KR20120089494A - 산두근 추출물을 포함하는 비만 예방 또는 치료용 조성물 - Google Patents
산두근 추출물을 포함하는 비만 예방 또는 치료용 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 산두근 (Sophora tonkinensis Gapnep .: 山豆根) 추출물을 포함하는 비만 예방 및/또는 치료용 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 산두근 추출물은 지방 세포의 분화를 효과적으로 억제하며, 지방 분해 효과도 나타내므로 비만의 예방 또는 치료를 위하여 광범위하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 산두근 추출물을 포함하는 비만의 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
최근 산업사회의 발달과 생활수준의 향상에 따른 식생활 양상의 변화로 인하여 비만 인구가 증가하고 있다. 비만이란, 대사 장애로 인하여 체내에 지방이 과잉 축적된 상태로, 세계보건기구(WHO)에서 질병의 하나로 규정하고 있다. 비만은 당뇨병, 고혈압, 고지혈증, 심장질환, 관절염, 호흡기 질환, 성기능장애, 암 발생 등 각종 질환의 위험인자로서[3], 현재 전 연령층에 걸쳐 영향을 주고 있으며, 특히 장년층에서의 발생빈도가 높다. 동양에서는 채식 위주의 생활습관으로 인하여 비만증이 그리 많지 않았던 것으로 알려져 있었으나, 현대에 들어서는 식생활 습관이 바뀌고 주거환경이 바뀌면서 우리 나라의 경우에도 점차 비만 인구가 증가하는 추세이다[1,2]. 또한 현대인은 과로, 과음, 스트레스 등으로 인하여 체력이 저하되어 약 30~40%가 비만증을 가지고 있고, 그 중 약 10% 정도는 심각하거나 병적인 비만증을 나타낸다고 보고된 바 있다.
이에, 비만 및 비만으로 인한 합병증 예방을 위한 지방 세포의 분화와 지방대사에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[4,5]. 그러나, 현재 시판되고 있는 비만증을 치료하기 위한 식욕 억제제, 소화 흡수 저해제, 비만 축적 방해제 또는 대사촉진제 등의 대부분은 약물 의존성 등으로 인한 부작용을 일으킬 위험성이 있으며, 대개 복용시에 불쾌감이 있다거나, 과량으로 복용하여야 하는 문제, 그리고 투여한 환자에게 단기간에 내성이 생겨버리는 경우도 있기 때문에 장기간 연속하여 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서, 장기간 사용하여도 인체에 독성이 없고 부작용이 적은 비만 억제제가 요구되는 실정이다.
한편, 산두근 (山豆根, Sophora tonkinensis Gapnep.)은 콩과에 속하는 땅비싸리의 뿌리와 뿌리줄기를 말하는 것으로 일본에서는 광두근 (Sophora subprostrata Chun.)이라고도 불린다. 주로 우리 나라와 중국등지에 분포하고 있으며, 8~9월경에 뿌리를 채취하여 깨끗이 씻은 다음 햇볕에 말린 것은 약재로 사용된다. 산두근은 폐와 위의 열을 내리고 해독작용이 있어 인후염, 편도선염, 치은염, 종기, 해수, 천식 등에 사용되며, 약리 작용으로는 심장수축력증강, 면역항진작용, 항암작용, 백혈구상승작용, 항균작용 등이 알려져 있다. 그 외, 국내에서는 산두근 추출물이 여러 유형의 백혈병 환자에 대한 백혈병 억제효과가 있고, 식중독성 미생물에 항균 효과가 있다고 보고된 바 있다. 또한 산두근 추출물이 폐암 세포에 항암효과가 있다고 보고되어 있다. 상기한 바와 같이, 산두근 추출물에 대한 다양한 약리학적 효과가 알려져 있지만, 항비만 활성효과에 대해서는 아직까지 알려진 바가 없으며 그에 대한 연구도 전무한 상태이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 천연 추출물로 신체에 안전하게 적용할 수 있으면서, 지방 세포의 분화를 효과적으로 억제할 수 있는 비만의 예방 또는 치료 효과가 우수한 조성물을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 산두근 추출물을 포함하는 비만 예방 및/또는 치료용 조성물을 제공한다.
본 발명에 의한 산두근 추출물은 지방 세포의 분화를 억제하며, 지방 분해 효과도 나타내므로 비만의 예방 및/또는 치료에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1는 본 발명에 의한 산두근 추출물의 추출 공정을 도식화한 것이다.
도 2는 3T3-L1 지방전구세포(pre-adipocyte)에 대한 산두근 메탄올 추출물의세포 독성 실험 결과를 나타낸 것이다. 무혈청 배지에서 산두근 메탄올 추출물을 농도별 (0, 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)로 처리하여, WST-1 분석법으로 세포 독성 여부를 측정한 결과이다. 수치는 대조군 (산두근 메탄올 추출물을 처리하지 않은 것)과 비교하여 막대로 나타냈다.
도 3은 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)의 3T3-L1 지방전구세포 분화 억제 효능을 나타낸 것이다. (A) postconfluent 3T3-L1 지방전구세포를 산두근 메탄올 추출물의 존재 또는 부재 하에서 8일 동안 분화시켜, Oil red O로 염색하여 지방 세포 생성 (adipogenesis)에 있어서의 형태학적 변화를 나타낸 사진, (B) 염색된 트리글리세라이드의 양을 흡광도로 측정하여 정량화하여 막대로 나타낸 것이다.
