[논문]약용식물 유래 정유성분 분석 및 산화 스트레스로부터 PC12 신경세포 보호 효과

이지연; 박정용; 김동휘; 최수지; 장귀영; 서경혜

doi:10.9799/ksfan.2020.33.2.215

약용식물 유래 정유성분 분석 및 산화 스트레스로부터 PC12 신경세포 보호 효과
Chemical Composition and Protective Effect of Essential Oils Derived from Medicinal Plant on PC12 Neuro-cells Induced by Oxidative Stress 원문보기

한국식품영양학회지 = The Korean journal of food and nutrition, v.33 no.2, 2020년, pp.215 - 221

이지연 (충북대학교 식품공학과) , 박정용 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 김동휘 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 최수지 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 장귀영 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부) , 서경혜 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate the protective effect on oxidative stress induced PC12 cells, and volatile flavor composition of essential oils derived from medicinal plant seeds- Gossypium hirsutum L. (G. hirsutum), Coix lachryma-jobi (C. lachryma-jobi) and Oenothera biennis (O. biennis). The essential oils were obtained by the solvent (hexane) extraction method from the seeds. The essential oils of the seeds were analyzed by the solid-phase micro-extraction gas chromatography mass spectrometry (SPME-GC/MS). The major compounds of G. hirsutum, C. lachryma-jobi and O. biennis were cyclonexanol (16.65%), β-asarone (14.29%) and ylangene (50.01%). The DPPH radical scavenging activity (IC50) was the highest value of 8.52 mg/mL in the O. biennis. Additionally, IC50 values of G. hirsutum and C. lachryma-jobi were 26.76 mg/mL and 36.81 mg/mL. For the oxidative stress on PC12 cells, we treated with hydrogen peroxide (H2O2). The pretreatment of oxidative stress induced PC12 cells with all the essential oils preserved or increased their cell viability and G. hirsutum and O. biennis attenuated the ROS generation (by 68.75% and 56.25% vs. H2O2 control). The results of this study suggest that the essential oils derived from medicinal plant seeds could be used as valuable back data as a natural essential oil material to prevent neurodegenerative diseases by protecting neuro-cells.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. Antioxidant activity of essential oils of medicinal plants.
그림 Fig. 2. Protect effect by essential oils of medicinal plants on H₂O₂-induced PC12 cells.
표 Table 1. Composition of essential oils from the medicinal plants of constituents and its bio-activity

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 한국에 자생하는 약용식물 유래정유성분에 대한 신경세포 보호효과 및 성분조성 등을 구명하였으며, 이를 통한 약용식물 유래 정유의 신경세포 손상보호 효과를 통한 기능성 소재 개발 가능성을 제시하였다.

제안 방법

본 연구에서는 약용식물 유래 종자의 정유를 용매추출법으로 추출하여 이들 추출물의 항산화 활성, 신경세포 보호효과 및 정유 성분 분석을 실시하였다. DPPH 라디칼 소거능에 의한 항산화 활성은 월견자의 종자 정유추출물의 IC₅₀ 값이 8.

대상 데이터

Pheochromocytoma(PC) 12 신경세포는 American type culture collection(ATCC, Manassas, VA, USA)에서 구입하였다. PC12 세포의 생육배지로 1% penicilin/streptomycin (Gibco, Waltham, MA, USA)과 10% fetal bovine serum(FBS; Gibco, Waltham, MA, USA)이 포함된 Dulbecco’s modified Eagles medium(DMEM; Gibco, Waltham, MA, USA)을 사용하였고, 37℃, 5% CO₂ 조건하에서 배양하였다.
본 연구에서는 약용식물 종자인 면화자(Gossypium hirsutumL.; G. hirsutum), 의이인(Coix lachryma-jobi; C. lachrymajobi) 및 월견자(Oenothera biennis; O. biennis)를 사용하였다. 면화자는 전 세계에서 가장 널리 재배되고 있는 육지면이라고 불리는 면의 종자이며, 오일을 추출하고 남은 찌꺼기에서 항산화 및 항종양 효과가 있다(Nagatsu 등 2000; Park 등 2007).

