[논문]MIA로 퇴행성관절염을 유도한 랫드에 방사선 형질전환 차조기가 증상 예방 및 완화에 미치는 효과

심부용; 주인환; 김성규; 지중구

doi:10.12925/jkocs.2020.37.4.830

MIA로 퇴행성관절염을 유도한 랫드에 방사선 형질전환 차조기가 증상 예방 및 완화에 미치는 효과
Effects of Radiation Mutant Perilla frutescens var. crispa in Preventing and Alleviating Symptoms in a Monosodium Iodoacetate-Induced Osteoarthritis Rat Model 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.37 no.4, 2020년, pp.830 - 838

심부용 (중부대학교 바이오융합학부) , 주인환 (대전대학교 한의과대학) , 김성규 ((주)에스에프씨바이오) , 지중구 (중부대학교 한방보건제약학과)

초록
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본 연구는 MIA로 퇴행성관절염을 유도한 랫드에 방사선 형질전환 차조기가 골 대사 및 염증 반응에 미치는 효과를 평가하였다. 방사선 형질전환 차조기를 2주 동안 25, 50, 100 mg/kg/day의 용량으로 경구 투여하고 랫드의 우측 관절 내 공간에 MIA를 주입하였다. 이후 동일한 용량을 4주 동안 지속 투여하였다. 혈청 바이오마커와 무릎 관절 분석의 형태학 및 조직병리학적 분석에 기초한 치료 효과를 평가하였다. 대조군 랫드와 비교하였을 때 방사선 형질전환 차조기는 혈청 내 염증 및 골 대사 마커(COX-2, LTB4, MMP-3, COMP)의 생성량을 유의하게 감소시켰다. 이와는 다르게 TIMP-1 및 calcitonin의 생성이 크게 증가하였다. 또한, 방사선 형질전환 차조기는 무릎 연골과 활막을 효과적으로 보존하였다. 그 결과, 방사선 형질전환 차조기는 퇴행성관절염 증상을 예방하고 완화였다. 따라서, 방사선 형질전환 차조기는 퇴행성관절염 관리를 위한 식·의약품 소재로 사용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study aimed to evaluate the effect of radiation mutant Perilla frutescens var. crispa on bone metabolism and the inflammatory response in a monosodium iodoacetateinduced rat model of osteoarthritis. radiation mutant Perilla frutescens var. crispa was administered orally at doses of 25, 50 or 100 mg/kg/day for 2 weeks before direct injection of monosodium iodoacetate (3 mg/50 μl of 0.9% saline) into the intra-articular space of the rats' right knees. The rats subsequently received the same doses of oral radiation mutant Perilla frutescens var. crispa for another 4 weeks. It was evaluated that the treatment effects based on serum biomarkers, and morphological and histopathological analysis of the knee joints. Compared with those in control rats, the radiation mutant Perilla frutescens var. crispa treatments significantly reduced the serum levels of inflammation, bone metabolism markers (i.e., COX-2, LTB4, MMP-3, and COMP), and the amount of fibrous tissue. Otherwise, it was significantly increased the concentration of TIMP-1 and calcitonin. In addition, the radiation mutant Perilla frutescens var. crispa treatments effectively preserved the knee cartilage and synovial membrane. As a result, it indicates that radiation mutant Perilla frutescens var. crispa prevented and alleviated osteoarthritis symptoms. Thus, radiation mutant Perilla frutescens var. crispa can be used in food and drug material for the management of osteoarthritis.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Effects of radiation mutant Perilla frutescens var. crispa on the serum level of matrix metalloproteinase-3 (A) and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (B) in a monosodium iodoacetate-induced rat model of osteoarthritis.
그림 Fig. 2. Effects of radiation mutant Perilla frutescens var. crispa on the serum level of leukotriene B4(A) and cyclooxygenase-2(B) in a monosodium iodoacetate-induced rat model of osteoarthritis.
그림 Fig. 3. Effects of radiation mutant Perilla frutescens var. crispa on the serum level of cartilage oligomeric matrix protein(A) and calcitonin(B) in a monosodium iodoacetate-induced rat model of osteoarthritis.
그림 Fig. 4. Effects of radiation mutant Perilla frutescens var. crispa on the micro CT(A) and histopathological(B, C) in a monosodium iodoacetate-induced rat model of osteoarthritis.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 앞선 연구 결과에 착안 하여 monosodium iodoacetate (MIA)로 퇴행성관절염을 유도한 동물모델에 차조기 단일추출물을 경구 투여한 후 혈액 바이오마커와 방사선 및 조직병리학적 검사 등을 진행함으로써 퇴행성관절염에 대한 식·의약품 소재로서의 가능성을 평가하고자 하였다.