도 4는 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)이 지방세포에 특이적인 단백질의 발현에 미치는 효과를 평가한 것이다. (A) postconfluent 3T3-L1 지방전구세포를 산두근 메탄올 추출물과 함께 또는 산두근 메탄올 추출물을 처리함 없이 2일 동안 배양한 후, 세포의 단백질 시료로 웨스턴 블럿 분석을 수행한 것, (B) 3T3-L1 지방전구세포를 MDI에서 2일 동안 배양하고, 상기 배지를 인슐린을 함유하는 DMEM으로 교환하여 산두근 메탄올 추출물과 함께 또는 산두근 메탄올 추출물 없이 2일 동안 배양한 후, 세포의 단백질 시료로 웨스턴 블럿 분석을 수행한 것이다.
도 5는 산두근 메탄올 추출물 (100, 200 ㎍/㎖)이 3T3-L1 지방전구세포 증식에 미치는 효과를 나타낸 것이다. 트립판 블루 배제법 (Trypan blue exclusion assay)을 0시간, 24시간, 48시간에 수행하여, 세포 증식 정도를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 산두근 메탄올 추출물이 세포 주기 중 어떤 부분을 억제하여 분열을 억제하는지 알아보기 위하여, 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)을 3T3-L1 지방 전구세포에 처리한 후, 3T3-L1 지방 전구세포의 DNA-형광 그래프 (DNA-fluorescence histogram)를 나타낸 것이다. 유세포 분석기 (FACs, Becton Dickinson, San Jose, CA)를 수행하고, Cell Quest program을 이용하여 분석하였다.
도 7은 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)에 의한 세포 주기 유전자 생성물 (Cyclin E, Cdk2, p21, p27, Rb, p-Rb, E2F-1, β-actin)의 농도 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)을 처리한 후, 배지에 방출된 글리세롤의 양을 측정한 것이다.
도 9는 산두근을 클로로포름, 에틸 아세테이트, n-부탄올, H2O 유기용매로 분획한 후, 각 분획물들과 MDI (대조군)을 지방 전구세포에 처리한 후, Oil Red O 작동 용액으로 염색하여 흡광도를 측정한 것이다 (A: Oil Red O 작동 용액으로 염색된 지방 세포, B: 측정된 흡광도는 MDI를 처리한 대조군 세포의 분화 정도를 100%으로 하였을 때의 분화 억제율을 나타낸 것).
도 2는 3T3-L1 지방전구세포(pre-adipocyte)에 대한 산두근 메탄올 추출물의세포 독성 실험 결과를 나타낸 것이다. 무혈청 배지에서 산두근 메탄올 추출물을 농도별 (0, 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)로 처리하여, WST-1 분석법으로 세포 독성 여부를 측정한 결과이다. 수치는 대조군 (산두근 메탄올 추출물을 처리하지 않은 것)과 비교하여 막대로 나타냈다.
도 3은 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)의 3T3-L1 지방전구세포 분화 억제 효능을 나타낸 것이다. (A) postconfluent 3T3-L1 지방전구세포를 산두근 메탄올 추출물의 존재 또는 부재 하에서 8일 동안 분화시켜, Oil red O로 염색하여 지방 세포 생성 (adipogenesis)에 있어서의 형태학적 변화를 나타낸 사진, (B) 염색된 트리글리세라이드의 양을 흡광도로 측정하여 정량화하여 막대로 나타낸 것이다.
도 4는 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)이 지방세포에 특이적인 단백질의 발현에 미치는 효과를 평가한 것이다. (A) postconfluent 3T3-L1 지방전구세포를 산두근 메탄올 추출물과 함께 또는 산두근 메탄올 추출물을 처리함 없이 2일 동안 배양한 후, 세포의 단백질 시료로 웨스턴 블럿 분석을 수행한 것, (B) 3T3-L1 지방전구세포를 MDI에서 2일 동안 배양하고, 상기 배지를 인슐린을 함유하는 DMEM으로 교환하여 산두근 메탄올 추출물과 함께 또는 산두근 메탄올 추출물 없이 2일 동안 배양한 후, 세포의 단백질 시료로 웨스턴 블럿 분석을 수행한 것이다.
도 5는 산두근 메탄올 추출물 (100, 200 ㎍/㎖)이 3T3-L1 지방전구세포 증식에 미치는 효과를 나타낸 것이다. 트립판 블루 배제법 (Trypan blue exclusion assay)을 0시간, 24시간, 48시간에 수행하여, 세포 증식 정도를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 산두근 메탄올 추출물이 세포 주기 중 어떤 부분을 억제하여 분열을 억제하는지 알아보기 위하여, 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)을 3T3-L1 지방 전구세포에 처리한 후, 3T3-L1 지방 전구세포의 DNA-형광 그래프 (DNA-fluorescence histogram)를 나타낸 것이다. 유세포 분석기 (FACs, Becton Dickinson, San Jose, CA)를 수행하고, Cell Quest program을 이용하여 분석하였다.
도 7은 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)에 의한 세포 주기 유전자 생성물 (Cyclin E, Cdk2, p21, p27, Rb, p-Rb, E2F-1, β-actin)의 농도 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)을 처리한 후, 배지에 방출된 글리세롤의 양을 측정한 것이다.
도 9는 산두근을 클로로포름, 에틸 아세테이트, n-부탄올, H2O 유기용매로 분획한 후, 각 분획물들과 MDI (대조군)을 지방 전구세포에 처리한 후, Oil Red O 작동 용액으로 염색하여 흡광도를 측정한 것이다 (A: Oil Red O 작동 용액으로 염색된 지방 세포, B: 측정된 흡광도는 MDI를 처리한 대조군 세포의 분화 정도를 100%으로 하였을 때의 분화 억제율을 나타낸 것).
