KR20110138416A - 새로운 용도 - Google Patents

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KR20110138416A
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게오르지오스 쵸르치스
젤레나 뷸레빅
프란체스코 아타나시오
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클라사도 인크, 씨/오 아로세메나 노리에가 앤 콘트레라스
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Abstract

본 발명은 염증 장애, 특히 장의 염증 장애를 예방 또는 치료함에 있어서의 갈락토올리고당의 용도에 관한 것이다.

Description

새로운 용도{NOVEL USE}
본 발명은 염증의 예방 또는 치료, 특히 장 염증의 예방 또는 치료에 있어서의 올리고당, 특히 갈락토올리고당의 용도에 관한 것이다. 갈락토올리고당은, 포유류의 위장 소화 효소에 대해서는 내성을 나타내지만 특이적인 장 세균에 의해 발효되는, 비소화성 탄수화물이다.
인간 장 균총(gut flora)은 병원성 미생물 속, 우호적인 미생물 속 및 유용한 미생물 속으로 구성되어 있다. 병원성 미생물 속이 우세하면 급성(예, 위장염) 및 만성(예, 염증 장 질환 및 일부 장 암들)일 수 있는 장 장애들이 유발될 수 있다.
프리바이오틱스(prebiotics)는 대장에서 한가지 또는 제한된 수의 세균의 증식 및/또는 활성을 선택적으로 자극하여 숙주의 건강을 개선시킴으로써 숙주에게 유익하게 작용하는, 비소화성 식품 성분으로서 정의되고 있는 것으로서, 염증성 장 질환(IBD)과 같이 다수의 염증 증상들에 대해 간접적인 방어 작용을 하는 것으로 입증되었다. 후천성 면역 시스템이 공생하는 장 균총에 대해 매우 민감하게 반응하는 현상이, 일부 IBD 환자들에서 나타나고 있다(Guarner F, Malagelada JR, Best Pract. Res. Clin. Gatroenterol., (2003); 17; 793-804). 그래서, 질환의 재발 방지에 도움이 되는 유용한 장 미생물 균총을 강화하는데, 프리바이오틱스가 이용되고 있다(see Sartor RD., Gastroenterology, (2004), 126, 1620-1633).
프리바이오틱스로서 분류되는 화합물의 일군이 갈락토올리고당이다. 이는, Glc β1-4 [Gal β 1-6]n (n = 2 - 5) 형태의 갈락토스-함유 올리고당으로서, 효소 β-갈락토시다제의 트랜스갈락토실라제 활성을 이용하여 락토스 시럽으로부터 제조된다 (Crittenden, (1999) Probiotics : A Critical Review, Tannock, G. (ed) Horizon Scientific Press, Wymondham, pp 141-156).
EP 1 644 482에서 락토스를 새로운 갈락토올리고당 혼합물로 변환시키는 갈락토시다제 효소 활성을 보이는 새로운 비피도박테리움 비디품(Bifidobacterium bidifum) 균주를 개시하였다. 이러한 갈락토올리고당 혼합물은, 2당류 Gal (β 1-3) Glc; Gal (β 1-3)-Gal; Gal (β 1-6)-Gal; Gal (β 1-6)-Gal; 3당류 Gal (β 1-6)-Gal (β 1-4)-Glc; 또는 Gal (β 1-3)-Gal (β 1-4)-Glc; 4당류 Gal (β 1-6)-Gal (β 1-6)-Gal (β 1-4)-Glc 또는 5당류 Gal (β 1-6)-Gal (β 1-6)-Gal (β 1-6)-Gal (β 1-4)-Glc로 구성되며, 프리바이오틱 특성을 가지며, 유용 세균인 비피도박테리아와 락토바실러스 집단을 증대시키는 것으로 알려져 있다. 이 갈락토올리고당 혼합물은 Bimuno (등록 상표)이라는 명칭으로 시판되고 있으며, Clasado Ltd (Milton Keynes, UK)에서 구입가능하다.
Vulevic, J 등은 Am. J Clin. Nutr., (2008), 88 : 1438-46에서, 변 미생물 균총 조성과 면역 반응 양자에 긍정적인 효과를 유발하는, 건강한 노년층에게 갈락토올리고당을 투여하는 방법을 언급하였다.
DP(중합도) 3 이상인 갈락토올리고당이 포유류의 장 점막의 염증 반응을 직접적으로 조절할 수 있다는 것을 발견하게 되었다. 특히, 이것은 염증 물질의 존재 시, 전-염증성 케모카인 반응을 약화시킨다. 즉, 이러한 갈락토올리고당은, 염증성 장 질환, 대장염, 장 괴사 대장염, 가막성 대장염, 궤양성 대장염, 크론씨 질환, 게실염, 허혈증 등과 같은 이러한 장의 염증 증상들을 치료하는데 유용할 수 있다.
