KR101636946B1 - 오로트산을 포함하는 근력약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 - Google Patents

오로트산을 포함하는 근력약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근원세포(myoblast)의 분화 촉진용 조성물, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 근원세포에 처리하는 단계를 포함하는 근원세포의 분화 촉진 방법, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 근원세포에 처리하여 근원세포를 분화시키는 단계를 포함하는 분화된 근원세포의 제조방법, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물, 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물 및 근력강화용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 오로트산은 근원세포의 분화를 촉진하여 근관을 형성할 수 있으므로 근육 약화를 방지할 뿐만 아니라, 효과적으로 근육 기능을 개선할 수 있다. 따라서 이를 포함하는 약학적 조성물은 근육 약화 관련 질환의 예방 또는 치료에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

오로트산을 포함하는 근력약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물{Pharmaceutical composition for preventing or treating muscle weakness diseases comprising Orotic Acid}
본 발명은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근원세포(myoblast)의 분화 촉진용 조성물, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 근원세포에 처리하는 단계를 포함하는 근원세포의 분화 촉진 방법, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 근원세포에 처리하여 근원세포를 분화시키는 단계를 포함하는 분화된 근원세포의 제조방법, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물, 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물 및 근력강화용 조성물에 관한 것이다.
근력의 약화를 유발하는 질환은 노화와 함께 진행되는 근감소증(sarcopenia), 단백질 대사의 불균형이나 근육사용 감소에서 유발되는 근위축증(muscle atrophy), 기아, 소모성질환(암 등), 노화와 함께 진행되는 심위축증(acardiotrophy)등이 있다.
근감소증(sarcopenia)은 노화가 진행되는 동안 근육량(skletal muscle mass) 감소에 따른 근력의 저하를 일컫는다. 근감소증의 가장 큰 특징인 근육량의 감소뿐만이 아니라, 근섬유의 종류 변화도 관찰된다. 나이가 들어가면 타입 1과 타입 2가 비슷한 비율로 감소하는데 반해, 근감소증이 오면 타입 2의 근섬유 두께에는 큰 변화가 없지만 타입 1 근섬유 두께는 눈에 띄게 감소한다. 이러한 근감소증은 노인들 사이에서 일어나는 노쇠와 기능 장애를 유발한다고 보고되고 있다(Roubenoff R., Can. J. Appl . Physiol . 26, 78-89, 2001).
근감소증은 다양한 요인에 의해 유발되나, 각각의 요인들에 대한 연구는 아직 미진하다. 성장 호르몬의 감소 또는 신경학적 변화(neurological change), 생리활성(pysical activity)의 변화, 대사의 변화, 성호르몬의 양 또는 지방이나 카타볼릭 싸이토카인(catabolic cytokines)의 증가와 단백질의 합성과 분화의 균형 변화에 의해 유도된다(Roubenoff R. and Hughes V.A., J. Gerontol . A. Biol . Sci . Med. Sci . 55, M716-M724, 2000). 근감소증의 가장 큰 특징인 근육량 감소의 원인으로는 위성 세포의 활성 (satellite cell activation) 감소가 중요한 원인으로 손꼽힌다. 위성 세포란, 기저막(basement membrane)과 근섬유의 근(sarcolemma) 사이에 위치하고 있는 작은 단핵 세포이다. 이들은 부상 또는 운동과 같은 자극에 의해 활성화되어 근원세포(myoblast)로 증식하며, 분화가 진행되면 다른 세포와 융합되어 다핵의 근섬유를 형성한다. 따라서 위성 세포의 활성이 감소함에 따라 손상된 근육을 재생하는 능력이나 분화 신호에 대한 반응이 떨어지게 되고 그 결과 근육 형성이 저하된다.
근위축증(Muscle atrophy)은 영양결핍이나 장기간 근육을 사용하지 않은 경우에 유발되는데 정상적인 단백질의 합성과 분해의 균형이 붕괴되어 단백질이 분해됨으로서 나타나게 된다.
한편, 심위축증(acardiotrophy)은 기아, 소모성질환(암등), 노쇠했을 때 유발되는데 심근섬유는 마르고 가늘어 지고 핵은 농축되어 대소부동이 된다. 따라서 근속(muscle fascicle)도 용적이 줄고 심장 전체가 작아지며 심외막하의 지방조직은 뚜렷하게 감소하고 관상동맥은 굽어진다. 심근섬유의 핵 양단에 갈색의 색소로서 소모성 색소(리포푸스친)가 나타나고 지방조직의 감소와 함께 심장 전체가 갈색조를 나타낸다.
