[논문]고지방식이로 유도한 신장의 산화적 스트레스에 대한 자화지정(紫花地丁)의 항산화 효과

최미혜; 박인식

doi:10.15188/kjopp.2016.08.30.4.250

고지방식이로 유도한 신장의 산화적 스트레스에 대한 자화지정(紫花地丁)의 항산화 효과
Antioxidant Effect of Viola mandshurica W. Becker on the High Fat Diet-Induced Renal Oxidative Stress 원문보기

동의생리병리학회지 = Journal of physiology & pathology in Korean Medicine, v.30 no.4, 2016년, pp.250 - 256

최미혜 (동국대학교 한의과대학 해부학교실) , 박인식 (동국대학교 한의과대학 해부학교실)

Abstract ▼ AI-Helper

The prevalence of renal disease is increased with the overweight and obesity. High fat diet-associated oxidative stress increases production of reactive oxygen species (ROS) and induces apoptosis. There are two types of antioxidant defense mechanisms for oxidative stress. One is the enzyme defense mechanism by antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT). The other is non-enzyme defense mechanism by signaling molecules such as nuclear factor-like 2 (Nrf-2), HO-1. In this study, we induced obesity in mice with high fat diet for six weeks and thereafter administered orally Viola mandshurica for 4 weeks. V. mandshurica is known to clear heat, detoxify and cool blood, and subside a swelling effect. In the V. mandshurica administered group, the immunoreactive signal of the Tunel staining was weaker than that of obesity group. Proapoptotic Bax, caspase 3 immunoreactives of the V. mandshurica administered group was lower than those of obesity group, whereas anti-apoptotic Bcl-2 immunoreactity was higher in the V. mandshurica administered group. Antioxidant enzyme mechanism such as superoxide dismutase 2 (SOD2), catalase (CAT) immunoreactives of the V. mandshurica administered group and Antioxidant non-enzyme mechanism such as Nuclear factor-like 2 (Nrf2), Heme Oxygenase 1 (HO-1) immunoreactives of the V. mandshurica administered group was higher than those of obesity group. These results demonstrate that V. mandshurica had the antioxidant and anti-apoptosis effects on obese mice.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

HF군은 10주간 60kcal%fat(DIO DIET, USA)의 고지방식이를 투여하여 비만을 유발하였다. JJ군은 6주간 60kcal%fat(DIO DIET, USA)의 고지방식이를 투여하고, 7주~10주에는 고지방식이를 하면서 매일 1회 일정한 시각(오후 2시)에 자화지정을 경구투여 하였다. 실험기간 동안 일주일에 한번 몸무게를 측정하여 체중의 변화를 관찰하였다.
실험군은 고지방식이군(HF), 고지방식이와 함께 자화지정 투여군(JJ)으로 나누었으며, 일반식이를 한 정상군(Nor)을 대조군으로 하였다. 각 실험군 당 실험동물은 7~8마리씩 나누었다.

대상 데이터

실험에 사용된 동물은 체중 20g전후의 Balb/c mouse(male, 6주령)를 오리엔트바이오에서 구입하였으며, 1주일동안 온도 22±1℃, 습도 55±3%인 실험실 환경에서 12시간 밤낮 주기로 적응시킨 후 각 실험군 당 7~8마리씩 나누어 사용하였다. 적응기간 동안에는 모든 mice에게 일반사료를 섭취하게 하였다.