제안 방법

Micro 촬영이 종료된 조직을 H&E 염색과 Safranin-O 염색하여 슬라이드 제작과 스캐닝 작업을 진행하고 Motic DSAssistant (Motic VM V1 Viewer 2.0, HK) 프로그램을 통해 조직 관찰과 이미지 추출을 진행하였다.
96 well plate에 분리한 혈청과 standard를 각각 50 ㎕씩 넣고 antibody solution을 50 ㎕씩 추가하여 상온에서 60분간 반응시킨 뒤 conjugate를 50 ㎕씩 추가하여 상온에서 180분간 반응시켰다. 세척 작업 후 substrate solution을 200 ㎕씩 넣은 후, 빛을 차단하여 37℃에서 30분간 반응시키고 stop solution를 100 ㎕씩 추가하여 ELISA reader 기기에서 450 ㎚로 흡광도를 측정하였으며, standard curve 기준 결과 값을 확보하였다.
실험 그룹은 관절염 유발과 경구 투여를 진행하지 않는 정상군(Normal), 관절염 유발 후 증류수만을 경구투여하는 음성대조군(Negative Control; NC), indomethacin 2 ㎎/㎏/day의 농도로 투여하는 양성대조군(Positive Control; PC), 차조기 추출물을 25, 50, 100 ㎎/㎏/day 농도로 경구투여하는 실험군 등 총 6개의 그룹으로 나누고 그룹당 10마리의 동물을 배정하였다.

대상 데이터

방사선 형질전환 차조기(이하, 차조기) 추출물은 SFC바이오(Korea)가 충남 예산에서 계약재배를 통해 수확한 잎(수분 82.2%)를 열풍 건조기에서 50℃, 48시간의 조건으로 건조한 건조물(수분 5.8%)을 60 mesh로 분쇄하였다. 이후 파일코일 바이오텍 코리아㈜(Korea)에 의뢰하여 추출(압력 400 bar, 온도 50℃), 분리(압력 40 bar, 온도 40℃), CO2 유량(550 ㎖ / 12 min)의 조건에서 총 3시간 동안 초임계 유체 추출을 진행 후 획득한 추출물을 수분 제거하여 4℃에서 냉장 보관하며 실험에 사용하였다.
본 실험을 위하여 사용된 SD-Rat(6주령, 수컷, 170∼200ｇ)은 라온바이오(Korea)에서 구입하여 사용하였다. 실험동물은 2주간의 안정기를 가지면서 순화를 시켰으며, 안정기 및 실험 기간에 모든 실험군에는 일반 사료(ENVIGO, U.

데이터처리

D) 로 표시하였다. 그룹별 비교는 one-way analysis of variance (ANOVA) 방법을 이용하였고, student’s t-test를 사용하여 통계적 유의성을 검증하였다(***p<0.001, **p<0.01, *p<0.05).

성능/효과

생성은 50, 100 (㎎/㎏/day) 농도에서 유의적으로 억제시켰다. 또한, TIMP-1 생성은 모든 농도에서, calcitonin 생성은 50, 100 (㎎/㎏/day) 농도에서 유의적으로 증가시켰다. 마지막으로 진행된 방사선 및 조직병리학 검사에서 차조기 추출물은 음성대조군 대비 연골 양이 더 많게 보존되었으며, 골 끝의 부식과 파괴, 침윤 세포의 범위나 밀집도가 적은 것이 확인되었고, 연골 주변의 proteoglycan 분포가 많은 것이 관찰되었다.
또한, TIMP-1 생성은 모든 농도에서, calcitonin 생성은 50, 100 (㎎/㎏/day) 농도에서 유의적으로 증가시켰다. 마지막으로 진행된 방사선 및 조직병리학 검사에서 차조기 추출물은 음성대조군 대비 연골 양이 더 많게 보존되었으며, 골 끝의 부식과 파괴, 침윤 세포의 범위나 밀집도가 적은 것이 확인되었고, 연골 주변의 proteoglycan 분포가 많은 것이 관찰되었다.
이상의 결과를 종합해 볼 때, 차조기는 앞선 세포실험을 통해 진행된 안전성과 염증성 매개체의 감소 연구 결과와 더불어 동물을 활용한 퇴행성관절염 관련 혈액 매개체와 방사선, 조직병리학적으로 효능 등 전임상 단계에서 식·의약품 소재로서의 가능성이 과학적으로 확보되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 건강기능식품 또는 의약 소재개발을 위해 추가로 필요한 투여용량 설정실험, 독성 평가, 인체 적용시험(임상 1상) 등의 연구를 진행할 수 있는 유의적인 결과가 증명되었기에 본 연구 결과는 퇴행성관절염에 관한 기초적 자료로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
퇴행성관절염 유발 2주 전과 유발 후 4주 동안 차조기 추출물을 25, 50, 100 (㎎/㎏/day) 농도로 투여 후 진행한 혈액 바이오마커 평가에서 음성대조군 대비 MMP-3와 COX-2, COMP 생성을 모든 농도에서, LTB₄ 생성은 50, 100 (㎎/㎏/day) 농도에서 유의적으로 억제시켰다. 또한, TIMP-1 생성은 모든 농도에서, calcitonin 생성은 50, 100 (㎎/㎏/day) 농도에서 유의적으로 증가시켰다.

