KR20190042981A - 천연 미네랄 추출물을 유효성분으로 포함하는 에너지 대사 향상을 통한 운동수행능력 증강용 조성물 - Google Patents

천연 미네랄 추출물을 유효성분으로 포함하는 에너지 대사 향상을 통한 운동수행능력 증강용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연 미네랄 추출물을 유효성분으로 포함하는 에너지 대사 향상을 통한 운동수행능력 증강용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경도가 300~2,500ppm 인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 약학조성물에 대한 것이다.
본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물은 부작용 없이 안전하게 사용할 수 있고, 근육 내 젖산탈수소효소 A를 억제하고, 젖산 탈수소효소 B 발현을 증가시켜 에너지 대사를 향상시킴으로써 피로회복 및 운동성 증가, 근육 증가 등 운동수행능력 증강에 우수한 효과를 가진다.

Description

천연 미네랄 추출물을 유효성분으로 포함하는 에너지 대사 향상을 통한 운동수행능력 증강용 조성물{Composition comprising natural mineral extract as active ingredient for improving exercise performance by enhancing energy metabolism}
본 발명은 천연 미네랄 추출물을 유효성분으로 포함하는 에너지 대사 향상을 통한 운동수행능력 증강용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경도가 300~2,500ppm 인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 약학조성물에 대한 것이다.
현대인들은 미용과 건강에 엄청난 관심을 기울이는데도 비만, 고혈압 및 기타 각종 성인병에 시달리고 있으며, 노화방지를 위한 많은 노력에도 불구하고 대기오염 및 과중한 스트레스 등으로 인해 이를 막지 못하고 있는 실정이다. 이러한 각종 성인병 및 노화를 예방하기 위해서는 운동을 꾸준히 하는 것이 가장 효과적이고 경제적이지만, 운동할 시간이 제한되어 있으므로, 운동 효과를 높일 수 있도록 하는 각종 제제가 시판되고 있다. 또한 운동선수들은 새로운 기록을 세우기 위하여 운동 종목에 따른 과학적인 훈련, 식이요법 및 운동능력 향상 보조제(ergogenic aids) 등을 병행하고 있다. 이 중 운동능력 향상 보조제는 운동수행능력을 향상시킬 뿐만 아니라 신체 활동 시 체내에 축적되어 피로를 발생시키는 피로요소의 제거에도 효과가 있기 때문에, 일반인들에게도 흔히 이용하고 있다. 운동능력 향상을 위한 기능성 보조제와 관련된 연구는 동서양을 막론하고 활발하게 수행되고 있다. 현재 시판되는 제품들은 대부분 스테로이드, 카페인, 탄산수소나트륨 및 구연산나트륨 등을 포함하고 있다. 그러나 이러한 성분의 효과는 이는 일시적인 현상에 불과하고 내성이 생겨 점점 더 많은 함량의 성분이 포함된 제품을 찾게 만들며, 건강에 치명적인 부작용을 초래할 수도 있다.
이러한 운동능력은 세포호흡의 가장 기초적인 대사과정과 관련성이 높다. 생체내 주요 에너지 대사과정인 피부르산 (pyruvic acid) 대사과정은 글루코스와 젖산대사과정에 있어서 중간 대사과정으로서 다양한 외부환경에 의해 유발되는 에너지 공급과 소모의 필요성에 반응하여 에너지 항상성을 유지하는 역할을 하고 있으며, 혐기성(anaerobic) 상태인지, 호기성(aerobic) 상태인지에 따라 피루브산이 전환되는 물질이 서로 다르며 혐기성 상태에서는, 젖산(lactic acid)으로 전환된다.
특히, 운동수행 능력과 젖산대사과정이 밀접한 관계가 있는데, 유산소 운동에 의한 골격근 세포내 젖산탈수소효소(LDH) 활성 증가와 세포내 ATP 양의 감소는 근육피로를 가져와 운동기능의 저하를 가져오는 것으로 알려져 있다.(Cairns SP, 2006). 구체적으로 LDH A는 피루브산을 젖산으로, LDH B는 젖산을 피루브산으로 전환하는데 관여하는 효소로 알려져 있다.
