KR20110111133A - 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물 - Google Patents
글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 글리세올린은 세포 내 포도당 흡수 증가를 통한 혈당 강하 효과 및 중성지방 축적 저해를 통한 지방 세포 분화 억제 효과를 나타내고, 인슐린 분비 증가 효과, 베타세포의 증식 증가 효과 및 GLP-1 분비 효과를 나타냈다. 또한, 글리세올린이 강화된 발효콩은 생체 내에서 혈당 항상성에 대한 유지 효과가 있고, 인슐린 민감도는 증가시키며, 간 내 글리코겐의 함량을 높이고, 중성지방의 함량은 낮추는 효과를 나타내므로, 본 발명의 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 조성물은 당뇨병 예방 및 치료용 조성물로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 글리세올린(glyceollin) 또는 글리세올린(glyceollin)이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물에 관한 것이다.
당뇨병(Diabetes mellitus)은 세계적으로 주요 사망원인의 하나이다(Lee S. I. et al., J Med Food 11(3): 518-24, 2008). 고령인구의 급속한 증가, 고 칼로리 식단, 비만, 비활동성 생활습관 등에 의해 당뇨병 환자의 수는 급격히 증가하고 있다(Rang, H. P. et al., "Pharmacology", Longman Groupt Ltd., UK, pp 504-508, 1991). 특히 국내의 당뇨병 환자의 수는 지난 10년간 급격히 증가하여 국내 사망원인중 4위를 차지하고 있다(Shin, K. O. et al ., Food Sci Biotechnol 17(2): 287-294, 2008). 당뇨병은 혈관성 합병증을 동반하는 중증 대사장애로서 상당한 사망률을 나타낸다(Vats, V. et al., J Ethnopharmacol 90(1): 155-60, 2004). 당뇨병 환자에서는 호르몬의 불균형에 의해 탄수화물, 단백질, 지질 등의 대사가 비정상적으로 나타난다(Gonuth S. M., Ann Intern Med 79: 812-822, 1973).
당뇨병은 그 발병원인 및 증상의 치료방법에 따라 크게 인슐린 의존성인 제1형 당뇨병(Insulin dependent diabetes mellitus: IDDM)과 인슐린 비의존성인 제2형 당뇨병(Non-insulin dependent diabetes mellitus: NIDDM)으로 분류된다. 제1형 당뇨병은 유전적 원인, 바이러스 감염 등에 의해 췌장 베타세포의 기능이 저하되어 인슐린이 거의 분비되지 않은 상태로서, 주로 10 ~ 20대에 갑자기 발병하며, 소아형 당뇨병이라고도 한다. 제2형 당뇨병은 가족력, 비만, 스트레스, 식사의 잘못 또는 인슐린과 길항(拮抗)하는 약물 등에 의해 발병되는 것으로, 40대 이후에 잘 나타나며, 성인형 당뇨병이라고도 한다. 실제로는 전체 당뇨병 환자의 대부분이 제2형 당뇨병 환자이다. 제2형 당뇨병은 간, 근육, 지방세포 등의 말초조직에서 인슐린 작용이 저하하여 포도당의 이용이 감소하고 특히 간에서는 포도당의 생성이 증가하여 혈당이 상승할 때 췌장의 베타세포에서 혈당이 상승하는 것을 억제할 수 있을 정도로 인슐린 분비가 충분하지 못할 때 나타나는 질병이다. 즉 제2형 당뇨병은 인슐린 작용이 저하한 인슐린 저항성을 인슐린 분비가 따르지 못해서 발병한다.
제2형 당뇨병에서는 인슐린이 분비되지만 인슐린이 작용하는 간, 근육, 지방세포 등의 말초조직에서 인슐린의 작용력이 저하하여 포도당의 이용이 감소되므로 혈당이 점점 높아지고 이에 대응하여 췌장의 베타세포에서 지속적으로 인슐린이 분비되는 고인슐린혈증을 동반한다[Kadowaki T, Hara K, Yamauchi T, Terauchi Y, Tobe K, Nagai R. 2003. Molecular mechanism of insulin resistance and obesity. Exp Biol Med ( Maywood ) 228: 1111-1117].
그러나 제2형 당뇨병에서도 혈당이 상승할 때 췌장의 베타세포에서 혈당이 상승하는 것을 억제할 수 있을 정도로 충분히 인슐린 분비가 이루어지지 않는 경우도 있다. 우리나라의 제2형 당뇨병이 이에 해당하며, 이러한 경우에는 인슐린 작용력과 인슐린 분비가 모두 낮아서 서구에 비해 당뇨병 증세도 심하고 비만이 되지않는 특징을 가지고 있다[Kim J, Choi S, Kong B, Oh Y, Shinn S. 2001. Insulin secretion and sensitivity during oral glucose tolerance test in Korean lean elderly women. J Korean Med Sci 16: 592-597]. 따라서, 우리나라의 제2형 당뇨병의 예방 및 치료을 위해서는, 인슐린 작용력을 향상시킴과 동시에 포도당 자극에 의한 인슐린 분비능도 증가시키는 것이 중요한 것으로 알려져 있다.
제2형 당뇨병 치료제로서 가장 먼저 사용되어 온 것이 인슐린 분비를 촉진시키는 약물들이다. 설포닐우레아(sulfonylurea) 계통의 약물이 이에 해당하며, 이 약물은 췌장의 베타세포의 세포막에 존재하는 KATP(ATP-regulated potassium) 채널에 직접 작용하여 이 채널을 닫아 줌으로써, 세포막을 분극화(depolarization)시키고 Ca2 +을 세포 내로 유입시킴으로 인슐린의 분비를 촉진시키는 인슐린 분비 촉진제(insulin secretagogues)이다[Krentz AJ, Bailey CJ. 2005. Oral antidiabetic agents: current role in type 2 diabetes mellitus. Drugs 65: 385-411; Quesada I, Soria B. 2004. Intracellular location of KATP channels and sulphonylurea receptors in the pancreatic beta-cell: new targets for oral antidiabetic agents. Curr Med Chem . 11: 2707-2716]. 그러나, 이 약물은 혈당 농도에 상관없이 KATP 채널을 닫아서 혈당이 낮아도 인슐린을 분비시켜 저혈당 쇼크를 유발시킬 수 있다는 문제점이 있다.
최근에 제2형 당뇨병의 새로운 치료제로 등장한 것이 인슐린 작용을 향상시킴으로 소량의 인슐린으로 혈당을 정상화할 수 있도록 도와주는 인슐린 민감성 물질들이다. 인슐린 민감성 물질은 제2형 당뇨병의 근본적인 문제인 인슐린 저항성을 완화시켜 소량의 인슐린으로 혈당을 정상화시키고, 궁극적으로 혈당에 필요한 인슐린 양을 저하시켜 고인슐린혈증을 없애 줄 수 있는 것으로 알려지고 있다 [Ciaraldi TP, Kong AP, Chu NV, Kim DD, Baxi S, Lovicach M, Plodkowski R, Reitz R, Caulfield M, Mudaliar S, Henry RR. 2002. Regulation of glucose transport and insulin signaling by troglitazone or metformin in adipose tissue of type 2 diabetic subjects. Diabetes 51: 30-36]. 즉, 인슐린 민감성 물질은 당뇨병뿐 아니라 인슐린 저항성 증후군의 증세를 완화시킬 수 있을 것이며, 이는 인슐린이 인슐린 수용체와 결합한 후 세포 내에서 일어나는 신호전달 체계가 원활하게 일어날 수 있도록 도와주어 세포에서 포도당의 이용을 향상시키는 것이다. 췌장의 베타세포에서 인슐린이 분비되는 과정은 간접적으로 인슐린/IGF-1(Insulin like Growth Factor-1) 신호전달과 관련이 있고, 이러한 신호전달의 저하는 베타세포의 생성 저하 및 세포사멸(apoptosis) 증가를 거쳐 베타세포의 양을 감소시키고, 결과적으로 인슐린 분비의 필요를 충당하지 못하여 당뇨병으로 진전된다.
또한, GLP-1(Glucabon-like peptide-1)은 생체내 소장 세포의 L-cell에서 분비되는 펩타이드로서, 베타세포에서 포도당 자극에 의한 인슐린의 분비를 촉진하고, 베타세포의 성장 촉진 및 사멸 억제를 통해서 베타세포의 양을 증가시켜 베타세포의 기능을 향상시키는 것으로 알려져 있다.
최근에 개발된 포도당-자극 인슐린 분비 촉진제(glucose-stimulated insulin secretagogue)로는 글루카곤 유사 펩타이드-1 수용체 작용제(glucagon like peptide-1(GLP-1) receptor agonist)인 엑센딘-4(exendin-4, exenatide)가 있다.
엑센딘-4는 설포닐우레아 계통의 약물과는 달리 KATP 채널에 직접적으로 작용하지 않고, 세포막에 존재하는 GLP-1 수용체에 결합하여 세포 내의 cAMP 농도를 상승시킴으로써 단백질 키나제 A(protein kinase A; PKA)를 활성화시킨다. 활성된 PKA만으로는 세포 내로의 Ca2 + 유입을 상승시키지 못하고, 혈당이 높아져 베타세포 내로 포도당이 흡수되어 해당작용(glycolysis)을 거쳐 ATP/ADP의 농도가 높아지면서 PKA가 활성화될 때, Ca2 +의 유입이 증가하여 인슐린 분비를 촉진시킨다[Drucker DJ. 2001. Development of glucagon-like peptide-1-based pharmaceuticals as therapeutic agents for the treatment of diabetes.Curr Pharm Res 7: 1399-1412]. 그러므로 엑센딘-4는 혈당이 정상일 때는 인슐린 분비를 촉진시키지 않고, 혈당이 상승될 때만 인슐린 분비를 촉진시키는 포도당-자극 인슐린 분비 촉진제로 작용한다. 또한, 인슐린 분비를 향상시킬 뿐 아니라 인슐린 작용도 향상시키는 것으로 알려져 있다.
