KR20030083348A - 지방세포 분화 저해 활성을 가지는 프로토베르베린알칼로이드 화합물인 베르베린을 유효성분으로 함유하는비만예방 및 치료 - Google Patents
지방세포 분화 저해 활성을 가지는 프로토베르베린알칼로이드 화합물인 베르베린을 유효성분으로 함유하는비만예방 및 치료 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지방세포 (3T3-L1과 F442A cell) 분화를 저해하는 활성을 가지는 프로토베르베린 (Protoberberine) 알카로이드 화합물인 베르베린에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전통적으로 동양에서 사용해온 약용식물로부터 지방세포(3T3-L1 과 F442A cell)의 분화과정을 저해함으로써 비만의 원인이 되는 지방대사물의 축적을 저해하는 활성물질로 분리한 하기 화학식 1로 표시되는 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화합물은 지방세포 분화를 저해함으로서 비만예방 및 치료효과를 나타낸다.
화학식 1
Description
본 발명은 지방세포 (3T3-L1 과 F442A cell) 분화를 저해하는 활성을 가지는 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전통적으로 동양에서 사용해온 약용식물로부터 지방세포(3T3-L1 과 F442A cell)의 분화과정을 저해하여 비만의 원인이 되는 지방대사물의 축적을 억제하는 활성물질로 분리한 상기 화학식 1로 표시되는 베르베린에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화합물은 지방세포 분화를 저해함으로써 비만예방 및 치료효과를 나타낸다.
최근 경제발전에 따른 생활수준의 향상으로 인하여 위생환경이 개선되고 잦은 인스턴트 음식물 섭취와 육식위주의 식생활 변화 등은 과다한 열량의 섭취를 유발한다. 그러나, 이러한 현대인의 식생활 변화는 턱없이 부족한 운동부족 등으로 인하여 소모열량이 적기 때문에 빠른 비만인구의 증가경향을 보이고 있다. 비만은 단순히 외형상의 문제 뿐 만 아니라 비만이 지속됨으로써 여러 가지 질환, 즉, 고혈압, 당뇨, 고지혈증, 관상동맥질환 등과 같은 성인성 질병을 비롯하여 유방암, 자궁암 및 대장암 등을 야기하는 것으로 보고되면서 이제는 치명적인 질병 중 하나로 취급되고 있다 [J. Biol. Chem., 273, 32487 ∼ 32490 (1998); Nature, 404, 652 ∼ 660 (2000)].
현재 비만을 치료하는 치료제로는 크게 중추 신경계에 작용하여 식욕에 영향을 주는 약제와 위장관에 작용하여 흡수를 저해하는 약물로 나누어 볼 수 있다. 중추 신경계에 작용하는 약물로는 각각의 기전에 따라 세로토닌(5HT) 신경계를 저해하는 펜플루라민, 덱스펜플루라민 등의 약물, 노르아드레날린 신경계를 통한 에페드린 및 카페인 등의 약물 및 최근에는 세로토닌 및 노르아드레날린 신경계에 동시 작용하여 비만을 저해하는 시부트라민 등의 약물들이 시판되고 있다. 이외에도, 위장관에 작용하여 비만을 저해하는 약물로는 대표적으로 췌장에서 생성되는 리파제를 저해하여 지방의 흡수를 줄여줌으로써 최근 비만 치료제로 허가된 오를리스타트 등이 있다. 그러나, 기존에 사용되어온 약물 중 펜플루라민 등은 원발성 폐고혈압이나 심장 판막병변과 같은 부작용을 일으켜 최근에 사용이 금지되었으며, 다른 약물들도 혈압감소나 유산산혈증 등의 문제점이 발생하여 심부전, 신질환 등의 환자에는 사용하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 부작용이 적으며 보다 나은 비만 치료 및 예방법을 찾기 위하여 지방세포분화 억제제를 탐색하게 되었다. 즉, 지방세포의 형성 과정에 밀접한 관련이 있으나 신경계에 작용하지 않을 가능성이 높은 새로운 약물을 검색하고 동정한 것이다.
