약리적 작용을 나타내는지 여부가 반영 가능한 효능 연구방법론을 제안하였다.
기존 시스템은 현대 약리학적 관점으로 단일 성분 추출 및 정제를 통한 신약 개발을 위해 구축되었다. 이를 위해 다양한 외부 데이터베이스를 활용하여, 각 약재에 포함된 성분, 성분별 생체 표적, 표적과 질병과 연관 관계를 각각 빠짐없이 데이터베이스로 구축하였다. 즉, 특정 성분이 얼마나 약재의 효능을 대표하는지와 무관하게, 해당 성분이 약재에 포함되어 있다는 사실을 빠짐없이 규명함으로써, 향후 해당 성분을 추출 및 정제하여 신약 개발이 가능하도록 한 것이다.
본 연구는 한약의 효능 분석에 최적화된 네트워크 약리학 방법론 수립을 목적으로 추진되었다. 이를 위해, 네트워크 약리학 방법론을 적용한 한약의 효능 분석 연구 사례를 수집 및 분석하였다. 분석된 결과를 기반으로 네트워크 약리학적 방법론의 개선 사항을 도출하여, 설계 방안을 제시하였다.
본 연구는 종전의 네트워크 약리학 방법론을 분석하여 한약의 효능 연구에 최적화된 네트워크 약리학 방법론 수립을 목적으로 추진되었다. 이를 위해, 네트워크 약리학적 방법론을 적용한 한약의 효능 분석 연구 사례를 수집 및 분석하고, 방법론의 개선 사항을 도출하여, 설계 방안을 제시하였다.
데이터 베이스 시스템 선정 이후, 네트워크 약리학적 방법론을 활용하여 한약의 효능 분석 연구를 수행한 사례를 조사하였다. 이를 위해, 선정된 데이터 베이스 시스템을 활용하여 네트워크 약리학적 방법론 기반의 한의학적 처방 또는 약재의 효능을 분석한 연구 논문을 수집하였다. 이에 따라, 단순히 한약의 성분과 효능 정보를 제공하는 데이터 베이스 시스템은 연구 범위에서 제외되었고, 분석 사례 없이 시스템의 설계 특성만을 제공하는 논문 또한 조사대상에서 배제되었다.
한약의 효능 분석에 최적화된 네트워크 약리학적 방법론을 수립하기 위해, 우선적으로 한약과 관련된 빅데이터 기반의 데이터베이스 시스템을 조사하였다. 다만, 본 연구의 목적이 데이터 베이스 시스템 파악 자체에 있다기 보다는, 이를 활용한 네트워크 약리학적 방법론 기반의 한약의 효능 분석 연구에 있기 때문에 데이터베이스 시스템의 파악은 다양한 데이터 베이스 시스템을 나열하고 있는 연구 문헌의 내용을 기반으로 수행되었다.

대상 데이터

시스템이 구축된 2012년 이후부터 2015년 말까지 4년간 공유된 총 57건의 연구 결과 중, 시스템이 구축되기 이전의 연구 성과 18건이 우선 제외되었고, TCMSP 구축 이후라고 하더라도 시스템을 활용하지 않았거나 시스템명을 명시하지 않고 효능 연구를 수행한 경우가 18건 제외되었다. TCMSP를 언급하고 있기는 하지만, 효능 분석 사례 없이 단순히 TCMSP의 설계 특성 등을 공유하는 목적의 논문이 2건 제외되어, Table 3과 같이 총 19건의 논문이 분석 대상 논문으로 선정되었다^16,-34).
본 연구에서는 앞서 언급된 Database 중 TCMSP를 통해 효능 연구가 수행된 논문을 대상으로 하였다. TCMSP를 선정하게 된 근거는 TCMSP가 약물의 약동학적 정보를 포함한 방대한 데이터베이스를 활용하여 약물 효능 연구 논문을 지속적으로 발표한 것에 기인한다.

