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Journal of the East Asian Society of Dietary Life - Vol. 28 , No. 3
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Journal of the East Asian Society of Dietary Life - Vol. 28, No. 3, pp. 179-187
Abbreviation: J East Asian Soc Diet Life
ISSN: 1225-6781 (Print) 2288-8802 (Online)
Print publication date 30 Jun 2018
Received 24 Apr 2018 Revised 01 Jun 2018 Accepted 05 Jun 2018
DOI: https://doi.org/10.17495/easdl.2018.6.28.3.179

삼채 뿌리 보충식이가 당뇨 흰쥐의 조직에서 항산화효소 활성도에 미치는 영향
김명화† ; 한혜경
덕성여자대학교 식품영양학과

Effects of Dietary Supplementation with Allium hookeri Root on the Antioxidant Enzyme Activities in Streptozotocin-Induced Diabetic Rats
Myung-Wha Kim† ; Hye Kyoung Han
Dept. of Food and Nutrition, Duksung Women's University, Seoul 01369, Republic of Korea
Correspondence to : †Myung-Wha Kim, Tel: +82-2-901-8598, Fax: +82-2-901-8372, E-mail: kmw7@duksung.ac.kr

Funding Information ▼
Abstract

This study examined the effects of Allium hookeri (AH) root on the antioxidant defense in streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats. Rats were rendered diabetic by STZ (45 mg/kg body weight) administration. The experimental groups were divided into four groups: a normal-control (N-control), STZ-control, STZ-AH 5%, and STZ-AH 10% supplemented groups. The N-control and STZ-control group were fed an AIN-93 diet, and the experimental groups were fed a modified diet containing 5% and 10% of AH root powder for 4 weeks. The activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR), glutathione S-transferase (GST), and xanthine oxidase (XOD) were measured in the kidney, lung, and brain. The SOD activities in the lung and brain were significantly lower in the STZ-AH 10% group than in the STZ-control group. The activity of CAT in the kidney was significantly higher in the STZ-AH 10% group than in the STZ-control group. The GR activities in the kidney and lung were reduced in STZ-AH 5% and STZ-AH 10% group, respectively. In the kidney, the activity of GPx was significantly higher in the STZ-AH 5% group than in the STZ-control group. Similar results were observed for the lung. The GST activity was significantly lower in the STZ-AH 5% group in the kidney but significantly higher in the STZ-AH 10% group in the lung compared to the STZ-control group. The XOD activities in the kidney and brain were significantly lower in the STZ-AH 10% group than in the STZ-control group. Allium hookeri root contains bioactive compounds that possess important antioxidant properties and protected the kidneys, lung and brain from hyperglycemia damage.

Keywords: Allium hookeri root, STZ-induced diabetic rats, antioxidant enzyme
서론

당뇨는 조직세포가 포도당을 정상적으로 이용하지 못하여 고혈당이 나타나는 만성대사질환이다. 이것은 포도당 대사를 촉진시키고, 미토콘드리아의 산화적 호흡, 포도당 자동산화, advanced glycation end product(AGE) 생성, polyol pathway와 protein kinase C 활성도와 같은 여러 가지 신호전달체계를 활성화시켜 조직에서 활성산소종(Reactive Oxygen Species; ROS)을 생성시킨다(Brownlee M 2001; Fu MX 등 1994). 조직에서 지속적인 고혈당은 ROS의 과잉생산을 통해 산화적 스트레스를 증가시킨다(Koya D & King GL 1998; Sano T 등 1998).

산화적 스트레스는 대사적 스트레스, 조직 손상, 세포 죽음의 연속적 순환에 의해서 증가되고, 자유기 생성을 증가시키고 이는 스트레스를 더욱 악화시킬 수 있다(Baynes JW 1991). 산화적 스트레스는 세포내의 세포막을 손상시켜 세포의 활성도가 감소되고, 전반적인 에너지 대사의 손실을 일으킨다(Vincent AM 등 2004). 산화적 스트레스는 세포 또는 조직의 유리기 생성과 소거 시스템간의 불균형에 의해서 생성된다(Ravi K 등 2004).

