KR20170051926A - 붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물 - Google Patents

붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물을 제공하며, 상기 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A은 iNOS(inducible Nitric Oxide Synthethase), COX-2(Cyclooxygenase-2), 또는 PGE2(Prostaglandin E2) 중 하나 이상의 발현을 억제시키고, MMP-13(collagenase-3; matrix metalloproteinase 13), MMP-1(collagenase 1; matrix metalloproteinase 1), 또는 ADAMTS-5(aggrecanase 2; adamalysin with thrombospondin type 1 motifs5) 중 하나 이상의 발현을 억제시키며, proteoglycan 발현량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물을 제공함으로써 현대 발별원인이 불분명하고 이에 따라 효율적인 임상 치료제가 마땅치 않아 치료에 어려움을 겪는 퇴행성관절염의 예방을 도모하여 현대인의 질병 퇴치와 예방 및 건강 증진에 도움을 줄 수 있다.

Description

붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물{Functional food composition for preventing degenerative arthritis comprising biochanin-A derived from red clover}
본 발명은 붉은토끼풀을 이용한 퇴행성관절염 예방 및 예방을 위한 기능성 식품 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 붉은토끼풀에서 추출한 biochanin-A를 유효성분으로 포함하는 기능성 식품 조성물에 관한 것이다.
퇴행성관절염은 관절을 구성하고 있는 관절연골의 퇴행성으로 기인된 만성관절통증을 동반하는 만성질환으로써 65세 이상 노령인구의 약 85%가 겪고 있는 대표적인 노인성퇴행성질환이다. 최근 서구화된 식습관으로 인한 비만환자의 증가, 외과적 관절손상, 무리한 관절운동 및 유전적 문제로 인하여 55세 이하 노동가용연령층에서도 매년 5% 이상 급속한 퇴행성관절염 환자가 증가되고 있다.
특히 노동가용연령층의 퇴행성관절염환자의 경우 극심한 만성관절통증으로 인하여 사회ㅇ경제적 활동이 제한될 뿐만 아니라 이로 인한 정신적 문제가 동반됨에 따라 시급히 해결해야 될 사회적 문제로 부각되고 있는 실정이다.
퇴행성관절염에 대한 병리학적 원인으로써 자연적인 노화과정과 폐경이 밀접하게 관련되어있는 것으로 보고되고 있으나, 현재까지 명확한 병리학적 원인이 불분명하여 퇴행성관절염 치료를 임상적 치료제가 없는 실정이다. 따라서 현재 퇴행성관절염에 대한 임상적 치료는 만성관절통증 완화에 초점을 맞추어 퇴행성관절에 대한 물리치료, 항통증제를 이용한 관절세정술 및 인공관절치환술이 시행되고 있다. 그러나 퇴행성관절에 대한 물리치료 및 항통증제를 이용한 관절세정술은 단기간의 관절통증완화로 반복적인 치료가 요구되며, 인공관절치환술의 경우 연령 및 환자의 병력에 따라 제한되어 시행되고 있다. 따라서 퇴행성관절염은 관절연골퇴행성을 예방하는 것이 중요하다.
퇴행성관절염 예방은 크게 관절연골퇴행성 억제 및 관절연골재생으로 구분되어진다. 관절연골퇴행성 억제는 관절 내 염증성사이토카인, iNOS, COX-2 및 PGE2 등을 포함하는 관절연골 퇴행성 유도물질 발현억제와 더불어 MMP-13, MMP-1, MMP-3, ADAMTS-4 및 ADAMTS-5 등을 포함하는 관절연골퇴행성효소 발현을 억제하는 방법과 관절연골을 구성하고 있는 Aggrecan 및 Biglycan 등을 포함하는 Proteoglycan과 Collagen type II의 합성을 증가시킴으로써 관절연골 재생을 통한 퇴행성관절염을 예방하는 방법이 모색되고 있다. 따라서 퇴행성관절염 예방을 위한 관절연골퇴행성 억제 및 관절연골재생은 장시간 생체 내 투여가 필요함에 따라 관절연골퇴행성억제를 목적으로 하는 식ㅇ의약 소재는 높은 수준의 생물학적 안전성이 요구되게 된다.