지방세포에 저장된 지방은 체내의 중요한 에너지원으로 사용된다. 그러나, 비만이 진행됨에 따라 지방세포는 수적 증가가 일어날 뿐 만 아니라 과다한 지방세포의 분화에 의한 다량의 트리글리세라이드 합성으로 지방세포의 크기증가를 포함한 형태적 변화와 여러 유전자 발현의 변화를 동반한다. 지방세포의 크기증가는 잉여 에너지를 중성지방의 형태로 합성 및 저장함으로써 유도된다. 한편, 지방의 저장에 따라 지방세포의 크기증가는 그 직경이 약 20배까지 늘어날 수 있으며 그 결과 세포 용적은 수천 배까지 증가되는 것으로 알려져 있다. 이러한, 지방세포의 크기는 일반적으로 식사 조절로 가능하지만 새로운 지방전구세포가 지방세포로 분화되는 과정은 식사조절로는 효과가 없기 때문에 비만의 근본적 치료 또는 억제를 제어하기 위해서는 지방세포의 분화과정을 조절하는 것이 중요하다. 지방세포 분화는 인슐린이나 인슐린 성장인자-I (insulin like growth factor-1), 성장호르몬 등의 자극에 의하여 촉진되며 이 과정에 CCAAT enhancer-binding protein-β(C/EBPβ), peroxisome proliferator-activated receptor?? (PPARr)등의 전사인자들의 증가가 관찰된다. 이들, 전사인자들은 지방세포 조절인자와 더불어 지방세포의 분화를 촉진시키며 Glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GPDH)나 지방산 생합성효소 (fatty acid synthase)과 같은 효소들의 발현량이 증가한다.
그러므로 지방세포의 분화를 저해하여 생성되는 지방세포의 수를 조절하고, 그에 따라 축적되는 여분의 에너지를 조절한다는 아이디어를 바탕으로하여 지방세포 분화를 저해하는 물질들을 탐색하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 새로운 성분의 약제를 개발하기 위한 여러 가지 방법 중에서 기존 약제의 실험적 변형 또는 새로운 물질의 합성과 기능검색은 매우 많은 시간과 투자가 필요하다. 이에 비하여 전통 의학에서 사용되고 있는 천연물 약제들을 이용할 경우 오랫동안 사용되어 왔기 때문에 개발될 약물에 의한 독성 염려가 적다는 장점이 있을 뿐 만 아니라 확인된 약효를 바탕으로 하여 새로운 활성 성분을 발견할 수 있는 가능성이 매우 높다.
이에, 본 발명자들은 동의보감을 비롯한 우리 나라의 전통 의학에서 사용되어온 약제들을 대상으로 지방세포의 분화를 저해하는 물질을 탐색하였다. 그 결과, 황련에서 강력하게 지방세포의 분화를 저해물질이 존재하는 것을 알았으며, 이들이 이소퀴놀린 계열의 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린인 것을 발견하였다. 베르베린을 렙틴 수용체 (leptin receptor) 이상으로 비만을 일으키는 모델동물인Lepr db /Lepr db 마우스에 처리한 결과 체중감소를 포함한 비만예방과 치료효과를 관찰하였다. 따라서, 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린이 비만예방 및 치료효과가 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
그러므로, 본 발명은 지방세포의 분화 저해, 비만예방과 치료등에 뚜렷한 효과를 나타내는 상기 화학식 1로 표시되는 베르베린를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 생산하며 지방세포인 3T3-L1 과 F442A 세포의 분화를 저해하는 활성을 가지는 현호색 (Corydalis ternata), 애기똥풀 (Chelidonium major), 황련 (Coptis japonica), 황백 (Phellodendron amurense)등을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 프로토베르베린계 알카로이드 화합물인 베르베린의 구조이다.
도 2는 프로토베르베린계 알카로이드 화합물인 베르베린을 지방세포인 3T3-L1 세포주에 처리하여 지방세포의 분화가 저해된 차이를 보여주는 사진이다.
도 3는 프로토베르베린계 알카로이드 화합물인 베르베린을 비만 모델동물인 성숙한Lepr db /Lepr db 마우스에 4주간 투여한 후 체중이 감소한 (비만예방 및 치료) 실험군과 대조군의 차이를 비교한 그래프이다.
본 발명은 황련 (Coptis japonica)으로부터 분리한 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린의 지방세포 분화 저해 활성을 그 특징으로 한다.