근감소증의 치료방법으로는 크게 3가지를 들 수가 있다. 첫 번째는 운동이다. 운동은 단기적으로 골격근의 단백질 합성 능력을 증가시키며, 노인들의 근육의 힘이나 운동성을 증가시킨다고 보고되고 있다. 그러나 장기적 치료방법에 부적절하다(Timothy J. Doherty, J. Appl . Physiol . 95, 1717-1727, 2003). 두 번째는 약물치료로서 테스토스테론(Testosterone) 또는 아나볼릭 스테로이드(anabolic steroid)의 사용이 가능하나 이는 여성에게는 남성화를 유도하며, 남성의 경우 전립선 증상(prostate symptoms) 등 부작용을 나타낸다. 다른 승인된 처방법으로 DHEA(dehydroepiandrosterone) 와 성장 호르몬이 있는데 SARMs(Selective Androgen Receptor Modulators)을 포함하는 부위에서 치료법으로 가능하다는 연구가 보고된 바 있다(D.D. Thompson, J. Musculoskelet Neuronal Interact 7, 344-345, 2007). 또한 식이요법이 치료법으로 알려져 있지만 영양평가에 의하면 영양실조나, 현대 식습관은 적당한 총체질량(total body mass)을 유지하기 위해 부적절하다.
최근에는 위성 세포를 분리하여 체외에서 분화시킨 후 체내에 도입시키는 줄기세포치료법(stem cell therapy)과 직접 체내의 위성 세포를 활성화하여 근육 분화(myogenesis)를 촉진시켜 근육을 유지하거나 강화시키는 방법이 근감소증과 같은 근력약화를 치료할 수 있는 방법으로 대두되고 있다 (Shihuan Kuang, and Michael A. Rudnicki, Trends in Molecular Medicine 14, 82-31, 2008).
따라서 근육의 근력약화 관련 질환을 치료하기 위해 보다 근본적이며 부작용이 없는 치료방법으로 근원세포를 분화하는 방법이 요구되며, 이에 따라 근원세포의 분화를 촉진할 수 있는 물질의 개발이 필요하다.
이러한 배경하에, 본 발명자들은 근원세포의 분화를 촉진함으로써 근육량을 증가시키고, 근육기능을 효과적으로 회복시키는 근육의 근력 약화 관련 질환 치료제를 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 오로트산을 포함하는 조성물이 근원세포의 분화를 촉진하여 근력약화 관련 질환의 예방 또는 치료에 사용될 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 하나의 목적은 근원세포(myoblast)의 분화 촉진용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 근원세포의 분화 촉진 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 분화된 근원세포의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 치료 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근력강화용 조성물에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 오로트산(Orotic Acid) 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근원세포(myoblast)의 분화 촉진용 조성물을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "약학적으로 허용가능한 염"이란, 화합물이 투여되는 유기체에 심각한 자극을 유발하지 않고 화합물의 생물학적 활성과 물성들을 손상시키지 않는 화합물의 제형을 의미한다. 상기 약학적 염은, 약학적으로 허용되는 음이온을 함유하는 무독성 산부가염을 형성하는 산, 예를 들어, 염산, 황산, 질산, 인산, 브롬화수소산, 요드화수소산 등과 같은 무기산, 타타르산, 포름산, 시트르산, 아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플로로아세트산, 글루콘산, 벤조산, 락트산, 푸마르산, 말레인산, 살리신산 등과 같은 유기 카본산, 메탄설폰산, 에탄술폰산, 벤젠설폰산, p-톨루엔설폰산 등과 같은 설폰산 등에 의해 형성된 산부가염이 포함된다. 예를 들어, 약학적으로 허용되는 카르복실산 염에는, 리튬, 나트륨,칼륨, 칼슘, 마그네슘 등에 의해 형성된 금속염 또는 알칼리 토금속 염, 라이신, 아르지닌, 구아니딘 등의 아미노산 염, 디시클로헥실아민, N-메틸-D-글루카민, 트리스(히드록시메틸) 메틸아민, 디에탄올아민, 콜린 및 트리에틸아민 등과 같은 유기염 등이 포함된다.
본 발명에서 "오로트산(Orotic Acid)"은 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)의 명칭이 2,4-dioxo-1H-pyrimidine-6-carboxylic acid, 화학식은 C5H4N2O4 이고 분자량이 156.09인 화합물이다. 일반적으로 오로트산은 핵산의 생합성에 필요한 피리미딘 뉴클레오티드의 전구체로서, 핵산 합성, 세포 재생 과정에 관여하는 것으로 알려져 있다. 또한, 일반적으로는 고혈압 및 울혈성 심부전 등을 포함하는 심장질환 치료제로 알려져 있으나, 근원세포 분화와의 연관성에 대해서는 알려진 바가 없었다. 본 발명자들은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염에 근원세포 분화 용도가 있음을 최초로 규명하여, 본 발명의 완성한 것이다.