한편, 붉은토끼풀(Red clover, Trifolium pratense)은 목초용으로 도입되어 국내 전 지역의 들판에서 볼 수 있다. 유럽이 원산지로 전 세계에서 자라고 있는 붉은토끼풀은 콩과에 속하는 여러해살이풀로, 다 자라면 높이 약 30~60 cm에 이른다. 잎은 어긋나고 손바닥 모양의 3출엽이며, 작은 한 잎은 길이 3~5 cm, 넓이 1~3 cm로 달걀 모양이거나 긴 타원모양이다. 토끼풀처럼 잎 표면에 흰 무늬가 있으며, 꽃은 6~7월에 피는데, 줄기나 가지 끝에 자주빛 또는 홍자색 꽃이 빽빽하게 모여 두상꽃차례를 이룬다. 꽃잎의 길이는 12~16 밀리미터로 조그맣다. 열매는 협과로 8~9월에 여문다.
붉은토끼풀은 국내 전지역에 자생하는 귀화식물이지만, 항암, 항산화, 항염증 및 폐경기 여성 갱년기 증상 완화 등 다양한 약리활성을 나타내는 것으로 알려져 약용식물로도 알려져 있다. 기침, 기관지염, 여드름에 좋으며, 바이러스, 박테리아, 진균류에 항균력이 있고, 백일해를 비롯한 호흡기 질환과 습진, 건서 등의 만성피부질환을 치유하는 용도의 생약재로 사용될 수 있다. 이러한 붉은토끼풀은 식품의약품안전처 식품원재료로써 잎의 경우 식용이 가능하며, 꽃의 경우 제한적으로 식용이 허가된, 생물학적 안전성을 확보한 약용식물이다.
최근 Ming 등 (Life Sci. 136:36-41, 2015)은 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 의한 항염증효능을 보고하였으며, Lipovac 등 (Gynecol Endocrinol. 28(3):203-207, 2012)은 폐경기 여성에서 붉은토끼풀에 의한 갱년기 증상 완화를 보고하였다. 뿐만 아니라 Krenn 등 (Phytomedicine. 16(12):1083-1088, 2009)은 붉은 토끼풀에 의한 염증억제 및 신생혈관 억제 효능을 보고 하였으며, Vishali 등 (Phytother Res. 25(1):53-58, 2011)은 난소절제술이 시행된 실험동물에서 붉은토끼풀 추출물에 의한 통증완화효능을 보고하였다.
이와 같이 최근 알려진 붉은토끼풀의 약리작용을 토대로 현대인의 질병 치료와 예방 및 건강 증진을 위한 다양한 연구가 필요하며, 이를 통해 안전하면서도 효과가 뛰어난 식품 또는 의약품 개발이 필요하다.
대한민국 등록특허 10-0734942호에서는 다량의 이소플라본을 함유하고 있는 대두 배아와 붉은 토끼풀, 석류 추출물, 동의보감 등에 자양강장약으로 전신쇠약, 병후쇠약 및 설사멎이에 유효한 것으로 알려진 산마, 보혈, 혈압강화 및 항균작용이 뛰어난 치자, 당귀, 작약을 함유함을 특징으로 하는 여성갱년기 증후군의 개선효과를 지닌 건강기능식품 조성물을 개시하고 있다. 대한민국 공개특허 10-2012-0029557호에서는 바이오케닌에이 또는 약학적으로 허용되는 이의 염을 유효성분으로 함유하는 신생혈관생성과 관련된 질환의 치료용 조성물을 제공하며 신생혈관의 생성을 억제함으로써 이로 인해 야기되어지는 각종 질환, 예를 들어 암, 당뇨성 망막병증, 류마티스성 관절염, 건선, 염증, 자궁내막증, 노화에 따른 시력감퇴, 혈관종의 치료에 효과적인 치료용 조성물을 개시하고 있다. 대한민국 공개특허 10-2012-0002367호에서는 비오카닌 A 또는 이의 염을 활성성분으로 함유하는 항당뇨용 조성물을 제공하며, 상기 본 발명에 의하면 인슐린신호전달경로인 PI3 키나아제 경로의 타겟분자에는 영향을 미치지 않으면서, AMPK의 인산화를 농도 의존적으로 증가시키며, 또한 PPAR-감마의 전사활성도를 증가시켜 항당뇨 활성을 갖는 새로운 항당뇨용 조성물을 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 10-0972690호에서는 플렉트란서스 앰보이니쿠스 (라우어.) 스프렝 [Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng] (PA)의 추출물 또는 조 추출물을 포함하는 류마티스성 관절염 치료용 약학적 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 류마티스성 관절염 치료용 약제의 제조를 위한 플렉트란서스 앰보이니쿠스 (라우어.) 스프렝 추출물 또는 조 추출물의 사용 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 발명들은 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 및 예방을 위한 기능성 식품 조성물에 관한 본 발명과는 그 구성 및 효과에서 차이를 보인다.