성능/효과

PAS 염색 결과 정상군의 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule parietal epithelial cell)는 편평상피 또는 약간의 비후된 형태를 띄고 있었으나, 고지방식이군 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule parietal epithelial cell)에서는 입방형 또는 원주형을 띄면서 팽창되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또 고지방식이군에서 토리(glomerulus)의 기저막 비후, 토리사이질(mesangium)의 확장과 혈관사이세포(mesangial cell) 증가, 토리주머니공간(bowman capsule space)의 확대 등이 나타난다.
고지방식이군은 정상군에 비해 Nrf2의 발현이 신장의 토리주머니와 토리쪽곱슬세관에서 감소하였고, HO-1은 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관, 먼쪽곱슬세관에서 발현이 감소하였다. 자화지정군은 고지방식이군에 비해 Nrf2의 발현이 신장의 토리주머니와 토리쪽곱슬세관에서 증가하였고, HO-1은 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관, 먼쪽곱슬세관에서 발현이 증가하였다.
고지방식이군은 정상군에 비해 신장의 apoptosis 발현이 증가하였고, Bax와 Cleaved-caspase3는 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 또 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 Bcl-2 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
고지방식이군은 정상군에 비해 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule), 토리쪽곧은세관(proximal straight tubule)에서 SOD2 발현이 감소하였고, 토리(glomerulus)와 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule)에서 CAT 발현이 감소하였다. 자화지정군은 고지방식이군에 비해 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule), 토리쪽곧은세관(proximal straight tubule)에서 SOD2 발현이 증가하였고, 토리(glomerulus)와 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule)에서 CAT의 발현이 증가하였다.
PAS 염색 결과 정상군의 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule parietal epithelial cell)는 편평상피 또는 약간의 비후된 형태를 띄고 있었으나, 고지방식이군 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule parietal epithelial cell)에서는 입방형 또는 원주형을 띄면서 팽창되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또 고지방식이군에서 토리(glomerulus)의 기저막 비후, 토리사이질(mesangium)의 확장과 혈관사이세포(mesangial cell) 증가, 토리주머니공간(bowman capsule space)의 확대 등이 나타난다. 반면 자화지정군에서 고지방식이군에 비해 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule의 parietal epithelial cell)의 형태가 편평상피 또는 약간의 비후된 상태를 띄고 있으며, 토리기저막(glomerular basement membrane) 비후와 토리사이질(mesangium) 확장, 혈관사이세포(mesangial cell), 토리주머니공간(bowman capsule space)이 감소하였다.
고지방식이군은 정상군에 비해 신장의 apoptosis 발현이 증가하였고, Bax와 Cleaved-caspase3는 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 또 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 Bcl-2 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 자화지정군은 고지방식이군에 비해 신장의 apoptosis 발현이 감소하였고, Bax와 Cleaved-caspase3는 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었으며 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 Bcl-2 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
본 연구 결과 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 그룹이 고지방식이만 한 그룹보다 체중감소 효과 및 신장에서 apoptosis 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또 항산화 효소인 SOD2, CAT와 비효소성 항산화 작용을 하는 Nrf-2, HO-1 모두 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 그룹이 고지방식이만 한 그룹보다 신장에서의 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 이에 고지방식이로 유도한 신장의 산화적 스트레스(oxidative stress)에 대한 자화지정의 항산화 효과를 확인할 수 있었다.
비만하면 지방에 의한 신 피막 압박, 간질세포 및 세뇨관 주변의 세포외기질의 증가와 같은 신 수질의 조직학적 변화가 신 수질에 압박을 가할 수 있으며 이는 신장 간질액(renal interstitial fluid) 압력의 증가 및 조직부종(tissue edema) 등과 관계가 있다고 알려져 있다18). 반면 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 결과 토리기저막(glomerular basement membrane) 비후, 토리사이질(mesangium)의 확장과 혈관사이세포(mesangial cell) 증가, 토리주머니공간(bowman capsule space)의 확대와 같은 조직학적인 변화가 감소했음을 관찰할 수 있었다.
비만하면 지방에 의한 신 피막 압박, 간질세포 및 세뇨관 주변의 세포외기질의 증가와 같은 신 수질의 조직학적 변화가 신 수질에 압박을 가할 수 있으며 이는 신장 간질액(renal interstitial fluid) 압력의 증가 및 조직부종(tissue edema) 등과 관계가 있다고 알려져 있다18). 반면 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 결과 토리기저막(glomerular basement membrane) 비후, 토리사이질(mesangium)의 확장과 혈관사이세포(mesangial cell) 증가, 토리주머니공간(bowman capsule space)의 확대와 같은 조직학적인 변화가 감소했음을 관찰할 수 있었다관찰할 수 있었고, catalase는 토리, 토리쪽곱슬세관에서 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 비효소성 방어기전은 전사인자 Nrf2와 센서인자 keap1로 구성되어 있다.