오로트산은 인체 내에서 생성되는 비타민B 복합체의 구성물질로서 인체 내에서 생합성되는 물질로 알려져 있으며, 인간(Engelbrecht C et al; Experientia 33 (3): 302-4 (1977)) 및 동물(Yonkov D et al; Psychopharmacology (Berl) 73 (4): 399-401 (1981)) 실험에서 독성을 나타내지 않음이 잘 알려져 있으므로 다른 임의의 화합물에 비하여 임상 실험 등을 통한 효능 확인에 유리하여, 실제 인간에게 적용시 유리하다.
본 발명에서 사용되는 "근원세포 분화"란 단핵인 근원세포(myoblast)가 융합을 통해 다핵의 근관(myotube)를 형성하는 과정이다. 근육 전구체 세포에 해당하는 근원세포는 자기복제 (self-renewal) 하는 경우에는 Pax7+ 마커를 나타내며, 증식하는 경우 Pax7+/MyoD+를 나타낸다. 근관을 형성하는 분화단계의 세포는 Pax7- MyoD+ MyoG+ 마커를 이용하여 구분할 수 있다. 상기 근관을 형성하는 분화 초기단계의 세포는 마이오신 D(MyoD)와 같은 근원성 전사인자(myogenic transcription factor)의 발현이 증가하며, 중기에는 마이오신 G(MyoG)가 증가한다. 분화가 거의 끝나는 후기에는 마이오신 중쇄(Myosin Heavy Chain)의 발현이 증가한다
본 발명의 근원세포 분화 촉진은 혈청이 포함된 DMEM 분화용 배지에 오로트산(Orotic Acid) 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염이 처리된 배지를 사용할 수 있으나, 이제 제한되지 않는다. 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염이 포함되어, 근원세포 분화 촉진을 수행할 수 있는 배지는 제한 없이 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 분화배지에 0.01 내지 2μM 오로트산을 사용할 수 있으며 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.0μM 오로트산을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 오로트산을 근원세포에 0.2μM의 농도로 처리한 후, In-cell ELISA를 이용하여 분화 촉진을 탐색한 결과, MYH3 배수변화 값이 음성 대조군(DMSO)에 비해 높았고, 양성대조군(인슐린 0.6 μg/mL)과는 유사하여, 오로트산가 근원세포 분화를 촉진함을 확인하였다(도 1).
본 발명의 일 실시예에서는 상기 오로트산을 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 μM의 농도별로 체외 근원세포의 분화 배지에 처리한 결과, 0.01 μM 농도에서 급격한 분화 촉진 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 양성대조군인 인슐린보다도 낮은 농도에서 근세포 분화를 촉진할 수 있음을 확인하였다(도 2).
따라서, 본 발명의 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 근원세포의 분화촉진에 유용히 사용할 수 있다. 또한 상기 조성물에는 근원세포 분화 촉진에 방해되지 않는 한, 추가의 성분이 포함될 수 있다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 근원세포에 처리하는 단계를 포함하는 근원세포의 분화 촉진 방법을 제공한다.
오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 근원세포의 분화 촉진 방법은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 또는 체내 근원세포에 처리하여 분화를 촉진하는 것을 특징으로 한다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 근원세포에 처리하여 근원세포를 분화시키는 단계를 포함하는 분화된 근원세포의 제조방법을 제공한다.
오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염 및 염의 농도는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 상기 제조방법은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 또는 체내 근원세포에 처리하여 근원세포를 분화시키는 단계를 포함하는 분화된 근원세포를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 오로트산을 근원세포의 분화 배양액(0.5 μM)에 처리하여 3일 동안 분화시킨 후 위상차 현미경 및 면역세포화학염색법을 실시한 결과, 상기 근원세포가 분화된 많은 근관(myotube)을 확인하였으며 또한 단백질 MYH3의 발현이 매우 높게 나타남을 확인하였다(도 4 및 도 5). 또한 상기 분화촉진용 조성물을 근원세포에 처리한 후 웨스턴 블롯을 실시하여 MYH3 단백질의 양을 확인한 결과 음성 대조군보다 매우 높게 발현됨을 확인하였다(도 6).
따라서, 본 발명은 근관을 형성할 수 있으며 MYH3 단백질을 발현하는 분화된, 근원세포를 체외 또는 체내에서 제조할 수 있다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염 및 염의 농도는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명에서 사용된 용어 "근력 약화"란 한 개 또는 그 이상의 근육의 힘이 감소된 상태를 의미한다. 상기 근력 약화는 어느 한 근육이나, 몸의 한쪽, 상지나 하지 등에 국한될 수도 있고, 전신에 걸쳐 나타날 수도 있다. 또한 근피로나 근육통을 포함하는 주관적인 근력 약화 증상은 이학적 검진을 통해 객관적인 방법으로 정량화될 수 있다.
본 발명에서 근육의 근력 약화 관련 질환이란 근력약화로 인해 발생할 수 있는 모든 질환을 의미하며, 예를 들어 근감소증, 근위축증 또는 심위축증(acardiotrophia)을 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
따라서, 본 발명의 조성물은 근원세포의 분화 촉진을 통해 근감소증, 근위축증 또는 심위축증의 예방 또는 치료용으로 사용될 수 있다.