데이터처리

모든 실험은 평균(mean)±표준편차(standard deviation, SD)로 표기하였고, 3회 반복 실시하였다. 통계 처리는 One-way analysis of variance(ANOVA)를 실시하였고, Tukey’s Multiple Comparison test(Prism 5.02 GraphPad Software, San Diego, CA, USA)와 Duncan’s test(Statistical Package for the Social Sciences, ver. 21.0 for Window ver. 10; IBM, Armonk, NY, USA)로 p<0.05 수준에서 사후검증을 실시하였다.

이론/모형

또한 PC12 신경세포는 신경세포 보호 연구에 유용한 모델을 제공한다고 알려져 있으며, 많은 신경보호 연구가 이뤄지고 있다(Greene & Tischler1976). 본 연구에서는 H₂O₂로 산화스트레스를 유도한 PC12 세포에서 정유 추출물의 세포 보호 활성을 측정하기 위해, 살아있는 세포의 미토콘드리아 탈 수소 효소의 활성을 측정하는 MTS 분석법을 실시하여 확인하였다(Malich 등 1997).
세포 내 ROS 생성량은 2’,7’-dichlorofluorescin diacetate(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA; DCF-DA) 방법을 이용하여 측정하였다(Lee 등 2020). PC12 세포를 96 well black plate에 1×10⁵ cell/mL로 분주하고, 1일 후 정유 추출물을 농도별(12.
세포 생존율을 평가하기 위한 편리한 방법으로 알려져 있는 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H tetrazolium(MTS; Promega, Madison, WI, USA)을 이용하여 측정하였다(Malich 등 1997). PC12 세포를 96 well plate에 1×10⁵ cell/mL로 분주하여 배양한 후 정유 추출물을 12.

성능/효과

본 연구에서는 약용식물 유래 종자의 정유를 용매추출법으로 추출하여 이들 추출물의 항산화 활성, 신경세포 보호효과 및 정유 성분 분석을 실시하였다. DPPH 라디칼 소거능에 의한 항산화 활성은 월견자의 종자 정유추출물의 IC₅₀ 값이 8.52 mg/mL로 가장 높은 항산화 활성을 보였고, 면화자와 의이인의 종자 정유 추출물의 IC₅₀값은 월견자보다 약 3~5배 높았다. 또한, 월견자의 종자 정유 추출물은 PC12 세포에서 H₂O₂로 유도한 산화적 스트레스로부터 세포 생존율을 증가시켰고, 면화자와 월견자의 종자 정유 추출물은 세포 내 ROS의 생성 또한 유의적으로 감소시켰다.
또한, 월견자의 종자 정유 추출물은 PC12 세포에서 H₂O₂로 유도한 산화적 스트레스로부터 세포 생존율을 증가시켰고, 면화자와 월견자의 종자 정유 추출물은 세포 내 ROS의 생성 또한 유의적으로 감소시켰다. 따라서, 항산화 활성을 가진 월견자 정유 추출물은 신경세포 내 ROS의 생성을 억제함으로써 산화적 스트레스로부터 신경세포를 보호하는 것으로 나타났다. 약용식물 유래 종자에서 추출한 주요 정유성분으로 면화자에서는 cyclohexanol(16.
52 mg/mL로 가장 높은 항산화 활성을 보였고, 면화자와 의이인의 종자 정유 추출물의 IC₅₀값은 월견자보다 약 3~5배 높았다. 또한, 월견자의 종자 정유 추출물은 PC12 세포에서 H₂O₂로 유도한 산화적 스트레스로부터 세포 생존율을 증가시켰고, 면화자와 월견자의 종자 정유 추출물은 세포 내 ROS의 생성 또한 유의적으로 감소시켰다. 따라서, 항산화 활성을 가진 월견자 정유 추출물은 신경세포 내 ROS의 생성을 억제함으로써 산화적 스트레스로부터 신경세포를 보호하는 것으로 나타났다.
따라서, 항산화 활성을 가진 월견자 정유 추출물은 신경세포 내 ROS의 생성을 억제함으로써 산화적 스트레스로부터 신경세포를 보호하는 것으로 나타났다. 약용식물 유래 종자에서 추출한 주요 정유성분으로 면화자에서는 cyclohexanol(16.65%), 의이인에서는 β-asarone(14.29%) 및 월견자에서는 ylangene(50.01%) 등의 함량이 특히 높음을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 국내산 약용식물의 종자 정유 추출물은 신경세포를 보호함으로써 신경 퇴행성 질환을 예방하기 위한 천연 정유소재로서의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