본 발명에서 활성물질로 주장하는 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린은 현호색 (Corydalis ternata), 애기똥풀 (Chelidonium major), 황백(Phellodendron amurense) 등으로부터도 유사한 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명에서 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 제조함에 있어서,
(1) 황련, 황백, 현호색, 애기똥풀를 분쇄한 후 알콜 수용액을 생약제 함량대비 3 ∼ 10배를 넣어 3회 용매 추출하는 단계;
(2) 상기 추출단계에서 얻어진 여액을 증발 농축한 후, 농축액을 50 ∼ 100배 부피의 증류수에 현탁하고 디아이온(Diaion) HP-20 레진에 통과시켜 흡착시킨 다음 비 활성분획을 10% 메탄올을 사용하여 용출 제거하는 단계;
(3) 상기 흡착된 활성분획을 10 ∼ 20 배량의 메탄올을 사용하여 용출시킨 후, 농축하여 엑기스를 얻는 단계;
(4) 상기 엑기스를 엑기스 총량의 10 ∼ 100 배의 증류수로 현탁시킨 후 부탄올등의 유기용매로 활성물질을 추출, 농축하여 엑기스를 얻는 단계 및;
(5) 상기 부탄올층을 2배량의 실리카겔에 흡착시켜 부탄올/에틸아세테이트/증류수(6/3/1)을 사용하여 실리카겔 칼럼 크로마토그래피법을 사용하여 활성물질을 용출하는 단계를 포함한다. 이때, 용출되는 알카로이드를 확인하기 위하여 드라겐드로프 (Dragendorff)시약으로 발색하였으며 그 결과, 활성을 나타내는 화합물은 베르베린 (berberine), 팔마틴 (palmatine) 및 코프티신 (coptisine)등임을 핵자기 공명스펙트럼의 분석을 통하여 확인하였다.
본 발명은 상기 추출 정제방법에 따라 분리된 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 유효성분으로 하는 비만 예방과 치료제 등으로 사용하는 것을포함한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 지방세포의 분화 저해제 및 렙틴 수용체(leptin receptor) 이상으로 비만을 일으키는 모델동물인Lepr db /Lepr db 마우스에서 비만예방 및 치료효과를 보이는 프로토베르베린 알카로이드인 베르베린에 관한 것이다.
즉, 황련 (Coptis japonica) 으로부터 분리한 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린은 지방세포 분화를 저해하고, 렙틴 수용체(leptin receptor) 이상으로 비만을 일으키는 모델동물인Lepr db /Lepr db 마우스에서 비만예방 및 치료효과를 갖고 있는 것을 처음으로 관찰하여, 상기 조성물을 유효성분으로 함유하는 비만 예방 및 치료효과 등을 지닌 활성 조성물을 개발하였다.
본 발명에 따른 활성 조성물 이외에도 약학적으로 허용 가능한 담체 또는 부형제를 사용하여 정제, 산제, 과립, 캅셀제, 연고제, 현탁액, 유화액 또는 비경구 투여용의 단위투여형 또는 수회 투여형 제제로 제형화하여 사용할 수 있다.
상기 활성 분획물로 표시되는 유효성분의 유효투입량은 환자의 나이, 신체적 조건, 몸무게 등에 의해 다양화될 수 있지만, 일반적으로 0.1 내지 50 ㎎/㎏(몸무게)/1일 범위 내에서 투여된다. 그리고, 1일 유효투입량 범위 내에서 하루에 한번 또는 하루에 여러 번 나누어 투입한다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 현호색 (
Corydalis ternata
), 애기똥풀 (
Chelidonium major
), 황련 (
Coptis japonica
), 황백 (
Phellodendron amurense
) 등으로부터 프로토베르베린 알카로이드 화합물의 제조
분쇄한 현호색, 애기똥풀, 황련, 황백를 함량대비 10 배량의 알코올성 용매를 사용하여 활성물질이 용출할 수 있도록 5시간 동안 환류 추출한 후 상기 알코올성 용매 추출액을 감압 농축하였다. 그런 다음, 활성 농축액을 50 배량의 증류수에 현탁하고 디아이온 HP-20 레진에 통과시켜 활성물질을 레진상에 흡착시킨 후 10% 메탄올을 전개용매로 사용하여 비활성 분획을 용출하여 제거하였다. 활성물질을 용출하기 위하여 10 배량의 메탄올을 전개용매로 디아이온 HP-20을 통과시켜 용출액을 감압 농축하였다. 이후, 농축된 활성분획을 50 배량의 증류수에 현탁하고 동량의 부탄올 용매로 3 회에 걸쳐 용매 분획하여 활성물질을 포함하는 조 추출물을 얻었다. 상기에서 얻어진 조 추출물을 2배량의 실리카겔에 흡착시킨후 부탄올/에틸아세테이트/증류수 (6/3/1)을 전개용매로 실리카겔 칼럼 크로마토그래피법을 사용하여 활성물질을 용출하였다. 이때, 용출되는 알카로이드를 확인하기 위하여 드라겐드로프 (Dragendorff) 시약으로 발색하였다. 분리된 화합물들이 베르베린 (berberine), 팔마틴 (palmatine) 및 코프티신 (coptisine) 등임을 적외선 분광 스펙트럼, 질량분석 및 핵자기 공명 스펙트럼의 분석을 통하여 확인하였다.