본 발명자들은 신체에 부작용을 일으키지 않으면서, 비만을 예방 및/또는 치료하기 위한 천연 재료를 찾고자 연구하던 중, 본 발명의 산두근 추출물이 지방 세포의 분화를 억제할 뿐 아니라 지방 분해 (lipolysis) 활성도 나타냄을 확인하였다 (도 2 내지 도 7, 실험예 2 내지 6 참조).
따라서, 본 발명은 산두근 추출물을 포함하는 비만의 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다.
본 발명의‘산두근 추출물’은, 산두근에 추출 용매를 처리하여 얻은 것으로서, 추출 용매로는 물, 에탄올, 메탄올과 같은 저급알콜 또는 이들의 혼합용매로부터 선택된 용매를 사용할 수 있다. 산두근의 유효 성분이 파괴되지 않거나 최소화된 조건에서 실온 또는 가온하여 추출할 수 있으며, 추출 방법은 예를 들어 냉침 추출, 초음파 추출, 환류 냉각 추출, 열수추출, 초임계추출 등의 추출방법을 사용하여 추출할 수 있다. 상기 추출물에는, 추출처리에 의해 얻어지는 추출액, 추출액의 희석액 또는 농축액, 추출액을 건조하여 얻어지는 건조물, 또는 이들 조정제물 또는 정제물도 포함된다. 본 발명의 일 구체예에 의하면, 산두근은 통상 시판되는 것을 사용할 수 있다. 구입한 산두근은 잘게 세절하여 분말화하여 추출에 사용될 수 있다. 분말화한 산두근은 메탄올로 약 70 내지 80℃에서 약 3시간 동안 여러번 추출한 다음 여과하고, 여과된 용액은 감압농축기를 사용하여 40 내지 50℃에서 감압?농축하여 본 발명에 따른 산두근 메탄올 추출물을 얻을 수 있다 (도 1 참조).
본 발명의 ‘비만의 예방 또는 치료용 조성물’은 비만을 예방하거나 비만을 치료하는 효과를 갖는 조성물을 의미하는 것으로서, 구체적으로 지방 세포의 분화를 억제/방해, 지방 세포의 증식 억제, 또는 지방 세포의 분해를 촉진하는 등, 체내에 지방이 축적되는 것을 정체, 방해, 예방하거나 이미 생성된 지방 세포의 양을 감소시키는 것을 모두 포함한다.
한편, 지방세포의 분화는 근육세포나 신경세포 분화와는 달리 여러 호르몬과 다양한 전사인자들의 상호작용을 통하여 매우 복잡하게 이루어진다. 지방세포 분화와 함께 나타나는 세포의 모양 변화나 지질의 축적과 같은 형태상의 변화는 세포가 분화함에 따라 유도되는 유전자들의 활성에 의한 것이다. 지방세포의 분화는 크게는 지방전구세포의 증식과, 증식된 지방세포가 분화하는 것으로 나누어져 있다[6]. 더 구체적으로, 지방세포의 분화 프로그램은 confluence, 호르몬 유도 (hormonal induction), 클론 증식 (clonal expansion), 성장 정체 (growth arrest)와 최종 분화 (terminal differentiation) 단계로 일어나는데[15], 이중에서도, 지방 전구세포에서 지방세포로의 분화는 C/EBPs와 PPARγ를 중심으로 수백 개의 유전자의 발현이 조절되어 일어나는 복잡한 과정이다. 지방 전구세포는 confluence 상태가 되면, 세포 주기가 G0/G1 시기가 되어 성장 정체 (growth arrest)가 일어나고, 분화 촉진인자 (인슐린, 덱사메타손, 1-메틸-3-이소부틸잔틴, 프로스타글란딘 F2α 등)를 첨가하면 CCAAT/ 유전자 조절자 단백질 (C/enhancer binding proteins;C/EBPs) 중 C/EBPβ와 C/EBPδ에 의하여, 1회 또는 2회의 세포 분열이 일어나는 클론 증식 (clonal expansion)이 일어나며, 이때 세포 주기가 다시 진행되어 [7] 마지막 지방분화 단계인 종말 분화 (terminal differentiation) 단계로 접어들게 된다. 이때 종말 마커 (terminal marker)인 아디포넥틴 (adiponectin; ADIPOQ), 포도당 수송체 (glucose transporter; GLUT) 4, 지방산 합성효소 (Fatty acid synthase; FASN) 등의 발현이 증가된다[10]. C/EBPβ는 지방 세포에 호르몬 유도 (hormonal induction)가 시작되면 발현되는 단백질로서, C/EBPβ가 제거된 마우스의 경우에는 지방세포가 형성되지 않으므로 지방세포의 형성에 있어서 C/EBPβ가 중요하다고 알려져 있다[16]. PPARγ와 C/EBPα는 C/EBPβ의 자극을 받아 발현하는 단백질들로서 지방 세포 생성 (adipogenesis)에서 중요한 전사 인자로[13,14,17], 초기 분화에서 발현되는 C/EBPβ와 C/EBPδ는 지방세포 분화 조절에 있어서 핵심 전사인자인 퍼옥시좀 증식체 활성화 수용체-γ (peroxisome proliferator activated receptor;PPARγ)와 C/EBPα의 발현을 증가 시킨다[8,9]. 분화 유도 물질은 상기와 같은 전사 인자들의 발현을 촉진시킴으로써 지방전구세포를 지방세포로 분화시킨다 [13,14].