ROS는 당뇨병에서 심장과 간과 같은 시스템에서 장기 손상의 원인이 된다(West IC 2000). 이것은 catalase(CAT), superoxide dismutase(SOD) 및 glutathione peroxidase(GPx)와 같은 세포내액의 항산화계의 방어체계에 의해서 정상적으로 제거된다(Baliga R 등 1997). 항산화효소는 산화손상에 대한 세포의 방어에 중요한 역할을 한다. 그러나 활성산소종의 생성이 항산화 효소의 제거용량을 초과할 때 조직의 손상이 생긴다(Yen HW 등 2006). 즉, 통제가 되지 않거나 잘 제어되지 않는 고혈당은 ROS 생성 효소와 항산화계 간의 불균형을 일으킨다(Figueroa-Romero C 등 2008; Forbes JM 등 2008; Kowluru RA & Chan PS 2007).

SOD는 효소적 항산화계에서 가장 중요한 효소 중 하나이다. 이것은 superoxide anion(O2ㆍ—)을 과산화수소로 형성시켜 자유기에 의해 야기된 독성효과를 낮춘다. 과산화수소의 해독과 관련된 CAT는 superoxide anion(O2ㆍ—)에 의해서 활성화된다(Soon YY & Tan BK 2002). CAT는 포유동물세포의 퍼옥시좀에 존재하여 같은 곳에 존재하는 산화효소에 의하여 생성된 과산화수소를 파괴시키는 역할을 한다. 그러나 포유동물세포에 존재하는 과산화수소 제거효소는 GPx인 것으로 보이며, 이 효소는 활성부위에 셀레늄을 함유하고 있다(Nunoshiba T 등 2002). GPx는 과산화수소의 해독에 중요한 역할을 한다. 이것은 glutathione(GSH)을 감소시킴으로써 hydroperoxide를 감소시키는 것으로 보고되어 있다(Pereira B 등 1995). Glutathione S-transferase(GST)는 활성형의 대사물을 환원형 GSH와 결합시켜 배설시킴으로써 체내에서 제거하는 역할을 한다.

Superoxide anion(O2ㆍ—)과 hydroxy radical(OHㆍ)은 주변 장기에 다양한 손상을 야기시킬 수 있다. 항산화 성질을 가진 자연 또는 합성 화합물은 손상의 일부 또는 전체 완화에 기여할 수 있다. 그러므로 superoxide anion(O2ㆍ—)과 hydroxy radical(OHㆍ) 제거는 가장 효과적인 방어체계 중의 하나이다(Lin JM 등 1995). 식물에 존재하는 항산화 식물성 성분들은 활성산소를 제거하고 내인성 항산화제의 고갈을 방지한다(Manonmani G 등 2005; Ravi K 등 2004). 삼채(Allium hookeri; AH)는 백합과(Liliaceae) 파속(Allium L.)에 속하는 식물로 뿌리부추라고 불린다(Borborah K 등 2014). 삼채뿌리는 지질과산화억제(Cho HS 등 2015), 항산화(Lee EB 등 2015; Lee JY & Lee KK 2014; Lee YR 2015), 항염증(Bae GC & Bae DY 2012; Jang JY 등 2017; Kim CH 등 2012; Roh SS 등 2016)에 도움이 되는 다양한 생리활성을 가진다고 알려져 있다. 한국산 삼채뿌리 분말을 당뇨유발 흰쥐에게 식이로 섭취시켰을 때 당뇨대조군에 비해 혈당 수준이 낮아졌으며(Kim MW 2016), 간 cytosol의 CAT와 GST의 활성도가 유의적으로 높아졌고, xanthine oxidase(XOD) 활성도는 유의적으로 낮아졌다고 보고하였다(Kim MW 2017).

따라서 본 연구에서는 삼채 뿌리의 섭취가 STZ 유발 당뇨시 산화스트레스 바이오마커의 활성도에 근거한 조직의 항산화계에 어떠한 영향을 미치는지를 평가하고자 하였다.