또 다른 약물로서, 최근 인슐린 작용 증진제로 개발되어 FDA 승인을 받은 아반디스(Avandis)의 주요 성분인 로지글리타존(Rosiglitazone)은 시험관내 시험에서 PPARγ에 대한 친화도가 높은 것으로 밝혀졌고, 간기능에는 영향이 없으며, 지방세포에서 지단백 리파제(lipoprotein lipase)의 발현을 유도하는 것으로 알려졌다. 원숭이와 사람에서 인슐린 감수성을 증가시키는 효과가 있고, 또한 혈당 및 중성지방 농도를 감소시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 그 외에, 인슐린 작용력을 증진시키는 피오글리타존(pioglitazone) 계통의 약물이 있으며, 간에서 당신생 합성을 감소시키는 메트포민(metformin) 계통의 물질이 있다.
또한, 국내를 비롯한 아시아에서는 민간요법으로 여러 가지 약초들을 당뇨병 및 여러 질병의 치료제로 사용하여 왔으나, 민간요법으로 사용되고 있는 많은 약초에 대해서도 아직까지 그 효과가 밝혀진 것은 많지 않다.
한편, 일반적으로 식물이 각종 해충이나 균류가 침입했을 때 균류를 퇴치하고자 스스로 만들어내는 저분자 항균성 물질을 피토알렉신(phytonalexin)이라 하는데, 이들 물질은 감염 이전에는 식물체 내에서 발견되지 않으나, 감염 후 수시간 이내에 매우 빠른 속도로 합성되어 감염 부위에서 작용하며 여러 종류의 박테리아나 균류에 대하여 독성을 나타내는 특징을 가지고 있다. 이러한 피토알렉신은 식물을 보호하는 역할로 자체 생산이 되는 것이지만, 최근 이 물질의 항균력 등의 기능들이 밝혀져 이를 대량배양하여 안정되고 저렴한 의약품, 염료, 향미 및 방향 등의 용도로 이용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있는 추세이다.
글리세올린(glyceollin)은 콩에서 생산되는 피토알렉신의 일종으로, 이에 대한 혈관신생 억제 활성이 보고된 바 있고, 최근 글리세올린의 항-에스트로겐 활성 및 암세포 성장 억제 활성 등의 항암 효과가 밝혀져, 이를 이용한 유방암 및 난소암 등의 암 예방 및 치료제로의 개발이 기대되고 있는 실정이다. 하지만, 글리세올린의 혈당 항상성 조절을 통한 항당뇨 효과는 전혀 알려진 바 없다.
이에 본 발명자들은 곰팡이 스트레스를 이용한 글리세올린이 강화된 발효콩을 제조하고, 이를 유기용매로 추출하여 글리세올린을 분리한 후, 글리세올린이 세포 내 포도당 흡수 증가를 통한 혈당 강하 효과 및 중성지방 축적 저해를 통한 지방 세포 분화 억제 효과, 인슐린 분비 증가 효과, 베타세포의 증식 증가 및 GLP-1 분비 효과를 나타냄을 확인하였고, 또한, 당뇨병 마우스 모델에 상기 글리세올린이 강화된 발효콩의 투여가 생체 내에서 혈당 항상성에 대한 유지 효과가 있고, 인슐린 민감도는 증가시키며, 간 내 글리코겐의 함량을 높이고, 중성지방의 함량은 낮추는 효과가 있음을 확인함으로써, 상기 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 당뇨병 예방 및 치료제의 유효성분으로 사용될 수 있음을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 포함하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물, 또는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 글리세올린을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 글리세올린을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품을 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 콩에 전배양된 곰팡이 균주를 접종시키는 단계; 및
2) 접종된 콩을 발효시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조된 글리세올린 함량이 증가된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품을 제공한다.
본 발명에 따른 글리세올린은 세포 내 포도당 흡수 증가를 통한 혈당 강하 효과 및 중성지방 축적 저해를 통한 지방 세포 분화 억제 효과를 나타내고, 인슐린 분비 증가 효과, 베타세포의 증식 증가 효과 및 GLP-1 분비 효과를 나타낸다. 또한, 글리세올린이 강화된 발효콩은 생체 내에서 혈당 항상성에 대한 유지 효과가 있고, 인슐린 민감도는 증가시키며, 간 내 글리코겐의 함량을 높이고, 중성지방의 함량은 낮추는 효과를 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 조성물은 당뇨병 예방 및 치료용 조성물로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 발효콩과 비발효콩의 크로마토그램을 나타낸 그림이다.
도 2는 글리세올린(glyceollin)들의 구조식을 나타낸 그림이다.
도 3은 3T3-L1 지방세포에서 인슐린 자극에 의한 포도당 흡수 효과를 확인한 그림이다.
도 4는 3T3-L1 지방세포에서 인슐린 자극에서 글리세올린에 의한 포도당 흡수 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 5는 3T3-L1 섬유아세포가 지방세포로 분화되는 과정에서 글리세올린의 중성지방 축적에 대한 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b 알파벳이 다른 것은 군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 6은 293 세포에서 글리세올린 투여에 의한 상대적 루시퍼레이즈 활성을 비교하여 글리세올린의 PPAR-r 작용제 효과를 확인한 그림이다:
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 7은 췌장 베타세포에서 글리세올린의 인슐린 분비 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
++ 대조군과 P<0.01에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 8은 글리세올린의 베타세포 증식 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b 알파벳이 다른 것은 군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
++ 대조군과 P<0.01에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 9는 상대적 mRNA 발현양을 비교하여 글리세올린에 의한 ER 스트레스 관련 유전자의 발현수준 변화에 대한 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b 알파벳이 다른 것은 군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
++ 대조군과 P<0.01에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 10은 대장암 세포주에서 글리세올린의 GLP-1 분비 효과를 확인한 그림이다.
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 11은 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스, 및 정상 마우스의 식이 섭취 후, 시간별 혈당의 농도 변화를 확인한 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 12는 포도당과 인슐린의 곡선 아래 면적(area under the curve) 계산을 통한 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스, 및 정상 마우스의 경구 내당능 검사 결과를 나타낸 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 13은 인슐린 투여 후, 시간별 기초 혈당량 상대적 변화율을 통한 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스, 및 정상 마우스의 인슐린 저항성 실험 결과를 나타낸 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 14는 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스 및 정상 마우스에서 글리세올린에 의한 간 내 글리코겐 및 중성지방 함량 변화를 확인한 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 2는 글리세올린(glyceollin)들의 구조식을 나타낸 그림이다.
도 3은 3T3-L1 지방세포에서 인슐린 자극에 의한 포도당 흡수 효과를 확인한 그림이다.
도 4는 3T3-L1 지방세포에서 인슐린 자극에서 글리세올린에 의한 포도당 흡수 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 5는 3T3-L1 섬유아세포가 지방세포로 분화되는 과정에서 글리세올린의 중성지방 축적에 대한 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b 알파벳이 다른 것은 군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 6은 293 세포에서 글리세올린 투여에 의한 상대적 루시퍼레이즈 활성을 비교하여 글리세올린의 PPAR-r 작용제 효과를 확인한 그림이다:
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 7은 췌장 베타세포에서 글리세올린의 인슐린 분비 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
++ 대조군과 P<0.01에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 8은 글리세올린의 베타세포 증식 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b 알파벳이 다른 것은 군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
++ 대조군과 P<0.01에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 9는 상대적 mRNA 발현양을 비교하여 글리세올린에 의한 ER 스트레스 관련 유전자의 발현수준 변화에 대한 효과를 확인한 그림이다:
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b 알파벳이 다른 것은 군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
++ 대조군과 P<0.01에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+++ 대조군과 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 10은 대장암 세포주에서 글리세올린의 GLP-1 분비 효과를 확인한 그림이다.
* 대조군과 0.5uM 글리세올린과 5 uM 글리세올린처리군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 11은 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스, 및 정상 마우스의 식이 섭취 후, 시간별 혈당의 농도 변화를 확인한 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 12는 포도당과 인슐린의 곡선 아래 면적(area under the curve) 계산을 통한 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스, 및 정상 마우스의 경구 내당능 검사 결과를 나타낸 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 13은 인슐린 투여 후, 시간별 기초 혈당량 상대적 변화율을 통한 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스, 및 정상 마우스의 인슐린 저항성 실험 결과를 나타낸 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
도 14는 당뇨병 마우스, 본 발명의 발효콩 및 비발효콩을 각각 섭취한 당뇨병 마우스 및 정상 마우스에서 글리세올린에 의한 간 내 글리코겐 및 중성지방 함량 변화를 확인한 그림이다.
* 당뇨병 마우스군과 당뇨병 마우스 발효콩 섭취군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄;
a,b,c 알파벳이 다른 것은 세군 사이에 P<0.05에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄; 및
+ 당뇨병 마우스군과 정상 마우스군 사이에 P<0.001에서 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타냄.
본 발명은 글리세올린을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물을 제공한다.
상기 글리세올린은 하기 [화학식 1], [화학식 2] 또는 [화학식 3]으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다:
상기 글리세올린은 콩에서 추출하여 분리하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 추출은 물, C1 내지 C4의 저급 알코올 또는 이의 혼합물인 용매로 추출되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않고, 상기 저급 알코올은 에탄올인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 분리는 HPLC로 수행됨이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, HPLC 장치는 Jasco 1580 시스템을 이용하고, Gemini 5 uM C18 컬럼을 사용함이 바람직하나, 당업계에서 알려진 일반적인 화합물 분리방법은 모두 사용가능하다.
