초록 ▼

1. 식이 유도 이상지질혈증 및 비만관련 in vivo 효능 검정
- 고지방식이를 투여하여 비만 및 지방간을 유도한 마우스에서 다년생도라지 유래 추출물을 투여한 결과, 체지방, 혈중 렙틴 농도, 체중 감소 및 지방간 억제 소견을 관찰할 수 있었음. 이러한 지방간 억제 효과는 다년생도라지 유래 추출물의 투여가 간조직내 지방산 합성효소인 fatty acid synthase의 활성을 억제하는 반면, 에너지 대사를 촉진시키는 carnitine palmitoyl-CoA transferase의 활성을 증가시켜 간조직 내 지방 축적을 억제

1. 식이 유도 이상지질혈증 및 비만관련 in vivo 효능 검정
- 고지방식이를 투여하여 비만 및 지방간을 유도한 마우스에서 다년생도라지 유래 추출물을 투여한 결과, 체지방, 혈중 렙틴 농도, 체중 감소 및 지방간 억제 소견을 관찰할 수 있었음. 이러한 지방간 억제 효과는 다년생도라지 유래 추출물의 투여가 간조직내 지방산 합성효소인 fatty acid synthase의 활성을 억제하는 반면, 에너지 대사를 촉진시키는 carnitine palmitoyl-CoA transferase의 활성을 증가시켜 간조직 내 지방 축적을 억제시켜 나타나는 것으로 확인되었음.
- 이상의 결과로 보아, 다년생도라지 유래 추출물의 투여가 고지방식이로 유도되는 비만 및 지방간을 개선시키는데 기여할 것으로 판단되었음.
2. $BKS-Lepr^{db/db}$(db/db) 마우스에서 인슐린 저항성 개선 효능 검정
- 선천적으로 비만, 당뇨 및 인슐린 저항성을 갖고 있는 db/db 마우스에서 glucose tolerance test (GTT) 및 insulin tolerance test (ITT) 를 통하여 인슐린 저항성 개선 효능을 검정하고, 선천성 비만에도 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 간조직 내 지질함량 및 조직학적 소견을 평가한 결과, 이전의 고지방식이 유도 비만모델에서 보여준 다년생도라지 유래 추출물의 체중감소 및 체지방감소 효과를 db/db 마우스 에서는 확인할 수 없었음.
- 또한, 다년생도라지 유래 추출물이 db/db 마우스의 혈당 및 인슐린 저항성 개선에는 별다른 효과를 보이지 않았으나, 간조직의 경우에는 다년생도라지 추출물 투여에 의하여 지방간 소견이 억제되어 있는 것을 볼 수 있었음. 이와 같은 병리조직학적인 소견은 다년생도라지 추출물의 투여가 간조직 내 중성지방 축적을 감소시켜 지방간 형성을 억제하는 효능이 있다는 것을 뒷받침 하는 결과로 사료되었음.
3. $B6-Lep^{ob/ob}$(ob/ob) 마우스에서 인슐린 저항성 개선 효능 검정
- db/db 마우스 보다는 상대적으로 혈당이 낮으면서 비만과 인슐린저항성이 있는 모델 동물인 $B6-Lep^{ob/ob}$ (ob/ob 마우스를 ) 이용하여 고혈당으로 인한 체중감소와 같은 영향을 최소화한 상태에서 동물실험 등을 종합적으로 검토하여 다년생도라지의 인슐린저항성 개선 효능을 평가한 결과, ob/ob 마우스에게 12주 동안 다년생도라지 유래 추출물을 투여에 따른 체중감소는 효과를 확인할 수 있었으나, 당내성 및 인슐린 저항성 개선 상에 큰 차이를 관찰할 수 없었음.
- 한편, 다년생도라지 유래의 추출물 투여에 의한 지방간 생성 억제에 대한 효눙을 관찰한 결과 ob/ob 마우스에서는 차이를 발견할 수 없었음.
4. 알코올성 지방간 유도 마우스에서 지방간 억제 효능 검정
- 다년생도라지 유래 추출물의 투여가 알코올식이 섭취에 의하여 유도되는 산화적 스트레스 및 지방간 억제에 효과가 있는지 알아보기 위하여 6주 동안 알코올식이를 급여하면서 다년생도라지 유래 추출물을 함께 투여한 후, 간손상 지표인 GOT, GPT 및 간조직 내 지방 산화와 중성지방 및 콜레스테롤 축적량을 분석한 결과, 간손상 지표 및 간 내 지방 산화 및 함량이 다년생도라지 유래 추출물을 투여한 군에서 현저하게 감소되는 것을 확인할 수 있었음.