연구방법
1. 실험 재료

본 실험에서 사용한 삼채(Allium hookeri) 뿌리는 서울시 동대문구 제기2동에 있는 용성건재(사업자등록번호 204-92-77858)로부터 구입하였다. 우리나라 경상북도 영주군 상줄동 104-4에서 야생 재배하여 2015년 7월에 수확한 것을 자연 건조시켜 분말(HMF-3450S, Hanil, Seoul, Korea)로 만들어 실험식이에 사용하였다.

2. 당뇨 유발 및 실험식이

체중 220 g 내외로 7주령인 Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐 [주식회사 샘타코 BIO KOREA(NTacSam: SD, Osan, Korea)] 28마리를 난괴법에 의해 4개 군으로 나누어 사용하였다. 당뇨실험군은 16시간 공복 후 45 mg/kg의 STZ(Sigma-Aldrich, St. Louis, Mo, USA)을 꼬리정맥에 주사하여 당뇨를 유발시켰다. STZ 주사 24시간 후 혈장 중의 포도당 농도가 300 mg/dL 이상인 동물을 당뇨가 유발된 것으로 확인하였다. 정상대조군에는 삼채뿌리를 첨가하지 않은 normal-control(N-control), 당뇨실험군에는 삼채뿌리를 첨가하지 않은 당뇨대조군(STZ-control)과 삼채뿌리를 분말로 하여 각각 5%(STZ-AH 5%)와 10%(STZ-AH 10%)를 첨가하여 4주간 실험하였다. 대조군은 AIN-93조제식이(Reeves PG 1997)로, 당뇨실험군은 대조군식이에 삼채뿌리 분말을 각각 5%와 10%씩 첨가하였다. 본 동물 실험은 덕성여대 동물실험윤리위원회의 승인(승인번호 2015-017-001)을 받은 후, 실험동물 관리 및 이용에 관한 지침에 맞추어 실시하였다.

3. 항산화효소 분석

실험 4주후 적출된 장기(신장, 폐 및 뇌)는 차가운 phosphate buffered saline(PBS)에 세척한 후 -70℃에 동결시켰다. 동결된 조직은 Tris KCl buffer(0.1 M Tris acetate, 0.1 M KCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4)로 균질화한 다음 8,000×g에서 30분간 원심분리(model RC 5C, DuPont sorvall instrument, Wilmington, DE, USA)하여 1차 상등액을 얻었다. 1차 상등액은 10,000×g에서 30분간 원심분리하여 2차 상등액을 얻었다. 2차 상등액을 취하여 105,000×g에서 90분간 초원심분리(L-80, Beckman Co. Ltd, Setauket-East Setauket, NY, USA)시켜 cytosol 분획을 -70℃에 저장한 후 항산화효소 활성도를 분석하였다. 단백질 함량은 Lowry 등의 방법(Lowry OH 등 1951)에 의해서 측정하였다.

SOD 활성도는 pyrogallol의 자동산화를 50% 억제하는 능력을 기초로 하여 Maklund와 Marklund의 방법(Maklund S & Marklund G 1974)에 의해 측정하였다. CAT의 활성도는 Aebi 방법(Aebi H 1984)에 따라 240 nm에서 H2O2 분해에 따른 흡광도의 감소로 측정하였다. GPx의 활성도는 Lawrence와 Burk의 방법(Lawrence RA & Burk RF 1976)에 따라 340 nm에서 NADPH 환원량을 측정하여 계산하였다. Glutathione reductase(GR)는 340 nm에서 흡광도 감소속도를 측정하여 NADPH의 분자흡광도 계수를 적용하여 분석하였다(Mavis RD & Stellwagen E 1968). GST의 활성도는 Habig 등의 방법(Habig WH 등 1974)에 따라 기질인 1-chloro-2,4-dinithrobenzene(CDNB)과 환원형 GSH를 반응시켜 340 nm에서 흡광도의 증가를 측정하였다. XOD의 활성도는 Bergmeyer 등의 방법(Bergmeyer HU 등 1974)에 따라 xanthine으로부터 생성되는 요산의 양을 μmole로 나타내었다.