이에, 본 발명자는 산두근 추출물이 항비만 생리 활성을 나타내는지 탐색하기 위하여, 3T3-L1 지방 전구세포를 사용하여 본 발명의 산두근 추출물이 지방 세포의 증식과 분화, 지방 세포의 분화를 조절하는 전사 인자, 지방 축적에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험에 사용된 3T3-L1 세포는 미분화 상태를 유지하다가 분화촉진인자(인슐린, 덱사메타손, 1-메틸-3-이소부틸잔틴, 프로스타글란딘 F2α 등)를 첨가하는 경우 지방세포로 분화하는 것이 특징이다.
상기 실험 결과, 본 발명에 의한 산두근 추출물은 3T3-L1 세포에 대한 독성이 거의 없으면서 (실험예 2 참조), 3T3-L1 지방전구세포의 지방 세포로의 분화를 억제한다는 것을 발견하였다 (실험예 3, 4, 도 3). 이와 같은 지방 세포의 분화 억제는, 지방 세포의 클론 확장 단계에서의 세포 분열 억제, 지방 세포의 분화에 참여하는 세포 주기 관련 단백질의 발현 억제로 인한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 산두근 추출물은 지방 세포 분화 초기에 발현하는 C/EBPβ의 발현량을 농도 의존적으로 감소시키며 (도 4A), 지방세포 완전 분화의 지표(지방세포의 분화에 핵심 전사 인자)인 PPARγ와 C/EBPα의 발현량도 유의적으로 감소시킨다는 것을 발견하였다 (도 4B). 즉, 본 발명의 산두근 추출물은 지방세포의 분화 초기에 발현되는 C/EBPβ의 발현량을 감소시키면서 동시에, PPARγ와 C/EBPα의 발현도 억제한다.
따라서, 본 발명의 산두근 추출물은 비만의 예방 및/또는 치료에 유용하며, 비만의 예방 및/또는 치료를 위한 식품 및 음료에 다양하게 이용될 수 있다.
본 발명의 추출물을 첨가할 수 있는 식품으로는, 각종 식품류, 예를 들어, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 건강보조 식품류 등이 있으며, 환제, 분말, 과립, 침제, 정제, 캡슐 또는 음료인 형태로 사용할 수 있다. 이때, 식품 또는 음료 중의 상기 추출물의 양은 일반적으로 본 발명의 건강식품 조성물의 경우 전체 식품 중량의 0.05 내지 30 중량%로 가할 수 있으며, 건강음료 조성물의 경우 100 ㎖를 기준으로 0.05 내지 30 g 가할 수 있다. 상기 식품 조성물 내에 함께 포함될 수 있는 식품보조첨가제는 당업계에 통상적인 식품첨가제, 예를 들어 향미제, 풍미제, 착색제, 충진제, 안정화제 등을 포함한다. 본 발명에 따른 건강 음료 조성물의 경우, 상기 추출물을 외에 첨가되는 성분에 특별한 제한은 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 예로는 단당류, 예를 들어, 포도당, 과당 등; 이당류, 예를 들어 말토스, 슈크로스 등; 다당류, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등; 과 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 솔비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이 있다. 상술한 것 이외에 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등)) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등) 등을 사용할 수 있다. 상기 포함될 수 있는 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖당 일반적으로 약 0.5 내지 30 g이다. 본 발명의 비만 예방 또는 치료용 식품 조성물은 상기 기술한 것 이외에 다양한 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 충진제(치즈, 초콜릿 등), 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 과일 쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수도 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 특별히 한정되지는 않지만 본 발명의 조성물 100 중량부에 대하여 0 내지 약 10 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
또한, 본 발명의 산두근 추출물은 약제학적 조성물의 유효 성분으로 사용될 수도 있다. 이때, 본 발명의 산두근 추출물을 유효 성분으로 포함하는 약제학적 조성물에는 본 발명의 산두근 추출물 이외에 비만의 예방 또는 치료에 효과적인 것으로 알려진 조성물이 추가로 함유될 수도 있다. 상기 약제학적 조성물에는 본 발명에 의한 산두근 추출물 이외에 추가로 약제학적으로 허용 가능한 담체가 1종 이상 포함될 수도 있다. 약제학적으로 허용 가능한 담체는 본 발명의 유효성분과 양립가능 하여야 하며, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있고, 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 제형으로 제제화할 수 있다. 또한, 산제, 정제, 캡슐제, 액제, 주사제, 연고제, 시럽제 등의 다양한 형태로 제제화할 수 있으며 단위-투여량 또는 다-투여량 용기, 예를 들면 밀봉된 앰플 및 병 등으로 제공될 수도 있다. 본 발명의 약제학적 조성물은 경구 또는 비경구 투여가 가능하다. 본 발명에 따른 약제학적 조성물의 투여 경로는 이들로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 구강, 정맥내, 근육내, 동맥내, 골수내, 경막내, 심장내, 경피, 피하, 복강내, 장관, 설하 또는 국소 투여가 가능하다. 이와 같은 임상투여를 위해 본 발명의 약제학적 조성물은 공지의 기술을 이용하여 적합한 제형으로 제제화할 수 있다. 예를 들어, 경구투여 시에는 불활성 희석제 또는 식용 담체와 혼합하거나, 경질 또는 연질 젤라틴 캡슐에 밀봉되거나 또는 정제로 압형하여 투여할 수 있다. 경구 투여용의 경우, 활성 화합물은 부형제와 혼합되어 섭취형 정제, 협측 정제, 트로키, 캡슐, 엘릭시르, 서스펜션, 시럽, 웨이퍼 등의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 주사용, 비경구 투여용 등의 각종 제형은 당해 기술 분야의 공지된 기법 또는 통용되는 기법에 따라 제조할 수 있다. 본 발명의 조성물의 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도 등에 따라 그 범위가 다양하며, 본 기술분야의 통상의 전문가가 용이하게 결정할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 산두근 추출물의 수득
산두근 (Sophora tonkinensis Gapnep.)은 삼흥건재약업사 (서울)에서 구입하여 잘게 세절하여 분말화한 후, 산두근 10㎏에 메탄올을 이용하여 75℃에서 3시간동안 3회 추출하였다. 추출액을 Whatman No.2(Whatman international Ltd., England)에 여과하여 불순물을 제거하였다. 여과된 용액은 감압농축기를 사용하여 45℃에서 감압?농축하여 메탄올 추출물 726.1g을 얻었다. 이를 물에 현탁한 후 클로로포름 (chloroform), 에틸 아세테이트 (ethyl acetate), n-부탄올 (n-butanol) 및 H2O 등의 용매로 순차 분획하고 감압? 농축하여 클로로포름 분획물 209.4g, 에틸 아세테이트 분획물 53.9g, n-부탄올 분획물 185g, H2O 분획물 277.8g를 얻었다 (도 1 참조). 하기 실험에서는 메탄올 추출물을 이용하여 지방세포 분화 억제 효과를 알아보았다.