상기 당뇨병은 제 2형 당뇨병인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 콩을 에탄올로 표면 살균한 후, 탈이온수로 세척하고 물에 침지시킨 후 분할하고, 적셔진 살균된 필터 종이가 깔린 페트리 디쉬에 분할된 콩을 놓고, 2종류의 곰팡이 균{아스퍼질러스 소제(Aspergillus sojae) 및 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)}을 분할된 면에 접종하여 밀봉한 다음, 3일 동안 25℃의 어두운 챔버(chamber)에 보관하여 발효시켜 곰팡이를 이용한 글리세올린이 강화된 발효콩을 제조하였다.
콩을 삶아서 곰팡이 균을 접종한 경우, 글리세올린이 생성되지 않음을 확인하였고, 이를 통해 글리세올린이 곰팡이 균의 발표 대사체가 아닌 살아있는 콩에서 유래한 이차대사산물임을 확인하였다.
또한 제조된 발효콩을 에탄올로 추출후 원심분리를 수행하여 상등액을 취하여 발효콩 추출물을 얻고, HPLC 및 LC/Mass를 수행하여 발효콩 추출물에 함유된 글리세올린을 분리하고(도 1 참조), 구조를 동정하였다(도 2 참조).
또한, 3T3-L1 섬유아세포(fibroblast)를 지방세포로 분화시키기 위하여, 3T3-L1 섬유아세포에 1 ug/ml의 인슐린, 0.25 uM 덱사메타손(dexametasone) 및 0.5 mM 이소메틸부틸잔틴(isomethylbutylxanthine)이 첨가된 배지에서 배양하였고, 지방세포(adipocyte)로 분화를 유도하여 3T3-L1 지방세포를 얻었다. 얻어진 3T3-L1 지방세포에서 인슐린 농도에 따른 포도당 흡수 효과를 확인하였고, 그 결과, 3T3-L1 지방세포에 인슐린을 농도별로 처리하였을 때, 포도당 흡수가 비례적으로 증가함을 확인하였다(도 3 참조).
또한, 3T3-L1 지방세포에 인슐린과 글리세올린을 함께 배양한 세포가 인슐린 단독 배양한 세포에 비해 포도당 흡수를 증가시키는지 여부를 확인하기 위하여,세포 용해물을 얻고, 이에 함유된 14C의 함량을 측정하여 포도당 흡수율을 확인하였고, 그 결과, 3T3-L1 지방 세포에 인슐린 1 ng/mL와 글리세올린을 처리하였을 때 농도 의존적으로 포도당 흡수를 증가시켰고, 5 uM 글리세올린을 처리하였을 때, 포도당 흡수를 가장 증가시켰다(도 4 참조).
따라서, 글리세올린은 인슐린 자극에 의한 지방 세포내 포도당 흡수를 증가시켜, 혈당 강화 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 글리세올린의 중성지방 축적에 대한 효과를 확인하기 위하여, 섬유아세포를 지방세포로 분화시키는 과정에 글리세올린을 첨가하여 중성지방의 양을 측정하였고, 그 결과, 글리세올린을 처리하지 않은 대조군에 비하여 글리세올린을 처리한 경우, 그 농도가 증가함에 따라 중성지방의 양이 유의하게 감소하였다(도 5 참조). 따라서, 글리세올린은 중성지방의 축적을 저해하고, 섬유아세포의 지방세포로의 분화를 억제하는 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 당 대사에 관여하는 유전자의 발현을 증가시키는 수용체인 PPAR(Peroxisome Proliferator Activated Receptor)-r는 세포 핵 내에서 당과 지질의 대사에 관여하는 유전자의 발현을 증가시키는 수용체로, 이러한 PPAR-r에 대한 작용제는 혈당을 낮추는 효과를 나타낼 뿐 아니라, 혈중 지방산의 농도를 낮추는 것으로 알려져 있어, 본 발명에 따른 글리세올린의 포도당 흡수 증가 효과를 통한 혈당 강하 작용의 기작을 확인하기 위하여, 글리세올린의 PPAR-r 작용제 활성을 측정하였다.
그 결과, PPAR-r의 대표적 작용제로 알려진 로지글리타존(rosiglitazone)은 농도가 높아질수록 상대적 루시퍼라제 활성이 증가하여 PPAR-r 작용제로의 효과를 나타내었지만, 글리세올린을 처리할 경우, 고농도 처리에도 상대적 루시퍼라제 활성이 나타나지 않았다(도 6 참조). 따라서, 글리세올린의 포도당 흡수 증가 효과를 통한 혈당 강하 효과는 PPAR-r 작용제의 작용이 아님을 확인하였다.
또한, 인슐린 분비 기능을 담당하는 췌장의 베타 세포인 Min6 세포주에서 포도당 처리에 의한 인슐린 분비에서 글리세올린의 효과를 확인하기 위하여, 인슐린 분비 측정 실험을 수행하였고, 그 결과, Min6 세포에서 고농도 포도당(20mM)을 포함한 KRB 용액에 글리세올린을 처리하였을 때, 양성대조군인 엑센딘-4에 비해서는 낮았지만, 그 농도에 비례하여 음성 대조군에 비해 인슐린 분비가 유의하게 증가하였다(도 7 참조). 따라서, 글리세올린은 췌장의 베타세포에서 포도당에 의한 인슐린 분비를 증가시키는 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 글리세올린의 베타 세포 증식효과를 확인하기 위하여, Min6 세포에 글리세올린을 처리하고, 처리 후, 4시간과 8시간에 세포수를 측정하여 세포 증식 효과를 확인하였다. 그 결과, 글리세올린을 처리 후, 4시간과 8시간 모두에서 음성 대조군인 DMSO 처리군에 비해 농도에 따라 베타 세포의 증식이 증가시켰다(도 8 참조). 따라서, 글리세올린은 췌장 베타세포의 증식 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 글리세올린의 항당뇨 효과가 베타 세포의 ER 스트레스와 관련이 있는지 확인하기 위하여, 베타 세포에 글리세올린 처리하고, 이에 따른 ER 스트레스 관련 유전자의 발현율 변화를 확인하였다. 그 결과, 글리세올린을 투여한 베타 세포에서 ER 스트레스에 관여하는 유전자인 XBP-1/GAPDH, AFT4/GAPDH, CHOP/GAPDH, AFT6/GAPDH의 발현율이 음성 대조군에 비하여 농도 의존적으로 유의성있게 감소하였다(도 9 참조).
따라서, 글리세올린은 베타 세포의 ER 스트레스를 감소시키는 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 글리세올린의 GLP-1의 분비 효과를 확인하기 위하여 대장암세포주 NCI-H716 세포를 Matrigel(Becton Dickinson, Bedford, MA, USA)을 입힌 디쉬(dish)에서 배양하여 GLP-1 분비 실험을 위한 내분비 세포로 분화시킨 다음, 글리세올린을 처리하고 세포를 용해하여, 용해된 세포 내의 펩타이드를 알코올 추출법으로 추출한 후, 방사선면역측정법(radioimmunoassay)으로 배지 내 GLP-1 분비량과 세포에 있는 GLP-1의 양을 정량하였다. 그 결과, NCI-H716 세포주에서 고농도 포도당(20mM)을 포함한 KRB 용액에 글리세올린을 처리하였을 때, 음성 대조군에 비해 GLP-1 분비가 그 농도에 비례하여 현저하게 증가하였다(도 10 참조).
따라서, 글리세올린은 대장암 세포주에서 GLP-1의 분비를 증가시키는 효과가 있음을 확인하였다.
본 발명의 조성물은 글리세올린에 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다.
본 발명의 조성물은, 투여를 위해서 상기 기재한 유효성분 이외에 추가로 약제학적으로 허용 가능한 담체를 1종 이상 포함하여 제조할 수 있다. 약제학적으로 허용 가능한 담체는 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있다. 더 나아가 당분야의 적정한 방법으로 또는 Remington's Pharmaceutical Science(Mack Publishing Company, Easton PA, 18th, 1990)에 개시되어 있는 방법을 이용하여 각 질환에 따라 또는 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다.
본 발명의 조성물은 목적하는 방법에 따라 비경구 투여(예를 들어 정맥 내, 피하, 복강 내 또는 국소에 적용)하거나 경구 투여할 수 있으며, 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도 등에 따라 그 범위가 다양하다. 1일 투여량은 본 발명에 따른 글리세올린을 동결건조하였을 때의 양으로 10 ~ 500 ㎎/㎏, 바람직하게는 100 ㎎/㎏로, 하루 1회 ~ 수회에 나누어 투여하는 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물은 당뇨의 예방 및 치료를 위하여 단독으로, 또는 수술, 방사선 치료, 호르몬 치료, 화학 치료 및 생물학적 반응 조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 글리세올린을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품을 제공한다.
상기 글리세올린은 하기 [화학식 1], [화학식 2] 또는 [화학식 3]으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다:
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 글리세올린은 콩에서 추출하여 분리하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 추출은 물, C1 내지 C4의 저급 알코올 또는 이의 혼합물인 용매로 추출되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않고, 상기 저급 알코올은 에탄올인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 분리는 HPLC로 수행됨이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, HPLC 장치는 Jasco 1580 시스템을 이용하고, Gemini 5 uM C18 컬럼을 사용함이 바람직하나, 당업계에서 알려진 일반적인 화합물 분리방법은 모두 사용가능하다.
상기 당뇨병은 제 2형 당뇨병인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 글리세올린은 세포 내 포도당 흡수 증가를 통한 혈당 강하 효과 및 중성지방 축적 저해를 통한 지방 세포 분화 억제 효과를 나타내고, 인슐린 분비 증가 효과, 베타세포의 증식 증가 효과 및 GLP-1 분비 효과를 나타낼 뿐 아니라, 글리세올린이 강화된 발효콩은 생체 내에서 혈당을 감소시키고, 인슐린 민감도는 증가시키며, 간 내 글리코겐의 함량을 높이고, 중성지방의 함량은 낮추는 효과를 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따른 글리세올린을 유효성분으로 함유하는 본 발명의 조성물은 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은
1) 콩에 전배양된 곰팡이 균주를 접종시키는 단계; 및
2) 접종된 콩을 발효시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조된 글리세올린 함량이 증가된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품을 제공한다.