본 발명에서는, 염증의 예방 또는 치료, 바람직하게는 장의 염증성 장애의 예방 또는 치료에 사용하기 위한, DP 3 이상의 갈락토올리고당을 제공한다. 바람직하게는, 갈락토올리고당의 DP는 3 내지 5이다.
상기 갈락토올리고당은, 3당류 Gal-Gal-Glc, 4당류 Gal-Gal-Gal-Glc 또는 5당류 Gal-Gal-Gla-Gal-Glc의 식을 가지며, 이때 Gal은 갈락토스 잔기이고, Glc는 글루코스 잔기이다. 갈락토올리고당의 구조는 Gal (β 1-6)- Gal (β 1-4)- Glc, Gal (β 1-3)- Gal (β 1-4)-Glc, Gal (β 1-6)- Gal (β 1-6)- Gal (β 1-4)-Glc, 및 Gal (β 1-6)- Gal (β 1-6)- Gal (β 1-6)- Gal (β 1-4)-Glc이다. 갈락토올리고당은 바람직하게는 전술한 갈락토올리고당들로 구성된 군으로부터 선택된다.
엔테로사이트(enterocyte)는 숙주로부터 내강 환경을 분리시키는 하나의 분극화된 상피층을 형성하고 있다. 이는 숙주 방어에 유효한 기여인자이다. 이의 임의의 염증 자극에 대한 선천적인 면역 반응은 주로 상피의 경계 기능을 신속하게 재생시키는 역할을 한다. 상피는 필요에 따라 손상된 점막에 호중구와 같은 선천적인 면역 세포를 동원하는 과정을 개시하는 전-염증성 사이토카인과 케모카인의 발현을 유도할 수 있다. 예를 들어, IL-8과 같이, 전-염증성 케모카인은, 상피 세포와 대식 세포에 의한 면역 반응이 이루어지는 동안 자극을 받아, 염증이 발생된 점막에 호중구와 PMN(다형핵 백혈구)을 동원시킬 수 있다. 대식 세포의 염증성 단백질-3α (MIP-3α) 또는 CCL20은, 케모카인 수용체 CCR6의 활성화를 통해 림프구 및 수지상 세포를 활성화시킴으로써 후천적 면역 시스템을 이끌어내는 또다른 케모카인이다. IL-8과 MIP-3α (CCL20)의 유도는 염증 공격(inflammation challenge)에 대한 반응 정도를 표시한다.
여러가지 성체의 대장 세포 배양 모델을 대상으로 염증 반응에 대한 갈락토올리고당의 효과를 조사하였다. 그 결과, 이것이, 생리학적 농도에서, 장 상피 세포, 즉 인간 엔테로사이트에서, TNF-α의 염증 자극에 의해 유발되는 전-염증 케모카인 반응을 약화시킨다는 것을, 예기치 않게도 확인하게 되었다.
갈락토올리고당은, 예컨대 실온에서 유지되는 바이오겔 P2 컬럼을 이용하여 예컨대 크기 배제 크로마토그래피를 이용하여 정제함으로써, Bimuno로 알려진 시판되는 갈락토올리고당 혼합물로부터, 수득할 수 있다. 샘플은 분말을 수중 10% w/v로 용해시키고, 이를 2 ml/분의 속도로 탈이온수로 용출시켜, 수득할 수 있다.
다른 예로, Bimuno 혼합물의 활성 분획은 적절한 효소를 이용한 효소의 트랜스갈락토실화에 의해서도 준비할 수 있다.
갈락토올리고당은 분말, 시럽 또는 연질 정제(soft pastille)로서 제공될 수 있다. 활성 갈락토올리고당은 유효량으로, 1 내지 10 g, 바람직하게는 2 내지 5 g, 가장 바람직하게는 2.75 g으로, 매일, 염증 장애, 예컨대 장의 염증 장애를 앓고 있는 환자에게 투여할 수 있다. 이는, 단회 용량(single dose) 또는 몇 시간 간격의 2회의 분리된 용량(two separate dose)으로 복용할 수 있다. 갈락토올리고당 분말은 뜨거운 음료에 첨가하거나, 또는 식품에 뿌릴 수 있다. 시럽은 그 자체로 섭취하거나, 또는 다른 예로 음료에 혼합하거나 식품에 뿌릴 수 있다. 연질 정제는 입안에서 씹는다.
염증을 예방하기 위해, 갈락토올리고당은 1일 유효량 1 내지 10 g, 바람직하게는 2 내지 5 g, 가장 바람직하게는 2.75 g으로 개체에게 투여할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 유효량의 갈락토올리고당을 투여하는 단계를 포함하는 장 염증과 같은 염증을 치료 또는 예방하는 방법을 제공한다.
본 발명은 아래 실시예와 도면을 참조하여 추가적으로 설명된다.
도 1은 T84 세포에서의 TNF-α 유도된 IL-8 분비에 대한 B-GOS의 효과를 나타낸 것이다.
도 2(A) 및 (B)는 NCM-460 세포에서의 TNF-α 유도된 IL-8 및 MIP-3α 분비에 대한 B-GOS의 효과를 나타낸 것이다.
