단풍취의 최종당화산물 생성 저해 및 라디칼 소거 물질의 동정 Characterization of Anti-Advanced Glycation End Products (AGEs) and Radical Scavenging Constituents from Ainsliaea acerifolia원문보기
당뇨합병증에 효과적인 천연물 유래의 신소재를 개발하기 위하여 본 연구를 수행하여 단풍취 70% 에탄올 추출물의 EtOAc 가용부로부터 최종당화산물 생성 억제능($IC_{50}=5.5{\pm}1.1{\mu}g/mL$)을 확인하였다. 활성을 나타내는 성분의 동정을 위하여 $C_{18}$겔 등을 활용한 칼럼크로마토그래피를 수행하여 4종의 dicaffeoylquinic acid 유도체 화합물을 분리하였고, 각 화합물의 화학구조는 NMR 스펙트럼 데이터 해석 및 표품과의 HPLC 직접 비교를 통하여 methyl 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinate(1), 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2), 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3) 및 methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate(4)로 동정하였다. 이들 화합물에 대해 최종당화산물 생성 억제능을 평가한 결과 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3)가 가장 강한 $0.4{\pm}0.1{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었으며, 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2)가 $0.6{\pm}0.1{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었다. 또한, 이들 물질에 대해 $ABTS^+$ 소거 활성을 평가하여 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3)가 가장 강한 라디칼 소거 활성인 $14.6{\pm}0.4{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었으며, 구조 이성질체인 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2)가 $18.8{\pm}0.4{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 확인하였다. 단풍취에서 분리한 화합물의 활성은 caffeic acid의 결합방식 및 methyl화 여부에 따른 화합물의 구조에 따라 다름이 시사되었다. 향후 우수한 활성을 나타낸 이들 화합물의 in vivo 실험을 통한 활성기작의 검증이 필요하다고 생각된다. 또한, 추가적인 연구를 통하여 식의약 소재로 활용이 가능한 새로운 천연신소재 발굴을 위한 기초자료제공 및 당뇨합병증에 효과적인 천연 물질의 상업화를 위한 귀중한 자료로 활용할 수 있으리라 판단된다.
당뇨합병증에 효과적인 천연물 유래의 신소재를 개발하기 위하여 본 연구를 수행하여 단풍취 70% 에탄올 추출물의 EtOAc 가용부로부터 최종당화산물 생성 억제능($IC_{50}=5.5{\pm}1.1{\mu}g/mL$)을 확인하였다. 활성을 나타내는 성분의 동정을 위하여 $C_{18}$겔 등을 활용한 칼럼크로마토그래피를 수행하여 4종의 dicaffeoylquinic acid 유도체 화합물을 분리하였고, 각 화합물의 화학구조는 NMR 스펙트럼 데이터 해석 및 표품과의 HPLC 직접 비교를 통하여 methyl 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinate(1), 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2), 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3) 및 methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate(4)로 동정하였다. 이들 화합물에 대해 최종당화산물 생성 억제능을 평가한 결과 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3)가 가장 강한 $0.4{\pm}0.1{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었으며, 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2)가 $0.6{\pm}0.1{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었다. 또한, 이들 물질에 대해 $ABTS^+$ 소거 활성을 평가하여 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3)가 가장 강한 라디칼 소거 활성인 $14.6{\pm}0.4{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었으며, 구조 이성질체인 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2)가 $18.8{\pm}0.4{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 확인하였다. 단풍취에서 분리한 화합물의 활성은 caffeic acid의 결합방식 및 methyl화 여부에 따른 화합물의 구조에 따라 다름이 시사되었다. 향후 우수한 활성을 나타낸 이들 화합물의 in vivo 실험을 통한 활성기작의 검증이 필요하다고 생각된다. 또한, 추가적인 연구를 통하여 식의약 소재로 활용이 가능한 새로운 천연신소재 발굴을 위한 기초자료제공 및 당뇨합병증에 효과적인 천연 물질의 상업화를 위한 귀중한 자료로 활용할 수 있으리라 판단된다.