- 이와 같은 간보호 및 지방 축적 억제 효과는 다년생도라지 유래 추출물의 투여가 항산화 활성을 증가시켜 지질 산화를 억제함으로써 알코올에 의하여 유도되는 산화적 스트레스에 대하여 간을 보호하는 효과를 나타내기 때문인 것으로 판단되었음.
5. TOSC assay를 통한 oxy-radical에 대한 포획능 평가에서 Sa-PG (사포닌분획)가 양성대조군인 GSH에 비교될 수 있는 활성을 나타내었으며 단일사포닌 중에서는 사포닌 분획 중의 platycodin D가 peroxyl radical에 대하여 우수한 활성을 나타내었고 peroxynitrite에 대하여 platycodigenin이 glutathione과 동등거나 이상의 포획능을 나타내었음. 이 결과를 바탕으로 세포배양계에서 산화적 손상에 의한 세포독성에 이들 분획물이 치미는 영향을 실험한 결과 Sa-PG는 자체독성으로 보호효과가 관찰되지 않았으나 T-PG와 Po-PG는 모두 t-BHP에 의한 독성을 억제하였으며 또한 포화지방산인 SA에 의한 GSH의 감소 역시 억제하였음.
- 고지방 식이 동물모델에서 증가한 혈중 homocysteine은 다년생도라지의 사포닌 분획물 처리에 의해 정상화되었음. 사포닌에 의한 혈장 homocysteine 증가 억제 효과의 기전을 확인하기 위하여 homocysteine 대사에 관여하는 효소의 발현과 활성에 미치는 영향을 연구한 결과, 간에서 homocsyteiene의 양은 혈장에서의 결과와는 반대로 고지방식이 군에서는 감소하고 사포닌 처리 군에서는 증가하는 경향을 확인하였음
6. 다년생 도라지 시료의 항염증 효능 검색 및 작용 기전 규명
- 다년생 도라지 시료의 항염증 효능 검색: LPS에 의해 유발되는 염증반응에 대한 영향을 확인하기 위하여 대식세포에 다년생 도라지 시료를 처리하여 in vitro 항염증 효능 검색 모델을 확립하고 다년생 도라지 시료의 항염증 효능을 확인하기 위한 지표들에 대한 영향을 검색하였음. 그 결과, LPS에 의해 증가된 NO 생성량 및 iNOS의 유전자 발현, 염증성 cytokines의 생성량 및 유전자 발현, 염증 반응시 유도되는 COX-2의 유전자 및 단백질 발현 및 COX-2의 최종산물인 PGE2 생성량이 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음. 염증반응을 매개하는 ROS 및 LDH의 생성량 변화 또한 $H_{2}O_{2}$에 의해 증가되었다가 다년생 도라지 시료에 의해 감소되었음.
- 다년생 도라지 시료의 항염증 작용기전 검색: 다년생 도라지 시료에 대한 항염증 작용 기전을 확인한 결과, LPS에 의해 증가된 염증 관련 COX-2 promoter 전사활성 및 관련 전사조절인자인 NF-kB promoter 전사활성이 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음.
7. 다년생 도라지 시료의 in vivo 기관지 염증 모델을 이용한 항염증 효능 검색
- Ovalbumin을 이용한 in vivo 기관지 염증 모델 확립: 다년생 도라지 시료의 in vivo 기관지 염증 보호효과를 규명하기 위해 알러기 유발물질 (알러젠)인 ovalbumin을 이용하여 항원-항체반응을 유발시켜 in vivo 기관지 천식 모델을 확립하였음.
- In vivo 기관지 염증 모델을 활용한 항염증 효능 검색: 다년생 도라지 시료의 항염증 효능을 in vivo 기관지 염증 모델에서 검색한 결과, ovalbumin에 의한 기관지 과민 반응으로 증가된 기관지 폐포 세척액 내의 염증 관련 세포 수, 염증성 사이토카인과 케모카인 생성량, 면역글로빈 및 사이토카인 유발 중성구 화학유인물질의 생성량, 조직병리학적 결과, MPO 활성 및 폐 조직의 무게가 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음.