또한, 근 단백질 합성에 관여하는 인자들은 근 세포 내에서 phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K)/Akt pathway의 자극을 기점으로 다운스트림 단백질(downstream proteins)을 인산화시킴으로써 단백질 합성을 유도한다. PI3K/Akt 신호전달에 의한 mammalian target of rapamycin (mTOR)의 활성은 세포 내에서 다양한 성장 신호를 통합하는 중심 성장 신호전달 인자로 인정되고 있다. mTOR는 mRNA translation을 개시하는 두 인자, 4E-bindingprotein (4EBP1)과 phosphorylated 70-kDa ribosomal S6 kinase (p70S6K)를 활성화시킴으로써 근 단백질 합성을 유도하여 근육량을 증가시켜 운동능력 향상에 기여한다(The Korea Journal of Sports Science, 20(3): 1551-1561, 2011; The International Journal of Biochemistry and Cell Biology, 43(9): 1267-1276, 2011).
대한민국 등록특허 제10-0911949호에는 경도 100~4000이며 중량기준 Mg : Ca : K : Na = 3 : 0.5~1.5 :0.5~1.5 : 0.5~1.5로 함유하는 해양심층수 미네랄워터의 항비만 용도가 개시되어 있고, 동 공개특허 제10-2010-76512호에는 해양심층수 유래의 미네랄 탈염수를 이용한 경도 100~4,000mg/L 범위의 취반수와 이를 이용하여 제조된 밥이 개시되어 있으나 피로회복 및 운동수행능력 상승 효과에 가장 바람직한 Mg:Ca의 혼합비와 경도에 대하여는 암시된 바 없다.
이에 본 발명자들은 근육에서 에너지 대사의 중요한 인자 중 하나인 젖산탈수소효소 A와 B 유전자 발현 조절 효과를 나타내는 물질들을 확인하던 중, 본 발명의 경도를 가진 해양심층수가 운동수행능력과 밀접하게 관련된 젖산 대사를 조절한다는 사실을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 약학조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 식품조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 항-피로용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 근육 증가 촉진용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 젖산 대사 조절용 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 약학조성물 및 식품조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 항-피로용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 근육 증가 촉진용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 젖산 대사 조절용 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 해양심층수(Deep-sea water, DSW)는 200m 이상의 깊이에서 발견되는 해수로 안정적인 천연 자원이며 다른 천연 제품에 비해 무한한 공급이 가능하다. 해양 심층수는 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca), 칼륨 (K)과 같은 필수 미네랄뿐만 아니라, 인간의 건강에 유익한 미네랄인 크롬(Cr), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 바나듐(V) 등을 포함하고 있다.
구체적으로, 본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물은 경도가 300~2,500ppm으로, 젖산탈수소효소 A는 억제하고, 젖산탈수소효소 B는 증가시킴으로써 젖산대사를 조절하고, 피로를 회복시키며, 에너지 생성 증가에 의한 운동수행능력을 증강시키는 효과가 있다. 본 발명 해양심층수 미네랄 추출물의 구체적인 성분은 실시예에 구체적으로 기재되어 있다.
본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물의 경도는 300 내지 2500일 수 있으며, 바람직하게는 400 내지 2300, 보다 바람직하게는 500 내지 2000, 보다 더 바람직하게는 1000 내지 2000일 수 있다.
본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물은 그 조성비가 제한되지 않으나, 바람직하게는 마그네슘과 칼슘의 중량비가 약 3:1인 것일 수 있다.
본 발명의 조성물은 운동수행능력 증강 효과를 가지는 것을 특징으로 한다.
"운동수행능력"이란 운동선수들의 경기력 및 기록 향상과 밀접하게 관계되는 것이고 심폐기능 개선, 에너지대사 향상, 피로 회복 및 근력 증가를 통해 이를 증강시킬 수 있다. 즉, 장기적으로 트레이닝시 누적되는 피로를 빠르게 회복시키고, 운동시 지구력을 증가시키는 방법을 통해 운동 수행능력이 증강될 수 있다.
즉, 본 발명의 조성물은 운동 수행 가능 시간 증가, 근력 강화, 균형 감각 증진, 및/또는 운동적응능력 증진 효과가 있다.
본 발명의 조성물은 젖산을 피루브산으로 전환시켜 운동 피로감을 해소하고 에너지 생성을 증가시킨다. 구체적으로, 젖산 생성을 유도하는 젖산 탈수소효소 A 발현은 억제하며, 젖산을 피루브산으로 전환하는 젖산 탈수소효소 B 유전자 발현을 증가시키는 효과가 있다. 또한, 젖산합성을 촉진하는 LDHA 발현을 억제하는 유전자인 RXR의 발현을 현저히 증가시키며, 젖산과 피루브산의 이동과 관련된 유전자들을 조절하는 효과가 있다. 즉, 상기 젖산 대사를 조절하여 근육 내 피로가 누적되지 않으므로 결과적으로 운동수행능력이 증강되는 것이다.
