[논문]초미세먼지(PM2.5)로 유도된 in vitro 세포 독성에 대한 감태(Ecklonia cava) 추출물의 보호 효과

박선경; 강진용; 김종민; 유슬기; 한혜주; 신은진; 허호진

doi:10.9721/kjfst.2019.51.5.503

초록
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감태(Ecklonia cava) 추출물의 in vitro 항산화효과 및 초미세먼지로 유도된 세포 독성에 대한 비강(RPMI-2650), 폐(A549) 및 뇌신경(MC-IXC) 세포에서의 세포보호효과를 검증하였다. 감태는 총 페놀성화합물(물 추출물: 189.32, 80% 에탄올 추출물: 418.08 mg GAE/g of dried weight) 및 총 플라보노이드(물 추출물: 44.93, 80% 에탄올추출물 111.22 mg RE/g) 함유량을 각각 나타내었으며, ABTS/DPPH 라디칼 소거활성 및 지방질과산화 억제효과에서도 우수한 효과를 나타냈다. 또한, 감태 추출물은 초미세먼지로 유도될 수 있는 세포 내 산화적스트레스를 저해함으로써 세포 사멸을 효과적으로 억제시킬 수 있는 천연 소재로 판단되며, 80% 에탄올 추출물뿐만 아니라 물 추출물 또한 산업적 활용가능성이 기대된다.

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To evaluate the protective effect of Ecklonia cava on ultra-fine dust ($PM_{2.5}$)-induced cytotoxicity, we investigated the in vitro antioxidant activity and cell viability after exposure to $PM_{2.5}$. E. cava was extracted using water and 80% ethanol, and antioxidant activit...

To evaluate the protective effect of Ecklonia cava on ultra-fine dust ($PM_{2.5}$)-induced cytotoxicity, we investigated the in vitro antioxidant activity and cell viability after exposure to $PM_{2.5}$. E. cava was extracted using water and 80% ethanol, and antioxidant activity was determined using the 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS)/2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging and lipid peroxidation inhibition assays. The 80% ethanol extract showed relatively higher antioxidant activity than the water extract. The cell protective effects were determined by measuring the intracellular reactive oxygen species (ROS) content and viability of nasal epithelial (RPMI-2650), lung epithelial (A549), and brain neuroblastoma (MC-IXC) cells. Results showed that the 80% ethanol extract inhibited ROS production more than the water extract. In contrast, both extracts showed similar effects on cell viability in the $PM_{2.5}$-induced cell death assay. Thus, Ecklonia cava may act as an effective resource for preventing $PM_{2.5}$-induced cytotoxicity in nasal, lung, and brain cells.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. ABTS radical scavenging activity (A), DPPH radical scavenging activity (B), and malondialdehyde (MDA) inhibitory effect (C) of water and 80% ethanolic extract from Ecklonia cava.
그림 Fig. 2. Intracellular ROS content of water and 80% ethanolic extract from Ecklonia cava on ultra-fine dust (PM_2.5)-induced oxidative stress in RPMI-2650 (A), A549 (B), and MC-IXC (C) cells.
그림 Fig. 3. Cell viability of water and 80% ethanolic extract from Ecklonia cava on ultra-fine dust (PM_2.5)-induced cytotoxicity in RPMI-2650 (A), A549 (B), and MC-IXC (C) cells.

AI 본문요약
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문제 정의

다만, 이와 같은 해조류의 다양한 생리활성 기능에도 불구하고 미세먼지와 관련된 연구는 매우 미흡한 수준이다. 따라서, 본 연구에서는 비강, 폐 및 뇌신경세포에서 발생되는 세포 독성에 대한 세포보호효과를 검증함으로써 감태의 미세먼지 유도성 관련 질환 및 예방 소재로의 가능성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

감태(Ecklonia cava) 추출물의 in vitro 항산화효과 및 초미세먼지로 유도된 세포 독성에 대한 비강(RPMI-2650), 폐(A549) 및 뇌신경(MC-IXC) 세포에서의 세포보호효과를 검증하였다. 감태는 총 페놀성화합물(물 추출물: 189.