4. 통계처리

모든 실험 데이터는 Statistical Package for the Social Science(SPSS) software package version 24로 통계처리하였고, 모든 수치는 평균과 표준편차(Standard Deviation; SD)로 표시하였다. 실험군 간의 차이는 one way analysis of variance (ANOVA)로 검증하였고, 각 실험군 간의 평균값의 차이에 대한 유의성은 Duncan's multiple range test를 이용하여 p<0.05 수준에서 평가하였다.

결과 및 고찰
1. Superoxide Dismutase(SOD) 활성도

신장, 폐 및 뇌의 cytosol에서 SOD 활성도를 측정한 결과(Table 1) N-control에 비해 STZ-control에서 높은 활성도를 보였으나, 유의적인 차이는 없었다. 호기적 대사를 하는 생물체는 산소 유리기의 일종인 superoxide를 제거하는 효소인 SOD를 갖고 있어 산소 유리기 반응에 의한 손상에 대하여 어느 정도의 방어력을 유지하고 있으며(Chow CK 1979), 비정상적으로 증가하는 산소 유리기의 제거를 위해 그 활성도가 높아지는 것으로 알려져 있다(McCord JM & Fridovich I 1969).

신장의 SOD 활성도는 STZ-control에 비해 당뇨실험군에서 차이를 보이지 않아 식이에 의한 효과는 나타나지 않았다. 폐와 뇌의 경우에서는 STZ-control에 비해 STZ-AH 10%에서 유의적으로 낮아졌다. Sanders RA 등(2001)의 연구에서는 삼채의 구성성분인 quercetin을 당뇨쥐에 투여시켰을 때 신장과 뇌에서 효과를 보이지 않아 당뇨상태에서의 SOD활성도는 조직에 따라서 다른 결과를 나타냈다.

Table 1.  
Effect of Allium hookeri root on the activity of superoxide dismutase(SOD) in the kidney, lung and brain in cytosol of normal and diabetic rats (unit/min/mg protein)1)
Group2) Kidney Lung Brain
N-control 0.61±0.263)NS4) 4.81±0.18ab5) 2.43±0.23ab
STZ-control 0.64±0.11 4.94±0.44b 2.69±0.38b
STZ-AH 5% 0.61±0.13 4.98±0.42b 2.46±0.31ab
STZ-AH 10% 0.70±0.39 4.43±0.23a 2.30±0.23a
1) One unit was defined as the amount of enzyme that causes half maximal inhibition of pyrogallol autoxidation.
2) N-control: normal control group, STZ-control: diabetic control group, STZ-AH 5%: diabetic fed with root of AH 5% treated group, STZ-AH 10%: diabetic fed with root of AH 10% treated group.
3) Values are mean±S.D.
4) NS: not significant.
5) Values with different superscripts within the same column are significantly different at the p<0.05 by Duncan's multiple range test.

2. Catalase(CAT) 활성도

CAT는 SOD와 함께 중요한 활성산소 소거효소로서 거의 모든 포유동물 세포내에 존재하는 것으로 알려져 있다. N-control과 비교하여 당뇨시 신장의 CAT 활성도의 감소(Kedziora-Kornatowska KZ 등 2000; Maritim AC 등 1999; Rauscher FM 등 2001; Sanders RA 등 2001)가 일반적이다.

신장, 폐 및 뇌의 cytosol에서 CAT 활성도를 측정한 결과(Table 2), 세 장기 중에서 뇌의 활성도가 가장 높았고, 신장과 폐는 거의 비슷하였다. 삼채뿌리 섭취에 의한 CAT의 활성도는 신장의 경우, STZ-control에 비해 모두 증가하였으며, STZ-AH 10%에서는 유의적으로 증가하였다. STZ-control에 비해 폐의 경우는 STZ-AH 10%, 뇌의 경우에서는 STZ-AH 5%에서 증가하였으나 유의적인 차이는 보이지 않았다.