구체적으로 본 발명의 근감소증이란, 노화에 따른 점진적인 골격 근육량의 감소를 의미하는 것으로서, 직접적으로 근력의 저하를 유발하며 그 결과 각종신체기능의 감소 및 장애를 일으킬 수 있는 상태를 의미한다.
또한 근위축증은 사지의 근육이 거의 좌우대칭적으로 점점 위축되어 가는 것으로서, 척수에 있는 운동신경섬유 및 세포의 진행성 변성을 유발하여 근위축성 측삭경화증(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS)과 척수성 진행성 근위축증(Spinal progressive muscular atrophy, SPMA)을 일으킬 수 있다.
본 발명의 심위축증은 심장이 외부적이거나 내부적인 요인에 의해서 위축되어 가는 것으로서, 기아, 소모성질환, 노쇄했을 때 심근섬유가 마르고 가늘어져 지방조직의 감소를 유발하는 심장의 갈색위축 증세를 일으킬 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어 "예방"이란 상기 조성물의 투여에 의해 근육 약화 관련 질환을 억제시키거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "치료"란 상기 조성물의 투여에 의해 근육 약화 관련질환에 의한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.
본 발명의 약학적 조성물은 투여를 위하여, 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염 이외에 약학적으로 허용 가능한 담체, 부형제 또는 희석제를 포함할 수 있다. 상기 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염의 신속, 지속 또는 지연된 방출을 제공할 수 있도록 당업계에 잘 알려진 방법을 사용하여 약학적 제형으로 제조될 수 있다.제형의 제조에 있어서, 활성 성분을 담체와 함께 혼합 또는 희석하거나, 용기 형태의 담체 내에 봉입시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 약학적 조성물은 어떠한 제형으로도 적용가능하나, 비경구용으로 제조하는 것이 바람직하다. 비경구용 제형으로는 주사용, 도포용, 에어로졸 등의 스프레이 형일 수 있다.
비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성 용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성 용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다.
주사형 제형으로 제제화하기 위해서는 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 안정제 또는 완충제와 함께 물에서 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조하고, 이를 앰플 또는 바이알의 단위 투여용으로 제제할 수 있다.
본 발명의 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 조성물은 근력 약화 관련 질환이 발병한 개체 또는 발병 가능성이 있는 개체의 근력 강화가 필요한 부위에 직접 주입될 수 있다. 또는 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 조성물은 체외 또는 체내 근원세포에 적용하여 분화된 근원세포를 제조한 후, 분화된 근원세포를 근력 약화 관련 질환이 발병한 개체 또는 발병 가능성이 있는 개체의 근력 강화가 필요한 부위에 주입될 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물에는 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염이 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 치료에 방해가 되지 않는 한, 추가 성분 예를 들어, 근력 약화 관련 질환의 치료제로 알려져 있는 물질들이 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물에서 오로트산은 농도 0.01 내지 2μM 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.0μM의 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 사용할 수 있다.
바람직하게 본 발명의 약학적 조성물은 근원세포의 분화를 촉진하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 오로트산을 근원세포에 0.2μM의 농도로 처리한 후, In-cell ELISA를 이용하여 분화 촉진을 탐색한 결과, MYH3 배수변화 값이 음성 대조군(DMSO)에 비해 높았고, 양성대조군(인슐린 0.6 μg/mL)과는 유사하여, 오로트산가 근원세포 분화를 촉진함을 확인하였다(도 1).
본 발명의 일 실시예에서는 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염인 오로트산을 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 μM의 농도별로 체외 근원세포의 분화 배지에 처리한 결과, 0.01 μM 농도에서 급격한 분화 촉진 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 양성대조군인 인슐린보다도 낮은 농도에서 근세포 분화를 촉진할 수 있음을 확인하였다(도 2).
이러한 결과를 통하여, 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 근세포 분화 촉진 물질로 알려진 인슐린과 비등한 또는 이보다 월등한 수준의 근세포 분화 촉진 효과를 가짐을 확인하였으며, 따라서, 상기 오로트산이 근원세포의 분화를 촉진하는데 효과적이며 근육 약화 관련 질환의 예방 치료에 유용할 수 있음을 알 수 있었다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 개체에 투여함으로써, 근육의 근력 약화 관련 질환을 치료하는 방법을 제공한다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 오로트산 또는 이의 식품학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근육의 근력 약화 관련 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다. 즉, 본 발명의 조성물은 근육 약화 관련 질환을 예방 또는 개선하기 위하여 근육 약화 관련 질환의 발병 단계 이전 또는 발병 후, 질환 치료를 위한 약제와 동시에 또는 별개로서 사용될 수 있다.