도 3(A) 및 (B)는 TNF-α 처리된 NCM-460 세포에서의 IL-8 및 MIP-3α mRNA의 발현에 대한 B-GOS의 효과를 나타낸 것이다.
도 4(A), (B) 및 (C)는 TNF-α 처리된 NCM-460 세포에서의 NF-κB p65 단백질의 핵내 전위에 대한 B-GOS의 효과를 나타낸 것이다.
도 5 및 6은 NCM-460 세포에서의 TNF-α 유도된 IL-8 분비에 대한 B-GOS의 효과를 나타낸 것이다.
도 7(A) 및 (B)는 DSS 처리된 마우스에서의 IL-6 및 MIP-2 분비에 대한 B-GOS의 효과를 나타낸 것이다.
도 8(A) 및 (B)는 각각의 IL-8 및 MIP-3α의 생산에 대한 갈락토올리고당의 여러가지 분획들의 효과를 나타낸 것이다.
도 9(A) 및 (B)는 NCM460 세포에 Bimuno와 이의 DP3 및 DP>3 분획를 처리하였을 때의, 각각 TNF-α 유도된 IL 8 및 MIP-3 α의 생산에 대한 효과를 나타낸 것이다.
실시예 1
사이토카인 분비에 있어서의 갈락토올리고당의 효과
장 상피 세포를 24웰 플레이트에서 초기 농도 5x105 세포/mL로 시작하여 컨플루언스로 배양하였다. 세포가 70% 컨플루언스가 되면, 다음과 같이 4세트로 처리하였다: (i) 음성 대조군, (ii) TNF-α (10 ng/mL) 양성 대조군, (iii) B-GOS (5 g/L) 및 (iv) TNF-α (10 ng/mL) + B-GOS (5 g/L). 모유에서 확인된 올리고당의 생리 농도가 5 g/L인 것으로 확인되어, 농도 5 g/L을 사용하였다. 16시간 후, 상층액을 모아, 나중에 IL-8 및 MIP-3α의 분비를 ELISA로 측정하기 위해 -20℃에 보관하였다. 다음 실험에서는 TNF-α를 IL1β 또는 플라젤린(flagellin)으로 치환하였다.
IL-8의 정량 . IL-8 농도는 종래와 같이 ELISA로 측정하였다 (Claud EC, Savidge T, Walker WA 2003 Modulation of human intestinal epithelial cell IL-8 secretion by human milk factors. Pediatr Res 53:419-425). 간략하게는, 96웰 하이 본드 플레이트(Nunc Immulon, Fisher Scientific, Middletown, VA, USA)의 각 웰을, 3 ㎍/mL의 마우스 항-인간 IL-8 단일클론 항체 100 ㎕로 밤새 코팅한 다음, PBS 중의 1% BSA 200 ㎕로 3번 헹군 후, 37℃에서 한시간 동안 샘플 100 ㎕와 함께 인큐베이션하였다. 그런 후, 웰을 3번 헹구고, 0.1 ㎍/mL의 바이오틴-표지된 마우스 항-인간 IL-8 항체 100 ㎕와 함께 1시간 인큐베이션하였다. 다시 헹군 후, 각 웰에 호르세라디쉬 퍼옥시다제 100 ㎕를 넣어 인큐베이션한 다음 헹구고, 100 ㎕의 O-페닐렌디아민 디하이드로클로라이드 및 과산화수소를 넣어 인큐베이션하였다. 100 ㎕의 2N H2SO4로 반응을 중지시키고, 490 nm에서 흡광도를 판독하였다. 샘플내 IL-8의 농도를 IL-8 표준 곡선으로부터 계산하였다.
MIP-3α의 정량 . MIP-3α의 분비량은 IL-8과 마찬가지로 ELISA로 측정하였고, 단 플레이트는 2.0 ㎍/mL 마우스 항-인간 MIP-3α 단일클론 항체 100 ㎕로 밤새 코팅하였다. 검출 항체인 바이오틴-표지된 마우스 항-인간 MIP-3α 항체를 농도 50 ng/mL 부피 100 ㎕로 검출 항체로서 사용하였다. 샘플내 MIP-3α의 농도는 MIP-3α 표준 곡선으로부터 계산하였다.
세포 생존 분석. B-GOS 세포독성은 트립판 블루 배제 검사로 조사하였다. NCM-460 세포를 초기 농도 2x105 세포/mL에서 커버슬립 상에서 배양하였다. 세포를 3세트로 처리하였다: B-GOS (5 g/L) 또는 대조군 배지. 16시간 후, NCM-460 세포를 트립판 블루 배제 분석을 통해 세포 생존성을 분석하였다(Raimondi F, Crivaro V, Capasso L, Maiuri L, Santoro P, Tucci M, Barone MV, Pappacoda S, Paludetto R 2006 Unconjugated bilirubin modulates the intestinal epithelial barrier function in a human-derived in vitro model. Pediatr Res 60:30-33). 이 농도에서는 세포 생존성에 대한 B-GOS 효과는 유의하지 않았다.