Table 2.  
Effect of Allium hookeri root on the activity of catalase(CAT) in the kidney, lung and brain in cytosol of normal and diabetic rats (unit/min/mg protein)1)
Group2) Kidney Lung Brain
N-control 3.47±0.78b3,4) 4.98±2.12b 7.33±2.71b
STZ-control 2.76±0.45a 3.43±1.93a 5.42±2.57ab
STZ-AH 5% 3.30±0.25ab 3.25±0.84a 7.03±2.27ab
STZ-AH 10% 3.73±0.43b 3.97±0.75ab 5.16±2.09a
1) One unit was defined as the amount of enzyme required to decompose 1 μmole of H2O2.
2) N-control: normal control group, STZ-control: diabetic control group, STZ-AH 5%: diabetic fed with root of AH 5% treated group, STZ-AH 10%: diabetic fed with root of AH 10% treated group.
3) Values are mean±S.D.
4) Values with different superscripts within the same column are significantly different at the p<0.05 by Duncan's multiple range test.

당뇨시 CAT의 활성도 감소는 이 효소의 활성도를 억제하는 ROS의 생성을 증가시키기 때문이다(Wohaieb SA & Godin DV 1987). Stanely Mainzen Prince P 등(2011)이 gallic acid를 투여하였을 때와 같이 본 연구에서 CAT 활성도의 결과는 삼채가 자유기 소거작용을 나타내는 것과 같다. 이것은 당뇨시 superoxide anion(O2ㆍ—)과 hydroxy radical(OHㆍ)이 존재함에 따라 야기되는 병태적인 변화에 대해 이로운 작용을 나타낸다. Zhang L 등(2016)의 연구에서 뇌의 해마와 피질에서 CAT활성도가 현저하게 감소하였는데 curcumin 치료가 정상 수준으로 CAT 활성도를 유의적으로 증가시켰다고 보고하였다. VanGilder RL 등(2009)의 연구에서도 세사몰로 처리된 당뇨쥐가 superoxide와 peroxynitrite 생성의 감소로 CAT 활성도를 뇌에서 유의적으로 증가시켰다. 삼채뿌리는 지질과산화물의 증가로 산화적 손상이 가속화될 때, 항산화 효소계의 활성도를 증가시키고, 산화 스트레스에 의한 조직 손상을 완화시켜주는 것으로 판단된다. 따라서 삼채뿌리의 섭취로 인해 CAT 활성도가 증가된 것은 삼채뿌리가 체내 산화반응을 직접적으로 완화시켰을 것으로 보여진다. 본 실험결과, 폐와 심장보다는 신장에서 CAT 활성도 증가에 기여함을 볼 수 있었다.

3. Glutathione Peroxidase(GPx) 활성도

신장, 폐 및 뇌의 cytosol에서 GPx 활성도를 측정한 결과(Table 3) 신장에서의 활성도가 가장 높았고 다음이 뇌 그리고 폐의 순서였다. 모든 조직에서 STZ-control이 N-control에 비해서 높아졌으나, 유의적인 차이는 보이지 않았다. 당뇨시 신장의 GPx 활성도의 증가는 고혈당에 의해 유발되는 강한 산화적 손상을 암시한다(Kamuren ZT 등 2006). Srinivasan M 등의 연구(2005)에서 당뇨 쥐의 뇌조직 GPx 활성도가 STZ-control에서 N-control에 비하여 유의성은 없으나 다소 높은 경향을 보인 결과와 일치하였다. GPx의 높은 수치는 당뇨에 대한 산화물질 스트레스의 만성적인 이상에서 발생한다. 세포의 GPx는 산화적인 손상으로부터 세포를 보호한다(de Haan JB 등 2004; Esposito LA 등 2000; Fu Y 등 1999; Tanaka Y 등 2002).