상기 콩은 종에 관계없이 모두 사용 가능하고, 에탄올에서 표면 살균한 후, 탈이온수로 세척하고 물에 침지시킨 후 분할하여 사용함이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 상기 곰팡이 균주는 아스퍼질러스 소제(Aspergillus sojae) 또는 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)를 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 접종은 곰팡이 포자 부유물을 콩 분할면에 접종하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 상기 발효는 20 내지 30℃에서 수행됨이 바람직하고, 22 내지 26℃에서 수행됨이 더 바람직하며, 25℃에서 수행됨이 가장 바람직하지만, 이에 한정되지 않고, 어두운 챔버(chamber)에서 1 내지 7일 동안 보관함이 바람직하고, 2 내지 5일 동안 보관함이 더욱 바람직하며, 3일 동안 보관하여 수행함이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 당뇨병은 제 2형 당뇨병인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 콩을 에탄올로 표면 살균한 후, 탈이온수로 세척하고 물에 침지시킨 후 분할하고, 적셔진 살균된 필터 종이가 깔린 페트리 디쉬에 분할된 콩을 놓고, 2종류의 곰팡이 균{아스퍼질러스 소제(Aspergillus sojae) 및 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)}을 분할된 면에 접종하여 밀봉한 다음, 3일 동안 25℃의 어두운 챔버(chamber)에 보관하여 발효시켜 곰팡이를 이용한 글리세올린이 강화된 발효콩을 제조하였다.
또한, C57BL6J 마우스에 STZ(스트렙토조인; Streptozoin)를 처리하고 고지방식이를 유도하여 당뇨병 모델 마우스를 제조하고, 제조된 당뇨병 마우스에 단백질 급원으로 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 각각 섭취시켜, 당뇨병 마우스에서 본 발명의 글리세올린이 강화된 발효콩의 항당뇨 효과를 측정하였다.
글리세올린의 혈청 내 포도당 대사에 대해 자세히 알아보기 위하여, 당뇨병 마우스, 정상 마우스, 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 각각 투여한 당뇨병 마우스의 공복 혈당과 혈청 인슐린을 식이 섭취 후 경구 내당능 검사를 수행하였다.
그 결과, 당뇨병 마우스가 정상 마우스에 비해 혈당 상승이 높아 최고혈당이 높았으며 최고혈당에 이른 후에는 혈당 감소가 현저히 지연되었고, 이는 당뇨병 마우스군이 정상 마우스군에 비해 인슐린 저항성이 높다는 것을 의미한다. 당뇨병 마우스군에 발효콩을 섭취시킨 경우 당뇨병 마우스군 또는 비발효콩을 섭취시킨 경우에 비해 혈당 상승도 낮고 최고혈당 또한 낮은 경향을 나타내었으며, 혈당 강하도 빨랐다(도 11 참조).
또한, 경구 내당능 검사 결과를 곡선 아래 면적(area under the curve)으로 계산하였을 때도 당뇨병 마우스군이 정상 마우스군에 비해 면적이 넓었으며 이것은 포도당을 경구 투여하였을 때 혈당이 더 오랫동안 높게 유지한다는 것을 나타낸다. 또한 당뇨병 마우스군에 발효콩을 섭취하였을 때, 곡선 아래 면적이 당뇨병 마우스에 비해 적었고, 비발효콩을 섭취한 경우 당뇨병 마우스에 비해서는 낮았지만 혈당 강하 효과가 있었으나, 발효콩을 섭취한 경우에 비해서는 적었다. 경구 내당능 검사를 하는 동안 혈청 인슐린 농도를 측정하였을 때 초기와 후기 모두 당뇨병 마우스군이 정상 마우스군에 비해 낮았으며 당뇨병 마우스군 중에서 발효콩 섭취군이 다른 군에 비해 초기 변화를 나타내는 0 ~ 40분까지 혈청 인슐린 농도가 다른 군들에 비해 높았고, 반면 후기 변화는 군들 사이에 차이를 나타내지 않았다(도 12 참조).
따라서, 당뇨병 마우스에 글리세올린이 강화된 발효콩을 섭취시킨 경우, 혈당 항상성 유지 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 당뇨병 마우스, 정상 마우스, 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 각각 투여한 당뇨병 마우스의 공복 혈당과 혈청 인슐린을 식이 섭취 후 인슐린 내성도 검사를 하기 위한 항상성 모델 분석(Homeostasis model assessment of insulin resistance; HOMAIR)을 통하여 인슐린 저항성 변화를 측정하였고, 그 결과, 인슐린을 복강으로 투여한 후 혈당의 변화를 관찰하였을 때 정상 마우스는 혈당이 급격하게 감소하여 30분 후에 공복 혈당의 40%까지 감소하였고 60분 후에는 50%까지 감소하여 정상 마우스가 인슐린에 대한 민감성이 높다는 것을 확인하였다. 그러나 당뇨병 마우스는 인슐린을 투여한 후 혈당의 감소가 정상 마우스에 비해 현저하게 낮아 30분 후에 10%가 감소하였고 90분 후에도 20%보다 적게 감소하였고, 비발효콩을 투여하였을 때도 유사한 결과를 나타내었다. 하지만, 당뇨병 마우스에 발효콩을 투여하였을 때는 인슐린 민감도가 향상되어 30분 후에는 25%정도 감소하였고 90분 후에는 30%이상 감소하였다(도 13 참조).
따라서, 당뇨병 마우스에 글리세올린이 강화된 발효콩을 투여하였을 때, 당뇨병 마우스에 비해 인슐린 민감도가 현저히 증가하였다.
또한, 당뇨병 마우스에 글리세올린이 강화된 발효콩의 투여시, 당뇨병으로 인해 나타나는 간 내 저장된 글리코겐의 저하 및 중성지방의 축적에 변화가 있는지 확인하기 위하여 간을 적출하여 저장된 글리코겐 및 중성지방의 양을 비교 분석하였고, 그 결과, 간에 저장된 글리코겐은 정상 마우스보다 당뇨병 마우스에서 더 낮게 나타났고 당뇨병 마우스에게 글리세올린이 함유된 발효콩을 공급하였을 때, 비발효콩을 공급한 경우에 비해 간에 저장된 글리코겐의 양이 증가하였다. 반면 중성지방의 함량은 정상 마우스보다 당뇨병 마우스에서 높게 나타났고 당뇨병 마우스에게 글리세올린이 함유된 발효콩을 공급하였을 때, 비발효콩을 공급한 경우에 비해 중성지방의 양이 감소하여, 글리코겐과는 반대 경향을 나타내었다(도 14 참조).
따라서, 당뇨병으로 인해 낮아진 간 내 글리코겐 함량 및 높아진 중성지방의 함량을 글리세올린이 함유된 발효콩 섭취를 통해 정상적인 함량으로 변화시킬 수 있음을 확인하였다.
본 발명에 따른 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 식품 첨가물로 사용할 경우, 상기 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효 성분의 혼합양은 그의 사용 목적(예방, 건강 또는 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 그러나, 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 양은 상기 범위 이하일 수 있으며, 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 유효성분은 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있음은 확실하다.
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 포함한다.
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 폴리사카라이드, 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 감미제로서는 타우마틴, 스테비아 추출물과 같은 천연 감미제나, 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖당 일반적으로 약 0.01∼0.04 g, 바람직하게는 약 0.02∼0.03 g 이다.
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 등을 함유할 수 있다. 그밖에 본 발명의 조성물은 천연 과일쥬스, 과일쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 크게 중요하진 않지만 본 발명의 조성물 100 중량부 당 0.01∼0.1 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
이하, 본 발명을 실시예, 실험예 및 제조예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예, 실험예 및 제조예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예, 실험예 및 제조예에 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1> 곰팡이를 이용한
발효콩의
제조
<1-1> 곰팡이
전배양
2종류의 곰팡이 균{아스퍼질러스 소제(Aspergillus sojae) 및 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)(한국미생물보존센터)}은 25℃의 어두운 챔버(chamber)에서 배양하여 준비하였다.
<1-2> 콩에 곰팡이 접종
콩(경상대학교 농학과)은 70% 에탄올에서 3분 동안 표면 살균한 후, 탈이온수로 2분간 세척하고 5시간 동안 물에 침지시킨 후, 1 ml의 물로 적셔진 살균된 필터 종이가 깔린 페트리 디쉬(petri dish, 90 X 15 mm)에 절반으로 분할된 콩(대량 접종을 위한 방법 연구에서는, 믹서기를 이용해 콩을 1/2~1/8 절편으로 분할하였다)을 놓고, 상기 실시예 <1-1>에서 배양된 곰팡이 포자 부유물(~ 10 ul)을 분할된 면에 접종하였다. 대조군인 비발효콩은 절반으로 분할하되 곰팡이 접종은 하지 않았다. 접종한 페트리 디쉬는 파라필름(parafilm)으로 감싼 후, 3일 동안 25℃의 어두운 챔버(chamber)에 보관하여 발효시켰고, 이를 통해 곰팡이를 이용한 발효콩을 제조하였다.
<
실시예
2>
발효콩으로부터
글리세올린의
분리 및 동정
<2-1>
글리세올린이
강화된
발효콩
추출물의 제조
상기 <실시예 1>에서 제조된 발효콩 0.5 g을 80% 에탄올(1.5 ml)에서 균질화한 후, 50℃에서 1시간 동안 배양하였고, 이후 상온에서 식힌 후, 10분 동안 14,000 g에서 원심분리를 수행하여, 그 상등액을 취하여 발효콩 추출물을 제조하였다.