오로트산 또는 이의 식품학적으로 허용가능한 염 및 염의 농도는 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염 및 염의 농도에 대해 설명한 바와 유사하다.
본 발명의 식품 조성물에서 오로트산 또는 이의 식품학적으로 허용 가능한 염의 농도는 0.01 내지 2μM을 사용할 수 있으며 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.0μM을 사용할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 조성물은 근감소증, 근위축증 또는 심위축증의 예방 또는 개선용으로 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 식품 조성물은 근원세포(Myoblasst)의 분화를 촉진하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어 '개선'이란 치료되는 상태와 관련된 파라미터, 예를 들면 증상의 정도를 적어도 감소시키는 모든 행위를 의미한다.
또한, 본 발명의 식품 조성물을 식품 첨가물로 사용할 경우, 상기 조성물을 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 일반적으로, 식품 또는 음료의 제조시에 본 발명의 조성물은 원료에 대하여 15중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하의 양으로 첨가된다. 그러나 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 범위 이하일 수 있으며, 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 유효성분은 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있다.
상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 물질을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 건강식품을 모두 포함 한다.
본 발명의 건강음료 조성물은 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물은 포도당, 과당과 같은 모노사카라이드, 말토스, 슈크로스와 같은 디사카라이드, 및 덱스트린, 사이클로덱스트린과 같은 천연 감미제나, 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 당업자의 선택에 의해 적절하게 결정될 수 있다.
상기 외에 본 발명의 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등 을 함유할 수 있다. 그 밖에 본 발명의 조성물은 천연 과일쥬스, 과일쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율 또한 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 오로트산 또는 이의 약학적 또는 식품학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근력강화용 조성물을 제공한다.
오로트산 또는 이의 약학적 또는 식품학적으로 허용가능한 염 및 염의 농도는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 용어, "근력강화"란 신체 수행의 강화, 최대 지구력의 강화, 근육량의 증가, 근육 회복의 강화, 근육 피로의 감소, 에너지 수지의 개선 또는 이들의 조합 효과를 말한다.
본 발명의 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근력강화용 조성물은 근원세포를 근육 세포로 분화시키는 능력을 통하여 근육량을 증가시켜 전체 근육량을 증가시킬 수 있으며, 최대 지구력이 강화되고, 이에 따라 신체 수행이 강화되고 근육 피로도 감소할 수 있다. 또한, 근육 세포가 빠르게 대체될 수 있기 때문에 근육의 손상에 대하여 빠르게 치유될 수 있다.
본 발명의 근력강화용 조성물은 투여를 위하여, 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염 이외에 약학적으로 허용 가능한 담체, 부형제 또는 희석제를 포함할 수 있다. 상기 약학적으로 허용가능한 담체, 부형제 또는 희석제는 상기 설명한 바와 같다.
또한, 본 발명의 근력강화용 조성물은 식품조성물 또는 식품첨가제 형태로 제조될 수 있으며, 특히 건강식품 조성물의 형태로 제조될 수 있다. 상기 식품조성물은 상기 설명한 바와 같다. 따라서, 본 발명의 근력 강화용 조성물은 노화에 의한 근육 감소 뿐 아니라 일반인의 근육 생성, 근력 강화에 대한 보조제 등의 형태로 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 오로트산을 마우스에 처리하여, 근육회복능 테스트, 운동능력 테스트(악력 테스트, 평형능력 테스트, 지구력 테스트)를 진행하여, 이의 근력강화능을 확인함으로써, 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염이 근력강화 용도로 사용될 수 있음을 확인하였다.
본 발명에 따른 오로트산(Orotic Acid) 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 근원세포의 분화를 촉진하여 근관을 형성할 수 있으므로 근육 약화를 방지할 뿐만 아니라, 효과적으로 근육 기능을 개선할 수 있다. 따라서 이를 포함하는 약학적 조성물은 근육 약화 관련 질환의 예방 또는 치료에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은, 오로트산(Orotic Acid)의 일차 근원세포(myoblast)에서의 근세포 분화 촉진효과를 나타낸 그림이다.
도 2는, 오로트산(Orotic Acid)의 농도별 근세포 분화촉진 효과를 나타낸 그림이다.
도 3은, 오로트산(Orotic Acid)의 분화 배지(DM)에서의 세포 독성을 나타낸 그림이다.
도 4는, 오로트산(Orotic Acid)의 근세포 분화 촉진 효과를 현미경으로 확인한 그림이다.
도 5는, 오로트산(Orotic Acid)의 근세포 분화 촉진 효과를 면역세포화학법(Immunocytochemistry)으로 확인한 그림이다.