본 발명은 최근 항암, 항산화, 항염증 및 폐경기 여성 갱년기 증상 완화 등 다양한 약리활성을 나타내는 것으로 알려져 있으며, 식품으로 안전하게 사용할 수 있는 것으로 확인된 붉은토끼풀을 이용하여, 현대인의 질병 퇴치와 예방 및 건강 증진에 도움을 줄 수 있는 기능성 원료 내지 건강 식품을 제공하기 위한 것이다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물을 제공하며, 상기 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A은 iNOS(inducible Nitric Oxide Synthethase), COX-2(Cyclooxygenase-2), 또는 PGE2(Prostaglandin E2) 중 하나 이상의 발현을 억제시키고, MMP-13(collagenase-3; matrix metalloproteinase 13), MMP-1(collagenase 1; matrix metalloproteinase 1), 또는 ADAMTS-5(aggrecanase 2; adamalysin with thrombospondin type 1 motifs5) 중 하나 이상의 발현을 억제시키며, proteoglycan 발현량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 유래 Biochanin-A를 유효성분으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물을 함유하는 기능성 건강식품을 복용함으로써 현대 발병원인이 불분명하고 이에 따라 효율적인 임상 치료제가 없어 치료에 어려움을 겪는 퇴행성관절염의 예방을 도모하여 현대인의 질병 퇴치와 예방 및 건강 증진에 도움을 줄 수 있다.
도 1은 구강유래 초대배양 정상각화세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 대한 생물학적 안정성을 분석한 실험 결과를 나타낸 것이다. A. MTT assay 결과를 나타낸 그래프이며, B. Cell live & Dead assay 결과를 나타낸 사진(녹색: 살아있는 정상각화세포, 붉은색: 사멸된 정상각화세포)이다
도 2는 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 대한 생물학적 안정성 및 세포증식을 분석한 결과를 나타낸 것이다. A. Cell live & Dead assay 결과를 나타낸 그래프이다. B. Biochanin-A를 농도별로 21일간 처리한 후의 사진(녹색: 살아있는 정상각화세포, 붉은색: 사멸된 정상각화세포)이다. C: PicoGreen을 이용한 DNA assay에 의한 21일간 장기 투여 시 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 의한 세포증식을 나타낸 그래프이다.
도 3은 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 농도별로 처리한 후, NOS, COX-2 및 PGE2의 발현을 나타낸 전기영동사진이다.
도 4는 초대배양 연골세포에 붉은토끼풀유래 Biochanin-A를 각각 10, 및 100 μg/mL로 투여한 후 24시간 동안 반응시키고 MMP-13, MMP-1 및 ADAMTS-5의 발현여부를 분석한 전기영동사진이다.
도 5는 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 농도별로 처리한 후, Aggrecan, Collagen type II 및 GAPDH(대조구)의 mRNA량을 조사한 결과이다.
도 6은 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 의한 proteoglycan의 함량 변화를 분석한 결과이다. A : DNA량에 대한 proteoglycan의 상대적인 함유량을 나타낸 그래프이다. B : 세포외기질을 분석한 결과이다.
도 7은 실험동물의 무릎관절로부터 분리된 관절연골조직에 염증성 싸이토카인 IL-1β과 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A을 동시 투여하여 1주일간 반응 시킨 후, hematoxylin & Eosin 및 Safranin-O & fast green으로 염색한 조직의 사진이다.
도 8은 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A의 퇴행성관절염예방 효능을 나타낸 모식도이다.
최근 퇴행성관절염과 관련하여 여성에서 남성에 비하여 퇴행성관절염의 유발율이 30%이상 높다는 점에 착안하여 퇴행성관절염의 병리적 원인으로써 자연적인 노화과정 및 폐경으로 인한 체내 관절연골퇴행성 유도 물질 증가에 따른 관절 내 염증성 사이토카인의 증가하게 된다.