후속연구

1). 이와 같은 결과는 차조기 추출물의 섭취가 MMP와 TIMP 생성의 길항작용을 통해 퇴행성관절염의 주된 증상이자 원인인 연골 파괴에 관한 방어와 개선에 도움을 줄 수 있으며, 나아가 치료제로 활용되는 양성대조군과 유사하거나 우수한 결과는 상대적으로 부작용이 적다고 알려진 천연물이라는 측면에서 효능과 안전성을 동시에 갖는 식·의약품 소재로서의 활용 가치가 높을 것으로 기대된다.
이상의 결과를 종합해 볼 때, 차조기는 앞선 세포실험을 통해 진행된 안전성과 염증성 매개체의 감소 연구 결과와 더불어 동물을 활용한 퇴행성관절염 관련 혈액 매개체와 방사선, 조직병리학적으로 효능 등 전임상 단계에서 식·의약품 소재로서의 가능성이 과학적으로 확보되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 건강기능식품 또는 의약 소재개발을 위해 추가로 필요한 투여용량 설정실험, 독성 평가, 인체 적용시험(임상 1상) 등의 연구를 진행할 수 있는 유의적인 결과가 증명되었기에 본 연구 결과는 퇴행성관절염에 관한 기초적 자료로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사선 형질전환 차조기가 혈청 내 염증 및 골 대사 마커에 미치는 영향은?	혈청 바이오마커와 무릎 관절 분석의 형태학 및 조직병리학적 분석에 기초한 치료 효과를 평가하였다. 대조군 랫드와 비교하였을 때 방사선 형질전환 차조기는 혈청 내 염증 및 골 대사 마커(COX-2, LTB4, MMP-3, COMP)의 생성량을 유의하게 감소시켰다. 이와는 다르게 TIMP-1 및 calcitonin의 생성이 크게 증가하였다.
	비스테로이드성 항소 염제는 어떤 부작용을 일으킬 수 있는가?	현재 퇴행성관절염의 치료는 단순 진통제가 일반적으로 활용되고 있으며, 비스테로이드성 항소 염제(NSAID)는 효과적이기는 하나 위장장애, 심혈관 등의 부작용을 일으킬 우려가 있어 안전성과 효능을 동시에 나타내는 천연물 소재 개발을 위한 기초연구가 필요하다[5,6].
	퇴행성관절염의 주된 원인이 되는 물질은?	퇴행성관절염은 제2형 교원질, 프로테오글리칸 (proteoglycan, 단백다당), 물, 당단백 등 관절연골을 대부분 구성하는 연골 기질의 분해로 인해 발생하는 질환이다[2]. 이러한 연골 기질을 분해 하는 matrix metalloproteinase (MMP) family의 과도한 생산이 관절염 유발과 악화에 주된 원인이며, 반대로 길항작용을 통해 MMP의 과생성을 억제하는 tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP)는 관절염 유발을 방어하는 매개체로써 TIMP 대비 MMP 생성량의 변화가 연골 파괴 발생을 결정하게 된다[7,13].

참고문헌 (20)

National Statistical Office(NSO), Statistics of Senior Citizens, (2019).
National Health Insurance Service, Korean Statistical Information Service [Internet], Available From: http://kosis.kr/statHtml/statHtml.do?orgId350&tblIdDT_35001_A074111&conn_pathI2. (accessed Dec., 18, 2019).
S. Glyn-Jones, A. J. R. Palmer, R. Agricola, A. J. Price, T. L. Vincent, H. Weinans, A. J. Carr, "Osteoarthritis", The Lancet, Vol. 386, No. 9991, pp. 376-387, (2015).

상세보기
B. J. Park, H. J. Choi, B. Y. Sim, M. Y. Yun, I. H. Yoo, D. H. Kim, "Effects of KV Pharmacopuncture on MIA-induced Osteoarthritis Rat", Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine, Vol. 31, No. 1, pp. 46-51, (2017).

원문보기 상세보기
W. Zhang, G. Nuki, R. W. Moskowitz, S. Abramson, R. D. Altman, N. K. Arden, M. Dougados, "OARSI recommendations for the management of hip and knee osteoarthritis: part III: Changes in evidence following systematic cumulative update of research published through January 2009", Osteoarthritis and cartilage, Vol. 18, No. 4, pp. 476-499, (2010).

