[논문]콜린 에스테라제 저해효과 보유 식물 추출물 탐색

박샛별; 이정훈; 김형돈; 서경혜; 정현수; 김동휘; 이승은

doi:10.7732/kjpr.2018.31.5.433

[국내논문] 콜린 에스테라제 저해효과 보유 식물 추출물 탐색
Screening of Plant Extracts with Cholinesterase Inhibition Activity 원문보기

韓國資源植物學會誌 = Korean journal of plant resources, v.31 no.5, 2018년, pp.433 - 452

박샛별 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 이정훈 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 김형돈 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 서경혜 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 정현수 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 김동휘 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 이승은 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부)

초록
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본 연구는 천연식물자원을 대상으로 치매의 일종인 알츠하이머병을 개선 및 치료할 수 있는 소재를 발굴하기 위해 식물추출물에 대해 콜린성 에스테라제(AChE) 저해활성을 탐색하였다. 184개의 식물추출물을 $100{\mu}g/ml$의 단일농도에서 아세틸콜린에스테라제(AChE)을 실험한 결과, 10% 이상의 AChE 저해활성을 보였던 추출물은 황벽나무(Phellaodendron amurense Rupr., 수피, 메탄올 추출물), 황벽나무(Phellaodendron amurense Rupr., 수피, 물 추출물), 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn., 수술/자방, 메탄올 추출물), 쪽(Persicaria tinctoria H. GROSS, 꽃, 메탄올 추출물), 중국황련(Coptis chinensis, 뿌리줄기, 메탄올 추출물), 육계(Cinnamomum cassia Blume, 수피, 에탄올 추출물) 및 잇꽃(Carthamus tinctorius L., 열매, 에탄올 추출물) 등 7개가 확인되었다. 선발된 7개의 추출물에 대해서는 25, 20, 100 및 $200{\mu}g/ml$의 최종농도에서 AChE 및 BuChE에 대한 저해활성을 검정하였다. 그 결과, AChE 저해활성에서는 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.) 수술/자방의 메탄올 추출물이 $15.0{\pm}3.4%{\sim}73.5{\pm}3.6%$, 쪽(Persicaria tinctoria H. GROSS) 꽃의 메탄올 추출물이 $19.5{\pm}9.1%{\sim}63.5{\pm}5.4%$, 중국황련(Coptis chinensis) 뿌리줄기의 메탄올 추출물이 $81.6{\pm}0.4%{\sim}58.5{\pm}2.4%$, 황벽나무(Phellaodendron amurense Rupr.) 수피의 메탄올 추출물이 $69.9{\pm}1.8%{\sim}80.5{\pm}0.9%$, 그리고 황벽나무 (Phellaodendron amurense Rupr.) 수피의 물 추출물이 $54.8{\pm}0.6%{\sim}78.3{\pm}2.6%$의 값을 보였다. BuChE 저해활성에서는 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.) 수술/자방의 메탄올추출물, 쪽(Persicaria tinctoria H.GROSS) 꽃의 메탄올추출물 및 중국황련(Coptis chinensis) 뿌리줄기의 메탄올추출물이 각각 $58.9{\pm}7.8{\sim}81.6{\pm}1.9%$ 및 $45.8{\pm}9.8%{\sim}72.4{\pm}2.5%$ 및 $33.1{\pm}9.9%{\sim}55.4{\pm}5.4%$의 순으로 높은 BuChE 저해활성을 나타내었다. 이러한 실험결과를 종합하여 볼때, 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.)의 수술/자방, 쪽(Persicaria tinctoria H. GROSS)의 꽃, 중국황련(Coptis chinensis)의 뿌리줄기, 황벽나무(Phellaodendron amurense Rupr.)의 수피는 알츠하이머병(AD)의 개선 효과를 나타낼 수 있는 후보 소재로 사료되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to select candidates from plant resources for the purpose of improving or treating Alzheimer's disease, a type of dementia. One hundred and eighty-four plant extracts at a final concentration of $100{\mu}g/ml$ were screened to determine their capacity to inhibit acetylcholinesterase (AChE) by in vitro assay. From this AChE assay, seven plant extracts - including methanol ext. and water ext. of Phellaodendron amurense Rupr. (bark), methanol ext. of Nelumbo nucifera Gaertn (stamen/ovary), methanol ext. of Persicaria tinctoria H. GROSS (flower), methanol ext. of Coptis chinensis (rhizome), ethanol ext. of Cinnamomum cassia Blume(bark) and ethanol ext. of Carthamus tinctorius L. (fruit) - showed effective inhibition activity ranging from 18.7% to 63.1%. The selected extracts were testified their inhibition activities on AChE and BuChE (butyrylcholinesterase) at concentrations of 25, 50, 100, $200{\mu}g/ml$. In the AChE assay, five extracts including methanol ext. of Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary), methanol ext. of Persicaria tinctoria H. GROSS (flower), methanol ext. of Coptis chinensis (rhizome), methanol ext. and water ext. of Phellaodendron amurense Rupr. (bark) showed inhibition activity of 15.0%~73.5%, 19.5%~63.5%, 81.6%~58.5%, 69.9%~80.5%, and 54.8%~78.3%, respectively, at concentrations of 25, 50, 100, $200{\mu}g/ml$. In the BuChE assay, the extracts of Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary), Persicaria tinctoria H. GROSS (flower), and Coptis chinensis (rhizome) showed inhibitory capacities of 58.9~81.6%, 45.8%~72.4%, and 33.1%~55.4% at concentrations of 25, 50, 100, $200{\mu}g/ml$, respectively. In conclusion, it is suggested that Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary), Persicaria tinctoria H. GROSS, Coptis chinensis (rhizome) and Phellaodendron amurense Rupr. (bark) could be selected as candidate materials for improving or treating Alzheimer's disease on the basis of further study.