<실험예 1> 3T3-L1 배양 및 분화 유도
ATCC (American type culture collection)에서 구입한 3T3-L1 (mouse embryonic fibroblast cell line) 지방전구세포를 Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM)에 10% 소 혈청, 항생제 (페니실린 100 units/ml, 스트렙토마이신 100 units/ml)를 첨가하고 37℃, 5% CO2 세포 배양기에서 confluent상태가 되도록 배양하였다. 추가로 2일 배양한 후(day 0), 10㎍/㎖ 인슐린, 0.25uM 덱사메타손, 0.5mM 3-이소부틸-1-메틸잔틴 (IBMX (SIGMA) : MDI)이 포함된 DMEM으로 교환하여 2일간 배양하였다(day 2). 지방세포로의 분화를 촉진하기 위해 10㎍/㎖ 인슐린이 포함된 DMEM으로 교환하여 4일간 더 배양하였다(day 6). 완전 분화를 위하여, DMEM에 10% FBS, 항생제를 첨가하여 2일간 더 배양하였다 (day 8).
<실험예 2> 세포 독성 실험 (Cytotoxicity assay)
메탄올로 추출한 산두근 추출물 (제조예 1)의 지방 전구세포에 대한 독성여부를 확인하기 위하여 PreMix WST-1 Cell Proliferation Assay System을 이용하여 실험을 수행하였다. 3T3-L1 지방전구세포를 96 웰 플레이트에 1× 103 세포/웰의 농도로 seeding하여 24시간 동안 배양한 후, 산두근 메탄올 추출물을 농도별 (0, 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)로 처리한 다음 37℃에서 48시간 배양하였다 (대조군: DMSO를 처리). 그 후, WST-1 용액을 각 웰에 20㎕씩 처리하고 4시간 동안 반응시켰다. 4시간 후, 살아있는 세포의 미토콘드리아에 존재하는 숙신산 탈수소효소 (succinate dehydrogenase)에 의하여 생성된 수용성 포르마잔 (formazan)의 양을 효소면역측정 (ELISA, Enzyme linked immunosolvent assay) 판독기를 이용하여 측정하였다.
450nm에서 배색 정량한 결과, 200 ㎍/㎖의 산두근 메탄올 추출물을 처리한 경우에도 3T3-L1 세포의 생존율이 86.8%로서 높다는 것을 알 수 있었다 (도 2 참조). 상기 결과로부터, 산두근 메탄올 추출물은 3T3-L1 세포에 대하여 독성이 거의 없음을 알 수 있다.
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실험예
3>
트리글리세라이드
축적 억제 효능 (
Oil
Red
O 염색)
3T3-L1 지방전구세포를 12 웰 플레이트에 1× 105 세포/웰의 농도로 seeding하여 배양한 뒤, confluent 상태에서 2일간 더 배양하였다. 그 후, 10㎍/㎖ 인슐린, 0.25uM 덱사메타손, 0.5mM 3-이소부틸-1-메틸잔틴 (IBMX (SIGMA))이 포함된 DMEM(MDI)으로 교환하면서 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)을 함께 처리하여 2일간 더 배양하였다. 2일간 배양한 후, 10㎍/㎖의 인슐린이 포함된 DMEM으로 교환하여 4일간 배양하였으며, 이때에도 산두근 메탄올 추출물을 농도별로 처리하였다. 대조군은 MDI만 처리하였다. 3T3-L1 지방전구세포로부터 지방세포로의 완전한 분화가 이루어진 시점에서, 모든 플레이트의 배지를 제거하고 차가운 인산완충식염수 (PBS)로 세포를 세척하고 10% 포르말린을 처리하여 실온에서 1시간 동안 고정시켰다. 포르말린을 완전히 제거한 다음 60% 이소프로판올로 헹군 뒤 Oil Red O 작동 용액 (working solution) (SIGMA)을 넣고 실온에서 10분간 염색하였다. 이 때 Oil Red O 작동 용액은 0.35g Oil Red O 분말을 100 ㎖의 이소프로판올에 녹인 뒤 증류수에 6 : 4의 비율로 희석한 후 필터하여 사용하였다. 염색 후, Oil Red O 작동 용액을 완전히 제거한 다음 증류수로 4번 세척한 뒤 현미경으로 세포의 염색 상태를 확인하였으며 (도 3A), 100% 이소프로판올에 용출시켜 분광광도계를 이용하여 500nm에서 흡광도를 측정하였다 (도 3B).