도 6은, 일차 근원세포(myoblast)에서의 마이오신 중쇄 3(MYH3) 발현량을 비교한 그림이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예 1: 근원세포( myoblast ) 배양
실시예 1-1. 일차 근원세포 분리 및 배양
일차 근원세포를 분리하기 위하여 1 내지 5일 된 생쥐를 70 % 에탄올로 세척한 후 CO2를 사용하여 질식시켰다. 상기 실험쥐의 뒷다리 발목 윗부분과 무릎을 절단하여 1 X 인산완충용액(phate-buffered saline, PBS)에 담궈 멸균 상태의 핀셋으로 피부와 뼈를 제거하여 근육조직을 모았다. 모아진 근육조직을 1 X PBS로 3번 세척한 후 잘게 조각을 내었다. 상기 조각난 근육조직에 1 ml 콜라게나제(1.5 U/㎖), 1 ㎖ dispase (2.4 U/㎖), 5 ㎕ CaCl2(1 M)를 혼합한 효소용액을 첨가한 후 37 ℃에서 30 분 동안 반응시켰다. 효소반응시킨 근육조직을 나일론 그물(Nylon mesh, 80 μM)을 사용하여 필터링하여 뼈 등을 걸러내고, 800 rpm에서 5 분 동안 원심분리하여 세포를 수득하였다.
상기에서 수득한 세포(일차 근원세포)를 2 ml F10 배지(Invitrogen)에 다시 풀어 100 mm 일반 배양용기로 옮긴 것을 P1이라 하였다. 이후, 일차 근원세포만을 enrichment하기 위하여 일차 근원세포와 Fibroblast 등 다른 세포와의 부착능의 차이를 이용하여, 상기 배양용기에 옮긴 배양배지 및 이에 포함된 부유하고 있는 일차 근원세포를 1시간 간격으로 0.1 % 젤라틴이 코팅된 배양용기로 옮기는 과정을 P5까지 반복하였다. 상기 세포들은 37 ℃에서 5 % CO2가 포함된 배양기에서 배양하였으며, 2일에 한 번씩 새로운 F10 배지로 교체해 주었다. 세포를 계대할 때는 0.005 % 트립신을 사용하여 세포를 배양용기에서 분리시켰고, 근육세포로 분화를 유도할 때에는 5 % 말 혈청(horse serum)이 첨가된 DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium, Invitrogen)을 사용하였다.
실시예 1-2. 근원세포 주 C2Cl2 배양
C2Cl2는 C3H종의 생쥐에서 얻은 근원세포주로서, 근세포 분화 연구에 널리 사용되고 있다.
상기 C2C12세포는 일반적인 세포 배양용 배지와 분화용 배지에서 각각 배양하여 다. 정상적인 세포 배양용 배지(GM, growth media)로는 10 % 어린 소혈청(fetal bovine serum)이 첨가된 DMEM을 사용하였으며, 분화용 배지(DM, differentiation media)로는 2 % 말 혈청이 포함된 DMEM을 사용하였다.
실시예 2: 근원세포( myoblast ) 분화촉진 유도
실시예 2-1. In - Cell ELISA 를 이용한 분화 촉진 탐색
일차 근원세포(Primary myoblast) 자체에서 발현되는 마이오신 중쇄 3(myosin heavy 3,MYH3)의 단백질 양을 비교하기 위하여 In-Cell ELISA 방법을 실시하였다.
0.1 % 젤라틴으로 코팅되어 있는 96-웰 플레이트에 웰 당 5 x 103 일차 근원세포를 배양하였고, 24 시간 후에 5 % 말 혈청이 첨가된 DMEM으로 바꿔 분화를 유도하였다. 24시간 마다 DMSO(5 %) 또는 처리 농도의 화합물(chemicals), 또는 인슐린이 포함된 DMSO(5 %)를 첨가한 새로운 배지로 교체하였다. 분화 후 3일째에 배지를 제거하고, 100 ㎕ 파라포름알데하이드(paraformaldehyde, 3.7 %)를 상온에서 15 분 처리하여 세포를 고정시켰다. 인산 완충 용액(1 X PBS)으로 세척을 한 후, 0.1 % 사포닌, 3 % tiriton X-100, 0.009 % sodium azide가 포함된 100 ul 인산 완충 용액 막 투과용액(permeabilization buffer)을 상온에서 15 분간 처리하여 세포막에 구멍을 뚫었다. 상기 세포를 다시 1 X PBS로 세척한 후, 0.1 % 알부민(bovine serum albumin)이 포함된 100 ㎕블로킹 버퍼(blocking buffer)로 상온에서 1 시간 처리하였다. 상기 세포를 1X PBS로 3번 세척한 후, 1:500으로 희석된 1차 항체 (SC-20641, Santa Cruz Biotechnology) 100 ㎕를 첨가하여 37 ℃에서 2 시간 반응시켰다. 반응 시킨 세포를 다시 1X PBS로 3번 세척한 후, 1:10,000으로 희석한 2차 항체 (Goat anti-Rabbit IgG-HRP) 100 ㎕를 첨가하여 37 ℃에서 1 시간 반응시켰다. 상기 세포를 1X PBS로 3번 세척한 후, 50 ㎕ TMB solution(Gen Depot #T3551)을 첨가하여 20분 동안 반응시켰고, 50 ㎕ 정지용액 (stop solution, Gen Depot #T3552)을 첨가하여 반응을 멈추게 하였다. 상기 세포의 MYH3 단백질 level를 분석하기 위하여 485 nm 파장에서 흡광도를 측정하여 결과를 분석하였다.