Keyword

표/그림 (17)

표 Table 1. Plant part extracts used for the study
표 Table 1. Continued
표 Table 1. Continued
표 Table 1. Continued
표 Table 1. Continued
표 Table 2. UPLC analysis conditions of the selected plant extracts of sample no. 60 (Carthamus tinctorius L. fruit), sample no. 66 (Cinnamomum cassia Blume, bark), sample no. 73 (Coptis chinensis, rhizome), sample no. 129 (Nelumbo nucifera Gaertn., stamen/ovary), sample no. 140 (Persicaria tinctoria H.GROSS, flower), sample no. 144 (Phellaodendron amurense Rupr., bark, methanol ext.), and sample no. 145 (Phellaodendron amurense Rupr., bark, water ext.)
표 Table 3. The method of operation at mass spectrometer
표 Table 4. Inhibition effect of 184 plant extracts (at 100 ㎍/㎖) on the acetylcholinesterase activity
표 Table 4. Continued
표 Table 4. Continued
그림 Fig. 1. Inhibition effect of the selected plant extracts of (A) Carthamus tinctorius L. (fruit, sample no. 60), (B) Cinnamomum cassia Blume (bark, sample no. 66), (C) Coptis chinensis (rhizome, sample no. 73), (D) Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary, sample no. 129), (E) Persicaria tinctoria H.GROSS (flower, sample no. 140), (F) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 144, methanol ext.), and (G) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 145, water ext.) on acetylcholinesterase (AChE) activity. Each extracts was experimented at the final concentration of 25, 50, 100, and 200 ㎍/㎖. Cont means control which treated with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 8.0) and tacrine as positive control was used at the concentration of 0.1 ㎍/㎖.
그림 Fig. 2. Inhibition effect of the selected plant extracts of (A) Carthamus tinctorius L. (fruit, sample no. 60), (B) Cinnamomum cassia Blume (bark, sample no. 66), (C) Coptis chinensis (rhizome, sample no. 73), (D) Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary, sample no. 129), (E) Persicaria tinctoria H.GROSS (flower, sample no. 140), (F) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 144, methanol ext.), and (G) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 145, water ext.) on butyrylcholinesterase (BuChE) activity. Each extracts was experimented at the final concentration of 25, 50, 100, and 200 ㎍/㎖. Cont means control which treated with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 8.0) and tacrine as positive control was used at the concentration of 0.1 ㎍/㎖.
그림 Fig. 3. UPLC-UV chromatograms and tentative identification of metabolites obtained by UPLC-UV-MS analysis. (A) Carthamus tinctorius L. (fruit, sample no. 60), (B) Cinnamomum cassia Blume (bark, sample no. 66), (C) Coptis chinensis (rhizome, sample no. 73), (D) Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary, sample no. 129), (E) Persicaria tinctoria H.GROSS (flower, sample no. 140), (F) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 144, methanol ext.), and (G) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 145, water ext.).
그림 Fig. 4. Mass spectrums of selected plant extracts. (A) Carthamus tinctorius L. (fruit, sample no. 60), (B) Cinnamomum cassia Blume (bark, sample no. 66), (C) Coptis chinensis (rhizome, sample no. 73), (D) Nelumbo nucifera Gaertn. (stamen/ovary, sample no. 129), (E) Persicaria tinctoria H.GROSS (flower, sample no. 140), (F) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 144, methanol ext.), and (G) Phellaodendron amurense Rupr. (bark, sample no. 145, water ext.).
그림 Fig. 4. Continued.
그림 Fig. 4. Continued.
그림 Fig. 4. Continued.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구팀은 천연식물자원을 대상으로 치매의 일종인 알츠하이머병을 개선 및 치료할 수 있는 소재를 발굴하기 위해 콜린성 에스테라제(AChE) 저해활성을 중심으로 탐색하였으며, 몇 가지 자원을 선발하였기에 그 결과를 보고하고자 한다.