사이토카인 전사의 유도에 대한 B-GOS의 효과. NCM-460 세포를 6웰 플레이트에서 초기 농도 5x105 세포/mL로부터 컨플루언스로 배양하였다. 세포가 70% 컨플루언스가 되면, 다음과 같이 4세트로 처리하였다: (i) 음성 대조군, (ii) TNF-α, IL1β 또는 플라젤린 (10 ng/mL) 양성 대조군, 및 (iii) TNF-α, IL1β 또는 플라젤린 (10 ng/mL) + B-GOS (5 g/L). 18시간 후, 트리졸-클로로포름 추출에 의해 세포의 총 RNA를 분리하였다. SuperScript III Platinum SYBR Green One-Step qRT-PCR 키트를 사용하여, IL-8, MIP-3α 및 MCP-1의 mRNA 발현을 MJ Opticon 2에서 측정하고, GAPDH의 mRNA 발현에 대해 표준화하였다.
NF-κB 전위에 대한 B-GOS의 효과 . NCM-460 세포를 커버슬릭 상에서 70% 컨플루언시로 배양하고, 10분 또는 30분간 다음과 같이 2세트로 처리하였다: (i) 음성 대조군, (ii) TNF-α (10 ng/mL) 양성 대조군, 및 (iii) TNF-α (10 ng/mL) + B-GOS (5 g/L). 배지를 제거하고, 세포를 4% 파라포름알데하이드에서 고정하였다. 메탄올로 투과화하고, TBS 중의 0.25% BSA 첨가된 10% 염소 혈청으로 블록킹한 다음, 토끼 항-인간 NF-κB p65 다클론 항체로 세포를 탐침하였다. 세포를 헹군 후, CyTM 3-접합된 염소 항-토기 항체와 인큐베이션하였다. 그런 후, 커버 슬립을 헹구고, 이를 유리 슬라이드 상에 두어, 현미경(Nikon Eclipse TE2000-S)으로 육안 관찰하였다
재료
TNF-α 사이토카인, IL1β, 플라젤린, 스트렙타비딘-HRP 및 인간 CCL20-MIP-3α ELISA 현상 키트(Quantikine)를 R&D Systems (Minneapolis, MN, USA) 사로부터 입수하였다. 항-인간 IL-8 및 마우스 항-인간 IL-8 항체는 Pierce Endogen (Woburn, MA, USA) 사로부터 입수하였다. O-페닐렌디아민 정제는 Pierce (Rockford, IL, USA) 사로부터 입수하였다. 트리졸, SuperScript III Platinum SYBR Green One-Step qRT-PCR 키트 및 그외 qRT-PCR에 필요한 시약들은 Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) 사에서 입수하였다. DMEM/F12 배지, CMRL 배지, 페니실린, 스트렙토마이신 및 Hepes 완충액은 Gibco-Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) 사로부터 입수하였다. 소 태아 혈청은 Atlanta Biologicals (Lawrenceville, GA, USA) 사로부터 입수하였다. M3D는 Incell Corp. (San Antonio, TX, USA) 사로부터 입수하였다. 토끼 항-인간 NF-κB (p65) 다클론 항체는 Calbiochem (Gibbstown, NJ, USA) 사로부터 입수하였다. CyTM 3-접합된 F(ab')2 단편 염소 항-토끼 IgG는 Jackson ImmunoResearch (West Grove, PA, USA) 사로부터 입수하였다. 그외 무든 면역형광 시약은 Vector Lab (Burlingame, CA, USA) 사로부터 입수하였다. 그외 모든 시약들은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 사의 분석 또는 분자 생물학적 등급의 것을 사용하였다.
B-갈락토-올리고당 B-GOS. Bimun는 영국 밀톤 케인스에 위치한 Clasado Ltd.로부터 제공받았다.
장 상피 세포주 . 2종의 성체 인간 장 상피 배양 모델을 본 실험에 사용하였다: T84와 NCM-460 세포는 각각 형질전환된 및 비형질전환된 대장 상피 세포들이다. 세포는 팔콘 세포 배양 디쉬에서 37℃에서 95% O2 및 5% CO2의 대기 조건 하에 수증기로 포화시키면서 배양하였다. T84 배양 배지는 FBS (5%), Hepes 완충액, 글루타민, 비필수 아미노산, 페니실린 및 스트렙토마이신이 보충된 DMEM/F12 배지(12)이다. NCM-460 배양 배지는 기존에 공지된 바와 같이 FBS (10%), 페니실린 및 스트렙토마이신이 보충된 M3D 배지이다.
통계 분석. 사이토카인의 유도는 양성 대조군에 대해 표준화하였고, 표준 오차(SE)를 나타내는 에러바를 표기한다. 군 간의 비교는 two-tailed Student's t 테스트로 수행하였다. qRT-PCR로 수득한 유전자 발현 데이타는 평균 + SE로 나타내었다. 군 간의 비교는 로그 변환한 다음 Student's two-tailed t 테스트를 이용하여 수행하였다. p 값 <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주하였고, 별표 (*)로 표시하였으며, p 값 <0.01은 별 2개 (**)로, p 값 <0.001은 별 3개 (***)로 표시하였다.