또한, 본 발명의 조성물은 “항-피로 효과”를 가지는 것을 특징으로 한다. "피로"는 정신적 피로와 육체적 피로로 나누어지는데, 본 발명에서 "피로"는 운동 수행 후 근육에 누적되는 육체적 피로를 의미하며, 이는 근육 내 리코겐 농도, 피루브산 농도 및 젖산탈수소효소 활성에 의해 유발되는 것이다. 본 발명의 조성물은 피로감을 유발하는 젖산을 피루브산으로 전환시켜 근육에 피로가 덜 쌓이게 하는 효과를 가진다. 구체적으로, 본 발명의 해양심층수가 젖산 탈수소효소 A(LDHA)는 억제하고, 젖산 탈수소효소 B(LDHB)는 활성화 하는 것이 일실시예에 기재되어 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 “근육 증가 촉진 효과”를 가지는 것을 특징으로 한다. "근육 증가"는 신체 성분 중에서도 특히 근육의 성능을 향상시키는 것으로, 육체적 운동 및 지구력 향상을 통해 근육량을 증가시킬 수 있고, 근육 증가 효과를 가지는 물질을 체내에 투여하는 방식으로 근육량을 증가시킬 수 있다. 근육은 그 종류에 제한되지 않으나, 본 발명의 조성물은 근육세포의 mTOR의 발현을 증가시켜 근육 증가를 촉진하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 조성물은 “젖산 대사를 조절하는 효과”를 가지는 것을 특징으로 한다. 젖산 대사란 젖산과 관련된 TCA회로, 세포호흡, 젖산 수송, 젖산 발효 등을 의미하는 것으로 본 발명의 조성물은 LDH A는 억제하고, LDH B를 활성시켜 젖산을 피루브산으로 전환하는 효과가 있으며, 젖산과 피루브산 수송과 관련된 MCP1 및 MTC1의 발현을 조절하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 약학적 조성물은 본 발명의 해양심층수를 단독으로 함유하거나 또는 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체, 부형제 또는 희석제를 추가로 함유할 수 있다. 상기에서 "약학적으로 허용되는" 이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 활성성분의 작용을 저해하지 않으며 통상적으로 위장 장애, 현기증과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 비독성의 조성물을 말한다.
본 발명의 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양의 해양심층수를 단독으로 포함하거나 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체를 포함할 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물에 해양심층수가 0.01 내지 99.99% 포함될 수 있으며, 잔량은 약학적으로 허용 가능한 담체가 차지할 수 있다.
본 발명에 따른 해양심층수의 약학적으로 유효한 양으로는 0.001 내지 300mg/day/체중kg, 바람직하게는 0.01 내지 200mg/day/체중kg이다. 그러나, 상기 약학적으로 유효한 양은 질환 및 이의 중증정도, 환자의 연령, 체중, 건강상태, 성별, 투여 경로 및 치료기간 등과 같은 여러 인자에 따라 적절히 변화될 수 있다
약학적으로 허용되는 담체로는 예컨대, 경구 투여용 담체 또는 비경구 투여용 담체를 추가로 포함할 수 있다. 경구 투여용 담체는 락토스, 전분, 셀룰로스 유도체, 마그네슘 스테아레이트, 스테아르산 등을 포함할 수 있다. 또한, 비경구 투여용 담체는 물, 적합한 오일, 식염수, 수성 글루코오스 및 글리콜 등을 포함할 수 있으며, 안정화제 및 보존제를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 안정화제로는 아황산수소나트륨, 아황산나트륨 또는 아스코르브산과 같은 항산화제가 있다. 적합한 보존제로는 벤즈알코늄 클로라이드, 메틸- 또는 프로필-파라벤 및 클로로부탄올이 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현택제 등을 추가로 포함할 수 있다. 그 밖의 약학적으로 허용되는 담체 및 제제는 다음의 문헌에 기재되어 있는 것을 참고로 할 수 있다(Remington's Pharmaceutical Sciences, 19th ed., Mack Publishing Company, Easton, PA, 1995).
본 발명의 조성물은 인간을 비롯한 포유동물에 어떠한 방법으로도 투여할 수 있다. 예를 들면, 경구 또는 비경구적으로 투여할 수 있다. 비경구적인 투여방법으로는 이에 한정되지는 않으나, 정맥내, 근육내, 동맥내, 골수내, 경막내, 심장내, 경피, 피하, 복강내, 비강내, 장관, 국소, 설하 또는 직장내 투여일 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 상술한 바와 같은 투여 경로에 따라 경구 투여용 또는 비경구 투여용 제제로 제형화 할 수 있다.
