KR20150000110A

KR20150000110A - 알긴산을 포함하는 천식 예방 또는 치료용 조성물

Info

Publication number: KR20150000110A
Application number: KR20130072066A
Authority: KR
Inventors: 방미애; 신현경; 박상준; 박대훈; 정종기; 정보람; 김두운
Original assignee: 재단법인 전남생물산업진흥원
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-01-02

Abstract

본 발명은 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 조성물에 관한 것으로, 상기 천식 치료 또는 예방용 조성물은 의약 조성물일 수 있다. 또한, 본 발명은 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 개선 또는 예방용 식품조성물에 관한 것이다. 본 발명은 알긴산, 구체적으로 미생물 처리에 의해 제조된 저분자 알긴산인 알긴산 올리고당이 천식 치료, 예방 또는 개선에 우수한 효과를 가질 뿐만 아니라, 상기 알긴산 올리고당은 인체에 무해하므로, 본 발명의 조성물은 부작용이 없을 뿐 아니라, 천식 치료효과도 우수하여, 천식 치료에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

알긴산을 포함하는 천식 예방 또는 치료용 조성물{A COMPOSITION FOR THE TREATMENT OR PREVENTION OF ASTHMA COMPRISING ALGINATE}

본 발명은 알긴산, 구체적으로 알긴산 올리고당을 유효성분으로 포함하는 천식 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.

2011년 기준 전 세계적으로 약 2억 3천 5백만 여명이 천식으로 고통을 받고 있는 것으로 알려져 있다.

상기 천식(asthma)은 발작성 호흡곤란을 반복적으로 나타내는 증상을 가지는 질환으로, 기관지 천식과 심장 천식이 있으며, 좁은 의미의 천식은 주로 기관지 천식을 의미한다. 상기 기관지 천식은 알레르기에 의한 대표적인 질환 중 하나로, 비만세포 표면의 IgE Fc 수용체에 결합하는 즉시과민항체(reagin)와 알레르겐(allergen)이 반응하여 화학물질을 유리시키며, 이에 따라 기도폐색이 일어나 발병하게 된다.

상기 천식은 먼지진드기, 곰팡이나 바퀴벌레에 의한 감염, 애완동물의 털이나 오염물질과 같은 알레르기 유발물질 또는 흡연 등 다양한 원인에 의해 발병되는 것으로 알려져 있다.

구체적으로, 상기 천식은 헬퍼 T 세포(helper T cell)와 밀접한 관련이 있는 면역관련 질환이다. 상기 헬퍼 T 세포는 분비를 유도하는 사이토카인(cytokine)의 종류에 따라, Th1 cell과 Th2 cell로 구분될 수 있다. 상기 Th1 cell은 주로 인터류킨2(IL-2)나 인터페론-감마(IFN-γ)를 분비하고, 상기 Th2 cell은 IL-4, IL-5 및 IL-13을 분비한다. 또한, 상기 Th2 cell은 B 세포(B-cell)의 분화와 IgG가 IgE로 변화되는 것을 촉진하기도 한다. 상기 천식은 상기 Th1 cell과 Th2 cell의 균형이 파괴되어 발생하는 것으로 보고 되고 있다.

상기 천식은 면역관련 질환으로 다양한 사이토카인에 의해 유발 또는 억제될 수 있다. 구체적으로, CD4 T 세포(CD4 T-cell)의 기능을 조절하는 것으로 알려진 IL-6는 천식 유도를 조절하는 것으로 알려져 있다. 반면에, IL-12는 Th1 cell과 Th2 cell의 균형을 조절하며, 천식의 억제와 관련이 있는 IFN-γ 생산을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 또한, IL-4와 IL-13은 염증과정의 진행, 기도과민반응, 점액분비 세포인 배상세포(goblet-cell)의 이상증식, 호산구 침윤, 점액 과분비 또는 B-cell 활성화에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 천식발생의 주요인자로 보고되고 있다. 또한, IL-5는 호산구의 분화, 활성화 및 이동에 관여하며, 천식과 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

상기 천식과 관련하여, 기존 치료방법으로 기관 확장제, 코르티코스테로이드(corticosteroid), 류코트리엔 조절제(leukotriene modifier), 테오필린(theophylline) 또는 항 IgE제가 제안되었으나, 이러한 치료제의 투여에도 불구하고 천식을 완벽히 치료하지 못하였으며, 몇몇 부작용에 대한 문제가 제기되고 있다. 일 예로, 구체적으로, 천식 치료제로 폭 넓게 이용되는 코르티코스테로이드 흡기제는 다양한 부작용이 보고되면서, 그 사용이 감소하고 있는 추세이다.

따라서, 부작용이나 약물 내성이 문제되지 않는 천연물 유래 소재로부터 천식의 치료에 효과적인 물질을 찾고자 하는 노력이 증가하고 있는 추세이다.