제안 방법

콜린 기능의 결손은 인지, 행동 및 일상생활활동에 영향을 미치는 알츠하이머병(Alzheimer’s disease, AD)의 발병에 관련되며, 이러한 결손에 대한 약물적 중재는 아세틸콜린에스테라제(Acetylcholinesterase, AChE) 저해에 기초하므로 확보된 식물추출물 184개를 100 ㎍/㎖의 단일농도에서 AChE 저해활성을 분석하였다(Giacobin, 2003). 실험결과, 52개의 추출물이 0% 이상의 AChE 저해활성을 나타내었으며, 나머지 132개의 시료는 음의 값을 나타내 AChE 효소에 대한 저해효과가 없었다(Table 4).
아세틸콜린에스테라제(AChE)와 마찬가지로 아세틸콜린의 가수분해에 관여하고 AD에서 중요한 역할을 담당하는 또 다른 콜린에스테라제(ChE)인 부티릴콜린에스테라제(BuChE)에 대한 저해활성을 확인하기 위해 단일농도에서 우수한 AChE 저해 활성을 나타내었던7개의 시료를 25, 50, 100, 200 ㎍/㎖의 최종처리농도로 실험하였다(Giobini et al., 2002). 그 결과, Fig.

대상 데이터

실험에 사용된 어저귀(Abutilon theophrasti Medicus) 열매의 물 추출물 등 184개의 식물 추출물 시료는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 약용작물과 소속 식물분류전문가로부터 확보된 식물과 학명을 검토받아 조제된 것을 사용하였으며, 각 추출물은 아래의 방법에 따라 제조되었다(Table 1).

데이터처리

모든 실험 결과는 평균±표준편차(means±SD, n=3∼4)로 나타내었으며, Microsoft excel의 Student’s t-test에 의해 유의성을 검정하였다.

이론/모형

확보된 184개의 식물추출물의 아세틸콜린에스테라제 저해능을 100 ㎍/㎖의 단일농도에서 평가하기 위해 Ellman 방법을 변형한 Kim and Chung (2011)의 방법에 따라 실험하였다. 먼저 100 mM sodium phosphate buffer (pH 8.