대상 데이터

RPMI-2650세포는 10% 소태아혈청, 1% 50 units/mL 페니실린 및 100 μg/mL 스트렙토마이신(P/S)이 포함된 RPMI1640 배지를 사용하였다. A549세포는 10% 새끼소혈청(bovine calf serum), 1% P/S가 포함된 DMEM 배지를 사용하였다. 그리고 MC-IXC 세포는 10% 소태아혈청, 1% P/S가 포함된 MEM 배지를 배양액으로 하여 배양하였다.
본 실험에 사용된 비강세포(RPMI-2650)는 한국세포주은행(KCLB, Seoul, Korea)으로부터 구입하였으며, 폐세포(A549)와 뇌신경세포(MC-IXC)는 American Type Culture Collection (Manasas, VA, USA)로부터 구매하여 사용하였다. RPMI-2650세포는 10% 소태아혈청, 1% 50 units/mL 페니실린 및 100 μg/mL 스트렙토마이신(P/S)이 포함된 RPMI1640 배지를 사용하였다. A549세포는 10% 새끼소혈청(bovine calf serum), 1% P/S가 포함된 DMEM 배지를 사용하였다.
마우스 뇌 조직을 이용한 지방질과산화물(malondialdehyde, MDA) 생성 억제 효과는 Institute of Cancer Research 마우스(male, 4 weeks)를 구입(Samtako, Osan, Korea) 후, 뇌를 적출하여 실험에 사용하였다. 본 동물실험은 경상대학교 동물윤리심의위원회 (인가번호: GNU-120831-M0067) 승인 후 진행하였다.
본 실험에 사용된 감태(Ecklonia cava)는 2018년 2월에 제주시에서 채취된 것을 구입하여 사용하였다. 염분 및 불순물 제거를 위하여 흐르는 물에 수세하고, 냉동 건조기(Ilshin Lab Co.
본 실험에 사용된 비강세포(RPMI-2650)는 한국세포주은행(KCLB, Seoul, Korea)으로부터 구입하였으며, 폐세포(A549)와 뇌신경세포(MC-IXC)는 American Type Culture Collection (Manasas, VA, USA)로부터 구매하여 사용하였다. RPMI-2650세포는 10% 소태아혈청, 1% 50 units/mL 페니실린 및 100 μg/mL 스트렙토마이신(P/S)이 포함된 RPMI1640 배지를 사용하였다.

데이터처리

모든 실험은 3회 반복 실행 후, mean±SD로 나타냈으며, 각 평균값에 대한 유의성 검증은 SAS software 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 실시하고, Duncan의 다중범위검정법(Duncan’s multiple range test)으로 각 시료 간의 유의차를 5% 수준에서 검증하였다.