KR

2012-0097841

A

본 발명은 인체에도 무해한 천연물질을 유효성분으로 포함하는 천식 치료, 개선 또는 예방용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식의 치료 또는 예방용 조성물을 제공한다.

상기 알긴산은 알긴산 올리고당(alginate oligosaccharide)일 수 있다. 상기 알긴산 올리고당은 알긴산을 미생물로 처리한 저분자 알긴산일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 알긴산 올리고당은 알긴산 분해능을 갖는 미생물, 일 예로 바실러스 속 미생물 또는 스테노트로모나스 속 미생물을 알긴산이 포함된 배양배지에서 배양하는 단계 및 상기 배양된 배양배지에서 알긴산 올리고당을 분리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다. 상기 식품 조성물은 식품, 식품첨가제 또는 음료일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 알긴산의 용도(Use), 구체적으로 알긴산의 천식 치료, 개선 또는 예방용 용도를 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 인체 안전성이 확보된 천식의 치료, 개선 또는 예방 효과가 있는 천연물 유래의 물질을 찾기 위하여, 항천식 효과, 구체적으로, Th2 cell이 분비하는 IL-5 및 IL-13의 발현 억제 여부에 대한 관찰과 동물 실험모델에서 폐의 조직병리학적 관찰 및 면역염색법을 통한 관찰을 통해 항천식 효과를 가진 천연물 유래의 물질을 탐색해 왔으며, 상기 탐색 과정에서 갈조류로부터 추출될 수 있는 천연물인 알긴산을 미생물, 구체적으로 바실러스 서브틸리스 KCTC 11782BP (Bacillus subtilis KCTC 11782BP)로 처리하여 제조된 저분자 알긴산인 알긴산 올리고당이 천식 치료 및 예방능이 우수한 것으로 평가되어, 이로부터 본 발명을 완성하였다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 조성물에 관한 것이다.

상기 알긴산(alginic acid, alginate)은 다시마, 미역, 녹미채 등의 갈조류의 세포막을 구성하는 다당류로 만뉴로네이트(mannuronate, M)와 글루로네이트(guluronate, G)로 구성된 선상의 우론산 중합체이며, 해초산이라고도 한다.

상기 알긴산은 불용성이나, 상기 알긴산의 염 중 칼슘염과 달리 나트륨염인 알긴산 나트륨염은 물에 녹으며 점성도가 매우 높기 때문에 증점제, 유화제 또는 안정제 등의 식품 첨가물의 용도로 다양하게 이용되고 있다. 최근에는 섬유화하여 수술용 실로도 이용되고 있다. 포유동물의 경우 알긴산을 분해할 수 있는 효소가 없어서, 영양성분으로 이용이 제한되나, 세균의 경우 알긴산 분해효소를 생산하며, 상기 분해효소에 의해 불포화결합의 우론산이 비환원말단에 있는 분해산물이 생성될 수 있다.

상기 알긴산은 알긴산 올리고당일 수 있다. 상기 알긴산 올리고당은 저분자 알긴산을 의미한다. 구체적으로, 상기 알긴산 올리고당은 분자량(Mw)이 100 내지 10,000, 또는 1,500 내지 9,000, 또는 2,000 내지 7,000인 알긴산일 수 있다. 상기 분자량(g/mol)은 평균 분자량일 수 있으며, 상기 분자량은 중량평균 분자량(Mw)이다.

상기 알긴산 올리고당은 알긴산 분해능을 갖는 미생물을 알긴산이 포함된 배양배지에서 배양하는 단계 및 상기 배양된 배양배지에서 알긴산 올리고당을 분리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 알긴산 올리고당은 갈조류, 구체적으로 미역, 다시마 또는 갈색 해초(Laminaria hyperborean)로부터 추출하여 제조된 알긴산 나트륨염(sodium alginate)를 이용하여 생산할 수 있다.

보다 상세하게, 알긴산 분해능을 가진 미생물, 구체적으로, 바실러스 속 미생물 또는 스테노트로포모나스 속 미생물, 보다 구체적으로 바실러스 서브틸리스 또는 스테노트로포모나스 말토필리아(Stenotrophomonas maltophilis)를 이용하여 다음과 같은 방법으로 생산할 수 있다.