Reactive oxygen species (ROS) and advanced glycation end products (AGEs) are valuable therapeutic targets for the regulation of diabetic complications. Activity-guided isolation of the ethylacetate (EtOAc)-soluble portion of 70% ethanolic extract from aerial parts of Ainsliaea acerifolia was perform...
Reactive oxygen species (ROS) and advanced glycation end products (AGEs) are valuable therapeutic targets for the regulation of diabetic complications. Activity-guided isolation of the ethylacetate (EtOAc)-soluble portion of 70% ethanolic extract from aerial parts of Ainsliaea acerifolia was performed, followed by AGE formation inhibition assay for the characterization of four dicaffeoylquinic acid derivatives of a previously known structure, methyl 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinate (1), 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid (2), 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid (3), and methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate (4). The structures of these compounds were confirmed by interpretation of nuclear magnetic resonance (NMR, $^1H-$, $^{13}C-NMR$, two-dimensional NMR) and mass spectroscopic data. Among the isolates, the major secondary metabolites, 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid (2) and 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid (3) showed the most potent inhibitory effects against AGE formation with $IC_{50}$ values of $0.6{\pm}0.1{\mu}M$ and $0.4{\pm}0.1{\mu}M$, respectively. Furthermore, all isolated dicaffeoylquinic acid derivatives were evaluated for their radical scavenging activities using 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical, and compound 3 exhibited the most potent inhibitory effect in a concentration-dependent manner. This result suggests that the caffeoylquinic acid dimers isolated from A. acerifolia might be beneficial for the prevention of diabetic complications and related diseases.
Reactive oxygen species (ROS) and advanced glycation end products (AGEs) are valuable therapeutic targets for the regulation of diabetic complications. Activity-guided isolation of the ethylacetate (EtOAc)-soluble portion of 70% ethanolic extract from aerial parts of Ainsliaea acerifolia was performed, followed by AGE formation inhibition assay for the characterization of four dicaffeoylquinic acid derivatives of a previously known structure, methyl 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinate (1), 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid (2), 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid (3), and methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate (4). The structures of these compounds were confirmed by interpretation of nuclear magnetic resonance (NMR, $^1H-$, $^{13}C-NMR$, two-dimensional NMR) and mass spectroscopic data. Among the isolates, the major secondary metabolites, 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid (2) and 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid (3) showed the most potent inhibitory effects against AGE formation with $IC_{50}$ values of $0.6{\pm}0.1{\mu}M$ and $0.4{\pm}0.1{\mu}M$, respectively. Furthermore, all isolated dicaffeoylquinic acid derivatives were evaluated for their radical scavenging activities using 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical, and compound 3 exhibited the most potent inhibitory effect in a concentration-dependent manner. This result suggests that the caffeoylquinic acid dimers isolated from A. acerifolia might be beneficial for the prevention of diabetic complications and related diseases.
중국에서 Ainsliaea속 식물 7종이 예로부터 류머티즘성 관절염과 장염 치료제 등에 이용되어 왔고 이전의 연구로부터 단풍취에 존재하는 성분으로서는 sesquiterpene lactone, lignan, caffeoylquinic acid 등의 화합물의 존재가 밝혀졌으며, 이들 화합물은 항비만, 항당뇨, 항바이러스 등의 우수한 생리활성을 가지는 것이 보고된 바 있다(15,16). 본 연구에서는 단풍취의 70% 에탄 올 추출물에서 우수한 AGEs 생성 저해 활성을 확인하였으며, 단풍취로부터 분리된 4종의 dicaffeoylquinic acid 유도체의 최종당화산물 저해 및 라디칼 소거 활성 물질을 확인하였기에 그 결과를 보고하고자 한다.
제안 방법
0 g)을 각각 얻었다. 각 가용분획에 대하여 당뇨합병증과 관련되어 있는 최종당화산물 억제능에 대한 활성을 측정하여 가장 강한 활성을 나타낸 단풍취 70% 에탄올 추출물의 EtOAc 가용부(IC50=5.5±1.1 μg/mL)에 대해 activity-guided isolation을 수행하여 활성물질의 분리 정제를 실시하였다.