경구 투여용 제제의 경우에 본 발명의 조성물은 분말, 과립, 정제, 환제, 당의정제, 캡슐제, 액제, 겔제, 시럽제, 슬러리제, 현탁액 등으로 당업계에 공지된 방법을 이용하여 제형화될 수 있다. 예를 들어, 경구용 제제는 활성성분을 고체 부형제와 배합한 다음 이를 분쇄하고 적합한 보조제를 첨가한 후 과립 혼합물로 가공함으로써 정제 또는 당의정제를 수득할 수 있다. 적합한 부형제의 예로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로즈, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨 및 말티톨 등을 포함하는 당류와 옥수수 전분, 밀 전분, 쌀 전분 및 감자 전분 등을 포함하는 전분류, 셀룰로즈,메틸 셀룰로즈, 나트륨 카르복시메틸셀룰로오즈 및 하이드록시프로필메틸-셀룰로즈 등을 포함하는 셀룰로즈류, 젤라틴, 폴리비닐피롤리돈 등과 같은 충전제가 포함될 수 있다. 또한, 경우에따라 가교결합 폴리비닐피롤리돈, 한천, 알긴산 또는 나트륨 알기네이트 등을 붕해제로 첨가할 수 있다. 나아가, 본 발명의 약학적 조성물은 항응집제, 윤활제, 습윤제, 향료, 유화제 및 방부제 등을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 비경구적으로 투여하는 경우 본 발명의 약학적 조성물은 적합한 비경구용 담체와 함께 주사제, 경피 투여제 및 비강 흡입제의 형태로 당 업계에 공지된 방법에 따라 제형화 될 수 있다. 상기 주사제의 경우에는 반드시 멸균되어야 하며 박테리아 및 진균과 같은 미생물의 오염으로부터 보호되어야 한다. 주사제의 경우 적합한 담체의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 물, 에탄올, 폴리올(예를 들어, 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 액체 폴리에틸렌 글리콜 등), 이들의 혼합물 및/또는 식물유를 포함하는 용매 또는 분산매질일 수 있다. 보다 바람직하게는, 적합한 담체로는 행크스 용액, 링거 용액, 트리에탄올 아민이 함유된 PBS(phosphate buffered saline) 또는 주사용 멸균수, 10% 에탄올, 40% 프로필렌 글리콜 및 5% 덱스트로즈와 같은 등장 용액 등을 사용할 수 있다.
상기 주사제를 미생물 오염으로부터 보호하기 위해서는 파라벤, 클로로부탄올, 페놀, 소르빈산, 티메로살 등과 같은 다양한 항균제 및 항진균제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 주사제는 대부분의 경우 당 또는 나트륨 클로라이드와 같은 등장화제를 추가로 포함할 수 있다.
경피 투여제의 경우 연고제, 크림제, 로션제, 겔제, 외용액제, 파스타제, 리니멘트제, 에어롤제 등의 형태가 포함된다. 상기에서 "경피 투여"는 약학적 조성물을 국소적으로 피부에 투여하여 약학적 조성물에 함유된 유효한 양의 활성성분이 피부 내로 전달되는 것을 의미한다. 이들 제형은 제약 화학에 일반적으로 공지된 처방서인 문헌(Remington's Pharmaceutical Science, 15th Edition, 1975, Mack Publishing Company, Easton,Pennsylvania)에 기술되어 있다.
흡입 투여제의 경우, 본 발명에 따라 사용되는 화합물은 적합한 추진제, 예를 들면, 디클로로플루오로메탄, 트리클로로플루오로메탄, 디클로로테트라플루오로에탄, 이산화탄소 또는 다른 적합한 기체를 사용하여, 가압 팩또는 연무기로부터 에어로졸 스프레이 형태로 편리하게 전달 할 수 있다. 가압 에어로졸의 경우, 투약 단위는 계량된 양을 전달하는 밸브를 제공하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 흡입기 또는 취입기에 사용되는 젤라틴 캡슐 및 카트리지는 화합물, 및 락토즈 또는 전분과 같은 적합한 분말 기제의 분말 혼합물을 함유하도록 제형화할 수 있다.