MDI를 처리한 대조군 세포의 분화정도를 100%로 하였을 때, 산두근 추출물을 처리한 경우에는 트리글리세라이드 축적이 현저하게 저해되었음을 확인할 수 있었다. 특히, 산두근 메탄올 추출물의 농도가 200 ㎍/㎖ 일 때, 대조군 세포에 비하여 트리글리세라이드의 축적이 약 70% 저해되었다 (도 3 참조). 상기 결과로부터, 산두근 메탄올 추출물은 지방세포 내의 지방 축적 억제 효과가 탁월한 것을 알 수 있다.
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실험예
4> 클론 증식 억제 (
Clonal
expansion
inhibition
)
분화촉진인자 첨가시 일어나는 3T3-L1 세포의 클론 증식 단계에서 산두근 메탄올 추출물이 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 세포를 배양하면서 산두근 메탄올 추출물을 처리하였다. 그로 인한 변화는 세포 계수 (cell counting) 방법으로 관찰하였다.
3T3-L1 지방전구세포를 60mm 디쉬 (dish)에 1× 105 세포/디쉬의 농도로 seeding 하여 배양 한 후, confluent 상태가 되면 2일간 더 배양하였다. 그 후 DMEM(MDI)로 교환할 때 산두근 메탄올 추출물을 농도별(0, 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)로 처리하였다. 산두근 메탄올 추출물을 처리 후 0, 1, 3, 5일로 각각 시간별로 세포를 배양하여 회수한 후 트리판 블루 (Trypan blue solution 0.4%, SIGMA) 1 : 1로 염색하였고 혈구계 (hemocytometer)를 이용하여 생세포수를 측정하였다.
그 결과, 산두근 메탄올 추출물을 처리 하지 않고 MDI만 처리하였을 때는 세포 분열이 눈에 띄게 많아지는 반면 (대조군), 산두근 메탄올 추출물과 MDI를 함께 처리하였을 때에는 3T3-L1 지방 세포의 유사분열이 상당히 억제됨을 알 수 있었다 (도 6). 산두근 메탄올 추출물이 독성이 거의 없다는 실험예 1 (도 2 참조)의 결과를 바탕으로, 클론 증식의 억제는 산두근 메탄올 추출물에 의한 것임을 알 수 있다. 즉, 산두근 메탄올 추출물이 MDI에 의한 세포 분열 즉, 클론 증식을 억제함을 알 수 있다.
<
실험예
5> 세포 주기
G1
정체
실험예 4로부터 산두근 메탄올 추출물이 3T3-L1 세포의 클론 확장 단계에서의 세포 분열을 억제한다는 것을 확인하였다. 세포주기 중 어떤 부분을 억제하여 세포 분열이 억제되었는지 검토하기 위하여 유세포 분석기 (FACs, Becton Dickinson, San Jose, CA)로 분석을 수행하였다.
3T3-L1 지방전구세포에 MDI를 처리하였을 때, 세포분열과 세포주기가 비로소 시작된다[7]. 3T3-L1 지방전구세포에 MDI를 처리하면서, 동시에 여러 농도의 산두근 메탄올 추출물 (10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)을 처리하였다. 3T3-L1 지방전구세포의 doubling time인 14시간 후에 세포를 회수하여 PBS로 세척하고 100% EtOH을 이용하여 4℃에서 고정하였다 고정된 세포는 분석 전에 PBS로 세척하고 ribonuclease A를 최종농도 1 ㎍/㎖이 되도록 첨가한 다음 실온에서 30분간 반응시켰다. PI/RNase staining buffer (BM PharmingenTM) 용액을 500㎕ 첨가한 후 유세포 분석기 (FACs, Becton Dickinson, San Jose, CA)로 분석하였으며 결과는 Cell Quest program을 이용하여 분석하였다 (도 6).
도 6으로부터, 산두근 메탄올 추출물을 처리하지 않고 MDI만 처리한 대조군 3T3-L1 지방전구세포의 경우에는 호르몬의 영향을 받아 G1기에서 S기로 넘어가서 클론 증식이 시작되었음을 알 수 있고, MDI와 함께 산두근 메탄올 추출물을 처리한 3T3-L1 지방전구세포의 경우에는 추출물의 농도가 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖로 증가할수록 G1기의 비율이 33.68%, 39,39%, 48.03%, 55.14%로 계속 증가되고, 상대적으로 S기의 비율은 점점 감소하며 G2/M기는 거의 변화가 없음을 알 수 있었다. 즉, 산두근 메탄올 추출물의 처리 농도가 증가될수록 G1기에서의 세포 주기 정체가 일어났다. 이상의 결과로부터, MDI만 처리한 3T3-L1 지방전구세포는 정상적으로 세포 주기가 진행되어 클론 증식이 시작되지만, 산두근 메탄올 추출물을 처리하는 경우에는 세포 주기의 G1기에서 S기로의 전이가 억제되는 G1 정체가 일어나 클론 증식이 억제됨을 알 수 있었다.
<
실험예
6>
웨스턴
블럿
분석 (
Western
blot
analysis
)
산두근 메탄올 추추물이 세포 주기 관련 단백질에 어떠한 영향을 미치는지 검토하기 위하여, 웨스턴 블럿 분석을 수행하였다.