성능/효과

기존 방법론을 활용한 연구는 현대 약리학적 관점에서의 신약개발에 효과적으로 활용 가능한 것으로 판단되었으나, 성분 추출 및 정제 없이 약재를 통째로 임상에 활용하는 방식에는 취약점을 가지는 것으로 나타났다. 이러한 한계점을 보완하기 위해서 약재- 성분 관계, 성분-표적 관계, 표적-질병 관계 외에 성분-성분 간의 관계, 약재-약재 간의 관계가 별도로 반영된 형태로 데이터 베이스의 개선안을 도출하여 단순히 성분이 있는지 여부가 아니라, 실제 성분이 약리적 작용을 나타내는지 여부가 반영 가능한 효능 연구방법론을 제안하였다.
실제 한약이나 한약재가 가지지 않는 효능의 경우 연구 결과에서 제외되야 한다는 평가 기준으로 TCMSP 기반의 효능 연구 결과를 분석한 결과, TCMSP와 같은 네트워크 약리학적 효능 연구에서는 실제 약물의 효능이라고 판단하기 어려운 효능까지도 포함될 가능성이 있는 것으로 판단되었다.
한약이나 한약재가 가진 효능이 연구 결과에서 누락되지 않아야 한다는 기준으로 TCMSP 기반의 한약의 효능 연구 실험을 분석한 결과, TCMSP와 같은 네트워크 약리학적 연구 방법론은 약물 및 약재의 효능이 비교적 빠짐없이 분석 되는 것으로 판단되었다. Ru 등³⁵⁾은 TCMSP와 같은 시스템 생물학적 효능 연구를 Comprehensive System-based Approach로 정의하면서 약물의 모든 성분과 표적을 빠짐없이 포괄함과 동시에 이를 우선순위에 따라 열거 할 수 있다는 강점을 언급하고 있다.

후속연구

다만, 본 연구는 단순히 설계안만 제시하는 것을 연구 범위로 제한하였으므로, 본 연구의 개선안을 반영하여 네트워크 약리학적 방법론으로 효능 연구를 수행할 수 있는 시스템이 추후 구축되어야한다. 시스템 구축 이후에는 제안된 방법론 활용하여 한의학 고유이론에 관한 연구가 진행 가능할 것으로 기대된다.
다만, 본 연구는 단순히 설계안만 제시하는 것을 연구 범위로 제한하였으므로, 본 연구의 개선안을 반영하여 네트워크 약리학적 방법론으로 효능 연구를 수행할 수 있는 시스템이 추후 구축되어야한다. 시스템 구축 이후에는 제안된 방법론 활용하여 한의학 고유이론에 관한 연구가 진행 가능할 것으로 기대된다.
다만, 본 연구의 목적이 데이터 베이스 시스템 파악 자체에 있다기 보다는, 이를 활용한 네트워크 약리학적 방법론 기반의 한약의 효능 분석 연구에 있기 때문에 데이터베이스 시스템의 파악은 다양한 데이터 베이스 시스템을 나열하고 있는 연구 문헌의 내용을 기반으로 수행되었다. 이 후, 본 연구에서 분석 대상으로 삼을 데이터 베이스 시스템을 선정하였는데, 구축 시기, 이를 활용한 연구 논문의 수 등이 고려되었다.
결과적으로, 본 연구에서 제안하는 방법론은 단순히 성분이 있는지 여부가 아니라, 실제 성분이 약리적 작용을 나타내는지 여부가 반영 가능한 효능 연구 방법론이다. 이러한 연구를 통해 수집된 성분-성뿐 관계 정보와 약재-약재 관계 정보는 약재 간의 상호 작용을 규명함으로써 단순히 한약의 효능 연구 뿐만이 아니라, 군신좌사와 같은 약물 배오 원칙, 약성 이론과 같은 한의학 고유 이론에 관한 연구로도 활용 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	군신좌사 이론은 어떤 약재 조합 방식인가	그런데 이 조합은 단순히 산술적인 조합이 아니라 약재 간의 적합성이 고려된 조합이다2). 대표적인 약재 조합 이론인 군신좌사 이론은 각 약재가 한약 내에서 수행하는 역할을 고려하여 이를 조합하는 방식이다3). 이처럼 다양한 성분들이 조합되어 있는 한약은 궁극적으로 부작용이 적기때문에 세계적으로 주목받고 있다4).
	네트워크 약리학적 방법론의 장점은 무엇인가	pharmacology)이 한약의 분자 생물학적 효능 연구에 효과적인 방법론으로 대두되고 있다7). 네트워크 약리학적 방법론을 통해 한약의 분석 연구를 수행할 경우, 복잡하고 다양한 성분 간의 상호작용을 밝히고, 생물학적 시스템 수준의 기전을 규명할 수 있기 때문이다6). 다만, 네트워크 약리학적 방법론은 애초에 한의학의 연구를 위해 만들어진 방법론은 아니므로 무조건적으로 적용되어서는 안되며 한의학 연구에 적합한지 검증이 필요하다.
	군신좌사 이론이 세계적으로 주목받는 이유는 무엇인가	대표적인 약재 조합 이론인 군신좌사 이론은 각 약재가 한약 내에서 수행하는 역할을 고려하여 이를 조합하는 방식이다3). 이처럼 다양한 성분들이 조합되어 있는 한약은 궁극적으로 부작용이 적기때문에 세계적으로 주목받고 있다4).

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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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