5 μg/mL)을 확인하였다. 활성을 나타낸 용리액 MP03에 대해 YMC gel ODS AQ 120S(1.1 cm i.d.×40 cm)를 이용한 칼럼크로마토그래피를 수행하여 methyl 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinate(1)(6.5 mg), 3,5-di-O-caffeoyl-epiquinic acid(2)(41.5 mg), 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid (3)(35.0 mg) 및 methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate(4) (27.3 mg)를 분리하였다(Fig. 1). HPLC 분석 시의 이동상 용매로는 1% formic acid(solvent A)와 acetonitrile(solvent B)을 사용하여 gradient mode로 A(80%)-B(20%)의 용매조성으로 20분 동안 분석 후 A(0%)-B(100%)로 25분 동안 물질을 분석하였으며, 이동상의 유속은 1.
대상 데이터
본 실험에 시료로 사용된 단풍취(Ainsliaea acerifolia)는 경북 영양군 수비면에서 2013년도 5월에 채취된 신선한 단 풍취를 사용하였으며, 표본시료는 대구대학교 식품공학과 천연물화학실험실에 보관하고 있다.
데이터처리
, Chicago, IL, USA)을 이용하여 평균과 표준편차를 산출하였다. 평균값은 one-way analysis of variance (ANOVA)로 비교하였으며, Duncan’s multiple test를 실시하여 5% 유의수준에서 평균 간의 다중비교를 실시하였다.
성능/효과
단풍취 70% 에탄올 추출물의 EtOAc층으로부터 얻어진 순수한 화합물에 대해서 당뇨합병증과 관련된 최종당화산물 생성 억제능을 평가하였고(Table 1), 그중에서도 quinic acid의 4번 및 5번 위치에 caffeic acid가 결합되어 있는 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3)와 3번 및 5번 위치에 caffeic acid가 결합되어 있는 3,5-di-O-caffeoyl-epiquinic acid(2)의 IC50 값이 각각 0.4±0.1 µM과 0.6±0.1 µM로 1 µM 이하인 IC50 값으로 강력한 생성 저해 활성을 나타내었다. 그리고 quinic acid 1번 위치의 COOH기에 methyl ester가 결합되어 있는 methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate(4)가 5.
본 연구에서 천연물 유래 항산화 물질의 개발을 위하여 단풍취 70% 에탄올 추출물의 EtOAc층에서 분리된 4종의 dicaffeoylquinic acid 유도체인 methyl 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinate(1), 3,5-di-O-caffeoyl-epi-quinic acid(2), 4,5-di-O-caffeoyl-quinic acid(3) 및 methyl 4,5-di-O-caffeoyl-quinate(4)에 대해서 ABTS+ 라디칼 소거 활성을 확인하였으며, 단풍취에는 라디칼 소거능이 우수한 caffeoylquinic acid 이량체가 함유하는 것을 확인하였다. 이상의 연구 결과로부터 새로운 기능성 소재 개발을 위한 중요한 기초자료로 활용할 수 있으며 당뇨합병증의 치료 및 예방을 위한 천연물로 활용이 가능할 것으로 생각된다.
후속연구
또한, Derris ferruginea 잎과 줄기에서 얻어진 isoflavonoid 유도체인 derrisisoflavone G가 최종당화산물 생성 저해에 효과적인 물질로 동정되었으며(23), Calophyllum flavoramulum 잎에서도 강한 최종당화산물 생성 저해 활성을 나타내는 xanthone 유도체인 3-methoxy-2-hydroxyxanthone이 동정되었다(24). 본 연구팀에서는 지속해서 천연물 유래의 당뇨합병증 유효 활성 소재 개발을 위한 연구를 수행 중이며, 우수한 효능을 나타낸 이들 화합물에 대해서 세포실험 및 동물실험을 통해 추가적인 효능 검증을 실시하여 새로운 기능성 물질로서의 가능성을 검증할 필요가 있다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천연물로부터 얻을 수 있는 최종당화산물 생성 저해 물질은 어떤 것이 있는가?
