[논문]유리지방산으로 지방축적을 유도한 HepG2 cells 대한 꾸지뽕 열매 추출물의 개선 효과

이효정; 박세은; 김승

doi:10.5352/jls.2019.29.10.1144

유리지방산으로 지방축적을 유도한 HepG2 cells 대한 꾸지뽕 열매 추출물의 개선 효과
Cudrania tricuspidata Fruit Extract Ameliorates Free Fatty Acid-induced Lipid Accumulation in HepG2 Cells 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.29 no.10, 2019년, pp.1144 - 1151

이효정 (광주대학교 식품생명과학과) , 박세은 (광주대학교 식품생명과학과) , 김승 (광주대학교 식품생명과학과)

초록
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비알코올성 지방간은 만성 간 질환으로 비만, 고혈압, 비만, 이상지질혈증과 같은 다양한 대사증후군과 연관되어 있다. 꾸지뽕은 한국을 포함한 동아시아 국가에서 다양한 질병에 사용되는 약용작물로 본 연구에서는 유리지방산에 의해 지방축적이 유도된 세포 내에서 꾸지뽕 열매 추출물의 비알코올성 지방간 개선 효과와 기전을 규명하였다. 꾸지뽕 열매 추출물은 지방 축적 및 중성지방, 콜레스테롤 생성 및 HMG 환원효소의 활성을 억제하였다. 또한 지방생성과 관련된 유전자인 SREBP-1, FAS, SCD-1, SREBP-2의 발현을 억제 하였으며 AMPK의 활성화를 억제하였다. 본 연구결과를 통해서 꾸지뽕 열매 추출물이 유리지방산에 의해 유도된 지방 축적을 억제하고 AMPK/SREBP 신호전달 경로를 조절하여 억제 활성을 나타냄을 밝히며, 비알코올성 지방간의 예방 및 개선을 위한 천연물 소재로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a chronic liver disease associated with various metabolic syndromes, such as obesity, dyslipidemia, hypertension, and diabetes. Cudrania tricuspidata is a medicinal plant distributed widely in Asia and has been used in clinical practice to treat various diseases. The aim of this study is to determine the lipid-lowering effects of C. tricuspidata fruit extract (CTE) using a cell model induced by free fatty acids (FFAs). HepG2 cells were exposed to 1mM FFAs (palmitic acid:oleic acid = 2:1) for 24 hr to simulate the conditions of NAFLD in vitro. CTE attenuated the increases of lipid accumulation, intracellular triglyceride, and cholesterol content and inhibited 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase (HMG-CoA reductase) activity in the HepG2 cells in a dose-dependent manner. Also, CTE inhibited the protein expression of lipogenesis-related genes, such as sterol regulatory element-binding protein-1/-2 (SREBP-1/-2), fatty acid synthase (FAS), and stearoyl CoA desaturase-1 (SCD-1) in FFAs-induced lipid accumulation in HepG2 cells. In addition, CTE-induced adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) phosphorylation in HepG2 cells. These results suggest that CTE attenuates hepatic lipid accumulation by inhibiting lipogenesis through the modulation of the AMPK signaling pathway on FFAs-induced lipogenesis in HepG2 cells and may potentially prevent NAFLD.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Effects of Cudrania tricuspidata fruits extracts on cell viability in HepG2 cells.
그림 Fig. 2. Effect of Cudrania tricuspidata fruits extract on lipid accumulation in HepG2 cells.
그림 Fig. 3. Effects of Cudrania tricuspidata fruits extract on cholesterol production in HepG2 cells.
그림 Fig. 4. Effects of Cudrania tricuspidata fruit extract on lipogenesis related protein expression in HepG2 cells.
그림 Fig. 5. Effects of Cudrania tricuspidata fruit extract on AMPK phosphorylation in HepG2 cells.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 유리 지방산에 의해 지방 축적이 유도된 HepG2 세포를 이용하여 꾸지뽕 열매 추출물의 억제 효능 및 그 작용기전에 대해 확인하였으며, NAFLD에 대한 기능성 소재로 활용 가능성을 확인하였다.