<2-2>
글리세올린의
분리 및 동정
상기 발효콩 추출물에 함유된 글리세올린을 분리 및 동정하기 위하여, HPLC 및 LC/Mass를 수행하였다. 구체적으로, HPLC는 Jasco 1580 system(일본)을 이용하였으며, 컬럼은 Gemini 5 um C18(Phenomenex, 150x2.0 mm, 미국)을 사용하였다. 이동상 용매는 아세토나이트릴(acetonitrile, HPLC급, Sigma, 미국) 및 증류수를 이용하였고, 아세토나이트릴(acetonitrile)의 비율이 90%에서 65%와 90%로 순차적으로 증가토록 조절하였으며, 접종 부피는 10 ul으로 하였고, 실온에서 전개하였으며, 유속은 분당 0.8 ml이었다. 이후, 크로마토그램은 UV/Visible 검출기(Jasco)를 이용하여 흡광도 280 nm에서 분석을 수행하였고, 그 결과, 비발효콩에서는 보이지 않고 발효콩에서만 확인되는 피크(peak)인 글리세올린을 분리하였다(도 1).
또한, 분리된 물질의 분자량 및 구조를 분석하기 위하여, LC/Mass를 수행하였으며, 구체적으로, 질량 분석기(Mass spectrometer)는 가열된 모세관 전기방사 접점(heated capillary electrospray interface)이 내장된 이온 트랩(ion trap)을 사용하였고, 양성 이온 모드(Positive ion mode)는 5000 v 스프레이 바늘 전압(sprayer needle voltage)이고, 건조 가스 온도(drying gas temperature)는 300℃로 하였다. 용출 용매 시스템(Elution solvent system)은 0.2 mL/분의 유속으로 하여 0.1% 포름산(formic acid)(A)과 물(B)을 90% A~10% B 2분, 60% A~40% B 10분, 30% A~70% 20분, 10% A~90% B 25분, 10% A~90% B 25분, 10% A~90% B 30분, 90%~10% B 33분으로 설정하여 수행하였고, 그 결과, 비발효콩에서는 발현되지 않고 발효콩에서만 확인되는 글리세올린을 확인하였으며, 그 구조를 동정하였다(도 2).
<
실험예
1>
글리세올린의
인슐린 자극에 의한 포도당 흡수 효과 확인
<1-1> 3
T3
섬유아세포를 이용한 지방세포 분화 유도
3T3-L1 섬유아세포(fibroblast; ATCC, Manassas, VA, USA)를 지방세포로 분화시키기 위하여, 3T3-L1 섬유아세포를 10% 소태아혈청을 함유한 DMEM 배지를 이용하여 10% 이산화탄소 조건의 항온항습기에서 175 mm2 플라스크에 배양하였다. 이후, 플라스크의 바닥 면적이 세포로 거의 다 차게 된지 2일이 지난 후 배지에 1 ug/ml의 인슐린, 0.25 uM 덱사메타손(dexametasone) 및 0.5 mM 이소메틸부틸잔틴(isomethylbutylxanthine)을 첨가하여 2일 동안 배양하여 지방세포(adipocyte)로 분화를 유도하여 3T3-L1 지방세포를 얻었다.
<1-2> 인슐린 자극에 의한 포도당 흡수 효과
상기 <실험예 1-1>에서 분화된 3T3-L1 지방세포에서 인슐린 농도에 따른 포도당 흡수(glucose uptake) 효과를 확인하기 위하여, 인슐린을 0, 1, 3, 5, 10, 25 및 50 ng/mL의 농도로 처리한 후, 포도당 흡수(glucose uptake) 효과를 측정하였다.
그 결과, 3T3-L1 지방세포에 인슐린을 농도별로 처리하였을 때 포도당 흡수가 비례적으로 증가하였다 (도 3).
<1-3> 인슐린 자극에서 글리세올린에 의한 포도당 흡수 효과
상기 <실험예 1-1>에서 분화된 3T3-L1 지방세포를 1주일 동안 2일에 한 번씩 배지를 교체한 후 12 웰 플레이트에 옮긴 다음, 2일 동안 배양하고, 인산 완충 용액(PBS)으로 세척한 후, 1% 소 혈청 알부민을 함유하고 포도당이 없는 DMEM 배지에 0.5uM 및 5 uM 농도로 글리세올린을 혼합하여 8시간 동안 배양한 후, 다시 37℃에서 30분간 배양하고 [14C]2-탈산포도당(deoxyglucose) 1 uCi/mL과 1 mM의 포도당을 첨가한 후, 22℃에서 30분간 배양하였다. 이 단계에서 글리세올린을 처리했을 때와 처리하지 않았을 때, 각각 인슐린을 0 ng/ml, 1 ng/ml 및 50 ng/ml로 함께 처리하여, 글리세올린 처리 후 1 ng/ml 인슐린을 처리한 것이 인슐린 단독 50 ng/ml로 처리한 것과 비교하여 포도당 흡수를 증가시키는지 여부를 확인하였다.
상기 인슐린과 글리세올린을 배양한 세포는 10 mM 포도당이 함유된 인산 완충 용액(PBS)으로 세척하고, 0.5 N 수산화나트륨으로 세포를 용해시키고, 용해된 세포를 초산으로 중화시킨 다음, 세포 용해물에 함유된 14C의 함량을 베타 카운터(counter)로 측정하여, 단위 단백질당 분당 분해율(Disintegrations per minute; dpm)을 계산하여 포도당 흡수율을 확인하였다.
그 결과, 3T3-L1 지방 세포에 인슐린 1 ng/mL와 글리세올린을 처리하였을 때 농도 의존적으로 포도당 흡수를 증가시켰고, 5 uM 글리세올린을 처리하였을 때, 포도당 흡수를 가장 증가시켰다(도 4).
따라서, 글리세올린은 인슐린 자극에 의한 지방 세포내 포도당 흡수를 증가시켜, 혈당 강화 효과가 있음을 확인하였다.
<
실험예
2>
글리세올린의
중성지방 축적 효과
글리세올린의 중성지방 축적에 대한 효과를 확인하기 위하여, 섬유아세포를 지방세포로 분화시키는 과정에 글리세올린을 첨가하여 중성지방의 양을 측정하였다. 구체적으로, 3T3-L1 섬유아세포(fibroblast)에 0.5 uM 및 5 uM 농도의 글리세올린이 첨가된 분화 배지를 이용하여 배양을 수행하여 지방세포로 분화를 유도한 후, 6일 동안 분화시킨 다음 중성 지방의 양을 측정하였다. 중성 지방의 양은 분화된 세포를 인산 완충 용액(PBS)으로 세척한 후 용해 완충용액(lysis buffer)으로 용해시켜 얻어진 세포 용해물을 이용하였고, 중성지방 측정 키트(Trinder kit, 영동제약, 대한민국)로 측정하였다. 측정된 중성지방의 양을 통해, 3T3-L1 섬유아세포의 지방세포의 분화 정도를 결정하였다.
그 결과, 글리세올린을 처리하지 않은 대조군에 비하여 글리세올린을 처리한 경우, 그 농도가 증가함에 따라 중성지방의 양이 유의하게 감소하였다(도 5).
따라서, 글리세올린은 중성지방의 축적을 저해하고, 섬유아세포의 지방세포로의 분화를 억제하는 효과가 있음을 확인하였다.
<
실험예
3>
글리세올린의
PPAR
-r
작용제
(
agonist
) 효과
당 대사에 관여하는 유전자의 발현을 증가시키는 수용체인 PPAR(Peroxisome Proliferator Activated Receptor)-r는 세포 핵 내에서 당과 지질의 대사에 관여하는 유전자의 발현을 증가시키는 수용체로, 이러한 PPAR-r에 대한 작용제는 혈당을 낮추는 효과를 나타낼 뿐 아니라, 혈중 지방산의 농도를 낮추는 것으로 알려져 있다.
본 발명에 따른 글리세올린의 포도당 흡수 증가 효과를 통한 혈당 강하 작용의 기작을 확인하기 위하여, 글리세올린의 PPAR-r 작용제 활성을 측정하였다. 구체적으로, 인간 배아 신장(HEK) 세포인 293 세포(ATCC, Manassas, VA, USA)를 배양하고, DNA 형질도입 24시간 전에 96 웰 세포 배양 플레이트에 웰당 1 X 104 세포가 되게 시딩(seeding)하였다. 이후 상기 시딩된 세포에 PPRE-루시퍼라제 컨스트럭트(construct, 반딧불 pGL3-DR-1-루시퍼레이즈 벡터; 0.12 ug DNA/웰), pSV-SPORT-PPAR-발현 벡터(0.12 ug DNA/웰) 및 pSV-SPORT-레티노이드 X 리셉터(RXR)-α 벡터(0.08 ug DNA/웰)를 리포펙타민(Lipofectamine) 플러스 시약(Invitrogen에서 구입)을 이용하여 형질도입시켰고, 형질도입의 효율을 조사하기 위해 레닐라(renilla) phRL-TK 벡터(10 ng DNA/웰)를 사용하였으며, 형질도입시키고 42시간 후에 세포를 0.1% 소 혈청 알부민이 포함된 무혈청 DMEM 배지에서 20시간 동안 배양한 후, 글리세올린, 음성대조군으로 사용된 DMSO 및 양성대조군으로 사용된 로지글리타존(Rosiglitazone)을 저농도 및 고농도로 나누어 8시간 동안 처리하였다. 이후 인산 완충 용액(PBS)으로 세척하고 1X 패시브 용해 완충 용액(passive lysis buffer, Promega에서 구입)으로 세포를 용해시킨 후, 반딧불(PPRE-루시퍼라제)와 레닐라 루시페라제(renilla luciferase) 활성을 이중-루시퍼라제 리포터 어쎄이 시스템(Dual-Luciferase Reporter Assay System, Promega에서 구입)을 이용하여 확인하였으며, 활성은 반딧불 루시퍼라제 활성 및 레닐라 루시퍼라제 활성의 비로 계산하여 상대적 루시퍼라제 활성을 비교하였다.