결과
T84 세포에서 사이토카인 분비에 대한 갈락토올리고당 B-GOS의 효과(도 1).
T84 세포에서의 TNF-α-유도성 IL-8 분비를 100%로 표준화하여, 4가지 개별 실험들을 서로 비교할 수 있게 하였다. 무처리 T84 세포의 경우, 기저 IL-8 분비율은 20.5%이었다. TNF-α 자극시, IL-8의 분비는 4.9배까지 현저하게 증가되었다 (p < 0.001).
B-GOS의 효과를 측정하기 위해, T84 세포를, 갈락토-올리고당 B-GOS (5 g/L)의 존재 하에 TNF-α를 이용하거나 이용하지 않고 자극하였다. B-GOS-처리한 T84 세포의 경우, IL-8가 16.4%로 분비되었다. 이는 무처리한 T84 세포의 기저 수준과 현저하게 다르지 않았다. TNF-α로 자극한 경우, B-GOS는 IL-8의 분비를 38.5% (p < 0.001)까지 현저히 약화시켰다.
NCM-460 세포에서의 사이토카인 분비에 대한 갈락토올리고당 B-GOS의 효과(도2, 도 5 및 5당류).
NCM-460 세포에서의 TNF-α-유도된 IL-8 및 MIP-3α의 분비를 100%로 표준화하여, 4종의 개별 실험들을 서로 비교할 수 있게 하였다. 무처리 NCM-460 세포의 경우, IL-8 및 MIP-3α의 기저 분비율은 각각 1.7% 및 4.0%이었다. TNF-α로 자극시, IL-8과 MIP-3α의 분비는 각각 58.8배(p < 0.001)(도 2A) 및 25.0배(p < 0.001)(도 2B)로 유의하게 증가되었다.
B-GOS의 효과를 측정하기 위해, NCM-460 세포를, 갈락토-올리고당 B-GOS (5 g/L)의 존재 하에 TNF-α를 이용하거나 이용하지 않고 자극하였다. B-GOS-처리한 NCM-460 세포의 경우, IL-8 및 MIP-3α는 각각 1.1% 및 3.9%로 분비되었고, 이는 무처리한 NCM-460 세포의 기저 수준과 현저하게 다르지 않았다. TNF-α로 자극한 경우, B-GOS는 IL-8과 MIP-3α의 분비를 각각 43.5% (p < 0.001) (도 2A) 및 52.1% (p < 0.05) (도 2B)로 현저하게 약화시켰다. 동일한 방식으로, NCM-460 세포를 TNF-α로 자극하기 전에 B-GOS로 미리 헹군 경우, IL-8의 분비는 B-GOS의 부재시에도 32% (p<0.001)로 현저하게 감소되었다(도 6). 이 결과는, B-GOS 혼합물의 구성 성분이 toll-유사 수용체 (TLR) 등의 상피 수용체와 상호작용하여 세포의 염증 자극을 예방함을 시사한다.
마찬가지로, 플라젤린으로 자극시, B-GOS는 IL-8의 분비를 21.5% (p<0.05)로 크게 약화시켰다(도 5). IL1β로 자극하였을 때는 효과를 관찰할 수 없었다.
B-GOS가 세포독성인지를 측정하기 위해, NCM-460를 B-GOS를 첨가하거나 무첨가한 상태로 16시간 인큐베이션하였다. 상기 방법에 기술된 바와 같이 트립판 블루 배제 분석으로 측정시 B-GOS는 세포 생존에 아무런 영향을 미치지 않았다.
사이토카인 발현에 대한 갈락토-올리고당 B-GOS의 효과(도 3).
TNF-α 처리된 NCM-460 세포의 총 RNA를 분리하고, qRT-PCR에 의해 IL-8, MIP-3α 및 MCP-1 mRNA의 발현에 대해 분석하였다. TNF-α로 자극시, IL-8 및 MIP-3α mRNA 발현은 각각 12.2 배 (p < 0.001) (도 3A) 및 99.4 배 (p < 0.001) (도 3B)로 현저하게 증가되었다. MCP-1 mRNA의 발현은 어떠한 처리에서도 변화가 관찰되지 않았다(p = 0.19) (데이타 미기재).
B-GOS의 효과를 측정하기 위해, NCM-460 세포를 B-GOS (5 g/L)의 존재 하에 TNF-α로 자극하였다. 갈락토-올리고당 B-GOS는 TNF-α-유도된 IL-8 및 MIP-3α의 mRNA 발현을 각각 5.7 배 (p < 0.05) (도 3A) 및 58.9 배 (p < 0.05) (도 3B)로 현저하게 약화시켰다. MCP-1의 mRNA 발현은 B-GOS에 의해 감소되었지만 유의한 수준은 아니었다(p = 0.06) (데이타 미기재).