성능/효과

감태 80% 에탄올 추출물의 총 페놀성 화합물 함량 및 총 플라보노이드 함량은 각각 418.08 mg GAE/g of dried weight 및 111.22 mg RE/g of dried weight으로 물 추출물 189.25 mg GAE/g of dried weight 및 44.93 mg RE/g of dried weight 대비 상대적으로 높은 함량을 나타냈다.
감태(Ecklonia cava) 추출물의 in vitro 항산화효과 및 초미세먼지로 유도된 세포 독성에 대한 비강(RPMI-2650), 폐(A549) 및 뇌신경(MC-IXC) 세포에서의 세포보호효과를 검증하였다. 감태는 총 페놀성화합물(물 추출물: 189.32, 80% 에탄올 추출물: 418.08 mg GAE/g of dried weight) 및 총 플라보노이드(물 추출물: 44.93, 80% 에탄올추출물 111.22 mg RE/g) 함유량을 각각 나타내었으며, ABTS/DPPH 라디칼 소거활성 및 지방질과산화 억제효과에서도 우수한 효과를 나타냈다. 또한, 감태 추출물은 초미세먼지로 유도될 수 있는 세포 내 산화적스트레스를 저해함으로써 세포 사멸을 효과적으로 억제시킬 수 있는 천연 소재로 판단되며, 80% 에탄올 추출물뿐만 아니라 물 추출물 또한 산업적 활용가능성이 기대된다.
1C와 같다. 감태물 추출물은 100 μg/mL 농도에서 77.18, 80% 에탄올 추출물은 89.12%의 생성 억제 효과를 나타냈으며, 이러한 결과는 양성대조군으로 사용한 카테킨(100 μg/mL; 71.03%, IC₅₀=16.54 μg/mL)과 비교 시에도 유의적으로 우수한 결과임을 확인할 수 있었다. 반면, 80% 에탄올 추출물의 IC₅₀ 값은 29.
1A와 같다. 물 추출물과 80% 에탄올 추출물 모두 농도가 증가함에 따라 ABTS 라디칼 소거활성이 증가하는 경향을 나타냈으며, 양성대조군으로 사용된 비타민 C와 동일 농도(200 μg/mL; 83.52%, IC₅₀=123.72 μg/mL)에서 물 추출물(83.04%)은 유의적인 결과를 나타냈으며 80% 에탄올 추출물(90.83%)에서는 상대적으로 우수한 ABTS 라디칼 소거활성을 나타냈다. 또한, 80% 에탄올 추출물의 IC₅₀값은 101.
54 μg/mL)과 비교 시에도 유의적으로 우수한 결과임을 확인할 수 있었다. 반면, 80% 에탄올 추출물의 IC₅₀ 값은 29.06 μg/mL로 나타났으며 물 추출물(59.76 μg/mL) 대비 상대적으로 우수한 MDA 생성 억제 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 총 페놀성 화합물 함량과 MDA 생성 억제 효과 간의 피어슨 상관관계는 물 추출물 100 μg/mL 농도 이하 구간(r=0.
감태 diethyl ether 분획물은 H₂O₂ 로 유도된 산화적 스트레스에 대하여 해마유래 신경세포(HT-22)에서 세포내 ROS생성 억제, Ca²⁺ 감소 및 세포 사멸억제를 통하여 효과적으로 세포보호 할 수 있는 것으로 나타났으며, 이러한 효과는 phloroglucinol, eckol, triphloroethol A, eckstolonol, 및 dieckol을 포함하는 phlorotannin 계열의 물질이 나타내는 항산화 효과에 의한 것으로 보고하였다 (Heo 등, 2012). 본 실험의 결과에서 나타난 감태 추출물의 항산화효과, 세포 내 ROS 생성 억제효과 및 세포사멸 억제 효과는 감태에 함유되어 있는 중 phlorotannins에 의한 것으로 사료된다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때, 감태는 초미세먼지에 의하여 직접적인 영향을 받는 비강, 폐 및 뇌신경세포에 기능 개선에 도움을 줄 수 있는 천연 식품 소재로서의 활용 가능성이 기대된다.
0001으로 매우 높은 것으로 보고하였다. 이러한 결과들을 고려할 때, 감태 추출물에서 나타나는 우수한 항산화 활성은 총 페놀성화합물 함량과의 상관관계에서 기인된 것으로 판단된다.
76 μg/mL) 대비 상대적으로 우수한 MDA 생성 억제 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 총 페놀성 화합물 함량과 MDA 생성 억제 효과 간의 피어슨 상관관계는 물 추출물 100 μg/mL 농도 이하 구간(r=0.9944 및 p=0.0056)과 80% 에탄올 추출물은 50 μg/mL 농도 이하 구간(r=0.9999 및 p=0.01)에서 모두 높은 양의 상관관계를 나타냈다.