그 밖의 약학적으로 허용되는 담체로는 다음의 문헌에 기재되어 있는 것을 참고로 할 수 있다(Remington'sPharmaceutical Sciences, 19th ed., Mack Publishing Company, Easton, PA, 1995).
또한, 본 발명에 따른 약학적 조성물은 하나 이상의 완충제(예를 들어, 식염수 또는 PBS), 카보하이트레이트(예를 들어, 글루코스, 만노즈, 슈크로즈 또는 덱스트란), 항산화제, 정균제, 킬레이트화제(예를 들어, EDTA 또는 글루타치온), 아쥬반트(예를 들어, 알루미늄 하이드록사이드), 현탁제, 농후제 및/또는 보존제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 식품 조성물은 기능성 식품(functional food), 영양 보조제(nutritional supplement), 건강식품(health food) 및 식품 첨가제(food additives) 등의 모든 형태를 포함한다. 상기 유형의 식품 조성물은 당 업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다.
예를 들면, 건강식품으로는 본 발명의 해양심층수를 차, 쥬스 및 드링크의 형태로 제조하여 음용하도록 하거나, 과립화, 캡슐화 및 분말화 하여 섭취할 수 있다. 또한, 본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물을 운동능력증강 또는 피로회복에 대하여 효과가 있다고 알려진 공지의 물질 또는 활성 성분과 함께 혼합하여 조성물의 형태로 제조할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 식품 조성물은 해양심층수 성분 이외에 미량 의 미네랄, 비타민, 지질, 당류 및 공지의 피로회복 효과 또는 운동능력 증강 효과를 가진 성분 등을 추가로 함유할 수 있다. 상기 미네랄로는 칼슘, 철 등 성장기에 필요한 영양성분이 함유될 수 있으며 비타민으로는 비타민 C, 비타민 E, 비타민B1, 비타민 B2, 비타민 B6 등이 함유될 수 있다. 지질로는 알콕시글리세롤 또는 레시틴 등이 함유될 수 있으며 당류로는 프락토올리고당 등이 함유될 수 있다.
또한, 기능성 식품으로는 음료(알콜성 음료 포함), 과실 및 그의 가공식품(예: 과일통조림, 병조림, 잼, 마아말레이드 등), 어류, 육류 및 그 가공식품(예: 햄, 소시지콘비이프 등), 빵류 및 면류(예: 우동, 메밀국수, 라면, 스파게티, 마카로니 등), 과즙, 각종 드링크, 쿠키, 엿, 유제품(예: 버터, 치이즈 등), 식용식물유지, 마아가린, 식물성 단백질, 레토르트 식품, 냉동식품, 각종 조미료(예: 된장, 간장, 소스 등) 등에 본 발명의 해양심층수를 첨가하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 해양심층수를 식품 첨가제의 형태로 사용하기 위해서는 분말 또는 농축액 형태로 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명의 식품 조성물 중 해양심층수의 바람직한 함량은 식품 조성물 총 중량에 대하여 식품의 전체 중량을 기준으로 0.01∼100%, 바람직하게는 0.1∼50%의 비율로 함유될 수 있다.
따라서, 본 발명은 해양심층수 미네랄추출물을 포함하는 항-피로, 근육 증가 및 운동수행능력 증강용 조성물을 제공한다. 본 발명의 해양심층수는 부작용 없이 안전하게 사용할 수 있고, 근육 내 젖산탈수소효소 A를 억제하고, 젖산 탈수소효소 B 발현을 증가시켜 피로회복 및 운동성 증가 등 운동수행능력 증강에 우수한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 해양심층수 미네랄추출물이 젖산 탈수소효소 A(LDH A) 및 젖산 탈수소효소 B(LDH B)에 미치는 효과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 해양심층수 미네랄추출물이 LDHA 발현을 억제하는 유전자인 RXR에 미치는 효과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 해양심층수 미네랄추출물이 젖산과 피루브산 수송과 관련된 유전자인 MCT1, MPC1, 및 MPC2에 미치는 효과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 해양심층수 미네랄추출물이 젖산대사와 관련된 신호전달물질인 CaMKⅡ, LKB1, 및 mTOR의 활성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 해양심층수 미네랄추출물이 mTOR 활성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물 및/또는 억제제 처리가 젖산대사 관련 신호전달물질인 CaMKⅡ 및 mTOR의 활성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물 및/또는 억제제 처리가 젖산대사 관련 신호전달물질인 mTOR의 활성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실험 준비>
본 발명 균형 해양심층수(balanced DSW) 제조
고성군 오리면에서 6.7km 떨어진 지점의 수심 0.5km에서 끌어올린 오리지널(original) 해양심층수(DSW)를 마이크로필터 시스템((주)시노펙스, 포항, 한국)을 이용하여 여과하였다. 여과된 DSW는 역삼투막을 통과시켜 브라인(brine) 및 탈염처리된 물을 얻었다. 브라인 및 탈염처리한 물을 혼합하여 마그네슘과 칼슘의 중량비가 3:1인 본 발명 균형 DSW를 준비하였고 상기 균형 DSW를 경도(hardness)에 따라 연속으로 희석시켰다. 본 발명자들은 마그네슘 및 칼슘의 농도에 중점을 두고 본 발명 DSW의 경도를 규정하였고 경도는 하기 공식에 따라 계산되었다.