관절강 내에 증가된 염증성 사이토카인에 노출된 연골세포로부터 관절연골퇴행성효소의 발현이 증가되어 관절연골퇴행성효소인 MMP-13, MMP-1, MMP-3, ADAMTS-4 및 ADAMTS-5의 발현이 증가되어 관절연골퇴행성이 유도되게 된다. 이와 더불어 관절강의 활액 내 신생혈관형성과 관련된 vascular endothelial growth factor (VEGF) 및 신경영양인자 (nerve growth factor)에 의해 퇴행성관절 활막 주변으로 신생혈관이 형성되게 되며, 생성된 혈관을 따라 말초신경 말단이 퇴행성관절 활막 내로 삽입되게 된다. 활막 내로 삽입된 말초신경 말단은 활막 내 증가된 관절연골퇴행성효소에 의해 말초신경을 감싸고 있는 수초 손상에 의한 신경통증이 유발될 뿐만 아니라 염증성 사이토카인에 의한 염증성 통증이 유발되게 된다.
따라서 보고된 붉은토끼풀의 약리효과인 갱년기 증상완화, 항염증, 항산화, 항통증, 신경혈관억제 효능 등은 관절연골퇴행성을 억제시킬 뿐만 아니라 관절연골퇴행성으로 기인된 만성관절통증 완화가 가능할 것으로 사료됨에 따라 붉은토끼풀 및 이로부터 유래된 천연에스트로겐인 Biochanin-A를 초대배양 연골세포에 투여하여 관절연골재생 및 관절연골퇴행성억제 효능을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. 이하 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 자세히 설명한다.
1. 붉은토끼풀에서 Biochanin -A의 추출
본 발명의 붉은토끼풀의 잎 또는 줄기를, 바람직하게는 뿌리를 세절하여 건조한 다음, 건조 중량의 약 1에서 최대까지 5배 부피의 물 또는 메탄올, 에탄올 등의 저급알코올의 극성용매, 헥산, 에틸아세테이트, 디클로로메탄의 비극성용매와 같은 유기용매 또는 이들의 혼합용매로, 메탄올 및 디클로로메탄의 혼합용매로 0 내지 70℃의 추출온도에서 약 1일에서 5일까지 초음파 추출, 환류 추출 등의 추출방법을 1회에서 최대 5회까지 반복하여 유기용매 추출물을 수득할 수 있다.
수득된 추출물을 물 또는 메탄올 등과 같은 극성 용매에 현탁 후, 이를 현탁액의 약 1 내지 50에서 100배 부피의 헥산, 에틸아세테이트, 클로로포름, 디클로로메탄 등의 비극성 용매를 가하여, 더욱 바람직하게는 디클로로메탄을 가하여 극성 용매 가용층에 비극성용매 가용층을 1회부터 최대한 5회까지 분획하여 비극성용매 가용부 및 극성용매 가용부를 수득하여 동결건조 하였다. 건조엑스 10 g을 증류수에 녹인 후 25㎛ 필터로 여과 하여 HPLC 분석 샘플을 준비하였다. Agilent Midi Prep HPLC 분석기기에 CAPCELL pack C18 (5 ㎛, 10 ㎜ I.D ㅧ250 mm)를 장착하여 물 98%에서 2%로 아세토나이트릴 2%에서 98%로 40분간 반응시켜 Biochain-A을 분리 정제하였다.
2. 붉은토끼풀 유래 Biochanin -A의 생물학적 안전성
초대배양 인간구강유래 정상각화세포 및 초대배양 연골세포를 대상으로 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 대한 생물학적 안전성 분석을 시행하였다. 초대배양 인간구강유래 정상각화세포에 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 10, 50, 및 100 μg/mL로 투여한 후 24시간 동안 반응시킨 후, 세포독성분석과 관련된 일반적인 분석방법인 MTT assay를 수행하였다.
또한 세포막 투과성을 지니고 있으며 살아있는 세포의 세포질에 존재하는 esterase에 의해 분해된 후 녹색의 형광을 나타내는 Green Calcein AM과 세포사멸로 인하여 형성된 세포막 및 핵막의 결손부위를 통하여 염색체 내 DNA와 결합하여 세포핵을 붉은색 형광으로 염색시키는 Etidium homodimer-1을 활용한 Cell Live & Dead assay를 수행하여 생물학적 안전성을 분석을 시행하였다. 초대배양 인간구강유래 정상각화세포에 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 10, 50, 및 100 μg/mL로 투여한 후 24시간 동안 반응시킨 후 Cell Live & Dead assay를 시행하였다.