상세보기
A. Ghouri, P. G. Conaghan, "Prospects for Therapies in Osteoarthritis", Calcified Tissue International, 1-12. (2020).
Y. I. Lee, I. C. Shin, I. K. Lee, D. S. Kim, "Variation of Leaf Pigment Contents in Progenies of Perilla Mutants Induced by Gamma Ray", Plant Breeding & Biotechnology, Vol. 31, No. 2, pp. 110-113, (1999).
M. Hosoi, M. Ito, T. Yagura, R. P. Adams, G. Honda, "cDNA isolation and functional expression of myrcene synthase from Perilla frutescens", Biological and Pharmaceutical Bulletin, Vol. 27, No. 12, pp. 1979-1985. (2004).

상세보기
C. H. Jin, H. J. Lee, Y. D. Park, D. S. Choi, D. S. Kim, S. Y. Kang, I. Y. Jeong, "Isoegomaketone inhibits lipopolysaccharideinduced nitric oxide production in RAW 264.7 macrophages through the heme oxygenase-1 induction and inhibition of the interferon- $\beta$ -STAT-1 pathway", Journal of agricultural and food chemistry, Vol. 58, No. 2, pp. 860-867, (2009).
B. O. Cho, C. H. Jin, Y. D. Park, H. W. Ryu, M. W. Byun, K. I. Seo, I. Y. Jeong, "Isoegomaketone induces apoptosis through caspase-dependent and caspase-independent pathways in human DLD1 cells", Bioscience, biotechnology, and biochemistry, Vol. 75, No. 7, pp. 1306-1311, (2011).

상세보기
B. Y. Sim, J. H. Park, S. K. Kim, J. G. Ji, "Effects of anti-inflammatory on Perilla frutescens var. crispa Induced by mutants with $\gamma$ -Ray". Journal of the Korean Applied Science and Technology, Vol. 36, No. 2, pp. 488-497, (2019).
M. H. Park, C. J. Kim, J. Y. Lee, C. Y. Keum, I. S. Kim, C. H. Jin, S. K. Kim, "Anti-Arthritic Effect of Radiation Mutant Perilla frutescens var. crispa and Atractylodes macrophala koidz", Journal of the Korean Applied Science and Technology, Vol. 37, No. 1, pp. 102-113, (2020).
S. Y. Jin, S. S. Kang, D. W. Lee, S. J. Yim, Y. H. Yun, B. I. Lee, "Expression of Matrix Metalloproteinase (MMP)-1, MMP-3 Nitrotyrosine and Apoptosis in Articular Cartilage of Human Osteoarthritis", The Korean Journal of Pathology, Vol. 35, No. 4, pp. 319-329, (2001).
I. Pengas, S. Eldridge, A. Assiotis, M. McNicholas, J. E. Mendes, L. Laver, "MMP-3 in the peripheral serum as a biomarker of knee osteoarthritis, 40 years after open total knee meniscectomy", Journal of experimental orthopaedics, Vol. 5, No. 1, p. 21, (2018).

상세보기
M. Peters-Golden, W. R. Henderson Jr, "Leukotrienes", New England Journal of Medicine, Vol. 357, No. 18, pp. 1841-1854, (2007).

상세보기
V. Karlapudi, A. V. V. Prasad Mungara, K. Sengupta, B. A. Davis, S. P. Raychaudhuri, "A placebo-controlled doubleblind study demonstrates the clinical efficacy of a novel herbal formulation for relieving joint discomfort in human subjects with osteoarthritis of knee", Journal of medicinal food, Vol. 21, No. 5, pp. 511-520, (2018).

상세보기
G. D. Anderson, K. L. Keys, P. A. De Ciechi, J. L. Masferrer, "Combination therapies that inhibit cyclooxygenase-2 and leukotriene synthesis prevent disease in murine collagen induced arthritis", Inflammation Research, Vol. 58, No. 2, pp. 109-117, (2009).

상세보기
N. E. Lane, "Pain management in osteoarthritis: the role of COX-2 inhibitors", Journal of Rheumatology, Vol. 24, No. 49, pp. 20-24, (1997).
M. Reijman, J. M. W. Hazes, S. M. A. Bierma-Zeinstra, B. W. Koes, S. Christgau, C. Christiansen, H. A. P. Pols, "A new marker for osteoarthritis: cross-sectional and longitudinal approach", Arthritis & Rheumatism: Official Journal of the American College of Rheumatology, Vol. 50, No. 8, pp. 2471-2478, (2004).
M. A. Karsdal, B. C. Sondergaard, M. Arnold, C. Christiansen, "Calcitonin affects both bone and cartilage: a dual action treatment for osteoarthritis?", Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 1117, No. 1, pp. 181-195, (2007).

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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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