일 예로, 바실러스 서브틸리스 KCTC 11782BP(Bacillus subtilis KCTC 11782BP)를 0.1% 알긴산 나트륨(sodium alginate), 1% 펩톤(peptone), 1% 효모 추출물(yeast extract), 0.2% NaCl, 0.2% K₂HPO₄, 0.1% KH₂PO₄, 0.1% MgSO₄가 포함된 배지 150 mL에 접종한 후, 37?에서 3일간 150 rpm으로 교반(shaking)하며 배양한다. 이 후, 3% 알긴산 나트륨(sodium alginate), 1% 펩톤(peptone), 1% 효모 추출물(yeast extract), 0.2% NaCl, 0.2% K₂HPO₄, 0.1% KH₂PO₄, 0.1% MgSO₄ 및 0.05% CaCl₂가 들어간 배지 5L를 추가하여 37?에서 14일간 교반하며 배양한다. 상기 배양 후, 10,000 x g의 조건에서 30분간 원심분리한 후, 상층액을 얻어서 Amicon filter(Millipore, USA)를 이용하여 여과함으로써, 10 kDa 이하의 알긴산 올리고당을 수득한 후, 동결건조하여 알긴산 올리고당을 제조한다.

본 발명에서 천식(asthma)이란 폐 속에 있는 기관지가 아주 예민해진 상태로, 때때로 기관지가 좁아져서 숨이 차고 가랑가랑하는 숨소리가 들리면서 기침을 심하게 하는 증상을 나타내는 질환을 의미하며, 기관지의 알레르기 염증 반응 때문에 발생하는 알레르기 질환이다. 상기 증상들은 반복적으로 또는 발작적으로 나타나며 유전적 요인과 환경적 요인이 합쳐져서 나타난다. 상기 천식은 기관지 천식과 심장 천식일 수 있으며, 좁은 의미로는 기관지 천식일 수 있다.

상기 기관지 천식의 대표적인 증상은 호흡곤란, 기침, 천명이다. 이러한 증상이 반복적으로 또는 발작적으로 나타나며, 실제 천식 환자는 상기와 같은 전형적인 천식의 증상 외에 비전형적인 증상을 호소하는 경우도 많다. 즉, 가슴이 답답하거나 흉부 압박감을 호소하는 경우 또는 목구멍에 가래가 걸려있는 것 같은 증상만을 호소하는 경우도 있다. 일반적으로, 감기에 걸린 후에 호흡곤란이 악화하거나, 달리기 같은 운동 후에 호흡곤란, 거친 숨소리 증상들이 많이 나타난다. 때로는 심한 천식 발작으로 즉각적인 응급치료 및 입원 치료가 절대적으로 필요한 경우가 있는데, 이때 환자는 곧 죽을 것 같은 공포를 느끼며, 실제로 심한 천식 발작은 생명을 위협하기도 한다.

천식의 원인은 유전적 요인과 환경적 요인이 있으며, 주로 이들의 상호작용에 의해 발병한다. 구체적으로, 부모로부터 물려받은 알레르기 체질과 주위의 천식유발 인자들이 상호 작용을 일으켜 면역체계에 혼란이 생기면서 천식이 발생하게 된다.

천식을 유발하는 요인으로는 원인 물질과 악화 요인이 있다. 상기 원인 물질을 알레르겐(allergen)이라고 하는데, 대표적인 알레르겐은 집먼지 진드기, 꽃가루, 동물의 털이나 비듬, 바퀴벌레 등이 있다. 상기 악화 요인은, 감기, 담배연기와 실내오염, 대기오염, 식품첨가제, 과격한 운동 등 신체적 활동, 기후 변화, 황사, 스트레스 등이 있다.

천식, 특히 기관지 천식의 치료법으로는 증상이 있으면 신속하게 증상을 회복시키고 재발을 방지하기 위해서 질병을 조절하는 약제를 장기간 사용하는 약물요법과, 천식의 원인 물질을 찾아 원인 알레르겐 노출을 최소화하고 악화인자로부터 회피하는 회피요법이 있다.

상기 약물요법으로는 좁아진 기관지를 짧은 시간 내에 완화시키는 기관지 확장제와 같은 증상 완화제와 기관지의 알레르기 염증을 억제하여 천식발작을 예방하는 질병 조절제로 구분한다. 상기 증상 완화제의 경우, 부작용의 문제는 적은 편이나 근본적인 치료를 할 수 없고, 상기 질병 치료제의 경우 호르몬 제제 등이어서 부작용이 문제가 되고 있다.

본 발명의 천식 예방 또는 치료용 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여 상기 알긴산을 0.001 내지 99.99중량%, 바람직하게는 0.1 내지 99 중량%로 포함할 수 있으며, 상기 천식 예방 또는 치료용 조성물의 사용방법 및 사용목적에 따라 유효성분의 함량을 적절히 조절할 수 있다.

상기 조성물은 알긴산 외에 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 중진제, 펙트산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 추가로 함유할 수 있다. 상기 조성물에는 상기 성분들이 독립적으로 또는 조합하여 추가될 수 있다. 상기 추가성분의 함량은 바람직하게는 상기 알긴산 100 중량부 당 0.1 내지 20,000 중량부 범위에서 추가할 수 있다.

상기 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 조성물은 천식 치료 또는 예방용 의약조성물 또는 약학조성물일 수 있다.