Figure pat00001
본 발명의 해양심층수의 Ca 및 Mg와 같은 양이온 분석을 위하여 Dionex ICS-1100 기본 통합 이온 크로마토그래피 시스템(Thermo Scientific Inc., Sunnyvale, CA, USA)이 사용되었으며, Se, V 및 Zn과 같은 미량 무기 분석을 위하여 ELAN 9000/6X00/DRC-e ICP-MS(PerkinElmer Inc., Waltham, MA, USA)가 사용되었다.
상기 해양심층수를 전기분해하여 미네랄 성분은 그대로 유지하면서 유해성분을 제거하여 정화시킨 후 탈염수를 연속적으로 혼합 희석하여, 이러한 혼합수의 경도(hardness) 즉, 물에 녹아있는 마그네슘과 칼슘이온에 의해 결정되는 경도가 500, 1,000, 2,000 인 해양심층수를 얻었다.
Figure pat00002
Figure pat00003
<실험재료>
본 실험에서 사용한 시약으로 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium), FBS(fetal bovine serum), PS(penicillin-streptomycin), PBS(phosphate buffered saline)은 Thermo Scientific HyClone(UT, 미국)에서 구입하였고, C.C(compound C), NA(nicotinamide), RAPA(rapamicin), 5-amino-1-β-D-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide(AICAR),는 Sigma Aldrich(MO, 미국)에서 구입하였다.
또한, Phospho-CaMKⅡ, Phospho-LKB1, Phospho-mTOR 항체는 Cell Signaling Technology(MA, 미국)에서 구입하였고, SRT1720, β-actin, HRP(horseradish peroxidase)-conjugated anti-mouse IgG, andanti-rabbit IgG-HRP 항체는 SantaCruz Biotechnology Inc.(CA, 미국), ECL Plus Western Blotting Substrate 는 Pierce Biotechnology(IL, 미국), TRIzol과 MitoTracker RedCMXRos는 Invitrogen Life Technologies(CA, 미국), PrimeScript 1st strand cDNA Synthesis 키트는 Takara Bio Inc.(Shiga, 일본), Fast Start Universal SYBRGreen Master mix는 Roche Applied Science(Basel, 스위스), Phosphatase Inhibitor Cocktail과 Protease Inhibitor Cocktail solution은 GenDEPOT(TX, USA)에서 각각 구입하였다.
<실시예>
실시예 1 : 젖산탈수소효소(LDH) A와 B 유전자 발현 분석
C2C12 근육세포에 대조군 및 해양심층수 경도별(500, 1000, 2000) 배지를 24시간 동안 처리하였다. 세포 내 DNA와 전체 RNA는 DNA 정제 키트(Promega Corp., WI, 미국)와 트리졸(Trizol) 용액을 사용하여 각각 추출하였고, DNA(0.2㎍)는 실시간 유전자 중합반응에 바로 적용하였으며, 추출된 RNA(2㎍)는 PrimeScriptTM 1st strand cDNA synthesis kit(Takara, 일본)를 이용하여 cDNA를 합성하여 특이적인 프라이머(primers)(Macrogen, 한국)를 사용하여 온도 98℃에서 10초, 60℃에서 30초, 72℃에서 1분 동안 40cycle 조건으로 실시간 유전자 중합반응을 시행하였다.
상기 실험 결과, 도 1에 나타난 바와 같이 젖산 생성을 증가시키는 LDH A의 유전자발현이 해양심층수 경도 의존적으로 억제되었으며, 젖산을 피루브산으로 전환시키는 LDH B의 유전자발현은 해양심층수 경도 의존적으로 증가되었다. 이는 해양심층수 추출 천연미네랄에 의하여 젖산생성은 억제되고 에너지 생성에 활용되는 피루브산의 생성이 증가될 것이므로 해양심층수 천연 미네랄에 의해 피로 회복 효과 및 근육세포의 에너지 생성 증가를 기대할 수 있는 것이다.