세포 주기에서 Cyclin E는 Cdk2는 복합체를 이루면서 G1기에서 S기로의 전이에 중요한 역할을 담당하고 있다[18]. 한편 Cdk는 다양한 세포증식 억제 신호에 의해 유도되는 Cdk 억제 유전자에 의하여 그 활성이 억제되어지는데, 이에는 CIP/KIP family에 속하는 p21 및 p27이다. 이 단백질들은 세포 주기에서 G1기에서 세포증식을 억제하는 세포 주기와 연관된 가장 중요한 조절인자이다[19]. 또한 Rb는 G1기로 접어들면서 특정한 Cyclin/Cdk의 복합체의 활성에 의하여 인산화가 일어나며, 인산화의 정도에 따라 인산화의 정도에 따라 전사조절인자 E2F family와의 결합을 통해 E2F 인자들의 활성을 조절한다[20]. Rb가 인산화가 되면 E2F가 유리되며, 유리된 E2F 전사인자는 DNA 합성과 연관된 많은 유전자들의 발현을 촉진시키고 Srl 특이적 유전자의 발현을 유발하게 한다. 따라서, 본 실험에서는 세포 주기에 직접적인 영향을 주는 cyclin E, Cdk2, Cdk 억제 유전자 (inhibitor)인 p21과 p27, Rb, E2F-1 단백질을 사용하였으며, 웨스턴 블럿 분석으로 상기 단백질들의 발현 변화를 확인하였다 (도 7 참조).
산두근 메탄올 추출물을 농도별 (0, 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)로 처리한 3T3-L1 세포를 회수하여 PBS로 한번 세척한 후 CSK 완충액 (100 mM PIPES(pH 6.8), 100 mM NaCl, 1mM MgCl2, 1 mM EGTA, 1 mM 디티오트레이톨 (DTT) 및 1mM EGTA)에 0.1% Triton X-100, 1 mM ATP와 단백질 분해효소 저해제 혼합물 (Protease inhibitor Cocktail) (BD PharmingenTM)이 첨가된 용액을 사용하여 현탁하여 15분간 용해시킨 후 초음파 파쇄기로 파쇄하였다. 파쇄한 세포는 14,000 rpm에서 20분간 원심 분리하였으며, 상등액을 BCA법을 이용하여 정량한 후 동량 단백질을 SDS-PAGE gel에서 전기영동을 하였다. 전기영동 후 겔 내의 단백질을 PVDF 막에 옮긴 후 5% skin milk를 사용하여 4℃에서 16시간 (O/N) blocking 시켰다. 1차 항체는 4℃ 16시간 반응시켰으며, TBS (50 mM Tris-HCl (pH 7.5) and 0.15 M NaCl)에 0.1% 트리톤 X-100이 첨가된 버퍼를 사용하여 막을 세척한 다음 2차 항체를 넣고 4℃ 16시간 반응시켰다. 막을 세척한 후 면역반응 단백질은 화학발광 시스템 (Chemi -luminescence system ; SuperSignal West Femto Maxium sensitivity Substrate, Pierce)으로 검출하였다. 본 실험에 사용된 항체들 (C/EBPα, C/EBPβ, PPARγ, β-Actin 등)은 Santa Cruz Biothechnology Inc. 및 Cell signalling Technology®에서 구입하였다.
실험 결과, 산두근 메탄올 추출물의 처리 농도가 증가할수록 cyclin E의 발현이 다소 감소되며, Cdk2의 경우에는 산두근 메탄올 추출물 처리에 따른 큰 발현 변화가 관찰되지 않았다. 한편, Cdk2 억제 유전자인 p21의 경우에는, 산두근 메탄올 추출물 처리 농도의 증가에 따라 p21의 발현이 농도 의존적으로 증가되었음을 알 수 있었다. 이로부터, p21의 발현 증가가 세포 주기 G1으로의 정체 유발과 상호 연관이 있음을 알 수 있다. 또한, 산두근 추출물을 처리하였을 때, 농도 의존적으로는 아니지만 Rb의 인산화와 E2F-1의 발현이 억제되었다 (도 7). 이러한 Rb의 인산화 억제는 cyclin/Cdk 복합체의 키나아제 활성 저하에 따른 것으로 추정되며, 특히 E2F-1 전사인자의 발현 저하로 인하여 S기 진입 및 DNA 합성에 필요한 주요 유전자들의 전사활성이 억제된 것으로 사료된다. 이로부터, 3T3-L1 세포가 MDI에 의한 자극으로 클론 증식 단계로 접어들었을 때 산두근 추출물이 Cdk 억제 유전자인 p21을 증가시켜 Cyclin/Cdk의 활성을 저해하고, 이는 Rb의 인산화를 저해시켜서 E2F의 발현을 저해하여, 세포 주기가 S기로 넘어가지 못하고 G1기에서 정지되도록 하였음을 알 수 있다. 즉, 산두근 추출물은 지방전구세포가 지방세포로 분화하는 과정 중 MDI에 의한 자극으로 일어나는 클론 증식 단계에서 G1기로의 정체를 야기하여 지방세포로의 분화를 억제하는 것으로 사료된다.
<
실험예
7> 지방 분해 (
Lipolysis
) 활성 관찰
3T3-L1 지방 세포 (adipocyte)가 100% 분화가 끝난 상태에서 산두근 메탄올 추출물의 지방구에 대한 지방 분해 활성이 있는지에 대한 실험을 수행하였다.