그 결과, PPAR-r의 대표적 작용제로 알려진 로지글리타존(rosiglitazone)은 농도가 높아질수록 상대적 루시퍼라제 활성이 증가하여 PPAR-r 작용제로의 효과를 나타내었지만, 글리세올린을 처리할 경우, 고농도 처리에도 상대적 루시퍼라제 활성이 나타나지 않았다(도 6).
따라서, 글리세올린의 포도당 흡수 증가 효과를 통한 혈당 강하 효과는 PPAR-r 작용제의 작용이 아님을 확인하였다.
<
실험예
4> 췌장 베타세포에서
글리세올린의
작용 기전 확인
<4-1> 췌장 베타세포 배양
실험에 사용한 췌장 베타세포인 Min6 세포주(하버드 대학교 보스턴 소아과 병원 Morris F. White 의사로부터 제공받음)는 15% 소태아혈청, 2 mM의 엘-글루타민, 100 IU/㎖의 페니실린 및 100 ㎍/㎖의 스트렙토마이신 항생제를 첨가한 고농도 포도당을 함유한 DMEM(Dulbecco's modifiedEagle's medium)에서 배양하였다.
<4-2> 인슐린 분비 효과
인슐린 분비 기능을 담당하는 췌장의 베타 세포에서 포도당 처리에 의한 인슐린 분비에서 글리세올린의 효과를 확인하기 위하여, 인슐린 분비 측정 실험을 수행하였다. 구체적으로, 상기 <실험예 4-1>에서 배양된 Min6 세포를 인슐린 분비 실험 2일 전에 1 x 106 세포/㎖로 12 웰 플레이트로 옮긴 후, 10% FBS, 2 mM의 엘-글루타민, 100 IU/㎖의 페니실린, 100 ㎍/㎖의 스트렙토마이신을 첨가한 고농도 포도당 DMEM 배지에서 배양하고, 다음날 0.2% BSA를 포함하는 저농도 포도당 DMEM 배지로 바꾸어 배양하였다. 세포가 배양된 플레이트의 배양액을 0.2%(w/v) BSA와 0.5 uM 및 5 uM 농도의 글리세올린을 넣은 인슐린 측정용 용액인 크렙스-링거 용액(Krebs-Ringer buffer; KRB 용액, pH 7.2)으로 바꾸어 주고 2시간 배양하였고, 이후 각각의 웰로부터 KRB 용액을 모아서 인슐린 농도를 측정할 때까지 -80℃에 보관하였다. 음성 대조군으로는 DMSO를 처리하였고, 양성 대조군으로는 지속성 당뇨병 치료제인 엑센딘(exendin-4)를 2.5 nM 농도로 처리하였다.
웰에 있는 세포는 긁어서 분쇄 완충용액(1 M HCl containing 5%(v/v) HCOOH, 1%(v/v) trifluoroacetic acid and 1%(w/v) NaCl)으로 용해시키고, 용해된 세포내의 펩타이드를 알코올 추출법으로 추출하였다.
인슐린 RIA 키트(Linco Research Inc., St. Charles)를 사용한 방사선면역측정법(radioimmunoassay)으로 KRB 용액의 인슐린 분비량과 세포 내에 남아있는 인슐린의 양을 정량하였고, 세포의 양을 보정하기 위해서 세포 분쇄물의 단백질 양을 브래드포드 단백질 정량법(Bio-Rad)으로 정량하였다.
그 결과, Min6 세포에서 고농도 포도당(20mM)을 포함한 KRB 용액에 글리세올린을 처리하였을 때, 양성대조군인 엑센딘-4에 비해서는 낮았지만, 그 농도에 비례하여 음성 대조군에 비해 인슐린 분비가 유의하게 증가하였다(도 7).
따라서, 글리세올린은 췌장의 베타세포에서 포도당에 의한 인슐린 분비를 증가시키는 효과가 있음을 확인하였다.
<4-3> 세포 증식 효과
글리세올린의 베타 세포 증식효과를 확인하기 위하여, 상기 <실시예 4-1>에서 배양된 Min6 세포를 96 웰로 옮겨 0.5 uM 및 5 uM의 농도의 글리세올린을 처리하고, 글리세올린 처리 후, 4시간과 8시간에 세포수를 WST-1 키트를 이용하여 측정하였고, 이를 통하여 세포 증식 효과를 확인하였다.
그 결과, 글리세올린을 처리 후, 4시간과 8시간 모두에서 음성 대조군인 DMSO 처리군에 비해 농도에 따라 베타 세포의 증식이 증가시켰다(도 8).
따라서, 글리세올린은 췌장 베타세포의 증식 효과가 있음을 확인하였다.
<4-5>
ER
스트레스 관련 유전자 발현 변화
생리적 혹은 병리적 환경에 의해 소포체가 처리할 수 있는 능력 이상의 미성숙 단백질이 소포체 내로 유입되거나 소포체 내 칼슘이 고갈되면 소포체 기능에 장애가 발생하는데 이러한 상태를 소포체 스트레스(ER stress)라고 한다. 췌장 베타세포는 소포체가 잘 발달되어 있는 것이 중요한 특징 중의 하나로 소포체의 원활한 기능이 베타 세포의 기능에 중요한 역할을 하고 소포체 스트레스에 의한 베타세포의 기능 이상이 당뇨병을 유발할 것으로 예상되고 있다.
글리세올린의 항당뇨 효과가 베타 세포의 ER 스트레스와 관련이 있는지 확인하기 위하여, 베타 세포에 글리세올린 처리하고, 이에 따른 ER 스트레스 관련 유전자의 발현율 변화를 확인하였다. 구체적으로, 상기 배양된 Min6 베타 세포주에 0.5 uM 및 5 uM의 글리세올린을 처리하고 얻어진 세포를 용해하여 total RNA를 추출하고 reverse transcriptase로 cDNA를 합성한 후, 각 유전자의 프라이머를 이용하여 실시간 중합효소연쇄반응법으로 ER 스트레스에 관여하는 유전자의 mRNA양을 측정하였다. 각 세포의 양이 동일하지 않은 것을 보정하기 위해서 housekeeping 유전자인 GAPDH의 mRNA 양을 측정하여 ER stress에 관여하는 유전자의 상대적 mRNA 양으로 유전자의 발현율을 비교하였다.
결과, 글리세올린을 투여한 베타 세포에서 ER 스트레스에 관여하는 유전자인 XBP-1/GAPDH, AFT4/GAPDH, CHOP/GAPDH, AFT6/GAPDH의 발현율이 음성 대조군에 비하여 농도 의존적으로 유의성있게 감소하였다(도 9).
따라서, 글리세올린은 베타 세포의 ER 스트레스를 감소시키는 효과가 있음을 확인하였다.
<
실험예
5> 대장암 세포주에서
글리세올린의
GLP
-1 분비 측정
GLP-1(glucagon like peptide-1)은 식사 후 소화관에 있는 세포에서 분비돼 췌장에서 인슐린이 분비되는 것을 촉진하는 역할을 하는 호르몬으로, 인슐린 분비 촉진 이외에도 인슐린을 만드는 췌장 베타세포의 성장과 보호를 돕고, 소화기관의 운동을 늦추고 식욕을 억제하는 기능도 함께 갖고 있을 뿐 아니라, 혈당을 조절하는 역할도 한다. 글리세올린의 GLP-1의 분비 효과를 확인하기 위하여 대장암세포주를 이용하였다.
<5-1> 세포주 배양
실험에 사용한 대장암 세포인 NCI-H716 세포주(ATCC, Manassas, VA, USA)는 10% FBS(fetal bovine serum), 2 mM의 엘-글루타민(L-glutamine), 100 IU/㎖의 페니실린(penicillin), 100 ㎍/㎖의 스트렙토마이신(streptomycin) 항생제를 첨가한 RPMI(Roswell Park Memorial Institulete) 배지에서 현탁 배양하였다. 배양된 세포를 Matrigel(Becton Dickinson, Bedford, MA, USA)을 입힌 디쉬(dish)로 옮겨서 GLP-1 분비 실험을 위한 내분비 세포로 분화시켰다. 실험 2일 전에 1 x 106 세포/㎖의 분화된 세포를 Matrigel을 입힌 12웰 플레이트(12-well culture plates)로 옮긴 후 10% FBS, 2 mM의 엘-글루타민, 100 IU/㎖의 페니실린, 100 ㎍/㎖의 스트렙토마이신 항생제가 첨가된 고농도 DMEM 배지에서 배양하였다.
<5-2>
GLP
-1 분비 효과
분화된 세포가 배양된 플레이트의 배양액을 0.2% (w/v) 소혈청 알부민(Bovine Serum Albumin, BSA)과 글리세올린을 넣은 KRB 완충용액(Krebs Ringer bicarbonate, pH 7.2)으로 바꾸어 주고 2시간 배양하였다. 각각의 웰로부터 KRB 용액을 모아서 여기에 50 ㎍/㎖의 PMSF(phenylmethylsulphonyl fluoride)와 34 ㎍/㎖의 디프로틴-A(diprotin-A)를 첨가하여 GLP-1 농도를 측정할 때까지 -80℃에 보관하였다.