또 고지방식이군에서 토리(glomerulus)의 기저막 비후, 토리사이질(mesangium)의 확장과 혈관사이세포(mesangial cell) 증가, 토리주머니공간(bowman capsule space)의 확대 등이 나타난다. 반면 자화지정군에서 고지방식이군에 비해 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule의 parietal epithelial cell)의 형태가 편평상피 또는 약간의 비후된 상태를 띄고 있으며, 토리기저막(glomerular basement membrane) 비후와 토리사이질(mesangium) 확장, 혈관사이세포(mesangial cell), 토리주머니공간(bowman capsule space)이 감소하였다.
자화지정은 항염증 효과가 있는 사포닌 성분 외에도 폴리페놀 화합물과 같은 항산화 성분을 함유하고 있다7,9,10). 본 연구 결과 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 그룹이 고지방식이만 한 그룹보다 체중감소 효과 및 신장에서 apoptosis 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또 항산화 효소인 SOD2, CAT와 비효소성 항산화 작용을 하는 Nrf-2, HO-1 모두 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 그룹이 고지방식이만 한 그룹보다 신장에서의 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
이것이 하위의 caspase를 활성화시켜 apoptosis를 더욱 빠르게 진행하게 된다14,15). 본 연구에서 고지방식이를 하는 경우 일반식이를 하는 것보다 apoptosis 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 Bax와 Cleaved-caspase3는 신장의 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
하지만 활성산소(ROS)가 증가로 인해 oxidative stress가 상승하여 apoptosis 신호가 들어왔을 때 Bcl-2는 비정상적인 칼슘유리를 방해하여 apoptosis를 억제한다14-16). 본 연구에서 고지방식이를 한 경우 일반식이를 한 것보다 신장의 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 Bcl-2 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. Bcl-2의 세포 내에서의 존재위치는 미토콘드리아와 핵막, endoplasmic reticulum인 것으로 알려져 있다.
평상시 Nrf2가 매개하는 전사는 음성조절자인 keap-1에 의하여 억제되어 있다가 산화 스트레스(oxidative stress)가 발생하면 Nrf2는 keap1으로부터 떨어져 나와 핵 안으로 이동하여 antioxidant response element (ARE)와 결합하여 NAD(P)H quinone oxidoreductase (NQO1), glutathione Stransferase(GCS), g-glutamate cystein ligase (GCL), HO-1와 같은 항산화 효소들의 발현을 증가시켜 세포보호 효과를 나타낸다21,22). 본 연구에서 자화지정을 경구투여 한 경우 고지방식이를 한 것보다 Nrf2의 발현이 신장의 토리주머니, 토리쪽곱슬세관에서 유의적으로 증가하였고, HO-1은 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관, 먼쪽곱슬세관에서 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
그 후 과산화수소는 세포질 내로 확산되어 peroxisome 내에서 catalase에 의해 2H2O2에서 물과 산소(2H2O+O2)로 전환하여 독성을 제거해준다3,16). 본 연구에서 자화지정을 경구투여 한 경우 고지방식이를 한 것보다 신장의 토리쪽곱슬세관, 토리쪽곧은세관에서 SOD2 발현이 증가하는 것을 지속적인 고지방식이 하는 경우 토리주머니 벽측상피세포(bowman capsule parietal epithelial cell)가 편평상피에서 입방형 또는 원주형으로 바뀌어 팽창되어 있는 것을 관찰할 수 있었다. 또 토리기저막(glomerular basement membrane) 비후, 토리사이질(mesangium)의 확장과 혈관사이세포(mesangial cell) 증가, 토리주머니공간(bowman capsule space)의 확대가 관찰되었다.
또 항산화 효소인 SOD2, CAT와 비효소성 항산화 작용을 하는 Nrf-2, HO-1 모두 고지방식이를 하면서 자화지정을 경구 투여한 그룹이 고지방식이만 한 그룹보다 신장에서의 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 이에 고지방식이로 유도한 신장의 산화적 스트레스(oxidative stress)에 대한 자화지정의 항산화 효과를 확인할 수 있었다. 임상에서도 항염증 효과 이외에도 항산화 효과를 이용한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.
고지방식이군은 정상군에 비해 Nrf2의 발현이 신장의 토리주머니와 토리쪽곱슬세관에서 감소하였고, HO-1은 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관, 먼쪽곱슬세관에서 발현이 감소하였다. 자화지정군은 고지방식이군에 비해 Nrf2의 발현이 신장의 토리주머니와 토리쪽곱슬세관에서 증가하였고, HO-1은 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관, 먼쪽곱슬세관에서 발현이 증가하였다.
또 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 Bcl-2 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 자화지정군은 고지방식이군에 비해 신장의 apoptosis 발현이 감소하였고, Bax와 Cleaved-caspase3는 토리주머니, 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 발현이 감소하는 것을 관찰할 수 있었으며 토리 및 혈관사이세포, 토리쪽곱슬세관에서 Bcl-2 발현이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
고지방식이군은 정상군에 비해 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule), 토리쪽곧은세관(proximal straight tubule)에서 SOD2 발현이 감소하였고, 토리(glomerulus)와 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule)에서 CAT 발현이 감소하였다. 자화지정군은 고지방식이군에 비해 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule), 토리쪽곧은세관(proximal straight tubule)에서 SOD2 발현이 증가하였고, 토리(glomerulus)와 토리쪽곱슬세관(proximal convoluted tubule)에서 CAT의 발현이 증가하였다.
체중은 고지방식이군이 정상군에 비해 26% 증가했고, 자화지정군은 정상군에 비해 1% 증가하였다.

후속연구

이에 고지방식이로 유도한 신장의 산화적 스트레스(oxidative stress)에 대한 자화지정의 항산화 효과를 확인할 수 있었다. 임상에서도 항염증 효과 이외에도 항산화 효과를 이용한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.

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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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