이러한 측면에서, 본 발명은 상기 알긴산을 유효성분으로 포함하고, 천식이나 천식 관련 질병의 치료 또는 예방 효과를 가진 의약조성물일 수 있다.

본 발명의 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 의약조성물은 조성물 총 중량에 대하여 상기 알긴산을 0.001 내지 99.99중량%, 바람직하게는 0.1 내지 99 중량%로 포함할 수 있다.

상기 천식 치료 또는 예방용 조성물은 그 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더욱 포함할 수 있다.

상기 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 의약조성물은 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 현탁제, 에멀젼, 시럽 등의 경구형 제형물로 사용될 수 있다.

상기 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 의약조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다.

상기 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 의약조성물이 경구투여를 위한 고형제제인 경우, 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 유효성분 즉, 알긴산, 바람직하게는 알긴산 올리고당에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다.

또한, 상기 천식이나 천식 관련 질병의 예방 또는 치료용 의약조성물이 경구투여를 위한 액상제제인 경우, 상기 액상제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데, 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제 예를 들면, 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.

상기 알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 의약조성물의 바람직한 투여량은 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 알긴산을 기준으로 1일 0.0001 내지 1000 mg/kg으로, 보다 효과적이기 위해서는 0.01 내지 100 mg/kg으로 투여할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

또한, 다른 측면에서, 본 발명은 상기 알긴산을 유효성분으로 포함하고, 천식이나 천식 관련 질병의 개선 또는 예방 효과를 가진 식품조성물일 수 있다.

상기 식품조성물에 유효성분으로 포함되는 알긴산은 알긴산 올리고당일 수 있다. 상기 알긴산 올리고당은 저분자 알긴산을 의미한다. 구체적으로, 상기 알긴산 올리고당은 분자량(Mw)이 100 내지 10,000, 또는 1,500 내지 9,000, 또는 2,000 내지 7,000인 알긴산일 수 있다. 상기 분자량(g/mol)은 평균 분자량일 수 있으며, 상기 분자량은 중량평균 분자량(Mw)이다.

본 명세서에서 식품이란 함은 영양소를 한 가지 또는 그 이상 함유하고 있는 천연물 또는 가공품을 의미하며, 바람직하게는 어느 정도의 가공 공정을 거쳐 직접 먹을 수 있는 상태가 된 것을 의미하며, 통상적인 의미로서, 식품, 식품 첨가제, 건강 기능성 식품 및 음료를 모두 포함하는 의도이다.

본 발명의 알긴산을 첨가할 수 있는 식품으로는 예를 들어, 각종 식품류, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 기능성 식품 등이 있다. 추가로, 본 발명에서 식품에는 특수영양식품(예, 조제유류, 영,유아식 등), 식육가공품, 어육제품, 두부류, 묵류, 면류(예, 라면류, 국수류 등), 건강보조식품, 조미식품(예, 간장, 된장, 고추장, 혼합장 등), 소스류, 과자류(예, 스넥류), 유가공품(예, 발효유, 치즈 등), 기타 가공식품, 김치, 절임식품(각종 김치류, 장아찌 등), 음료(예, 과실,채소류 음료, 두유류, 발효음료류 등), 천연조미료(예, 라면 스프 등)을 포함하나 이에 한정되지 않는다.

상기 식품, 음료 또는 식품첨가제는 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다.

본 발명에서 기능성 식품이란 식품에 물리적, 생화학적, 생물공학적 수법 등을 이용하여 해당 식품의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 식품군이나 식품 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체조절기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 식품을 의미한다.

상기 기능성 식품에는 식품학적으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제를 포함할 수 있으며, 기능성 식품의 제조에 통상적으로 사용되는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에서 음료란 갈증을 해소하거나 맛을 즐기기 위하여 마시는 것의 총칭을 의미하며 기능성 음료를 포함하는 의도이다.

상기 음료는 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 알긴산을 유효성분으로 포함하는 것 외에 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다.

상기의 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상기한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다.

상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖ 당 일반적으로 약 1 g 내지 20 g, 바람직하게는 5 g 내지 12 g이다. 그밖에 본 발명의 조성물은 천연 과일 주스, 과일 쥬스 음료, 야채 음료의 제조를 위한 과육을 추가로 함유할 수 있다.

상기 외에 본 발명의 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다.

이러한 성분을 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 그렇게 중요하지 않지만, 본 발명의 알긴산 100 중량부 당 0 내지 20,000 중량부 범위에서 선택될 수 있다.

본 발명에서 기능성 음료란 음료에 물리적, 생화학적, 생물공학적 수법 등을 이용하여 해당 음료의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 음료 군이나 음료 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체조절기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 음료를 의미한다.

상기 기능성 음료는 지시된 비율로 필수 성분으로서 본 발명의 알긴산을 함유하는 외에는 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다.