Table 3.  
Effect of Allium hookeri root on the activity of glutathione peroxidase(GPx) in the kidney, lung and brain in cytosol of normal and diabetic rats (unit/min/mg protein)1)
Group2) Kidney Lung Brain
N-control 10.8±2.5ab3),4) 2.54±0.80NS5) 7.16±3.44ab
STZ-control 11.1±2.4b 2.64±0.81 7.72±2.69b
STZ-AH 5% 9.6±2.8a 2.16±0.92 5.26±3.23a
STZ-AH 10% 10.3±1.9ab 2.37±0.61 6.40±2.66ab
1) One unit was catalyzed the oxidation by H2O2 of 1 μmole of reduced glutathione to oxidized glutathione per minute at pH 7.0 at 25℃.
2) N-control: normal control group, STZ-control: diabetic control group, STZ-AH 5%: diabetic fed with root of AH 5% treated group, STZ-AH 10%: diabetic fed with root of AH 10% treated group.
3) Values are mean±S.D.
4) Values with different superscripts within the same column are significantly different at the p<0.05 by Duncan's multiple range test.
5) NS: not significant.

신장과 뇌에서 STZ-control에 비해 STZ-AH 5%에서 유의적으로 감소하였으며, N-control과 차이를 보이지 않았다. Derosa G 등(2016)의 연구에서 α-lipoic acid가 뇌의 해마에서 GPx의 활성도를 낮추었는데 이것의 생물학적인 역할은 산화적 손상으로부터 유기체를 보호하는 것이라고 보고하였다. 이러한 결과는 멜라토닌과 같은 항산화물질 투여시 가령에 따라 뇌의 GPx의 활성도가 증가하였다는 Okatani Y 등(2002)의 보고와 다른 결과를 보였다.

당뇨시 증가하는 CAT와 GPx는 H2O2의 분해에 의해서 산화적인 손상에 대해 세포를 보호하는 항산화 효소이다. CAT는 과도한 농도의 H2O2에서 효과가 있으나, GPx는 낮은 농도에서 H2O2를 해독시킨다. 신장에서 STZ-AH 10%에서 GPx의 유의적인 변화없이 CAT 활성도의 증가는 퍼옥시좀의 과잉의 H2O2 생성 때문일 것이다(Doroshow JH 등 1980). 그러므로 당뇨시 신장의 GPx의 증가된 활성도는 보상 또는 적응 기전으로 고혈당상태에서 증가된 산화적 손상을 방해한다(Yen HW 등 2006).

4. Glutathione Reductase(GR) 함량

GR은 모든 포유동물에서 발견되는 flavoprotein으로 cytosol에 존재하고 있고 GPx에 의해 생성된 산화형 GSH를 NADPH를 소모하면서 GSH로 환원시키는 작용을 한다. GR은 이 산화 환원 반응을 통해 세포 내 GSH pool을 환원 상태로 유지함으로써 간접적으로 세포 보호 및 항상성 유지에 기여한다(Cho YJ 등 2002).

신장, 폐 및 뇌의 cytosol에서 GR 활성도를 측정한 결과가 Table 4에 나타나 있다. 신장에서 N-control에 비해 STZ-control이 유의적으로 증가하였으며, STZ-control에 비해 STZ-AH 5%에서 유의적으로 감소하였다. 이는 당뇨쥐에 인동초를 섭취시켰을 때 GR의 활성도가 감소하였다는 보고(Bang MA 등 2002)와 일치한 결과이다. 폐에서는 N-control과 STZ-control에 차이를 보이지 않았으며 STZ-control에 비해 STZ-AH 10%에서 유의적으로 감소하였다. 뇌에서는 N-control에 비해 STZ-control에서 유의적으로 감소하였으며 STZ-control에 비해 STZ-AH 5%에서 증가하였으나 유의적인 차이는 보이지 않았다. Zhang L 등(2016)의 연구에서는 GR 활성도가 뇌의 해마에서 유의적으로 감소하였는데, curcumin 치료가 GR 활성도를 정상수준으로 크게 증가시켰다고 보고하였다. 본 연구에서는 삼채뿌리의 섭취로 인해 신장과 폐에서 GR 활성도를 저하할 수 있는 가능성을 관찰할 수 있었다.