01%) 등의 함량이 특히 높음을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 국내산 약용식물의 종자 정유 추출물은 신경세포를 보호함으로써 신경 퇴행성 질환을 예방하기 위한 천연 정유소재로서의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정유가 향료, 의약품 및 제식용으로 사용되어온 이유는?	정유(essential oil)는 식물에서 채취한 방향족 알데히드, 테르펜, 각종 에스테르류 화합물 등의 휘발성 유지를 통틀어 일컫는 말이며, 식물의 내분비선에서 분비되는 2차 대사산물로 식물의 거의 모든 부위에 존재한다. 식물에 따라 독특한 향미를 나타내기 때문에 향료, 의약품 및 제식용으로사용되어져 왔다(Lim 등 2008). 그 중에서도 약용식물(medi- cinal plant) 내에 존재하는 정유 또한 2차 대사에 의해 약 20~60가지의 정유 성분이 생성되며, 광범위한 항균효과가 있다고 알려져 있다(Akthar 등 2014).
	정유란?	정유(essential oil)는 식물에서 채취한 방향족 알데히드, 테르펜, 각종 에스테르류 화합물 등의 휘발성 유지를 통틀어 일컫는 말이며, 식물의 내분비선에서 분비되는 2차 대사산물로 식물의 거의 모든 부위에 존재한다. 식물에 따라 독특한 향미를 나타내기 때문에 향료, 의약품 및 제식용으로사용되어져 왔다(Lim 등 2008).
	면화자 오일을 추출하고 남은 찌꺼기의 효과는?	biennis)를 사용하였다. 면화자는 전 세계에서 가장 널리 재배되고 있는 육지면이라고 불리는 면의 종자이며, 오일을 추출하고 남은 찌꺼기에서 항산화 및 항종양 효과가 있다(Nagatsu 등 2000; Park 등 2007). 의이인은 율무의 종자의 종피를 제거한 것이며, 지질함량 및 지방산이 풍부하고, 항염증 및 항종양 등의 작용이 있다고 보고되었다(Lee 등 2019).

참고문헌 (27)

Akthar MS, Degaga B, Azam T. 2014. Antimicrobial activity of essential oils extracted from medicinal plants against the pathogenic microorganisms: A review. Issues Biol Sci Pharm Res 2:1-7
Bak MJ, Jun M, Jeong WS. 2012. Antioxidant and hepatoprotective effects of the red ginseng essential oil in $H_{2}O_{2}$ -treated HepG2 cells and $CCl_{4}$ -treated mice. Int J Mol Sci 13:2314-2330

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Brand-Williams W, Cuvelier M-E, Berset C. 1995. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT-Food Sci Technol 28:25-30

상세보기
Cheng SY, Lin EH, Huang JS, Wen ZH, Duh CY. 2010. Ylangene-type and nardosinane-type sesquiterpenoids from the soft corals Lemnalia flava and Paralemnalia thyrsoides. Chem Pharm Bull 58:381-385

상세보기
Choi HS. 2019. Chemical composition of the essential oils from Ligularia fischeri and Ligularia fischeri var. spiciformis. Korean J Food Nutr 32:284-293
Choi YH. 2015. Apoptotic cell death of human leukemia U937 cells by essential oil purified from Schisandrae semen. J Life Sci 25:249-255

원문보기 상세보기
Fidyt K, Fiedorowicz A, Strzadala L, Szumny A. 2016. ${\beta}$ -caryophyllene and ${\beta}$ -caryophyllene oxide-natural compounds of anticancer and analgesic properties. Cancer Med 5:3007-3017

상세보기
Foti MC, Ingold KU. 2003. Mechanism of inhibition of lipid peroxidation by ${\gamma}$ -terpinene, an unusual and potentially useful hydrocarbon antioxidant. J Agric Food Chem 51:2758-2765

상세보기
Greene LA, Tischler AS. 1976. Establishment of a noradrenergic clonal line of rat adrenal pheochromocytoma cells which respond to nerve growth factor. Proc Natl Acad Sci USA 73:2424-2428