상기 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상기한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다.

상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖ 당 일반적으로 약 1 g 내지 20 g, 바람직하게는 5 g 내지 12 g일 수 있다.

또한, 천식 개선 또는 예방을 목적으로 하는 식품 조성물에 있어서, 상기 알긴산의 양은 전체 식품 중량의 0.01 중량% 내지 15 중량%로 포함할 수 있으며, 음료 조성물은 100 ㎖를 기준으로 0.02 g 내지 5 g, 바람직하게는 0.3 g 내지 1 g의 비율로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 알긴산의 용도(Use), 구체적으로 알긴산의 천식 치료, 개선 또는 예방용 용도에 관한 것이다.

일 예로, 바실러스 서브틸리스 KCTC 11782BP(Bacillus subtilis KCTC 11782BP)를 0.1% 알긴산 나트륨(sodium alginate), 1% 펩톤(peptone), 1% 효모 추출물(yeast extract), 0.2% NaCl, 0.2% K₂HPO₄, 0.1% KH₂PO₄, 0.1% MgSO₄가 포함된 배지 150 mL에 접종한 후, 37℃에서 3일간 150 rpm으로 교반(shaking)하며 배양한다. 이 후, 3% 알긴산 나트륨(sodium alginate), 1% 펩톤(peptone), 1% 효모 추출물(yeast extract), 0.2% NaCl, 0.2% K₂HPO₄, 0.1% KH₂PO₄, 0.1% MgSO₄ 및 0.05% CaCl₂가 들어간 배지 5L를 추가하여 37℃에서 14일간 교반하며 배양한다. 상기 배양 후, 10,000 x g의 조건에서 30분간 원심분리한 후, 상층액을 얻어서 Amicon filter(Millipore, USA)를 이용하여 여과함으로써, 10 kDa 이하의 알긴산 올리고당을 수득한 후, 동결건조하여 알긴산 올리고당을 제조한다.

상기 알긴산, 구체적으로 저분자의 알긴산인 알긴산 올리고당은 실험동물에 의한 천식 동물 모델을 통하여 확인한 결과, 기관지와 혈관주변의 염증세포 침윤 및 점액 분비를 억제할 수 있고, 헬퍼 T 세포(helper T cell)의 증가를 억제할 수 있으며, Th2 cell에 의해 분비되는 사이토카인인 IL-5 mRNA 및 IL-13 mRNA의 발현을 효과적으로 억제하는 것으로 확인되어, 천식 또는 천식과 관련된 질환의 치료, 예방 또는 개선에 효과적인 것으로 예상되어, 천식이나 천식 관련 질환의 치료, 개선 또는 예방용 용도가 우수한 것으로 평가된다.

본 발명의 알긴산은 동물 실험 및 세포 실험을 통하여 확인한 결과, 천식의 원인이 되는 Th1 cell과 Th2 cell의 불균형을 해소하고, Th2 cell에 의해 분비되는 사이토카인인 IL-5 mRNA 및 IL-13 mRNA의 발현을 효과적으로 억제하며, 기관지와 혈관주변의 염증세포 침윤 및 점액 분비를 억제하는 것으로 확인되었으며, 상기 유효성분인 알긴산은 식품으로 이용되는 해조류인 갈조류로부터 제조될 수 있는 것으로 부작용에 대한 문제도 없을 것으로 예상되어, 천식 등의 새로운 예방 또는 치료제로서 매우 가치가 높을 것으로 판단된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천식 실험 모델을 이용한 동물 실험에서 폐조직의 병리조직학적인 변화를 관찰한 사진으로, 도 1a는 기관지와 폐조직의 혈관주변을 H&E(헤마토톡신 & 에오진 염색, hematoxylin and eosin stain)으로 염색한 후 관찰한 사진이며, 도 1b는 PAS 염색(PAS stain) 후 관찰한 사진이다. 상기 도 1에서 화살표(Arrow)는 염증 세포의 침윤을 의미하고, Br은 모세 기관지(bronchiole)를 의미하며, M은 점액분지(mucus secretion)를 의미하고, V는 혈관(vessel)을 의미한다. 또한, A는 아무런 처리를 하지 않은 정상 대조군(vehicle control)을 의미하고, B는 천식을 유발한 음성 대조군(OVA-induced asthma model)을 의미하며, C는 덱타메타손(dexamethasone)을 처리한 양성 대조군을 의미하고, D는 50 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, E는 200 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, F는 400 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포독성 T 세포(cytotoxic T cell)와 helper T cell을 염색한 결과를 나타낸 사진으로, 도 2a는 CD4 포지티브 염색(CD4 positive staining)을 한 결과를 나타낸 사진이고, 도 2b는 CD8 포지티브 염색(CD8 positive staining)을 한 결과를 나타낸 사진이다. 또한, A는 아무런 처리를 하지 않은 정상 대조군(vehicle control)을 의미하고, B는 천식을 유발한 음성 대조군(OVA-induced asthma model)을 의미하며, C는 덱타메타손(dexamethasone)을 처리한 양성 대조군을 의미하고, D는 50 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, E는 200 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, F는 400 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험동물의 폐조직의 RNA로부터 각각의 사이토카인의 RNA 생성 정도를 RT-PCR을 이용하여 확인한 결과를 나타낸 사진으로, CON은 아무런 처리를 하지 않은 정상 대조군(vehicle control)을 의미하고, OVA는 천식을 유발한 음성 대조군(OVA-induced asthma model)을 의미하며, OVA DEX는 덱타메타손(dexamethasone)을 처리한 양성 대조군을 의미하고, 50은 50 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, 200은 200 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, 400은 400 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이토카인의 분비여부를 면역염색을 이용하여 확인한 결과로, 도 4a는 IL-4 발현 여부를 확인한 사진이고, 도 4b는 IL-5 발현 여부를 확인한 사진이며, 도 4c는 IL-13 발현 여부를 확인한 사진이다. 또한, A는 아무런 처리를 하지 않은 정상 대조군(vehicle control)을 의미하고, B는 천식을 유발한 음성 대조군(OVA-induced asthma model)을 의미하며, C는 덱타메타손(dexamethasone)을 처리한 양성 대조군을 의미하고, D는 50 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, E는 200 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군, F는 400 mg/kg/day 함량으로 알긴산 올리고당을 처리한 실험군을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 알긴산 올리고당의 제조