Confluent 상태의 3T3-L1 지방전구세포를 2일간 배양한 다음 DMEM(MDI)를 처리하고 2일간 더 배양하였다. 그 후 10㎍/㎖의 농도로 DMEM에 인슐린을 첨가하여 4일간 추가 배양하였다. 3T3-L1 지방 세포가 100% 분화되어 지방구가 축적되었을 때, 산두근 메탄올 추출물을 농도별 (0, 10, 50, 100, 200 ㎍/㎖)로 처리한 다음 48시간 더 배양하였다. 그리고 emzymatic reagent를 사용하여 배지로 방출되는 글리세롤의 양을 측정하였다. 지방 분해가 유도되면, 트리글리세라이드는 분해되어 세포질에서 글리세롤과 지방산이 생성되고, 계속적으로 지방 분해가 일어나면 글리세롤은 세포 밖으로 방출되게 된다[23]. 글리세롤 방출량은 글리세롤-3-인 산화제 (GPO) -TRINDER 키트 (SIGMA)를 사용하였다. 산두근 메탄올 추출물을 처리한 배양액 10 ㎕와 Free 글리세롤 시약 800 ㎕를 조심스럽게 혼합하고 37 ℃에서 5분간 반응시켰다. 반응 시킨 후 판독기 (ELISA, Enzyme liked immunosolvant assay)를 이용하여 540 nm에서 측정하였다.
도 7에서 나타낸 바와같이, 산두근 메탄올 추출물을 처리한 경우에는 대조군에 비하여 글리세롤 방출량이 농도 의존적으로 미비하게 증가하였음을 알 수 있다. 이로부터, 산두근 메탄올 추출물은 지방 세포로의 분화를 억제할뿐 아니라, 완전히 분화된 3T3-L1 세포를 자극하여 축적되어진 트리글리세라이드를 분해하는 효과도 있음을 알 수 있다.
<실험예 9> 산두근 분획물의 분화 억제 활성 효과
산두근을 클로로포름, 에틸 아세테이트, n-부탄올, H2O의 유기용매별로 분획한 각 분획물들의 분화 억제 효과를 알아보기 위하여 제조예 1에서 얻은 각 분획물을 Oil Red O 로 염색하였다. 3T3-L1 지방전구세포를 12웰 플레이트에 1×105 세포/웰의 농도로 접종한 후 배양한 뒤 confluent 상태에서 2일 더 배양하였다. 그 후 10㎍/㎖ 인슐린, 0.25uM 덱사메타손, 0.5mM 3-이소부틸-1-메틸잔틴 (IBMX (SIGMA))이 포함된 DMEM(MDI)으로 교환할 때 산두근의 각 분획물들을 최종 50ug/ml의 농도로 같이 처리하여 2일간 배양하였다. 2일 배양 후 10㎍/㎖ 인슐린이 포함된 DMEM으로 교환하여 4일간 배양을 하였으며 이때에도 산두근 각 분획물들을 최종 50ug/ml의 농도로 처리하였다. 대조군으로 사용되는 3T3-L1 지방전구세포가 완전한 지방세포로 분화가 이루어진 시점에, 모든 플레이트의 배지를 제거하고 차가운 인산염 버퍼 (PBS)로 세포를 세척한 후, 10% 포르말린을 처리하여 실온에서 1시간 고정시켰다. 포르말린을 완전히 제거한 다음 60% 이소프로판올로 헹군 뒤 Oil Red O 작동 용액 (working solution) (SIGMA)을 넣고 실온에서 10분간 염색을 하였다. 이 때 Oil Red O 작동 용액은 0.35g Oil Red O 분말을 100 ㎖의 이소프로판올에 녹인 뒤 증류수에 6 : 4의 비율로 희석한 다음 필터하여 사용하였다. 염색 후 Oil Red O 작동 용액을 완전히 제거한 다음 증류수로 4번 세척한 뒤 현미경으로 세포의 염색 상태를 확인하였다. 흡광도 측정을 위하여 100% 이소프라판올에 용출시켜 분광광도계를 이용하여 500nm에서 흡광도를 측정하여 염색된 트리글리세라이드의 양을 정량하였다.
실험 결과, MDI를 처리한 대주군 세포의 분화정도를 100%로 하였을 때, 클로로포름, 에틸아세테이트층의 분화억제율이 각각 70%, 62%로 3T3-L1 predipocyte 분화를 억제한다는 것을 알 수 있었다 (도 9 참조). 이로부터, 본 발명에 의한 산두근 추출물은 메탄올로 추출한 것 이외에, 클로로포름, 에틸아세테이트로 추출한 추출물도 사용할 수 있음을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 산두근 추출물은 지방전구세포가 분화될 때 발현되는 특이적인 마커 단백질의 발현을 억제하고, 지방세포 분화 프로그램 중 클론 증식을 억제한다는 것을 알 수 있다. 또한, 지방을 분해하는 효과도 나타낸다. 따라서, 지방 생성 억제 효능, 지방 분해 효능을 나타내는 본 발명에 따른 산두근 추출물은 비만의 예방 및/또는 치료 등을 위한 다양한 분야에 적용할 수 있다.
참조 문헌
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Claims (8)
- 산두근 추출물을 유효성분으로 함유하는 비만의 예방 또는 치료용 조성물.
- 제1항에 있어서, 산두근 추출물은 메탄올로 추출하여 얻어지는 것이 특징인 비만의 예방 또는 치료용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 트리글리세라이드의 축적을 감소시키는 것이 특징인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 지방 세포의 세포 주기가 G1기에서 정체되도록 하는 것이 특징인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 p21의 발현을 증가시키는 것이 특징인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 지방 세포의 분해를 촉진하는 것이 특징인 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물은 식품 조성물인 것이 특징인 비만의 예방 또는 치료용 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물은 약학적 조성물인 것이 특징인 비만의 예방 또는 치료용 조성물.
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