제안 방법

Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM, Gibco, Grand Island, NY, USA)에 10% fetal bovine serum (FBS, Welgene, Daegu, Korea)과 1% penicillin-streptomycin (Gibco, Grand Island, NY, USA)을 첨가하여 37℃, 5% CO2 조건에서 배양하였다.
HepG2 세포를 6 well-plate에 추출물과 유리 지방산을 16시간 동안 처리한 후 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMG-CoA reductase) activity 억제를 확인하기 위해 activity assay kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 이용하여 제조사에서 제공한 분석방법에 따라 수행하여 확인하였다.
꾸지뽕 열매 추출물에 의한 세포 생존율 변화를 알아보기 위하여 HepG2 세로를 이용하여 MTT assay를 수행하였다. 세포주를 96 well에서 배양한 후 추출물을 0~500 μg/ml농도로 희석하여 24시간 동안 처리한 후 세포 생존율 변화를 확인하였다(Fig.
꾸지뽕 열매 추출물의 간세포 내 지방축적 억제 효과는 앞의 결과들을 통해 확인하였으며, SREBP 경로 관련 인자들의 발현 변화를 확인하여 지방 축적 억제 기작을 분석하였다. FAS, SCD-1 등 지방합성 효소의 발현을 조절하는 전사 인자인 SREBP-1 발현에 미치는 영향을 확인한 결과 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 유리지방산만 단독으로 처리한 군보다 SREBP-1의 발현량이 감소하였으며(Fig.
꾸지뽕 열매 추출물의 지방 생성 억제 효과를 확인하기 위해 추출물과 1 mM 유리지방산을 24시간 처리한 후 Oil-Red-O 염색시약을 이용하여 HepG2 세포의 지방 생성 정도를 확인하 였다. 세포 내 지방 축적의 정도를 보면 유리지방산만 단독으로 처리한 군에 비해 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 농도 의존적으로 지방 생성이 억제되는 것을 확인하였다(Fig.
꾸지뽕 추출물의 콜레스테롤 생성 억제 효과를 확인하기 위해 HepG2 세포에 1 mM 유리지방산과 꾸지뽕 열매 추출물을 처리한 후, 콜레스테롤 생합성 단계에서 작용하는 rate-limiting enzyme인 HMG-CoA reductase의 활성 억제 및 콜레스테롤 생성 억제 효과를 확인하였다. 유리지방산만 단독으로 처리한 군에 비해 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때, 농도 의존적으로 콜레스테롤 생성이 억제되는 것을 확인하였으며(Fig.
Louis, MO, USA) 및 꾸지뽕 열매 추출물을 24시간 처리하였다. 대조군은 배지에 5% bovine serum albumin (BSA, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 첨가하여 처리하였다.
1% Tween20) 용액으로 membrane을 세척한 후 horseradish peroxydase (HRP)가 결합된 2차 항체를 희석하여 반응시켰다. 반응이 끝난 membrane을 세척하고 ECL detection kit (Thermofisher, Waltham, MA USA)를 이용하여 발광시킨 후 image reader (Microchemi 4.2, DNR, Neve Yamin, IS)로 분석하였다.
세포 내 중성지방 및 콜레스테롤 함량을 측정하기 위해, HepG2 세포를 6 well-plate에 1×106 cell/well로 분주하고 유리 지방산과 꾸지뽕 열매 추출물을 24시간 동안 처리하였다.
세포 내 지질 축적을 위해, HepG2 세포를 6 well-plate에 1×106 cell/well로 분주하고 세포 밀도가 약 80%에 도달했을 때, serum free DMEM으로 교체하고 24시간 배양한 후 1 mM 유리 지방산(0.33 mM palmitic acid+0.66 mM oleic acid, SigmaAldrich, St. Louis, MO, USA) 및 꾸지뽕 열매 추출물을 24시간 처리하였다.
세포주를 96 well에서 배양한 후 추출물을 0~500 μg/ml농도로 희석하여 24시간 동안 처리한 후 세포 생존율 변화를 확인하였다(Fig. 1).
유리지방산과 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 AMPK의 활성화 여부를 확인하기 위해 pAMPK/AMPK의 발현 변화를 분석하였다.

대상 데이터

HepG2 세포는 한국 세포주은행(Korean Cell Line Bank, Seoul, Korea)으로부터 분양 받아 사용하였다. Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM, Gibco, Grand Island, NY, USA)에 10% fetal bovine serum (FBS, Welgene, Daegu, Korea)과 1% penicillin-streptomycin (Gibco, Grand Island, NY, USA)을 첨가하여 37℃, 5% CO₂ 조건에서 배양하였다.

데이터처리

각 결과에 대한 유의성 검증은 대조군과 비교하여 student’s test에 의해 판단하였으며 p 값이 0.05 미만일 경우에 통계적으로 유의성 있는 결과로 판단하였다.
모든 실험은 3회 이상 반복하여 실시하였으며, 실험결과는 평균±표준편차로 나타내었다.