NF-κB 전위에 대한 갈락토-올리고당 B-GOS의 효과(도 4).
성체 대장 NCM-460 세포에 TNF-α (10 ng/mL)를 처리하고, NF-κB p65 단백질의 핵내 전위에 대해 분석하였다. 비히클 처리한 대조군 세포(도 4A)의 경우, NF-κB p65에 대한 염색은 주로 세포질에서 이루어졌고, 핵에는 p65 단백질이 없었다. NF-κB p65는 TNF-α로 30분간 자극 후 핵내로 명확하게 전위되었다(도 4B).
그러나, B-GOS의 존재 시, TNF-α-유도된 NF-κB의 전위는 30분에 일부 저해되었다 (도 4C).
실시예 2
덱스트란 설페이트 유도된 대장염 마우스 모델에서의 B-GOS의 생체내 효능 실험
재료 및 방법
통상적인 사육 마우스(CR) 및 박테리아-고갈된(BD) 마우스인 C57BL/6 성체 마우스 (Jackson Laboratories, Bar Harbour, ME, USA) 2가지 군(각각 n=24)을 사용하여 대장염을 유발시켰다. 모든 동물들은 주야 주기 12시간으로 설정하였고, 마우스 사료와 물에 자유롭게 접근할 수 있도록 하였다.
6주령에, 통상적으로 군락화한 마우스를, 물을 주지 않으면서 통상적인 조건에서 사육(CR 군)하였고, BD 군의 마우스에는 2주간 음용수에 항생제 칵테일을 혼합하여 먹였다. 항생제 칵테일은 카나마이신(8 mg/ml), 젠타마이신(0.7 mg/ml), 콜리스틴(34,000 U/ml), 메트로니다졸(4.3 mg/ml) 및 바나코마이신(0.9 mg/ml)으로 구성하였다. 수 중 항생제의 농도는 연령군에서 소비되는 평균 물량을 기초로 계산하였다.
8주령에, 양쪽 그룹(CR 및 BD)의 모든 마우스에 5일간 음용수에 3.5% DSS(덱스트란 설페이트 소듐) (MP Biomedicals, Aurora, OH, USA)를 섞여 먹여, 장 대장염을 유발하였다. 10주령째에, 각 군의 마우스 절반에게 7일간 Bimuno (5 g/L)를 먹이기 시작하였다. 10주 후에, 동물을 안락사한 후 분석을 위해 대장을 적출하였다.
사이토카인 측정
뮤라인 IL-6 및 MIP-2 사이토카인은 제조사의 지침서에 따라 대장 조직 호모게네이트에 대한 ELISA (Quantikine, R&D Systems, MN, USA)로 분석하였다. 간략하게, 각 군의 근위 대장을 회수하여 프로테아제 저해제 칵테일이 보충된 1% Triton X-100이 포함된 PBS 균질화 완충액으로 균질화하였다. 균질화된 용액을 10분간 12,000 rpm으로 원심분리하고, 상층액을 분액으로 나누어 -70℃에 보관하였다.
결과
Bimuno의 마우스 양쪽 군(CR 및 BD)에서 DSS 대장염 감염 및 손상을 줄이는 능력을, 대조군 마우스(Bimuno 비투여군)와 비교하여 측정하였다.
일반적인 DSS-처리 마우스의 경우, IL-6 및 MIP-2의 분비는 각각 2.2 (p <0.0001) 및 8.3 배 (p <0.0001)로 현저하게 유도되었다. Bimuno는 IL-6 및 MIP-2의 분비를 각각 6.6 (p <0.0001) 및 5.5 배 (p <0.0001)로 현저하게 약화시켰다.
BD DSS-처리 마우스의 경우, IL-6 및 IP-2의 분비는 각각 6.2 (p <0.0001) 및 27.2 배 (p = 0.0005)로 현저하게 유도되었다. Bimuno는 IL-6의 분비를 3.6 배 (p <0.0001)로 현저하게 약화시켰다. MIP-2 분비는 1.3배 감소되었지만, 유의하진 않은 것으로 확인되었다(p = 0.126).
종합하면, 통상적인 DSS-처리 마우스에서는 무처리군과 비교하여 대장염이 발생되었다. DSS-처리한 통상적인 마우스에 Bimuno를 보충 공급하면 염증 마커들(IL-6 및 MIP-2)이 현저하게 감소되었고, 대장염의 증상도 완화되었다. 동일한 효과는 박테리아-고갈시킨 DSS-처리 마우스에서도 관찰되었다. 이러한 결과는, Bimuno로 인해 관찰되는 염증 감소가 단순히 미생물 균총을 통해 매개되는 것은 아님을 암시한다. Bimuno는 DSS 대장염에서 장 상피에 직접적인 면역-조절 효과를 나타내었다.