도 1은 구강유래 초대배양 정상각화세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 대한 생물학적 안정성을 분석한 실험 결과를 나타낸 것이다. A는 MTT assay 결과를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 보듯이 Biochanin-A를 농도별로 투여하였을 때 세포생존률은 Biochanin-A를 투여하지 않은 대조군과 유의한 차이를 나타내지 않았다. 따라서 Biochanin-A는 세포생존에 독성을 나타내지 않은 안전한 화학물질로 평가할 수 있었다.
도 1의 B는 Cell live & Dead assay 결과를 나타낸 사진이다. Biochanin-A을 농도별로 투여하였을 때 세포사멸은 관찰되지 않았으며, Biochanin-A을 처리하지 않은 대조군과 유의한 차이를 나타내지 않았다.
도 2는 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 대한 생물학적 안정성 및 세포증식을 분석한 결과를 나타낸 것이다. A. Cell live & Dead assay 결과를 나타낸 그래프이다. B. Biochanin-A를 농도별로 21일간 처리한 후의 사진(녹색: 살아있는 정상각화세포, 붉은색: 사멸된 정상각화세포)이다. C: PicoGreen을 이용한 DNA assay에 의한 21일간 장기 투여 시 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 의한 세포증식을 나타낸 그래프이다.
초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 1 및 10 μg/mL의 농도로 21일간 장기투여하여 매주 1회 Cell Live & Dead assay를 수행한 결과 대조군의 세포생존률과 유의한 차이를 보이지 않았다.
연골세포는 세포증식 (Cell proliferation)이 되지 않는 미분화된 세포로 알려져 있다. 따라서 세포증식은 연골세포의 분화를 의미하기 때문에 21일간 붉은토끼풀유래 Biochanin-A 투여 후 연골세포 내 DNA를 염색시키는 PicoGreen을 사용하여 연골세포증식 유무를 확인하였다. 도 2의 C에서 같이 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀유래 Biochanin-A를 1 및 10 μg/mL의 농도로 21일간 투여하여 세포증식률을 분석한 결과 대조군과 유의한 차이를 보이지 않았다. 즉, 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A는 연골세포의 분화에 영향을 끼치지 않음을 알 수 있었으며, 따라서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A는 정상세포 및 연골세포에서 우수한 장기 또는 단기로 생물학적 안전성을 나타내는 것을 확인하였다.
3. 붉은토끼풀 유래 Biochanin -A의 iNOS , COX-2 및 PGE2 발현억제
대표적인 관절연골퇴행성 유도 및 통증전달물질은 iNOS, COX-2 및 PGE2로 알려져 있다. 특히 식품의약품안전청 건강기능식품 기능성평가 가이드 "뼈/관절 건강에 도움" 편 (발간등록번호 11-1470000-002751-01)에는 iNOS의 경우 iNOS에 의해 관절강 내 과발현된 Nitric oxide (NO)는 관절연골세포괴사 및 통증 등의 2차적인 부작용을 일으키므로 iNOS 및 NO의 억제는 골관절염 치료에 중요하다고 기술되어있으며, COX2 및 PGE2는 관절질환이 있을 때 관절조직에서 과도하게 발현됨에 따라 이들의 농도감소는 골관절염 개선을 위해 중요하다고 기술되어있다. 따라서 초대배양 연골세포에 붉은토끼풀유래 Biochanin-A를 각각 10, 및 100 μg/mL로 투여한 후 24시간 동안 반응시킨 후 iNOS, COX-2 및 PGE2의 발현분석을 시행하였다.
도 3은 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 농도별로 처리한 후, NOS, COX-2, PGE2 및 β-actin(대조구)의 발현을 나타낸 전기영동사진이다. Biochanin-A의 농도 증가에 따라 iNOS, COX-2 및 PGE2의 발현이 각각 억제됨을 알 수 있다. 따라서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A는 농도의존적으로 관절연골퇴행성 유도물질인 iNOS, COX-2 및 PGE2의 발현을 억제시킴에 따라 관절연골퇴행성 예방 효능과 잠재적인 관절통증완화 효능을 확인하였다.