웰에 있는 세포는 긁어서 분쇄 완충용액(homogenization buffer, 5% (v/v)의 포름산(HCOOH)을 포함한 1 M의 염산(HCl), 1% (v/v)의 트리플루오로 아세트산(trifluoroacetic acid) 및 1% (w/v)의 염화나트륨)으로 용해시키고, 용해된 세포내의 펩타이드를 알코올 추출법 (alcohol extraction method)으로 추출하였다.
린코 GLP-1 키트(GLP-1(7-36) Active RIA Kit, Linco Research Inc., St. Charles)를 사용한 방사선면역측정법(radioimmunoassay)으로 KRB 용액의 GLP-1 분비량과 세포에 있는 GLP-1의 양을 정량하였고, 세포의 양을 보정하기 위해서 세포 분쇄물(homogenate)의 단백질 양을 브래드포드 단백질 정량법(Bradford protein assay, Bio-Rad, Inc.)으로 정량하였다.
그 결과, NCI-H716 세포주에서 고농도 포도당(20 mM)을 포함한 KRB 용액에 글리세올린을 처리하였을 때, 음성 대조군에 비해 GLP-1 분비가 그 농도에 비례하여 현저하게 증가하였다(도 10).
따라서, 글리세올린은 대장암 세포주에서 GLP-1의 분비를 증가시키는 효과가 있음을 확인하였다.
<
실험예
6> 당뇨병 동물 모델에서
글리세올린이
강화된
발효콩의
항당뇨
효과
<6-1> 당뇨병 동물 모델 마우스의 제조 및 식이 조건
당뇨병 동물 모델을 제조하기 위하여, 8 ~ 9주령의 C57BL6J 마우스(대한바이오링크에서 구입)를 약 2주간 격리 과정을 거친 후, 체중당 20 mg의 STZ(Streptozoin, Sigma에서 구입)를 2일 동안 정맥 주사를 통하여 주입하여 제 2형 당뇨병 증상이 유발되는 당뇨병 마우스를 제조하였고, 비교 마우스군은 같은 양의 구연산염 완충용액을 주사하였다. STZ를 처리하여 당뇨병을 유발한 당뇨병 마우스는 STZ 투여 7일 후, 급속한 고혈당증(약 11 mM)을 나타낸 반면, 구연산염 완충 용액을 처리한 비교 마우스는 고혈당증을 나타내지 않아, 정상 마우스군으로 분류하여 이후 실험을 수행하였다.
고지방식은 인슐린 저항성을 증가시키고 베타 세포 기능을 소실시킴으로써, 당뇨병 증상을 악화하게 만듦으로, 모든 당뇨병 마우스는 8주의 기간 동안 일반적으로 실험 식이에 사용되는 AIN-93 제형 조성을 기본으로 하여 변형된 식이 제형에서 40 에너지 퍼센트(En%) 탄수화물, 20 En% 단백질 및 40% En% 지방으로 이루어진 고지방 식이를 유지하였다. 대조군의 경우는 주요 탄수화물, 단백질, 지방의 급원으로 전분과 설탕, 카제인, 쇼팅을 각각 사용하였고, 발효콩군과 비발효콩군은 단백질 급원으로 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 각각 20% 사용하였고 단백질에서 부족한 것은 카제인으로 채웠다. 각 군은 정해진 식이를 8주 동안 공급한 후 실험을 수행하였다.
<6-2> 경구
내당능
검사
혈당을 일정하게 유지하는 능력 즉, 혈당의 항상성 정도는 경구 내당능 검사(oral glucose tolerance test)로 측정할 수 있다. 경구 내당능 검사는 당을 섭취한 다음 섭취된 포도당이 얼마나 효율적으로 간과 근육에 정장하여 혈당을 상승시키지 않는가를 측정하는 것이다.
글리세올린의 혈청 내 포도당 대사에 대해 자세히 알아보기 위하여, 당뇨병 마우스, 정상 마우스, 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 투여한 당뇨병 마우스의 공복 혈당과 혈청 인슐린을 식이 섭취 후 8주째에 2g 포도당/kg 체중으로 경구 내당능 검사를 수행하였다.
그 결과, 당뇨병 마우스가 정상 마우스에 비해 혈당 상승이 높아 최고혈당이 높았으며 최고혈당에 이른 후에는 혈당 감소가 현저히 지연되었고, 이는 당뇨병 마우스군이 정상 마우스군에 비해 인슐린 저항성이 높다는 것을 의미한다. 당뇨병 마우스군에 발효콩을 섭취시킨 경우 당뇨병 마우스군 또는 비발효콩을 섭취시킨 경우에 비해 혈당 상승도 낮고 최고혈당 또한 낮은 경향을 나타내었으며, 혈당 강하도 빨랐다(도 11).
또한, 경구 내당능 검사 결과를 곡선 아래 면적(area under the curve)으로 계산하였을 때도 당뇨병 마우스군이 정상 마우스군에 비해 면적이 넓었으며 이것은 포도당을 경구 투여하였을 때 혈당이 더 오랫동안 높게 유지한다는 것을 나타낸다. 본 발명의 당뇨병 마우스군에 발효콩을 섭취하였을 때, 곡선 아래 면적이 당뇨병 마우스에 비해 적었고, 비발효콩을 섭취한 경우 당뇨병 마우스에 비해서는 낮았지만 혈당 강하 효과가 있었으나, 발효콩을 섭취한 경우에 비해서는 적었다. 경구 내당능 검사를 하는 동안 혈청 인슐린 농도를 측정하였을 때 초기와 후기 모두 당뇨병 마우스군이 정상 마우스군에 비해 낮았으며 당뇨병 마우스군 중에서 발효콩 섭취군이 다른 군에 비해 초기 변화를 나타내는 0 ~ 40분까지 혈청 인슐린 농도가 다른 군들에 비해 높았고, 반면 후기 변화는 군들 사이에 차이를 나타내지 않았다(도 12).
따라서, 당뇨병 마우스에 글리세올린이 강화된 발효콩을 섭취시킨 경우, 혈당 항상성 유지 효과가 있음을 확인하였다.
<6-3> 인슐린 저항성 측정
당뇨병 마우스, 정상 마우스, 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 각각 투여한 당뇨병 마우스의 공복 혈당과 혈청 인슐린을 식이 섭취 후 8주째에 측정하여 인슐린 내성도 검사를 하기 위한 항상성 모델 분석(Homeostasis model assessment of insulin resistance; HOMAIR)을 통하여 인슐린 저항성 변화를 측정하였다. 혈당은 혈청 내의 포도당을 벡맨 포도당 분석기 II(Beckman Glucose Analyzer II)로 측정하였고,혈청 내 인슐린 농도는 랫 인슐린 특이적 RIA KIT(rat insulin specific RIA Kit, Linco Research Inc. St. Charles, USA)를 이용한 방사선면역측정법(radioimmunoassay)을 이용하여 측정하였다.
그 결과, 인슐린을 복강으로 투여한 후 혈당의 변화를 관찰하였을 때 정상 마우스는 혈당이 급격하게 감소하여 30분 후에 공복 혈당의 40%까지 감소하였고 60분 후에는 50%까지 감소하여 정상 마우스가 인슐린에 대한 민감성이 높다는 것을 확인하였다. 그러나 당뇨병 마우스는 인슐린을 투여한 후 혈당의 감소가 정상 마우스에 비해 현저하게 낮아 30분 후에 10%가 감소하였고 90분 후에도 20%보다 적게 감소하였고, 비발효콩을 투여하였을 때도 유사한 결과를 나타내었다. 하지만, 당뇨병 마우스에 발효콩을 투여하였을 때는 인슐린 민감도가 향상되어 30분 후에는 25%정도 감소하였고 90분 후에는 30%이상 감소하였다(도 13).
따라서, 당뇨병 마우스에 글리세올린이 강화된 발효콩을 투여하였을 때, 당뇨병 마우스에 비해 인슐린 민감도가 현저히 증가하였다.
<6-4> 간에 저장된 글리코겐 및 중성지방 양의 측정
당뇨병 환자는 간의 글리코겐 함량이 매우 낮고, 과잉의 식품을 섭취하여도 간에서 포도당이 글리코겐으로 거의 전환되지 않고 혈액에 남아있게 되어 다시 고혈당으로 이어지게 된다. 또한, 인슐린은 지방산 합성, 중성지방의 합성과 분해에 중요한 역할을 하는데, 지방산은 대부분 간에서 합성되어 혈액으로 이동하여 지방조직에 저장되는데, 간에서 인슐린은 포도당의 전환 및 지방산 합성을 촉진시키므로, 인슐린 결핍시 지방산 분해가 감소되어 간에 비정상적으로 많은 양의 중성지방이 축적되게 되며, 이는 당뇨합병증인 지방간을 일으키는 주요 원인이다.
당뇨병 마우스에 글리세올린이 강화된 발효콩의 투여시, 당뇨병으로 인해 나타나는 간 내 저장된 글리코겐의 저하 및 중성지방의 축적에 변화가 있는지 확인하기 위하여 간을 적출하여 저장된 글리코겐 및 중성지방의 양을 비교 분석하였다. 구체적으로 당뇨병 마우스, 정상 마우스, 본 발명의 발효콩과 비발효콩을 투여한 당뇨병 마우스의 경구내당능검사 후 2일 동안 다시 해당하는 식이를 섭취시킨 후, 16시간 동안 금식하고 케타민(100 mg/kg 체중)과 자일렌(10 mg/kg 체중)으로 마취하였다. 마취 후 100 nM 인슐린을 하대정맥(inferior vena cava)으로 주입하고 15분 후에 백서를 죽이고 간을 적출하여 간에 저장된 글리코겐과 중성지방의 양을 측정하였다.