실시예 2 : 지방세포 분화 저해활성 측정
지방전구세포인 3T3-L1 과 F442A 세포를 10% bovine calf serum이 들어있는 DMEM에서 세포배양 한다. 지방전구세포가 세포 배양시 밀도가 약 90% 가량 되면 3T3-L1의 경우 Dexamethasone, IBMX, 인슐린 등을 48 ∼ 55시간 정도 처리하여 지방세포분화를 유도하며, 이어 매 2일마다 세포 배양액을 fetal calf serum과 인슐린이 든 배양액으로 치환한다. F442A 세포의 경우 지방전구세포가 세포 배양시 약 90%정도의 밀도를 보일 때 10%의 fetal calf serum과 인슐린이 포함된 배양액으로 바꾸어 주고 매 2일마다 세포배양액을 갈아주고 지방세포의 분화을 유도한다. 지방세포분화 저해활성의 측정은 황련 (Coptis japonica) 으로부터 분리한 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 지방세포분화 유도의 초기단계부터 0.1 ∼ 10 μg/ml의 농도로 처리하여 대조군과 비교해 나간다. 90%이상의 세포가 지방세포로 분화하기까지는 약 12 ∼ 15일 정도가 걸리며, 각각의 분획물의 활성은 대조군과 같은 시기까지 처리하여 그 효능을 관찰하고 현미경사진을 촬영하여 관찰하였다.
(그림 1) 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 0.1 ∼ 5 ug/ml 농도로 처리시 시간에 따른 지방세포분화 저해활성
그림 1은 지방세포분화 유도시기에 따라 대조군 과 황련 (Coptis japonica) 으로부터 분리한 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린 사이의 지방세포분화 능력을 비교한 것이다. 대조군의 경우 80 ∼ 90%의 F442A세포가 지방세포로 분화하는데 까지 약 11일이 걸린 반면, 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린은 분화초기 단계에서부터 1 ug/ml 농도로 처리로 처리하였을 경우 동시기에 각각 5 ∼ 10% 이하의 세포만이 지방세포로 분화하였다.
(그림 2) 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 0.1 ∼ 5 ug/ml 농도로 처리하였을 때 처리시간에 따른 분화 저해활성
그림 2는 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린의 지방세포분화에 미친 영향을 조사한 것이다. 그림 1과 마찬가지로 대조군은 분화 유도 11일 정도에 약 80 ∼ 90%이상의 세포가 분화한 반면, 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린은 지방세포 분화유도의 초기부터 1 μg/ml로 처리하였을 때 동시기에 각각 5% 미만의 세포가 지방세포로 분화하였다. 5 μg/ml로 처리하였을 때는 지방세포분화 억제효과가 더 뛰어난 것을 알 수 있으며, 0.1 μg/ml로 처리하였을 때로 처리하였을 때에는 지방세포 분화억제 효과가 없으며 동일한 처리시기에 대조군과 유사한 정도로 분화됨을 관찰하였다.
앞서 언급한 바와 같이, 황련 (Coptis japonica) 으로부터 분리한 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린은 정상적인 지방세포의 분화를 저해하는 효능을 보인다. 이들은 전반적인 지방세포의 분화억제 이외에도 일부 분화가 일어난 각 세포에서 축적된 지방양이 감소되어 있는 것을 살펴 볼 수 있다. 또한, 얻어진 활성 분획물은 지방세포 분화를 50% 저해하는 농도 (IC50)를 측정한 결과 대개의 경우 1 ∼ 5 ㎍/㎖로 나타났다.
실시예 3 : 지방세포 특이유전자의 발현 저해효과 측정
지방세포의 형태적인 변화이외에도 지방세포분화 특이 유전자의 발현양상을 측정하여 그 활성을 측정하였다. 대표적인 지방세포 특이 유전자로는 aP2, FAS, PPARgamma가 있으며, 이들 지방세포 분화 특이 유전자의 발현정도를 Northern Blot을 실시하여 확인하였다.
그림 3 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 0.1 ∼ 5 ug/ml 농도로 처리하였을 때 지방세포분화 특이적 발현 유전자의 발현양 측정
그림 3에서 보듯이 분화된 지방세포 대조군 (DMSO처리군)은 지방산 합성에 관여하는 FAS와 중성지방결합 단백질인 aP2 및 지방세포분화관련 유전자인 PPARγ의 발현을 현저히 증가시킨다. 그러나 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린을 0.1 ∼ 5 ug/ml 농도로 처리하였을 때 농도에 의존적으로 이들 지방세포분화 관련 유전자의 발현이 현저히 감소된 것을 관찰할 수 있었다. 이상의 결과는 프로토베르베린 알카로이드 화합물인 베르베린이 지방세포의 분화를 억제하고 지방대사와 분화에 관련된 유전자의 발현도 동시에 제어할 수 있음을 의미한다.