이론/모형

Effects of Cudrania tricuspidata fruits extract on cholesterol production in HepG2 cells. HepG2 cells were treated with the indicated concentrations of extract in the absence or presence of FFA for 24 hr. (A) Cholesterol levels and (B) HMG-CoA reductase activity were analyzed using the enzymatic colorimetric method. The data presented are the means ± S.
The cells were incubated with extract for 24 hr. The cell viability was determined by MTT assay. The values were calculated as a percentage of cell viability of the control cells not treated with extract.
Louis, MO, USA)를 이용하여 제조사에서 제공한 분석방법에 따라 수행하였다. 배양액 및 세포 내 단백질 함량은 BCA protein assay (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 이용하여 진행하였으며, protein standard는 BSA (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하였다.
cell/well로 분주하고 유리 지방산과 꾸지뽕 열매 추출물을 24시간 동안 처리하였다. 중성지방 및 콜레스테롤 함량은 assay kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 이용하여 제조사에서 제공한 분석방법에 따라 수행하였다. 배양액 및 세포 내 단백질 함량은 BCA protein assay (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 이용하여 진행하였으며, protein standard는 BSA (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하였다.

성능/효과

FAS, SCD-1 등 지방합성 효소의 발현을 조절하는 전사 인자인 SREBP-1 발현에 미치는 영향을 확인한 결과 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 유리지방산만 단독으로 처리한 군보다 SREBP-1의 발현량이 감소하였으며(Fig. 4A) SREBP-1에 의해 발현이 조절되는 FAS, SCD-1 발현도 꾸지뽕 열매 추출물 처리에 의해 억제됨을 확인하였다.
같은 조건으로 처리한 HepG2 세포의 중성지방 생성량을 측정한 결과 유리지방산만 단독으로 처리한 군에 비해 꾸지뽕 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 농도 의존적으로 중성지방 생성이 억제되는 것을 확인하였다(Fig. 2C).
유리지방산과 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 AMPK의 활성화 여부를 확인하기 위해 pAMPK/AMPK의 발현 변화를 분석하였다. 그 결과, 꾸지뽕 추출물 처리에 의해 유리지방산만 단독으로 처리한 군보다 AMPK의 phosphorylation을 활성화를 증가시킴을 확인하였다(Fig. 5).
꾸지뽕 열매 추출물의 지방 축적 억제 기전을 분석하기 위해 AMPK/SREBP 신호전달 과정과 관련된 단백질의 발현 변화를 확인한 결과, 유리 지방산만 단독으로 처리한 군과 비교 하였을 때 꾸지뽕 열매 추출물이 처리된 군에서는 AMPK의 활성화 증가 및 SREBP-1, FAS, SCD-1, SREBP-2의 발현이 억제되었으며, 이와 마찬가지로 콜레스테롤과 중성지방의 생성을 억제하였다. 이전 연구들을 통해서 AMPK는 SREBP-1와 SREBP-2의 발현을 억제하며, 이로 인해 간 조직 내에 지방산, 중성지방, 콜레스테롤 합성을 억제한다는 것이 보고되었다.
또한 콜레스테롤 합성에 관여하는 HMG-CoA reductase의 발현을 조절하는 전사인자인 SREBP-2의 발현에 미치는 영향을 확인한 결과, 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때, 유리지방산만 단독으로 처리한 군보다 SREBP-2의 발현량이 감소하였다(Fig. 4B).
세포 내 지방 축적의 정도를 보면 유리지방산만 단독으로 처리한 군에 비해 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때 농도 의존적으로 지방 생성이 억제되는 것을 확인하였다(Fig. 2A).
유리지방산만 단독으로 처리한 군에 비해 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때, 농도 의존적으로 콜레스테롤 생성이 억제되는 것을 확인하였으며(Fig. 3A) 콜레스테롤 생성 억제 결과와 마찬가지로 꾸지뽕 열매 추출물을 처리하였을 때 HMG-CoA reductase 활성이 감소함을 확인하였다(Fig. 3B).
4A) SREBP-1에 의해 발현이 조절되는 FAS, SCD-1 발현도 꾸지뽕 열매 추출물 처리에 의해 억제됨을 확인하였다. 이는 꾸지뽕 열매 추출물이 지방산 및 중성지방 합성에 중요 인자인 SREBP-1 및 FAS, SCD-1의 발현을 억제함으로써 간 조직 내 지방축적을 억제시킨다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 콜레스테롤 합성에 관여하는 HMG-CoA reductase의 발현을 조절하는 전사인자인 SREBP-2의 발현에 미치는 영향을 확인한 결과, 꾸지뽕 열매 추출물 100, 300 μg/ml 농도로 처리하였을 때, 유리지방산만 단독으로 처리한 군보다 SREBP-2의 발현량이 감소하였다(Fig.
4B). 이는 꾸지뽕 열매 추출물이 콜레스테롤 유입 및 합성에 중요 인자인 SREBP-2의 발현을 억제함으로써 간 조직 내 콜레스테롤 축적을 억제시킨다는 것을 확인할 수 있었다.
또한 SREBP-2는 HMG-CoA reductase의 발현을 조절하며 콜레스테롤 합성에 관여하며, 오미자를 투여한 고지혈증 실험 동물 모델을 통해서 SREBP-2와 HMG-CoA reductase 의 발현이 감소하면 콜레스테롤의 생성이 감소한다는 것이 보고되었다[37]. 이러한 연구들은 AMPK/SREBP 신호전달 과정과 관련된 단백질의 발현이 콜레스테롤과 중성지방 생성과 관련되어 있다는 것을 의미하며 꾸지뽕 열매 추출물의 결과와 부합하는 것으로 판단된다.
지방 축적과 관련된 유전자 발현 결과를 통해서 꾸지뽕 열매 추출물이 중성지방 및 콜레스테롤 합성에 관여하는 SREBP 경로의 발현을 억제함으로써 간세포 내 지방 축적 억제 효과를 나타내는 것으로 사료된다.
2A). 한편, 유리 지방산과 꾸지뽕 열매 추출물을 처리하였을 때 세포 생존율은 감소하지 않은 것으로 확인되었으며 이는 꾸지뽕 열매 추출물에 의한 지방 축적 억제효과가 HepG2 세포에 대한 독성 효과는 아닌 것으로 사료 된다(Fig. 2B).