특히, 분화과정은 구체적으로 일차 근원세포를 분화배지로 교체한 후 3일 동안 매일 새 분화배지로 배지를 교환함으로서 근육세포로의 분화를 유도하였다. 3일 후 In-Cell ELISA 실험을 통해 MYH3 단백질 level을 비교하였다. 그 결과, DMSO(음성 대조군)와 비교해 보았을 때, 0.2 μM 오로트산(Orotic Acid)의 분화촉진 효과는 0.6 μg/㎖ 인슐린(양성 대조군)을 처리하였을 때와 유사하였으며 MYH 배수변화(fold change)값이 1.207 (n=2)임을 확인하였다(도 1).
이러한 In-Cell ELISA 분석 결과를 통하여 오로트산은 약물 운반체인 DMSO보다 MYH 배수변화(fold change)값이 높아 분화를 촉진하고 있었으며 그 촉진 정도는 근육세포 분화 유도 약물로 이미 보고된 인슐린의 촉진 정도와 유사함을 확인할 수 있었다.
실시예 2-2. 오로트산을 이용한 분화 유도
오로트산을 일차 근원세포에 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 μM의 농도로 처리한 후 MYH3의 양을 측정한 결과(n=2) 오로트산은 0.01 μM 농도에서 급격한 분화촉진 증가효과를 보였으며 1.0 μM까지 증가하고 있음을 확인할 수 있었다(도 2).
실시예 3: 오로트산의 근원세포( myoblast ) 독성 효과
인슐린과 오로트산에 대한 세포독성을 측정하기 위해 세포 사멸 시 분비되는 효소인 LDH(lactate dehydrogenase)를 측정하는 Cytotox 96 Non-Radioactive Cytotoxicity Assay(Promega) 키트를 사용하였다.
세포 배양용 배지(GM)를 사용하여 96-well 플레이트에 well 당 5 x 103 개의 일차 근원세포를 배양하였고, 24 시간 후 세포 배양용 배지 및 분화용 배지(DM)에서 인슐린 및 오로트산을 농도별(0.001, 0.01, 0.1, 0.2, 1, 2μM)로 처리하였다. 각각의 시료 50 ㎕의 배지를 96-웰 flat bottom plate로 옮겨준 후 50 ㎕ 기질용액(reconstituted substrate mix)를 첨가하여 상온에서 30분간 반응시켰다. 완전한 세포사멸을 위한 대조군으로 50 μM H2O2를 처리하였다. 반응 30 분 후 50 ㎕ 정지용액(stop solution) 을 상기 세포에 첨가한 후 490 nm에서 흡광도를 측정하여 라이시스 버퍼(lysis buffer)에 의한 세포사멸시에 나타나는 LDH 값에 대한 비율로 표시하였다.
그 결과, 일차 근원세포 세포의 분화 배지 (DM)에서 측정된 오로트산의 농도별 세포 독성은 농도에 따라 별 차이가 없었으며, 동일 농도의 인슐린에 비해서도 차이를 보이지 않았다. 오로트산을 2.0 μM로 처리한 경우에도 완전한 세포사멸에 이르는 라이시스 버퍼를 처리한 값에 비하여 사멸 세포의 비율이 10.32% 이내로 근세포 분화에 따른 독성이 매우 미미함을 확인하였다(도 3).
실시예 4: 오로트산의 근원세포( myoblast ) 분화 촉진 확인
실시예 4-1. 위상차현미경( Phase contrast microscopy )
오로트산(0.5 μM)에 의한 근원세포에서 다량의 근관(myotube) 형성을 확인하기 위하여 0.1 % 젤라틴이 코팅된 덮개 유리에 C2Cl2 세포를 Vehicle인 DMSO와 오로트산를 각각 처리하면서 3일 동안 분화시킨 후 위상차 현미경으로 관찰하였다.
이와 같은 실험결과 대조군인 DMSO에 비해 오로트산(0.5 μM)을 처리하였을 때 근관(myotube)이 많이 형성되는 것으로 보아 분화 촉진 효과를 확인할 수 있었다(X100)(도 4).