Figure pat00004
실시예 2 : LDHA 발현 억제를 위한 유전자 RXR에의 효과
C2C12 근육세포에 해양심층수 경도별(500, 1000, 2000) 배지를 24시간 동안 각각 처리하였다. 세포 내 DNA와 전체 RNA는 DNA 정제 키트(Promega Corp., WI, 미국)와 트리졸(Trizol) 용액을 사용하여 각각 추출하였고, DNA(0.2㎍)는 실시간 유전자 중합반응에 바로 적용하였으며, 추출된 RNA(2㎍)는 PrimeScriptTM 1st strand cDNA synthesis kit(Takara, 일본)를 이용하여 cDNA를 합성하여 특이적인 프라이머(primers)(Macrogen, 한국)를 사용하여 온도 98℃에서 10초, 60℃에서 30초, 72℃에서 1분 동안 40cycle 조건으로 실시간 유전자 중합반응을 시행하였다.
상기 실험 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 해양심층수 미네랄 추출물이 젖산 합성을 촉진하는 LDHA의 발현을 억제하는 것으로 알려진 유전자 RXR(retinoid X receptor)의 발현을 현저히 증가시키는 것을 확인하였다. 이에 따라, 본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물이 LDHA 발현을 효과적으로 억제하여 젖산 대사를 조절하고, 그에 따라 피로회복, 근육증가, 또는 운동능력증강에 효과가 있음을 알 수 있다.
실시예 3 : 젖산 및 피루브산 수송체 MCT1, MPC1, 및 MPC2 유전자 발현 분석
C2C12 근육세포에 해양심층수 경도별(500, 1000, 2000) 배지를 24시간 동안 각각 처리하였다. 세포 내 DNA와 전체 RNA는 DNA 정제 키트(Promega Corp., WI, 미국)와 트리졸(Trizol) 용액을 사용하여 각각 추출하였고, DNA(0.2㎍)는 실시간 유전자 중합반응에 바로 적용하였으며, 추출된 RNA(2㎍)는 PrimeScriptTM 1st strand cDNA synthesis kit(Takara, 일본)를 이용하여 cDNA를 합성하여 특이적인 프라이머(primers)(Macrogen, 한국)를 사용하여 온도 98℃에서 10초, 60℃에서 30초, 72℃에서 1분 동안 40cycle 조건으로 실시간 유전자 중합반응을 시행하였다.
상기 실험 결과, 도 3에 나타난 바와 같이 세포외에서 세포내로 젖산 수송을 위한 유전자 MCT1의 발현 증가 효과와 미토콘드리아 외부에서 미토콘드리아 내부로의 피루브산 수송을 위한 유전자 MPC1(Mitochondrial pyruvate carrier 1) 의 발현 증가 효과를 확인하였다.
MPC1의 발현효과가 증가함에 따라 미토콘드리아 외부의 피루브산이 내부로 수송되어, 에너지 생성을 증가시킬 수 있음을 유추할 수 있다. 또한, MCT1은 젖산을 세포 외에서 세포 내로 수송하는 역할로서 근육 세포로의 젖산 흡수에 유리한 효과를 나타내므로, 본 발명의 해양심층수 미네랄추출물이 운동 능력 항상에 효과를 나타냄을 알 수 있다.
실시예 4 : 젖산대사 관련 신호전달물질 활성 분석
C2C12 근육세포에 해양심층수 경도별(500, 1000, 2000) 배지 또는 신호전달물질 발현 촉진효과를 가진 양성대조군들(AC(AICAR), SRT(SRT1720))이 함유된 배지를 24시간 동안 각각 처리하였다.