후속연구

이러한 결과들을 종합해 볼 때, 감태는 초미세먼지에 의하여 직접적인 영향을 받는 비강, 폐 및 뇌신경세포에 기능 개선에 도움을 줄 수 있는 천연 식품 소재로서의 활용 가능성이 기대된다. 다만, 감태 추출물이 다양한 세포에서 나타내는 보호효과 및 그 개선기작은 유효물질에 대한 연구와 병행하여 동물모델 실험과 조직연구를 통해 보다 명확히 연구되어야 할 것으로 판단된다.
또한, 후각상피세포를 거치면 뇌-혈관-장벽(BBB)를 거치지 않고도 뇌로 직접 도달할 수 있으며, 자성을 띄는 입자의 경우 뇌조직에 직접 침착됨으로써 미세아교세포(microglia)를 활성화하여 pro-inflammatory cytokines (IL-1, TNF-α 및 IFN-γ) 등을 생산함으로써 뇌신경 염증을 유도하고 더 나아가 인지장애를 유도하는 것으로 보고되었다 (Block, 2004). 따라서, 이러한 미세먼지로 유도될 수 있는 인체 내 산화적 스트레스 억제 및 염증반응을 억제시켜 줄 수 있는 천연 식품 소재에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.
22 mg RE/g) 함유량을 각각 나타내었으며, ABTS/DPPH 라디칼 소거활성 및 지방질과산화 억제효과에서도 우수한 효과를 나타냈다. 또한, 감태 추출물은 초미세먼지로 유도될 수 있는 세포 내 산화적스트레스를 저해함으로써 세포 사멸을 효과적으로 억제시킬 수 있는 천연 소재로 판단되며, 80% 에탄올 추출물뿐만 아니라 물 추출물 또한 산업적 활용가능성이 기대된다.
본 실험의 결과에서 나타난 감태 추출물의 항산화효과, 세포 내 ROS 생성 억제효과 및 세포사멸 억제 효과는 감태에 함유되어 있는 중 phlorotannins에 의한 것으로 사료된다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때, 감태는 초미세먼지에 의하여 직접적인 영향을 받는 비강, 폐 및 뇌신경세포에 기능 개선에 도움을 줄 수 있는 천연 식품 소재로서의 활용 가능성이 기대된다. 다만, 감태 추출물이 다양한 세포에서 나타내는 보호효과 및 그 개선기작은 유효물질에 대한 연구와 병행하여 동물모델 실험과 조직연구를 통해 보다 명확히 연구되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초미세먼지(PM2.5)를 이루는 물질은 무엇인가?	5)는 공기역학적 지름이 2.5 µm 이하인 미세먼지를 의미하며, 대기 오염 발생원에서 직접 배출되어지는 1차오염 물질과 대기에서 반응하여 생성되는 2차 대기오염 물질 (NO3−, SO4−, NH4−, polyacromatic hydrocarbon (PAH), quinone 등)이 주를 이룬다(Kim 등, 2017). 세계보건기구에 의하면, PM10 (지름이 10 µm 이하인 미세먼지)에 장기 노출될 경우 호흡기관 관련 질환과 사망률이 증가하게 되는데, PM2.
	본 연구에서 밝힌 감태 추출물 내 총 페놀성화합물과 플라보노이드 함량은?	감태(Ecklonia cava) 추출물의 in vitro 항산화효과 및 초미세먼지로 유도된 세포 독성에 대한 비강(RPMI-2650), 폐(A549) 및 뇌신경(MC-IXC) 세포에서의 세포보호효과를 검증하였다. 감태는총 페놀성화합물(물 추출물: 189.32, 80% 에탄올 추출물: 418.08 mg GAE/g of dried weight) 및 총 플라보노이드(물 추출물:44.93, 80% 에탄올추출물 111.22 mg RE/g) 함유량을 각각 나타내었으며, ABTS/DPPH 라디칼 소거활성 및 지방질과산화 억제효과에서도 우수한 효과를 나타냈다. 또한, 감태 추출물은 초미세먼지로 유도될 수 있는 세포 내 산화적스트레스를 저해함으로써 세포 사멸을 효과적으로 억제시킬 수 있는 천연 소재로 판단되며, 80% 에탄올 추출물뿐만 아니라 물 추출물 또한 산업적 활용 가능성이 기대된다.
	'감태(Ecklonia cava)'추출물의 특징은 무엇인가?	감태(Ecklonia cava) 추출물의 in vitro 항산화효과 및 초미세먼지로 유도된 세포 독성에 대한 비강(RPMI-2650), 폐(A549) 및 뇌신경(MC-IXC) 세포에서의 세포보호효과를 검증하였다. 감태는 총 페놀성화합물(물 추출물: 189.

참고문헌 (12)

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