알긴산 올리고당은 갈색 해초(Laminaria hyperborean)로부터 추출 후, 산 또는 염기처리를 통하여 제조된 알긴산 나트륨염(sodium alginate)을 구입하여, 특허공개번호 제2012-0097841호에 기재된 방법을 응용하여 제조하였다.

우선, 바실러스 서브틸리스 KCTC 11782BP(Bacillus subtilis KCTC 11782BP)를 0.1% 알긴산 나트륨(sodium alginate), 1% 펩톤(peptone), 1% 효모 추출물(yeast extract), 0.2% NaCl, 0.2% K₂HPO₄, 0.1% KH₂PO₄, 0.1% MgSO₄가 포함된 배지 150 mL에 접종한 후, 37?에서 3일간 150 rpm으로 교반(shaking)하며 배양하였다. 이 후, 3% 알긴산 나트륨(sodium alginate), 1% 펩톤(peptone), 1% 효모 추출물(yeast extract), 0.2% NaCl, 0.2% K₂HPO₄, 0.1% KH₂PO₄, 0.1% MgSO₄ 및 0.05% CaCl₂가 들어간 배지 5L를 추가하여 37?에서 14일간 교반하며 배양하였다. 상기 배양 후, 10,000 x g의 조건에서 30분간 원심분리한 후, 상층액을 얻어서 Amicon filter(Millipore, USA)를 이용하여 여과함으로써, 10 kDa 이하의 알긴산 올리고당을 수득한 후, 동결건조하여 알긴산 올리고당을 제조하였다.

상기 제조된 알긴산 올리고당은 만뉴로네이트 올리고당 DP5 (mannuronate oligosaccharides DP5, ELICITYL SA, 프랑스)를 표준시료로 하여, YL9100 HPLC system(YL Instrument, 대한민국)으로 확인하였다.

상기 확인된 알긴산 올리고당을 이용하여 천식 치료효과에 대해 실험하였다.

실시예 2: 동물모델을 이용한 천식 치료 효과 확인

실험동물은 BALB/c 84마리 를 Orient Bio Inc.(대한민국)으로부터 구입하여, 6군으로 구분하였다. 상기 실험동물은 오전 7시부터 오후 7시까지 빛을 가하는 일정한 명암주기, 21℃ 내지 25℃의 온도 및 45% 내지 65%의 상대습도의 조건에서 사육하였으며, 사료와 물은 상시로 섭취할 수 있게 하였다. 상기 실험동물의 사료는 일반적인 펠렛 건조 사료(대한실험동물, 대한민국)를 사용하였다.