성능/효과

Tabet (2006)에 의하면 AChE 저해제는 약~중 정도의 AD 치료에 유용하게 이용될 수 있으므로 처리농도별AChE 저해능이 우수하였던 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.) 수술/자방의 메탄올 추출물(D), 쪽(Persicaria tinctoria H. GROSS) 꽃의 메탄올 추출물(E), 중국황련(Coptis chinensis) 뿌리줄기의 메탄올 추출물(C), 황벽나무(Phellaodendron amurense Rupr.) 수피의 메탄올 추출물(F) 및 물 추출물(G)은 경증 내지 중증의 AD 치료용 소재로의 활용 가능성이 높을 것으로 사료되었다.
또한, 시료번호140 (쪽 꽃의 메탄올 추출물)의 UPLC-UV 크로마토그램(E)에서는 quercetin-3-Orhamnoside (MW 448), kaempferol-3-O-rhamnoside (MW432), quercetin-3-O-(4" malonyl) rhamnoside (MW 534),quercetin-3-O-(4" acetyl) rhamnoside (MW 490) 및 kaempferol3-O-(3" or 4" acetyl) rhamnoside (MW 471)로 추정되는 화학성분 확인되었고, 시료번호 144 및 145 (황벽나무 수피의 메탄올 추출물과 물 추출물의 크로마토그램인(F)와 (G)에서는phellodendrine (MW 342), 3-O-feruloyl quinate (MW 368), menispermine (MW 356), plamtine (MW 336) 및 berberine(MW 352)이 검출되었다. 따라서, 이러한 UPLC-UV-MS 분석을 통해 각 선발식물별로 기존 문헌에서 보고된 특징적인 화학성분이 존재하는 것으로 추정되었다.
한편, Giacobini (2003)에 의하면 심각한 AD에서는 AChE와 choline acetyltransferase (ChAT)의 90% 정도가 감소되는 반면, 부티릴콜린에스테라제(butyrylcholinesterase, BuChE)의 수준은 증가하므로 본 실험결과, 우수한 BuChE 저해효과가 확인된 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.) 수술/자방의 메탄올추출물(D), 쪽(Persicaria tinctoria H. GROSS) 꽃의 메탄올추출물(E) 및 중국황련(Coptis chinensis) 뿌리줄기의 메탄올추출물(C)은 심각한 수준의 AD 치료에 이용될 수 있는 후보소재라고 사료되었다.

후속연구

이러한 보고들을 고려할 때, 본 연구에서 확인되었던 AChE에 대한 저해활성이 우수하였던 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.)수술/자방의 메탄올 추출물, 쪽(Persicaria tinctoria H. GROSS)꽃의 메탄올 추출물, 중국황련(Coptis chinensis) 뿌리줄기의 메탄올 추출물, 황벽나무(Phellaodendron amurense Rupr.)수피의 메탄올 추출물 및 물 추출물 등의 5가지 추출물시료는 경도부터 중간정도의 AD에서 효과를 발휘할 수 있을 것으로 예상된다. 그리고, BuChE에 대해서도 저해효과가 우수하였던 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.
)수피의 메탄올 추출물 및 물 추출물 등의 5가지 추출물시료는 경도부터 중간정도의 AD에서 효과를 발휘할 수 있을 것으로 예상된다. 그리고, BuChE에 대해서도 저해효과가 우수하였던 연꽃(Nelumbo nucifera Gaertn.) 수술/자방의 메탄올추출물, 쪽(Persicaria tinctoria H.GROSS) 꽃의 메탄올추출물 및 중국황련(Coptis chinensis) 뿌리줄기의 메탄올추출물 등 3개의 식물추출물은 심각한 AD에서도 개선효과를 나타낼 수 있는 소재로 확인되었으므로 활용성 검토를 위해 추가 연구가 필요하다고 사료되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	치매란?	치매는 혈관성치매, 루이소체 질환, 알츠하이머 병 등을 포함하는 신경퇴행성 질환으로서 60세 이상의 치매환자 중 50∼60%가 알츠하이머 병(Alzheimer’s disease, AD)을 앓고 있다. 기본적인 치매 증상으로 기억력 감퇴 및 인지능력 저하가 있고, 그 중 알츠하이머 치매는 인식능력을 점차적으로 저하시키며 기억력 감퇴, 인지력 감소, 우울증 등으로 인해 일상생활 수행에 심각한 영향을 미친다(Alzheimer’s Association, 2006).
	알츠하이머 증상 완화를 위한 치료제는?	그러므로, 근래에 아세틸콜린의 농도 감소를 늦추기 위해 AChE 저해제에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 알츠하이머 증상을 완화시키고 병의 진전속도를 늦출 수 있는 치매치료제로 타크린(tacrine:Cognex®), 도네페즐(donepezil hydrochloride:Aricept®), 리바스티그민(rivastigmine: Exelon®), 갈란타민(galantamine:Reminyl®)이 알려져 있다(Giacobini et al.,2002).
	치매치료제로 사용되는 제제의 부작용은?	,2002). 하지만 이들 치매치료제의 사용은 메스꺼움, 식욕 부진, 구토 및 설사와 같은 부작용을 유발하여 일상 생활이 크게 개선되지 않아 보다 부작용이 적고 효과가 우수한 새로운 약물 또는 천연물 발견 등이 요구되고 있다(Lanctôt et al., 2003).

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Tabet, N. 2006. Acetylcholinesterase inhibitors for Alzheimer's disease: anti-inflammatories in acetylcholine clothing! Age. Ageing 35:336-338.

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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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