- 세포주를 이용한 다년생 도라지 시료의 in vitro 항염증 효능 검색: PMA 및 $H_{2}O_{2}$에 의해 유발되는 염증반응에 대한 영향을 확인하기 위하여 다년생 도라지 시료의 항염증 효능을 in vitro 세포주를 이용하여 검색한 결과, PMA에 의해 증가된 염증성 사이토카인의 유전자 발현과 생성량 변화 및 $H_{2}O_{2}$에 의해 증가된 ROS 및 LDH 생성량 변화가 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음.
8. 기관지 상피 세포에서의 in vitro 항염증 효능 검색 및 작용기전 규명
- Acrolein을 이용한 in vitro 기관지 염증 모델 확립: Acrolein을 처리하여 유발되는 기관지 염증반응에 대한 다년생 도라지의 영향을 확인하기 위하여 기관지 상피세포에서의 기관지 염증 모델을 in vitro 확립하였음. 다년생 도라지 시료의 항염증 효능을 검색한 결과, acrolein에 의해 증가된 MUC5AC의 유전자 발현과 단백질의 생성량이 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음. 또한 acrolein에 의해 증가된 염증반응 관련 사이토카인의 유전자 발현 또한 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음.
- 세포주를 이용한 in vitro 항염증 효능 검색: 다년생 도라지 시료의 항염증 효능을 in vitro 세포주를 이용하여 검색한 결과, TGF-β에 의해 증가된 Smad2/3의 인산화와 세포질에서 핵내로의 이동 및 Smad 관련 상위 신호전달 기전인 MAP kinases의 인산화, ROS 및 LDH 생성량 변화가 다년생 도라지 시료에 의해 감소되었음. 항염증 효능을 지닌 Smad7의 유전자 발현은 TGF-β에 의해 감소되었다가 다년생 도라지 시료에 의해 회복되었음. 또한, PMA에 의해 증가된 COX-2의 유전자 및 단백질 발현, PGE2의 생성량 변화가 다년생 도라지 시료에 의해 감소하였음. 또한, acrolein에 의해 증가된 MUC5AC의 유전자 발현과 단백질 생성량 변화가 MAP kinases, PKC δ 및 ROS inhibitors에 의해 감소되었음. ROS 생성량 또한 acrolein에 의해 증가되었다가 다년생 도라지 시료에 의해 감소되었음.
- 항염증 작용기전 검색PMA에 의해 유발되는 염증반응에 대한 영향을 확인하기 위하여 다년생 도라지 시료의 항염증 기전을 검색한 결과, PMA에 의해 증가된 COX-2의 promoter 활성과 염증관련 전사조절인자인 NF-kB와 AP-1 promoter의 활성이 다년생 도라지 시료에 의해 감소되었음. 또한, acrolein에 의해 증가된 NF-kB와 AP-1의 promoter 활성, MAP kinases 및 PKC δ의 인산화도 다년생 도라지 시료에 의해 감소되었음.
9. 다년생 도라지 유용 사포닌을 이용한 기관지 상피세포에서의 in vitro 기관지 염증 억제 효능 및 기능성 성분 지표 자료 확보 및 임상시험을 위한 기능성 인증 자료 확립
- 다년생 도라지 유용 사포닌을 이용한 기능성 인증 자료 확립기능성 성분의 인증 조건을 확립하기 위해 다년생 도라지 사포닌 분획으로부터 분리한 유용사포닌을 항기관지 염증 기전 규명 및 효능 검색에 이용하였음.
- 세포주를 이용한 in vitro 항염증 효능 검색Acrolein 및 PMA를 처리하여 유발되는 기관지 염증반응에 대한 다년생 도라지의 영향을 확인하기 위하여 다년생 도라지 사포닌 분획으로부터 분리한 유용사포닌의 항염증 효능을 검색한 결과, acrolein에 의해 증가된 MUC5AC의 유전자 발현과 단백질 생성량, 염증반응 관련 사이토카인의 생성량 및 PMA에 의해 증가된 COX-2의 발현 및 COX-2의 최종산물인 $PGE_{2}$의 생성량 변화가 다년생 도라지 사포닌 분획으로부터 분리한 유용사포닌에 의해 감소되었음.