후속연구

본 연구 결과를 통해 꾸지뽕 열매 추출물이 AMPK/SREBP 신호전달 경로를 조절하며 HepG2 세포의 지방 축적 억제 활성을 나타냄을 확인하였으며 결과적으로 NAFLD의 예방 및 개선을 위한 천연물 소재로 활용 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비알코올성 지방간 질환(Non-Alcoholic Fatty Liver Disease, NAFLD)은 무엇인가?	비알코올성 지방간 질환(Non-Alcoholic Fatty Liver Disease, NAFLD)은 간 조직 내 비정상적으로 지방이 과다하게 축적되어 있는 상태로 만성 간 질환 중 가장 흔한 질환이다[10, 35]. 체내 유리지방산은 간으로 유입되어 중성지방 합성의 원료가 되는데 과도한 탄수화물을 포함하는 식이는 유리 지방산의 생성을 급격하게 증가시켜 간에서의 유리 지방산 흡수를 증가시키고 탄수화물 대사로부터 중성지방의 생합성을 증가시켜 간에서의 중성 지방 합성량이 분해량을 초과하며 NAFLD이 발생하게 된다[5, 28].
	NAFLD 치료제의 단점은?	NAFLD의 예방과 치료를 위해 체중조절, 운동, 식이요법 및 약물이 사용되고 있으며[6] NAFLD 치료제로 항비만제(orlistat), 지질 강하제(statins, fibrates), 혈당강하제(metformin, thiazolidinediones), 항산화제(vitamin E)가 사용되고 있다[2]. 이들 치료제들은 간에 특이적으로 작용하지 않으며 장기간 적용 시에 부작용 발생이 증가한다는 단점이 있어 천연물을 이용하여 안전하고 부작용을 최소화한 효과적인 소재의 개발이 요구되고 있으며, 최근 연구를 통해서 차나무, 치커리, 블루베리, 뽕나무 및 나도공단풀 등이 간 조직 내 지방 축적을 억제시킨다는 연구가 보고되어 있다[3, 4, 24, 25, 30, 41].
	꾸지뽕나무(Cudrania tricuspidata)의 용도는 무엇인가?	꾸지뽕나무(Cudrania tricuspidata)는 뽕나무과에 속하는 낙엽교목으로 한국을 포함한 동북아시아에 분포하며 예로부터 줄기는 약재로 잎과 열매는 식용으로 이용되고 있다[9, 22]. 다수의 연구들을 통해서 꾸지뽕 잎, 줄기, 열매는 항산화, 항염증, 항비만 및 간보호와 같은 다양한 생리학적 효과가 보고되어 있다.

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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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