상기 실험동물이 안정된 후, 6군으로 구분된 실험동물은 멸균수를 제공한 정상군, OVA(ovalbumin)으로 천식을 유도한 후, 멸균수를 처리한 음성 대조군, 1 mg/kg/day dexamethasone를 투여한 양성 대조군, 50 mg/kg/day 실시예 1에서 제조된 알긴산 올리고당 투여군, 200 mg/kg/day 알긴산 올리고당 투여군, 400 mg/kg/day 알긴산 올리고당 투여군으로 구분하였다. 실험시작 1일 및 8일에 정상군을 제외한 모든 군에 20 ㎍ OVA(Sigma Chemical Co., USA)과 1 mg aluminum hydroxide hydrate(Sigma Chemical Co., USA)를 500 ㎕ 생리식염수에 녹인 후, 복강으로 투여하였다. 21일 경과 후, 5일 동안 5% OVA을 nebulizer(3 mL/min, NE-U17, OMRON Co. Ltd., 일본)를 이용하여 다시 실험동물에 30분간 투여하였다. 이 후 5일의 투여기간 동안, OVA 투여 1시간 전에, 매일 1회씩 경구로 멸균수, dexamethasone, 50 mg/kg/day 알긴산 올리고당, 200 mg/kg/day 알긴산 올리고당, 400 mg/kg/day 알긴산 올리고당을 투여하였다. 모든 동물실험은 경북대 동물실험윤리위원회의 허가를 득하였으며, 경북대 동물실험윤리위원회의 규정을 준수하면서 수행하였다.

상기 실험과정을 수행한 후, 6군의 실험동물을 희생한 후, 폐조직을 분리하였고, 분리된 폐조직을 고정한 후, H&E 염색과 PAS 염색을 수행하였다(Carson FL, Hladik C. Histotechnology: A Self-Instructional Text(3 ed.). Hong Kong: American Society for Clinical Pathology Press. pp.　137 - 139(2009)).

보다 구체적으로, 상기 폐조직은 10%(v/v) formaldehyde solution으로 고정하였고, 99.9% 에탄올 수용액, 90% 에탄올 수용액, 80% 에탄올 수용액 및 70% 에탄올 수용액으로 탈수하고, 파라핀 고정(paraffin block)을 수행하였다. 상기 파라핀 고정된 폐조직을 4 μm의 두께로 자른 후, H&E 염색 및 PAS 염색(PAS stain)을 실시하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

상기 도 1에 나타낸 바와 같이, 알긴산 올리고당은 농도의존적으로 천식에 의한 폐조직의 변화를 억제하는 것으로 확인되었다. 구체적으로, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 대조군인 B의 폐조직과 비교할 경우, 50 mg/kg/day 알긴산 올리고당을 5일간 투여한 군은 기관지와 혈관주변의 염증세포 침윤 및 점액 분비를 억제정도가 낮았으나, 알긴산 올리고당을 200 mg/kg/day와 400 mg/kg/day 투여한 군의 경우 양성대조군인 dexamethasone과 같은 유사하게 기관지와 혈관주변의 염증세포 침윤 및 점액 분비를 억제하는 결과를 확인하여, 알긴산 올리고당은 OVA로 유도된 천식에 따른 병리학적 변화를 농도의존적으로 억제하는 것으로 확인되었다.

또한, 도 1b에 나타낸 바와 같이, PAS 염색으로 당단백 분비를 확인한 결과, 50 mg/kg/day 알긴산 올리고당의 투여로도 확실한 억제효과를 확인하였으며, 200 mg/kg/day 및 400 mg/kg/day 알긴산 올리고당 투여의 경우 대조군과 유사하게 당단백의 분비가 억제됨을 확인되어, 알긴산 올리고당은 농도의존적으로 당단백의 분비를 억제하는 것으로 확인되었다.

실시예 3: 면역염색법을 이용한 T 세포 분화 억제 효과 확인

알러지 유도 물질인 Allergen으로 유도되는 천식은 초기와 후기 반응으로 나뉘며, 사이토카인(cytokine)의 변화가 관찰된다. 따라서, 세포 표면 표지물질(cell surface marker)인 CD4(helper T cell)와 CD8(cytotoxic T cell)의 변화를 면역염색법을 통해 관찰하여 알긴산 올리고당의 항천식 효과를 확인하였다.

우선, Endogenous peroxidase를 제거하기 위해서 3% hydrogen peroxide 메탄올 용액에서 10분 동안 처리한 후, CD4(Serotec, MCA48R) 및 CD8(Serotec, MCA55GA)의 1차 항체를 냉장에서 밤새 반응시켰다. 이후, 2시간 동안 2차 항체 즉, biotinylated goat anti-rat secondary antibody(1:500; DAKO, Carpinteria, CA)와 horseradish-peroxidase conjugated streptavidin을 반응시켰다. Counter stain은 Mayer's hematoxylin으로 실시하였다.

상기 실험결과, 알긴산 올리고당은 cytotoxic T cell이 아닌 helper T cell의 분화를 억제하는 것으로 확인되었다.

구체적으로, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 천식발생에 중요한 역할을 하는 CD4+ helper T cell 침윤은 OVA로 유도된 천식모델에서 CD8+ cytotoxic T cell보다 증가하였다. 그리고 이러한 변화는 알긴산올리고당의 투여에 의해 억제되는 것이 확인되었으며, 특히 기관지 주변 혹은 기관기동맥 주변의 변화를 확인할 수 있었다. 그러나, 도 2b에 나타낸 바와 같이, OVA에 의해서 증가된 cytotoxic CD8+ T cell은 알긴산 올리고당에 의해 조절되지 않는 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 통해 알긴산 올리고당은 CD4+ helper T cell에 대해서 효과적으로 억제하는 것을 알 수 있었다.