상세보기
Heo HJ, Kim DO, Choi SJ, Shin DH, Lee CY. 2004. Potent inhibitory effect of flavonoids in Scutellaria baicalensis on amyloid beta protein-induced neurotoxicity. J Agric Food Chem 52:4128-4132

상세보기
Hunter GLK, Brogden Jr WB. 1964. Structure of ylangene. J Org Chem 29:982-983
Hwang SL, Yen GC. 2008. Neuroprotective effects of the citrus flavanones against $H_{2}O_{2}$ -induced cytotoxicity in PC12 cells. J Agric Food Chem 56:859-864

상세보기
Kim BA. 2014. Anti-oxidant and anti-inflammatory activities of Zanthoxylum schinifolium essential oil. J Korean Appl Sci Technol 31:440-445
Kim HY, Lee YJ, Yoon JJ, Kho MC, Han BH, Choi ES, Park JH, Kang DG, Lee HS. 2015. Vascular relaxation induced by the water soluble fraction of the seeds from Oenothera odorata. J Physiol Pathol Korean Med 29:492-497

원문보기 상세보기
Lee JY, Park JY, Kim DH, Kim HD, Ji YJ, Seo KH. 2020. Erigeron annuus protects PC12 neuronal cells from oxidative stress induced by ROS-mediated apoptosis. Evidence-Based Complementary Altern Med 2020:3945194
Lee JY, Park JY, Lee DY, Kim HD, Kim GS, Lee SE, Seo KH. 2018. Anti-inflammatory effects of streamed Platycodon grandiflorum against UVB radiation-induced oxidative stress in human primary dermal fibroblast. Korean J Food Nutr 31:495-501

원문보기 상세보기
Lee JY, Park JY, Park CG, Kim DH, Ji YJ, Choi SJ, Oh MW, Hwang H, Lee Y, Jeong J, Lee JH, Seo KH. 2019. Validation of a method and evaluation of antioxidant activity for the simultaneous determination of riboflavin and coixol in Coix lacryma-jobi var. ma-yuen stapf sprouts. Korean J Crop Sci 64:452-458
Lim SS, Lee YS, Kim HM, Ahn YH, Shin KH, Lee S. 2008. GC/MS analysis of volatile constituents from broad-leaved indeciduous trees. Korean J Plant Res 21:237-248
Malich G, Markovic B, Winder C. 1997. The sensitivity and specificity of the MTS tetrazolium assay for detecting the in vitro cytotoxicity of 20 chemicals using human cell lines. Toxicology 124:179-192

상세보기
Meister A. 1992. On the antioxidant effects of ascorbic acid and glutathione. Biochem Pharmacol 44:1905-1915

상세보기
Nagatsu A, Zhang H, Mizukami H, Okuyama H, Sakakibara J, Tokuda H, Nishino H. 2000. Tyrosinase inhibitory and anti-tumor promoting activities of compounds isolated from safflower (Carthamus tinctorius L.) and cotton (Gossypium hirsutum L.) oil cakes. Nat Prod Lett 14:153-158

상세보기
Nakatsu T, Lupo Jr AT, Chinn JW, Kang RKL. 2000. Biological activity of essential oils and their constituents. In Atta-ur-Rahman (Ed.), Studies in Natural Products Chemistry. vol.21, pp. 571-631. Elsevier
Ozben T. 2007. Oxidative stress and apoptosis: impact on cancer therapy. J Pharm Sci 96:2181-2196

상세보기
Park GH, Kim KM, Kwak TS, Lee WK. 2007. Heterosis, combining ability analysis, and components of genetic variation for the yield related character in cotton (Gossypium hirsulum L). Korean J Plant Res 20:168-176
Park SJ. 2014. Antioxidant and anti-adipogenic effects of ethanolic extracts from Ixeris dentata Nakai. Korean J Culin Res 20:133-142
Schieber M, Chandel NS. 2014. ROS function in redox signaling and oxidative stress. Curr Biol 24:R453-R462

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Song JH, Shon MS, Kim HO, Kim JS, Kim ES, Kim GN. 2014. Anti-oxidant activity of oil extracted from ginseng seed. Korean J Aesthet Cosmetol 12:235-240

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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