4. 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A의 관절연골퇴행성 효소 발현억제를 통한 퇴행성관절염 예방 효능
퇴행성관절염은 관절강의 활액 내 과발현된 관절연골퇴행성효소에 의한 관절연골을 구성하고 있는 세포외기질 (extracellular matrix)의 점진적인 분해 및 소실에 의해 기인되게 된다. 대표적인 관절연골 퇴행성효소로는 MMP-13, MMP-3, MMP-1, ADAMTS-4 및 ADAMTS-5 등이 있다. 특히 식품의약품안전청 건강기능식품 기능성평가 가이드 "뼈/관절 건강에 도움" 편 (발간등록번호 11-1470000-002751-01)에는 연골세포에 의한 MMP의 합성과 활성이 증가하면서 염증이 연골에서 세포외 바탕질의 조직화를 파괴한다고 기술되어 있음에 따라 이들 관절연골퇴행성효소의 발현억제는 중요한 퇴행성관절염 예방 효능의 척도가 된다.
도 4는 초대배양 연골세포에 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 각각 10, 및 100 μg/mL로 투여한 후 24시간 동안 반응시키고 MMP-13, MMP-1 및 ADAMTS-5의 발현여부를 분석한 전기영동사진이다. 도 4에서 보는 바와 같이 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A는 농도의존적으로 MMP-13, MMP-1 및 ADAMTS-5의 발현을 억제하였으며, 이를 통하여 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A이 관전연골퇴행성효소의 발현을 억제함을 확인하였다.
5. 붉은토끼풀 유래 Biochanin -A의 Aggrecan 및 Collagen type II의 발현유도
관절연골은 Aggrecan을 포함하는 proteoglycan 및 Collagen type II으로 구성되어있다. 이들 관절연골구성물질의 발현유도는 관절연골을 재생함으로써 퇴행성관절염 예방 및 치료제로써 활용이 가능하다. 따라서 식품의약품안전청 건강기능식품 기능성평가 가이드 "뼈/관절 건강에 도움" 편 (발간등록번호 11-1470000-002751 -01)에 제시된 관절건강 기능성 확인을 위한 바이오마커로써 연골 proteoglycan 합성 수준이 제시되어있다.
이에 따라 초대배양 연골세포에 붉은토끼풀유래 Biochanin-A를 각각 10, 및 100 μg/mL로 투여한 후 24시간 동안 반응시킨 후 Aggrecan 및 Collagen type II mRNA 증감여부를 분석하였다.
도 5는 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A를 농도별로 처리한 후, Aggrecan, Collagen type II 및 GAPDH(대조구)의 mRNA량을 조사한 결과이다. 실험결과, 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A는 농도의존적으로 Aggrecan 및 Collagen type II mRNA를 증가시킴을 확인하였다.
또한 proteoglycan 함량여부를 분석하기 위하여 초대배양 연골세포가 함유된 alginate bead를 조제하여 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A을 각각 1 및 10 μg/mL의 농도로 21일간 투여한 후, proteoglycan의 함량을 측정하였다. 도 6은 초대배양 연골세포에서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A에 의한 proteoglycan의 함량 변화를 분석한 결과이다. A : DNA량에 대한 proteoglycan의 상대적인 함유량을 나타낸 그래프이다. B : 세포외기질을 분석한 결과이다.
실험 결과 도면 6의 A에서와 같이 농도의존적으로 proteoglycan의 합성이 증가되었을 뿐만 아니라 도면 7의 B에서 보는 바와 같이 세포외 기질이 증가됨을 확인하였다.
따라서 붉은토끼풀유래 Biochanin-A가 초대배양연골세포에서 관절연골구성물질의 발현을 증가시킴으로써 관절연골재생 효능을 통한 퇴행성관절염 예방 효능을 나타냄을 확인하였다.
6. ex vivo 무릎관절 연골에서 퇴행성관절염 유도 물질인 염증성 사이토카인 interleukin-1β에 대한 붉은토끼풀 유래 Biochanin -A의 관절연골퇴행성 억제 효능
염증성 사이토카인 interleukin-1β는 대표적인 퇴행성관절염 유도물질 중의 하나로 매우 잘 알려져 있다. 특히 식품의약품안전청 건강기능식품 기능성평가 가이드 "뼈/관절 건강에 도움" 편 (발간등록번호 11-1470000-002751-01)에는 염증성 사이토카인은 COX2 및 iNOS의 발현을 증가시킴으로 염증 및 통증반응을 유발된다고 기술되어있다. 따라서 퇴행성관절염 억제 효능으로써 염증성 싸이토카인에 대한 보호효능 분석은 필수적이다. 따라서 실험동물의 무릎관절 연골조직에 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A의 염증유도물질 발현을 조사하였다.