실시예 3
염증 사이토카인인 TNF-α의 존재 시의 MIP-3α와 IL-8의 생산에 있어서의 Bimuno 갈락토올리고당 혼합물의 분획들의 효과
재료 및 방법
Bimuno 혼합물로부터 GOS 분획들의 수집
갈락토올리고당의 여러가지 분획들(락토스 제거된 DP2, DP3 및 DP>3)을 분리 및 수집하기 위해, 바이오겔 P2 컬럼(100cm x 5cm) (Pharmacia, UK)을 실온에서 유지시켜 사용한 크기 배제 크로마토그래피를 사용하였다. 모든 샘플들은 탈이온수를 이용하여 2 ml/분의 유속으로 용출시키고, 132RI 검출기(Gilson)로 모니터링하였다. TENNOJI-KU (Osaka, Japan) 사의 β-갈락토시다제 BIOLACTA FNS을 통해 DP2 분획에서 락토스를 제거하였다. 그 후, 완충액으로서 100 mM 소듐 포스페이트 용액을, 보조인자로서 1 mM의 MgCl2을 이용하여 pH 6.4 및 40℃에서 가수분해 반응을 수행하였다. 각 분획의 탄수화물 함량은 LaChrom RI 검출기 L-7490(MERCK)가 장착된 RCM-MONOSACCHARIDES Rezex HPLC 컬럼 상에서의 이온 배제 및 이온 교환 크로마토그래피에 의해 분석하였다. 올리고당은 탈이온수를 이용하여 유속 0.5 ml/분, 온도 84.4℃에서 용출되었다.
세포 배양
정상적인 인간 대장 점막 상피로부터 유래된 NCM460 세포주는 INCELL CORPORATION LLC로부터 제공받았으며, 10% [v/v] 소태아 혈청이 보충된 M3Base 배지 (INCELL CORPORATION LLC)에서, 37℃, 95% 공기, 5% CO2의 습윤 환경에서 유지시켰다.
NCM460 배양물에 의한 사이토카인 생산 측정
NCM460 세포를 5 x 105 세포/ml의 농도로 24웰 플레이트에 접종하고, 37℃, 95% 공기, 5% CO2의 조건에서 인큐베이션하였다. 70% 컨플루언스에 도달하는 24시간 동안 인큐베이션한 다음, 세포에 TNF-α (10ng/ml) (Recombinant Human TNF-α/TNFSF1A - R&D SYSTEMS), 갈락토올리고당의 분획들(DP2: 0.138g/ml, DP3: 0.049g/ml, DP>3: 0.041g/ml), 및 TNF-α와 각 분획의 혼합물을 3세트로 처리하였다. 대조군은 배지에서 배양한 세포로 구성하였다. 세포를 16시간 동안 37℃, 95% 공기, 5% CO2의 조건에서 인큐베이션하였다. 그런 후, 상층액을 수집하고, 200㎕ 씩 분획을 동결하고, 테스트하기 전에 5분간 400 x g로 원심분리하였다. 사이토카인 (MIP-3α 및 IL-8)의 농도는 R&D Systems (MN, USA) 사의 키트 QUANTIKINE를 이용하여 ELISA 분석으로 측정하였다.
결과 및 고찰
크기 배제 크로마토그래피를 이용하여 수집한 3개의 다른 분획들은, 아래와 같은 갈락토올리고당 함량을 나타내었다:
a) 분획 DP2는 갈락토이당류 90%로 구성되며, 나머지 10%는 단당류(1%), 락토스(6%), 3당류(2%) 및 펜타올리고당(1%)로 구성되어 있음;
b) 분획 DP3는 갈락토삼당류 97% 및 DP4 올리고당 3%로 구성되어 있음;
c) 분획 DP>3는 DP4 및 DP5인 갈락토올리고당 96%와 DP3인 갈락토올리고당 4%로 구성되어 있음.
각 분획들의 IL-8 및 MIP-3α 생산에 대해 미치는 효과는 각각 도 8(A)와 8(B)에 나타낸다.
2가지 실험에서, 분획 DP3와 DP>3는 사이토카인의 분비를 감소시켰다:
a) DP3는, TNF-α 단독 처리시와 비교하여, IL-8의 생산을 34%로, MIP-3α의 생산을 25%로 감소시켰다;
b) 분획 DP>3는, IL-8 및 MIP-3α를 각각 35% 및 51%로 감소시켰다.
분획 DP2의 결과는 명확하지 않았다. 이 분획은 IL-8의 분비를 49%로 감소시켰지만, MIP-3α 생산에는 어떠한 효과도 없었다.
실시예 4
Bimuno와 비교한, 염증성 사이토카인 TNF-α의 존재 시의 IL-8 및 MIP-3α 사이토카인의 생산에 대한, Bimuno 갈락토올리고당 혼합물의 분획들의 효과
재료 및 방법
실시예 3에 기술된 바와 같이 Bimuno로부터 GOS 분획들을 수득하여다.
세포 배양물
NCM460 세포주의 세포 배양물은 실시예 3과 동일한 소스로부터 수득하였고, 동일한 방식으로 유지시켰다.