실시예 4 : 비만 모델동물인
Lepr
db
/Lepr
db
마우스에서 비만예방 및 치료효과 검정
Lepr db /Lepr db 마우스는 렙틴 수용체의 결핍으로 식욕이 조절되지 않아 지속적으로 음식을 과도하게 섭취하게 된다. 그 결과, 지방이 체내에 과도하게 축적되며 이로 인하여 출생 후 약 3개월 정도가 되면 일반적인 마우스 체중의 2배에 달하는 50g 내외를 유지하게 된다. 따라서, 비만 예방 및 치료 효과를 알아보기 위하여 체중이 50g 정도되는 3개월령의Lepr db /Lepr db 마우스 16 마리를 대상으로 하였다.실험군 8 마리에는 황련으로부터 추출된 프로토베르베린계 알카로이드 화합물인 베르베린을 DMSO (dimethyl sulfoxide)에 희석하여 5 ㎎/㎏ 농도로 1일 1회씩 4주 동안 일정한 시간 (오전 11:00)에 복강으로 투여하였으며, 대조군 8마리의 경우에는 동일량의 DMSO만을 투여하였다. 투여 4주 후에 실험군과 대조군의 체중을 측정하여 분석한 결과, 대조군의 체중 (57.6 ± 1.7 g)과 비교하여 베르베린을 투여한 실험군의 체중이 약 16.7% 정도 유의하게 (p < 0.01) 낮은 수준 (48.0 ±0.9 g)을 보여 비만을 예방 및 치료하는 것을 관찰할 수 있었다 [도 2].
실시예 5 : 정제의 제조
유효성분 10 g
락토스 70 g
결정성 셀룰로오스 15 g
마그네슘 스테아레이트 5 g
총 량 100 g
상기에서 나열된 성분들을 잘게 부숴 혼합한 후 직타법 (direct tableting method)에 의해 정제를 제조하였다. 각 정제의 총량은 100 ㎎이고, 그 중 유효성분의 함량은 10 ㎎이다.
실시예 6 : 분말제의 제조
유효성분 10 g
옥수수 전분 50 g
카르복시 셀룰로오스 40 g
총 량 100 g
상기에서 나열된 성분들을 잘게 부숴 혼합하여 분말을 제조하였다. 7 번 경질 캡슐에 분말 100 ㎎을 넣어 캡슐제를 제조하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 황련 (Coptis japonica) 으로부터 분리한 프로토베르베린 (Protoberberine) 알카로이드 화합물인 베르베린은 지방세포 분화 저해, 비만예방 및 치료효과가 우수하므로 이를 유효성분으로 함유하는 저해제로 사용할 수 있다.
Claims (10)
- 프로토베르베린 (Protoberberine) 알카로이드 화합물인 베르베린을 유효 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 비만예방 또는 치료용 조성물
- 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 지방세포 분화저해활성을 갖는 것임을 특징으로 하는 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 지방세포 특이유전자의 발현 억제 활성을 갖는 것임을 특징으로 하는 조성물.
- 제 1 항의 조성물에 있어서, 유효성분인 베르베린은 생약으로부터 유래된 것임을 특징으로 조성물.
- 제 4 항에 있어서, 상기 생약은 현호색 (Corydalis ternata), 애기똥풀 (Chelidonium major), 황련 (Coptis japonica), 황백 (Phellodendron amurense)으로 구성된 구룹에서 선택된 하나 이상의 생약임을 특징으로 하는 조성물.
- 제 1 항내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 약재학적으로 허용되는 담체 또는 부형제를 더욱 포함하는 조성물.
- 제 1 항내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 베르베린을 활성성분으로 포함하고 선택적으로 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체 또는 부형제를 더욱 포함하는 비만 예방 또는 치료용 제제.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제제가 정제, 산제, 경질 또는 연질 캅셀제, 현탁제, 주사용 제제, 유화액, 비경구 투여용의 단위 투여형 또는 수회 투여형 제제인 것을 특징으로 하는 비만 예방 또는 치료용 제제.
- 제 8 항에 있어서, 활성성분의 함량이 성인 체중 1Kg 당 0.1~50mg/일 범위로 투여됨을 특징으로 하는 비만 예방 또는 치료용 조성물.
- 제 6 항에 있어서, 식용음료 또는 식품의 형태로서 제제학적으로 허용되는 부형제를 포함하는 것을 특징으로 하는 비만 예방 또는 치료용 조성물.
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