도 7은 실험동물의 무릎관절로부터 분리된 관절연골조직에 염증성 싸이토카인 IL-1β와 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A을 동시 투여하여 1주일간 반응 시킨 후, hematoxylin & Eosin 및 Safranin-O & fast green으로 염색한 조직의 사진이다. 도 7에서 보는 바와 같이 대조군에서는 관절연골조직 내 proteoglycan과 반응된 Safranin-O에 의해 진한 붉은 색으로 조직이 염색된 반면, IL-1β가 투여된 관절연골조직은 관절연골 퇴행성 유도물질인 염증성 싸이토카인 IL-1β에 의해 과발현된 관절연골퇴행성효소로 인하여 높은 수준의 proteoglycan 손실이 이루어져 분홍색으로 염색되었다. 그러나 염증성 싸이토카인 IL-1β과 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A을 동시투여된 관절연골 조직은 proteoglycan의 손실이 억제됨을 확인하였다.
이러한 결과는 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A가 염증성 싸이토카인 IL-1β에 의해 매개되는 관절연골퇴행성을 억제시킴으로써 관절연골보호를 통한 퇴행성관절염 예방효과가 있음을 제시하고 있다.
도 8은 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A의 퇴행성관절염예방 효능을 나타낸 모식도이다. 이상의 실험 결과, 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A은 생물학적으로 안전하며, iNOS, COX-2 및 PGE2과 같은 관절연골퇴행성유도 물질의 발현을 억제하고, 관절연골퇴행성효소인 MMP-13, MMP-1, 및 ADAMTS-5의 발현을 억제하였다. 또한 관절연골의 재생 및 잠재적인 항통증 효능이 있는 것을 확인함으로써 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A이 퇴행성관절염 예방 효과를 확인하였다.
따라서 붉은토끼풀 유래 Biochanin-A나 이의 염을 유효성분으로 포함하는 건강 기능식품을 제조할 수 있으며, 이의 복용을 통하여 퇴행성관절염의 예방에 효과가 있을 것으로 사료된다.
본 발명은 국내 전지역에 자생하는 귀화식물인 붉은토끼풀에서 유래한 Biochanin-A를 이용하여 퇴행서관절염에 예방 효과가 있는 식품 조성물을 제공함으로써 현대 발별원인이 불분명하고 이에 따라 효율적인 임상 치료제가 마땅치 않아 물리치료와 통증경감 등에 의존하며 근본적인 치료에 어려움을 겪는 퇴행성관절염의 예방을 도모하여 현대인의 질병 퇴치와 예방 및 건강 증진에 도움을 줄 수 있다.

Claims (10)

  1. 붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense)로부터 추출된 Biochanin-A를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  2. 제1항에 있어서 상기 Biochanin-A은 iNOS(inducible Nitric Oxide Synthethase), COX-2(Cyclooxygenase-2), 또는 PGE2(Prostaglandin E2) 중 하나 이상의 발현을 억제시키는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  3. 제1항에 있어서 상기 Biochanin-A은 MMP-13(collagenase-3; matrix metalloproteinase 13), MMP-1(collagenase 1; matrix metalloproteinase 1), 또는 ADAMTS-5(aggrecanase 2; adamalysin with thrombospondin type 1 motifs5) 중 하나 이상의 발현을 억제시키는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  4. 제1항에 있어서 상기 Biochanin-A은 proteoglycan 발현량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  5. 붉은토끼풀(red clover, Trifolium pratense) 추출물을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  6. 제5항에 있어서 붉은토끼풀 추출물은 Biochanin-A를 포함하는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 붉은토끼풀 추출물은 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 또는 이들의 혼합용매로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상을 추출용매로 사용하여 추출한 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 추출용매를 사용하여 추출한 붉은토끼풀 추출물에 비극성가용 용매로서 헥산, 클로로포름, 디클로메탄 및 에틸아세테이트이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 분획용매로 사용하여 분획한 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 조성물을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품.
  10. 제9항에 있어서 퇴행성관절염 예방 기능성 식품에는 붉은토끼풀 추출물이 전체 조성물의 0.01 내지 95 중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 퇴행성관절염 예방 기능성 식품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200089500A (ko) * 2019-01-17 2020-07-27 대한민국(환경부 국립생물자원관장) 붉은토끼풀의 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 a 함량 증대 방법
KR20210147603A (ko) * 2020-05-29 2021-12-07 한국원자력연구원 비오카닌 a 유도체 화합물 및 이를 포함하는 항산화 조성물

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