NCM460 배양물에 의한 사이토카인 생산 측정
NCM460 세포를 5 x 105 세포/ml의 농도로 24웰 플레이트에 접종하고, 37℃, 95% 공기, 5% CO2의 조건에서 인큐베이션하였다. 70% 컨플루언스에 도달하는 24시간 동안 인큐베이션한 다음, 세포에 TNF-α (10ng/ml) (Recombinant Human TNF-α/TNFSF1A - R&D SYSTEMS) 및 TNF-α + Bimuno (0.1g/ml)의 혼합물, TNF-α + Bimuno의 DP=3 분획 (0.1g/ml), 또는 TNF-α + Bimuno의 DP>3 분획 (0.1g/ml)을 3세트로 처리하였다. 대조군은 배지에서 배양한 세포로 구성하였다. 세포를 16시간 동안 37℃, 95% 공기, 5% CO2의 조건에서 인큐베이션하였다. 그런 후, 상층액을 수집하고, 200㎕ 씩 분획을 동결하고, 테스트하기 전에 5분간 400 x g로 원심분리하였다. 사이토카인 (MIP-3α 및 IL-8)의 농도는 R&D Systems 사의 키트 QUANTIKINE를 이용하여 ELISA 분석으로 측정하였다.
결과
크기 배제 크로마토그래피를 이용하여 수집한 2개의 다른 분획들은, 아래의 갈락토올리고당 함량을 나타내었다:
a) 분획 DP3 함유
b) 분획 DP>3 함유
갈락토올리고당 분획들과 Bimuno의 IL-8 및 MIP-3α 생산에 대해 미치는 효과는 각각 도 9(A)와 9(B)에 나타낸다. 도 9(A) 및 (B)에서, 분획 DP3가 Bimuno와 비교하여 IL-8의 생산을 35%까지 감소시킴을 알 수 있다. DP3 분획 이용시의 MIP-3α의 생산 감소는 Bimuno와 비교하여 37% 이상이었다.
분획 DP>3를 이용한 경우, IL-8의 생산은 Bimuno와 비교하여 40% 이상으로 감소되었고, MIP-3α 생산은 55% 이상으로 감소되었다.
결론
분획 DP3 및 DP>3가 전체 갈락토올리고당 혼합물(Bimuno)과 동일한 양으로 존재할 때, 염증에 대한 방어 효과가 현저하게 더 높다.

Claims (17)

  1. 중합도(degree of polymerisation) 3 이상인, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  2. 제1항에 있어서, 3당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc, Gal (β 1-3) - Gal (β 1-4) - Glc, 4당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc, 및 5당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 장의 염증 장애의 예방 또는 치료용인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 대장염, 장 괴사 대장염, 가막성 대장염, 궤양성 대장염, 크론씨 질환, 게실염, 허혈증 또는 염증성 장 질환의 예방 또는 치료용인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서, 분말, 시럽 또는 연질 정제(soft pastille) 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  6. 제5항에 있어서, 상기 염증 장애를 치료하기 위해 갈락토올리고당은 1일 1g - 10g, 바람직하게는 2g - 5g, 가장 바람직하게는 2.75 g으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  7. 제5항에 있어서, 상기 염증 장애를 예방하기 위해 갈락토올리고당은 1일 1g - 10g, 바람직하게는 2g - 5g, 가장 바람직하게는 2.75 g으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 예방 또는 치료용 갈락토올리고당.
  8. 염증 장애의 예방 또는 치료에 있어서의, 중합도 3 이상인 갈락토올리고당의 용도.
  9. 제8항에 있어서, 상기 갈락토올리고당은 3당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc, Gal (β 1-3) - Gal (β 1-4) - Glc, 4당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc, 및 5당류 (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 갈락토올리고당의 용도.
  10. 중합도 3 이상인 갈락토올리고당을 유효량으로 포유류에게 경구 투여하는 단계를 포함하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 갈락토올리고당은 3당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc, Gal (β 1-3) - Gal (β 1-4) - Glc, 4당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc, 및 5당류 Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-6) - Gal (β 1-4) - Glc로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 염증 장애는 장의 염증 장애인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 염증 장애는 대장염, 장 괴사 대장염, 가막성 대장염, 궤양성 대장염, 크론씨 질환, 게실염, 허혈증 또는 염증성 장 질환인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 포유류는 인간인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 갈락토올리고당은 분말, 시럽 또는 연질 정제(soft pastille) 형태로 투여되는 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 염증 장애를 치료하기 위한 활성 갈락토올리고당의 1일 유효 용량은 1g - 10g, 바람직하게는 2g - 5g, 가장 바람직하게는 2.75 g인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
  17. 제10항 있어서, 상기 염증 장애를 예방하기 위한 활성 갈락토올리고당의 1일 유효 용량은 1g - 10g, 바람직하게는 2g - 5g, 가장 바람직하게는 2.75 g인 것을 특징으로 하는, 염증 장애의 치료 및/또는 예방 방법.
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