활성 분석을 위한 세포내 단백질은 웨스턴 블로팅(western blotting)으로 실험하였으며 그 방법은 샘플을 처리한 근육세포를 인산완충식염수(PBS)로 세척하여 용해용 완충용액(Lysis buffer, 50mM NaCl, 10mM Tris, 0.1% SDS, 1% Triton X-100, 0.1% sodium deoxycholate, 5mM EDTA, 1mM Na3VO4, pH 7.4)로 용해시키고 온도 4℃, 12,000 rpm에서 10분간 원심 분리하여 세포 추출물을 얻었다. 상기 세포 추출물은 BCA 정량법을 이용하여 단백질을 정량한 후, 20㎍ 단백질을 10% gel에서 전기영동을 실행하고, 니트로셀룰로오즈 막(nitrocellulose membrane, NC)(Whatman, Dassel, 독일)으로 이동시켰다. 5%의 블로킹 완충액(blocking buffer)에 막(membrane)을 1시간 동안 반응시킨 후 Phospho-CaMKⅡ, Phospho-LKB1, Phospho-mTOR와 β-actin(Santa Cruz Biotechnology, 미국)에 대한 1차 항체와 온도 4℃에서 16시간 이상 반응시켰다. 반응 종료 후, 비이온성 계면활성제인 0.1% 트윈20 (Tween-20)이 포함된 TBS 용액(Tris buffered saline, TBS-T)으로 30분간 세척하고, 2차 항체인 anti mouse IgG-HRP(Santa Cruz Biotechnology, 미국)를 1 : 3,000의 비율로 희석하여 상온에서 1시간 동안 반응 후, 다시 TBS-T로 30분 세척하였다. 이어서, 최종적인 이미지 분석을 위해서 강화화학발광용액 (enhanced chemiluminescence solution, ECL solution)(Amersham Bioscience, Buckinghamshire, 영국)을 사용하여 엑스레이필름(X-Ray film)에 현상하고 화상 이미지 분석 프로그램 (Chemi Imager) 5500(ver. 3.1.1)을 이용하여 이미지를 분석하였다.
실험 결과, 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이 해양심층수 미네랄추출물의 경도 의존적으로 젖산대사 관련 신호전달물질의 활성(Phospho-CaMKⅡ, Phospho-LKB1, Phospho-mTOR) 증가가 확인되었다. 이러한 유전자의 활성 증가는 근육세포 내에서 근육생성을 증가시키는 능력이 우수하다는 것을 의미한다.
실시예 5 : 억제제 처리에 의한 젖산대사 관련 신호전달물질의 활성 분석
C2C12 근육세포에 대조군과 해양심층수 경도 2000 만 또는 경도 2000과 compound C (C.C), nicotinamide(NA) 또는 rapamicin(RAPA)를 혼합한 배지를 24시간 동안 각각 처리하였다. 이후 방법은 실시예 4와 동일하다. compound C는 AMPK를, NA는 SIRT1, RAPA는 mTOR를 억제하는 화합물이다.
도 6 에 나타난 바와 같이 각각의 신호전달물질의 억제제 처리에 의해서 CAMKII, mTOR의 활성이 감소함을 확인하였으며,
도 7에 나타난 바와 같이, C,C, NA, 및 RAPA처리군의 mTOR 발현량이 BDSW2000 처리군과 비교해 감소한 것을 확인할 수 있었다.
통계분석
상기 실험 결과는 각 항목에 따라 평균치(mean) ±표준편차(standard deviation, SD)로 나타내었고, 통계적 유의성은 사회과학통계패키지 (Statistical Package for the Social Sciences, SPSS, ver.11.0)로 통계 처리한 후 *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001는 유의성이 있는 것으로 간주하였다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 특정 경도 및 마그네슘과 칼슘의 중량비를 가진 해양심층수 미네랄 추출물을 포함하는 항-피로, 근육 증가 및 운동수행능력 증강용 조성물을 제공한다. 본 발명의 해양심층수 미네랄 추출물은 부작용 없이 안전하게 사용할 수 있고, 젖산대사와 관련된 LDH A와 LDH B 및 그와 관련된 유전자를 조절하여 피로회복 및 운동성 증가 등 운동수행능력의 증강에 우수한 효과를 가진다.
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Claims (11)

  1. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 약학적 조성물.
  2. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 운동수행능력 증강용 식품 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 운동수행능력 증강은 에너지 대사 향상에 의한 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 해양심층수 미네랄추출물은 마그네슘과 칼슘의 중량비가 3:1인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물은 운동 수행 가능 시간 증가, 근력 강화, 균형 감각 증진, 및 운동적응능력 증진 효과로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 효과가 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 항-피로용 약학적 조성물.
  7. 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 항-피로용 식품 조성물.
  8. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 근육 증가 촉진용 약학적 조성물.
  9. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 근육 증가 촉진용 식품 조성물.
  10. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 젖산 대사 조절용 약학적 조성물.
  11. 경도가 300~2,500ppm인 해양심층수 미네랄추출물을 유효성분으로 함유하는 젖산 대사 조절용 식품 조성물.
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