10. 다년생도라지의 안정적인 원료공급체계를 확보 유지하고 기능성 원료 성분의 최적추출조간을 확립하였음: 원료의 수확시기, 세척방법, 원료 절단크기, 건조방법 조건에 따른 도라지사포닌의 추출수율 최적화하였으며 추출용매와 추출시간, 추출회수에 따른 최적의 추출조건을 확립하였음. 또한 다년생도라지 원료 성분의 표준화를 확립하였음: 원료수확에서부터 정선, 세척, 절단, 동결건조공정과 원료추출, 여과, 농축, 포장, 살균 및 품질검사 기준을 확립하고 HPLC를 이용한 원료 성분의 최적 정량분석법을 확립과 대량생산 표준화공정을 확립하였음.
11. 제품의 기준 및 규격 확립: 다년생도라지 열수추출물을 함유한 연질캡슐 개발하여 시작품제작 완료함. 본제품은 다년생도라지 열수추출물을 주원료 [가용성 다년생도라지 성분(사포닌 30mg/g을 기준으로 할 때)] 37.5%로 하여 제조ㆍ가공한 것으로 제조기준, 규격(성상, 기능성분 함량, 대장균군, 붕해시험 등) 대량생산공정을 확립함.

Abstract ▼

I. Development of nutraceuticals improving dyslipidemia/insulin resistance using old Platycodi radix
-Anti-dyslipidemia and fatty liver inhibition effect of PG: Platycodon grandiflorum (PG) (Korean name, Doraji Chinese name, Jiegeng and Japanese name, Kikyo) is a perennial plant in the Campanulac

I. Development of nutraceuticals improving dyslipidemia/insulin resistance using old Platycodi radix
-Anti-dyslipidemia and fatty liver inhibition effect of PG: Platycodon grandiflorum (PG) (Korean name, Doraji Chinese name, Jiegeng and Japanese name, Kikyo) is a perennial plant in the Campanulaceae family that contains triterpenoid saponins, carbohydrates, and fibers. This study was carried out to investigate effects of root of PG on fatty liver inhibition in high fat diet (HFD)-fed C57BL/6 mice. C57BL/6 mice were divided into control, total extract of PG (T-PG, 500 mg/kg) and saponin fraction (S-PG, 50 mg/kg)-treated groups. Significant decreases in body weight, associated with fat mass reduction, were observed in PG-treated groups (P < 0.05).
Hepaticlipid content and score index calculated from morphometric observations on fatty liver were significantly decreased in the PG-treated groups (P < 0.05). Moreover, activities of fatty acid synthase (FAS) and carnitine palmitoyl-transferase (CPT) were significantly suppressed and increased as compared with the control group, respectively (P < 0.05). mRNA expressions of the sterol regulatory element binding protein (SREBP1c) and stearoyl-CoA desaturase (SCD1) gene were suppressed in the T-PG and S-PG groups (P < 0.05). From these findings, we speculate that fatty liver inhibition effects of PG extract and its saponins appear to be conferred by hepatic lipogenesis and acceleration of energy expenditure, along with modulation of liver FAS and CPT activities in HFD-fed C57BL/6 mice.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 14
• 제 1 장 서 론 ... 16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 제 1 절국내기술개발현황 ... 20
• 제 2 절국외기술개발현황 ... 21
• 제 3 절 국내외 연구현황 비교 및 필요 연구 분야 ... 23
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 26
• 제1절 제1세부과제(다년생도라지를 활용한 이상지질혈증/인슐린 저항증 개선용 건강기능식품 개발) ... 26
• 1-1. 다년생 도라지의 in vivo효능검정 ... 26
• 1-2. 다년생 도라지의 in vitro 기능성 평가 ... 77
• 1-3. 다년생 도라지로부터 지표물질 확보 ... 103
• 제2절 제1협동과제(다년생 도라지를 활용한 기관지염증 개선용 건강기능식품 개발) ... 104
• 2-1.연구개발 수행 내용 및 방법 ... 104
• 2-2.연구개발 수행 결과 ... 111
• 제3절 제2협동과제(다년생 도라지를 활용한 건강기능식품의 제품화 연구) ... 147
• 3-1.다년생도라지 원료 및 성분제공 ... 147
• 3-2.기능성 원료 성분의 최적 추출조건 확립 ... 147
• 3-3.기능성 원료 성분의 제조방법 표준화 ... 149
• 3-4.기능성 원료 성분의 기준 및 규격 설정 ... 153
• 3-5. 시제품제작 기술 확립 및 대량생산 및 표준화 공정구축 ... 156
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 160
• 제 1 절 연구개발 목표 달성도 및 기여도 ... 160
• 제2절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 163
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 168
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 169
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 171
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 171
• 제 9 장참고문헌 ... 172