간에 저장된 글리코겐의 양을 측정하기 위해서 간을 RIPA 완충용액으로 용해시킨 후, 3,000 rpm으로 10분간 원심분리하고, 원심분리 후 얻어진 상층액에 1.5 N 과염소산(perchloric acid)을 처리하여 단백질을 제거하였다. 이후, 단백질이 제거된 상층액에 α-아밀로글루코시다제(α-amyloglucosidase)를 넣기 전과 후에 상층액의 포도당 농도를 측정하였다. 간에 저장된 글리코겐의 양은 상층액에 α-아밀로글루코시다제를 넣은 후의 포도당 농도에서 넣기 전의 농도를 감하여 계산하였다.
또한, 간에 저장된 중성지방의 함량을 측정하기 위하여, 간에 클로로포름-메탄올(2:1, v/v)을 처리하여 간에 함유된 지방을 추출한 후, Folch 방법으로 중성지방을 분리하였고, 추출한 지방 용액에 함유된 중성지방을 클로로포름으로 다시 추출하고, 이를 트린더 키트(Trinder kit, 영동제약)를 사용하여 측정하였다.
그 결과, 간에 저장된 글리코겐은 정상 마우스보다 당뇨병 마우스에서 더 낮게 나타났고 당뇨병 마우스에게 글리세올린이 함유된 발효콩을 공급하였을 때, 비발효콩을 공급한 경우에 비해 간에 저장된 글리코겐의 양이 증가하였다. 반면 중성지방의 함량은 정상 마우스보다 당뇨병 마우스에서 높게 나타났고 당뇨병 마우스에게 글리세올린이 함유된 발효콩을 공급하였을 때, 비발효콩을 공급한 경우에 비해 중성지방의 양이 감소하여, 글리코겐과는 반대 경향을 나타내었다(도 14).
따라서, 당뇨병으로 인해 낮아진 간 내 글리코겐 함량 및 높아진 중성지방의 함량을 글리세올린이 함유된 발효콩 섭취를 통해 정상적인 함량으로 변화시킬 수 있음을 확인하였다.
하기에 본 발명의 조성물을 위한 제조예를 예시한다.
<
제조예
1> 약학적 제제의 제조
<1-1> 산제의 제조
본 발명의 글리세올린 2g
유당 1g
상기의 성분을 혼합하고 기밀포에 충진하여 산제를 제조하였다.
<1-2> 정제의 제조
본 발명의 글리세올린 100㎎
옥수수전분 100㎎
유 당 100㎎
스테아린산 마그네슘 2㎎
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조하였다.
<1-3> 캡슐제의 제조
본 발명의 글리세올린 100㎎
옥수수전분 100㎎
유 당 100㎎
스테아린산 마그네슘 2㎎
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 캡슐제의 제조방법에 따라서 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조하였다.
<1-4> 주사액제의 제조
본 발명의 글리세올린 10 ㎍/㎖
묽은 염산 BP pH 3.5로 될 때까지
주사용 염화나트륨 BP 최대 1 ㎖
적당한 용적의 주사용 염화나트륨 BP 중에 본 발명에 따른 글리세올린을 용해시키고, 생성된 용액의 pH를 묽은 염산 BP를 사용하여 pH 3.5로 조절하고, 주사용 염화나트륨 BP를 사용하여 용적을 조절하고 충분히 혼합하였다. 용액을 투명 유리로 된 5 ㎖ 타입 I 앰플 중에 충전시키고, 유리를 용해시킴으로써 공기의 상부 격자하에 봉입시키고, 120℃에서 15 분 이상 오토클래이브시켜 살균하여 주사액제를 제조하였다.
<
제조예
2> 식품의 제조
본 발명에 따른 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 포함하는 식품들을 다음과 같이 제조하였다.
<2-1> 밀가루 식품의 제조
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩 0.5 ~ 5.0 중량%를 밀가루에 첨가하고, 이 혼합물을 이용하여 빵, 케이크, 쿠키, 크래커 및 면류를 제조하여 건강 증진용 식품을 제조하였다.
<2-2> 스프 및 육즙( gravies )의 제조
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩을 각각 0.1 ~ 1.0 중량부를 스프 및 육즙에 첨가하여 통상의 방법으로 건강 증진용 육가공 제품, 면류의 수프 및 육즙을 제조하였다.
<2-3> 그라운드 비프(ground beef)의 제조
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩을 각각 10 중량부를 그라운드 비프에 첨가하여 통상의 방법으로 건강 증진용 그라운드 비프를 제조하였다.
<2-4> 유제품( dairy products )의 제조
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩 5 ~ 10 중량%를 우유에 첨가하고, 상기 우유를 이용하여 버터 및 아이스크림과 같은 다양한 유제품을 제조하였다.
<2-5> 선식의 제조
현미, 보리, 찹쌀, 율무를 공지의 방법으로 알파화시켜 건조시킨 것을 배전한 후 분쇄기로 입도 60 메쉬의 분말로 제조하였다.
검정콩, 검정깨, 들깨도 공지의 방법으로 쪄서 건조시킨 것을 배전한 후 분쇄기로 입도 60 메쉬의 분말로 제조하였다.
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩을 진공 농축기에서 감압농축하고, 분무, 열풍건조기로 건조하여 얻은 건조물을 분쇄기로 입도 60 메쉬로 분쇄하여 건조분말을 얻었다.
상기에서 제조한 곡물류, 종실류 및 본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩의 건조분말을 다음의 비율로 배합하여 제조하였다:
곡물류(현미 30중량%, 율무 15중량%, 보리 20중량%);
종실류(들깨 7중량%, 검정콩 8중량%, 검정깨 7중량%);
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩의 건조분말(3 중량%);
영지(0.5중량%); 및
지황(0.5중량%).
<
제조예
3> 음료의 제조
<3-1> 탄산음료의 제조
설탕 5~10%, 구연산 0.05~0.3%, 카라멜 0.005~0.02%, 비타민 C 0.1~1%의 첨가물을 혼합하고, 여기에 79~94%의 정제수를 섞어서 시럽을 만들고, 상기 시럽을 85~98℃에서 20~180초간 살균하여 냉각수와 1:4의 비율로 혼합한 다음 탄산가스를 0.5~0.82%를 주입하여 본 발명에 따른 글리세올린을 포함하는 탄산음료를 제조하였다.
<3-2> 건강음료의 제조
액상과당(0.5%), 올리고당(2%), 설탕(2%), 식염(0.5%), 물(75%)과 같은 부재료와 본 발명에 따른 글리세올린을 균질하게 배합하여 순간 살균을 한 후 이를 유리병, 패트병 등 소포장 용기에 포장하여 건강음료를 제조하였다.
<3-3> 야채쥬스의 제조
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩 5g을 토마토 또는 당근 쥬스 1,000㎖에 가하여 건강 증진용 야채쥬스를 제조하였다.
<3-4> 과일쥬스의 제조
본 발명에 따른 글리세올린이 강화된 발효콩 1g을 사과 또는 포도 쥬스 1,000㎖에 가하여 건강 증진용 과일쥬스를 제조하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 글리세올린은 세포 내 포도당 흡수 증가를 통한 혈당 강하 효과 및 중성지방 축적 저해를 통한 지방 세포 분화 억제 효과를 나타내고, 인슐린 분비 증가 효과, 베타세포의 증식 증가 효과 및 GLP-1 분비 효과를 나타내었고, 또한, 글리세올린이 강화된 발효콩은 생체 내에서 혈당 항상성에 대한 유지 효과가 있고, 인슐린 민감도는 증가시키며, 간 내 글리코겐의 함량을 높이고, 중성지방의 함량은 낮추는 효과를 나타내므로, 본 발명의 글리세올린 또는 글리세올린이 강화된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 본 발명의 조성물은 당뇨병 예방 및 치료용 조성물로 유용하게 이용될 수 있다.
Claims (13)
- 글리세올린(glyceollin)을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 글리세올린은 하기의 [화학식 1], [화학식 2] 또는 [화학식 3]의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물:
[화학식 1]
;
[화학식 2]
; 및
[화힉식 3]
.
- 제 1항에 있어서, 상기 글리세올린은 콩에서 추출하여 분리하는 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물.
- 제 3항에 있어서, 상기 추출은 물, C1 내지 C4의 저급 알코올 또는 이의 혼합물인 용매로 추출되는 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물.
- 제 4항에 있어서, 상기 저급 알코올은 에탄올인 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 당뇨병은 제 2형 당뇨병인 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물.
- 글리세올린을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품.
- 제 7항에 있어서, 상기 당뇨병은 제 2형 당뇨병인 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 치료용 조성물.
- 1) 콩에 전배양된 곰팡이 균주를 접종시키는 단계; 및
2) 접종된 콩을 발효시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조된 글리세올린 함량이 증가된 발효콩을 유효성분으로 함유하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품.
- 제 9항에 있어서, 상기 곰팡이 균주는 아스퍼질러스 소제(Aspergillus sojae) 및 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae) 균주인 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품.
- 제 9항에 있어서, 상기 균주의 접종은 곰팡이 포자 부유물을 콩 분할면에 접종하는 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품.
- 제 9항에 있어서, 상기 발효는 균주가 접종된 콩을 20 내지 30℃의 어두운 챔버(chamber)에서 1 내지 5일 동안 보관하는 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품.
- 제 9항에 있어서, 상기 당뇨병은 제 2형 당뇨병인 것을 특징으로 하는 당뇨병 예방 및 개선용 건강식품.
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| KR20170106103A (ko) * | 2016-03-11 | 2017-09-20 | 주식회사 케이오씨바이오텍 | 돌콩 발효물을 유효성분으로 하는 당뇨병 및 당뇨합병증의 예방 및 치료를 위한 조성물 |
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| KR20170106103A (ko) * | 2016-03-11 | 2017-09-20 | 주식회사 케이오씨바이오텍 | 돌콩 발효물을 유효성분으로 하는 당뇨병 및 당뇨합병증의 예방 및 치료를 위한 조성물 |
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