실시예 4-2. 면역세포화학염색법( Immunocytochemistry )
0.1 % 젤라틴이 코팅된 덮개 유리에서 C2Cl2 세포를 3일 동안 분화시켰다. 세포를 1 X PBS로 세척한 후, 3.7 % 파라포름알데하이드(paraformaldehyde)로 상온에서 15분간 고정 시킨 후, 1X PBS로 3번 세척한 후, 투과용 버퍼(permeabilization buffer)를 넣고 상온에서 15분간 반응시켰다. 다시 1X PBS로 3번 세척한 후 1% BSA가 들어있는 PBST(blocking uffer, 0.5 % Tween 20이 포함된 PBS)로 30 분간 반응시켜 불특정한 항체 결합을 억제하였다. MYH3에 대한 1차 항체 (SC-20641, Santa Cruz Biotechnology)를 블로킹 버퍼(blocking buffer)에 1:500로 희석하여 첨가한 후, 상온에서 1 시간 동안 반응시켰다. 1X PBS로 3번 세척한 후 블로킹 버퍼(blocking buffer)에 1:5000로 희석한 2차 항체(Goat anti-Rabbit IgG-HRP)를 첨가하여 상온에서 1시간 동안 반응 시킨 후, 1X PBS로 3번 세척하였다. 덮개 유리를 슬라이드 유리에 올리고 형광 현미경으로 사진을 찍어 결과를 분석하였다.
본 발명에서는 DMSO(음성 대조군)와 오로트산을 각각 처리하면서 C2Cl2 세포주의 분화를 유도 시킨 후 3일째 되는 날 근세포 분화 정도를 비교하기 위해 MYH3에 대한 항체로 염색하여 단백질 발현을 확인한 결과, DMSO에 비해 오로트산(0.5 μM)을 처리하였을 때 MYH3의 발현이 매우 높음을 확인할 수 있었다(도 5).
실시예 4-3. 웨스턴 블랏( Western blot )
배양용 배지에 세포를 분주하여 24 시간 배양한 후 분화 배지에 각각 DMSO, 및 0.5 μM 오로트산을 매일 처리하면서 분화를 유도하였다. 분화 유도 3일째에 세포를 수득하여 1200 rpm에서 3분간 원심분리하였다. 상기 세포에 100 ul 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 첨가한 후 초음파 분해(sonication) 시키고, 3000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 수용성 단백질을 얻었고, 4 X 샘플버퍼(sample buffer)를 첨가하여 끓는 물에서 5분간 반응시켰다. 10 μg 단백질을 12 % SDS-PAGE 겔에 로딩하여 전개한 후 와트맨 멤브레인(Watman membrane)으로 옮겼다. 상기 멤브레인을 5 % skim milk로 1 시간 동안 상온에서 블로킹해주고, TTBS (0.03% Tween 20, Tris 2.42 g, NaCl 9 g, pH 7.4 1 L)로 5 분씩 5번 세척하였다. 5 % skim milk가 포함된 TTBS에 1차 항체를 1:500으로 희석하여 첨가한 후 상온에서 2시간 반응시킨 후, 다시 TTBS로 5분씩 5번 세척하였다. 다시 5 % 탈지유(skim milk)가 포함된 TTBS에 2차 항체를 1:5000으로 희석하여 첨가한 후 상온에서 2시간 반응시키고 TTBS로 5 분씩 5 번 세척한 후 ECL(Enhanced Chemiluminescent solution, Pierce)을 첨가하였다. 상기 멤브레인을 X-ray 필름에 노출시켜 단백질의 양을 확인하였다.
상기 실험결과, 오로트산을 처리하였을 때, 대조군인 DMSO 처리시에 비하여 동량의 단백질에 포함된 MYH3 단백질의 양이 매우 증가하였음을 확인하였다(도 6).
이러한 실험결과를 통하여 동량의 단백질에서 차지하는 마이오신(myosin) 단백질의 양이 오로트산에 의해 급격하게 증가함을 보여주는 것으로 오로트산에 의한 근세포 분화촉진 효과가 매우 높음을 알 수 있었다.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 오로트산(Orotic acid) 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근원세포(myoblast)의 분화 촉진용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염의 농도는 0.01 내지 2 μM 인 것인 조성물.
  3. 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 근원세포(myoblast)에 처리하는 단계를 포함하는 근원세포의 분화 촉진 방법.
  4. 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 체외 근원세포(myoblast)에 처리하여 근원세포를 분화시키는 단계를 포함하는 분화된 근원세포의 제조방법.
  5. 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근감소증 또는 심위축증의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염의 농도는 0.01 내지 2 μM 인 것인 약학적 조성물.
  8. 제5항에 있어서, 상기 약학적 조성물은 근원세포(Myoblasst)의 근세포로의 분화를 촉진하는 것을 특징으로 하는 약학적 조성물.
  9. 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근감소증 또는 심위축증의 예방 또는 개선용 식품 조성물.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염의 농도는 0.01 내지 2 μM 인 것인 식품 조성물.
  12. 오로트산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근력강화용 조성물.
  13. 오로트산 또는 이의 식품학적으로 허용가능한 염을 포함하는 근력강화용 조성물.

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