이러한 당뇨합병증 유효소재 개발방법을 기초로 하여 현재까지 알려진 대표적인 최종당화산물 생성 저해제로는 aminoguanidine, pyridoxamine, ALT-711 등이 있으며(7-9), 이들 중 aminoguanidine이 임상실험에서 독성을 나타내는 것이 보고됨에 따라 더욱 부작용이 적은 안전한 최종당화산물 생성 저해 물질의 개발의 필요성이 대두되고 있는 시점이다(10). 최근에는 더욱 안전하고 우수한 효능을 지닌 새로운 당뇨합병증 유효 성분의 발굴을 위하여 천연소재로부터 최종당화산물 생성 저해제 개발을 위한 연구(11)가 활발하게 진행되고 있으며, 익소라 (Ixora undulate)의 잎, 사과(Malus domestica)의 잎, 사철 쑥(Artemisia capillaris) 전초 등의 천연물로부터 최종당화 산물의 생성을 효과적으로 저해하는 화합물인 flavonoid, dihydrochalcone, neolignan 등의 유효성분이 보고되었다 (12-14). 단풍취(Ainsliaea acerifolia)는 국화과(Compositae)의 다년초로서 어린잎은 식용으로 쓰이며 국내의 산지에 자생하는 산채 자원 중의 하나이다.
AGEs은 어떻게 형성되는가?
최종당화산물(advanced glycation end products, AGEs) 의 생성 증가, 알도스 환원효소(aldose reductase, AR) 경로의 이상 및 protein kinase C(PKC)와 신장 조직 내 여러 세포와 작용하는 성장인자나 사이토카인(cytokine)의 활성화로 인한 세포외 기질 단백의 축적이 당뇨합병증의 주요 원인으로 알려져 있으며(1), 이로 인하여 신경증, 망막증, 백내장, 신장병, 동맥경화 등의 합병증을 유발한다고 보고되고 있다(2). 그중에서도 AGEs는 고혈당 조건에서 환원당과 단백질의 비효소적 반응에 의하여 형성되는 것으로, 한번 생성되면 분해되지 않아 정상혈당으로 회복되어도 잔존하여 혈액 단백질이나 여러 조직과 결합하여 장기의 손상을 유발한 다(3). 당뇨합병증의 예방 및 치료제 개발과 관련하여 최근에는 AGEs의 생성 억제제 및 생성된 AGEs의 조직 내 결합(AGEs-protein cross-link)을 억제하는 물질의 개발이 관심을 받고 있으며(4), 그중에서도 천연소재 중에 존재하는 최종당화산물 생성을 억제하는 방법이 주목을 받고 있다(5).
단풍취에 존재하는 성분은?
단풍취(Ainsliaea acerifolia)는 국화과(Compositae)의 다년초로서 어린잎은 식용으로 쓰이며 국내의 산지에 자생하는 산채 자원 중의 하나이다. 중국에서 Ainsliaea속 식물 7종이 예로부터 류머티즘성 관절염과 장염 치료제 등에 이용되어 왔고 이전의 연구로부터 단풍취에 존재하는 성분으 로서는 sesquiterpene lactone, lignan, caffeoylquinic acid 등의 화합물의 존재가 밝혀졌으며, 이들 화합물은 항비만, 항당뇨, 항바이러스 등의 우수한 생리활성을 가지는 것이 보고된 바 있다(15,16). 본 연구에서는 단풍취의 70% 에탄 올 추출물에서 우수한 AGEs 생성 저해 활성을 확인하였으며, 단풍취로부터 분리된 4종의 dicaffeoylquinic acid 유도체의 최종당화산물 저해 및 라디칼 소거 활성 물질을 확인하였기에 그 결과를 보고하고자 한다.
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