실시예 3: RT - PCR 을 이용한 사이토카인 발현 억제 억제 효과 확인

염증과 관련된 사이토카인의 발현량을 확인하기 위하여 RNease Mini Kit(QIAGEN, Frederick, MD)를 이용하여, 상기 희생한 실험동물의 폐조직의 전체 RNA를 추출하였다. 전체 RNA(100 ng)을 template로 활용하여, RT-PCR을 수행하였고, 각각에 사용된 프라이머는 다음과 같다.

종류	서열(5'→3')
IL-4 forward	CCAGCTAGTTGTCATCCTGC
IL-4 reverse	GTFATGTGGACTTGGACTCA
IL-6 forward	TTGCCTTCTTGGGACTGATG
IL-6 reverse	CAGAATTGCCATTGCACAACT
IL-12a forward	GCCAGGTGTCTTAGCCAGTC
IL-12a reverse	ATGGCCTGGAACTCTGTCTG
IL-13 forward	TCTGTGTAGCCCTGGATTCCC
IL-13 reverse	CCGTGGCGAAACAGTTGCTT
β-actin forward	GAAATCGTGCGTGACATC
β-actin reverse	GCTTGCTGATCCACATCT

상기 RT-PCT을 수행한 결과를 각각 2% agarose gel을 이용한 전기영동을 통하여 분리한 후, ETBR(ethidium bromide)로 염색하고 UV에서 검증하여 촬영하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

상기 도 3에 나타낸 바와 같이, 알긴산 올리고당은 염증 관련 사이토카인의 발현을 억제하는 것으로 확인되었다.

구체적으로, 알레르기성 천식에서 염증과 기관지의 형태 변화, 염증세포의 유도, 폐 상페세포와 대식세포의 활성화, 사이토카인의 유도는 helper T cell의 면역반응을 촉진한다. 한편, 알긴산 올리고당은 Th2 cell이 분비하는 인 IL-4, IL-5, IL-6 및 IL-13의 발현을 효과적으로 억제하며, 발현량의 감소는 농도의존적으로 감소시킴이 확인되었다. 한편, 알긴산 올리고당은 Th1 cell의 cytokine인 IL-12a, IFN-γ는 감소시키지 않는 것으로 확인되었다.

실시예 4: 면역염색법을 이용한 사이토카인 분비 억제 효과 확인

상기 실시예 2와 같은 방법으로 면역염색법을 수행하였으며, 1차 항체는 IL-13(Santacruz, sc-73318), IL-4(Santacruz, sc-7887), IL-5 (Santacruz, sc-9350)를 사용하였다. 상기 확인결과를 도 4에 나타내었다.

상기 도 4에 나타낸 바와 같이, 알긴산 올리고당은 IL-5와 IL-13의 발현을 효과적으로 억제하는 것으로 확인되었다. 구체적으로, 상기 도 4a 내지 도 4c에 나타낸 바와 같이, 기관지와 폐동맥 주변에서 확인된 사이토카인은 OVA로 천식을 유도한 실험 동물에서 과발현되었으나, 알긴산 올리고당의 투여에 의해 감소되었고, 감소정도는 농도에 비례하는 것으로 확인되었다. 특히, IL-5와 Il-13의 발현은 AO에 의해 농도의존적으로 감소하는 현상이 뚜렷한 것으로 확인되었다(도 4b 및 도 4c).

Claims

알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 치료 또는 예방용 의약조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 알긴산은 알긴산 올리고당인 천식 치료 또는 예방용 의약조성물.
제 2 항에 있어서,
상기 알긴산 올리고당은 알긴산 분해능을 갖는 미생물을 알긴산이 포함된 배양배지에서 배양하는 단계 및 상기 배양된 배양배지에서 알긴산 올리고당을 분리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것인 천식 치료 또는 예방용 의약조성물.
알긴산을 유효성분으로 포함하는 천식 예방 또는 개선용 식품 조성물.
제 4 항에 있어서,
상기 알긴산은 알긴산 올리고당인 천식 예방 또는 개선용 식품 조성물.
제 5 항에 있어서,
상기 알긴산 올리고당은 알긴산 분해능을 갖는 미생물을 알긴산이 포함된 배양배지에서 배양하는 단계 및 상기 배양된 배양배지에서 알긴산 올리고당을 분리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것인 천식 예방 또는 개선용 식품 조성물.
제 4 항에 있어서, 상기 식품 조성물은 식품, 식품첨가제 또는 음료인 것인 천식 예방 또는 개선용 식품 조성물.