Table 4.  
Effect of Allium hookeri root on the activity of glutathione reductase(GR) in the kidney, lung and brain in cytosol of normal and diabetic rats (unit/min/mg protein)1)
Group2) Kidney Lung Brain
N-control 0.74±0.03b3),4) 0.85±0.07b 0.41±0.20b
STZ-control 0.77±0.05c 0.86±0.07b 0.29±0.17a
STZ-AH 5% 0.69±0.06a 0.84±0.05ab 0.36±0.18ab
STZ-AH 10% 0.75±0.05bc 0.80±0.05a 0.27±0.10a
1) One unit was reduced 1 μmole of oxidized glutathione per minute at pH 7.6 at 25℃.
2) N-control: normal control group, STZ-control: diabetic control group, STZ-AH 5%: diabetic fed with root of AH 5% treated group, STZ-AH 10%: diabetic fed with root of AH 10% treated group.
3) Values are mean±S.D.
4) Values with different superscripts within the same column are significantly different at the p<0.05 by Duncan's multiple range test.

Jung HS 등(2003)은 STZ 당뇨 유발시 GPx와 GR의 활성이 급격하게 감소하였고, 부추의 섭취는 감소되어진 항산화 효소 활성을 다소 증가시킨다고 보고하였다. Lee JO 등(2003)은 당뇨상태에서는 유리기 생성이 증가되어 항산화 효소계의 활성이 증가하면서 방어하기 위한 시도를 하나, 심한 산화적 스트레스가 유지됨에 따라 조직의 산화가 가속화되는 것으로 여겨지며 부추의 섭취는 조직의 산화를 억제하는데 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 부추와 같이 Allium속 식물인 삼채뿌리에 함유된 함황화합물과 페놀화합물 등의 여러 생리활성성분이 항산화제로서 당뇨병 치료의 보조제로 사용될 수 있는 근거를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

5. Glutathione S-Transferase(GST) 활성도

생체 내 자유기를 제거해주는 효소적 방어계인 GST는 내인성 독소 중에서 친전자성 물질 등에 환원형 GSH를 포함시켜 glutathione thioester(R-S-G)를 형성하는 반응을 촉매시킨다(Bompart GJ 등 1990).

신장, 폐 및 뇌의 cytosol에서 GST 활성도를 측정한 결과가 Table 5에 나타나 있다. 신장에서 N-control과 STZ-control은 유의적인 차이를 보이지 않았으며, STZ-control에 비해 STZ-AH 5%에서 유의적으로 감소하였다. 이는 삼채뿌리 분말을 5% 섭취시 당뇨시 혈당에 대한 산화적 반응을 신장에서 저하시켰음을 유추할 수 있다. 폐에서는 N-control에 비해 STZ-control에서 유의적으로 낮은 활성도를 보였다. STZ-AH 10%가 STZ-control에 비해 GST 활성도가 유의적으로 높게 나타났는데, 삼채에 포함된 유황화합물이 GST 활성도를 증가시킬 뿐 아니라 세포 내 GSH의 고갈을 방지하는 것으로 보고되었다(Kang HY 등 2016). 따라서 삼채뿌리 섭취가 당뇨의 폐에 있어서 항산화방어계에 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 이때 삼채뿌리의 섭취량이 중요한 요인이 될 것으로 사료된다. 뇌의 경우 N-control, STZ-control 및 당뇨실험군 간에 차이를 보이지 않았다.

Table 5.  
Effect of Allium hookeri root on the activity of glutathione S-transferase(GST) in the kidney, lung and brain in cytosol of normal and diabetic rats (unit/min/mg protein)1)
Group2) Kidney Lung Brain
N-control 6.83±0.38b3),4) 3.39±0.22b 5.20±0.31NS5)
STZ-control 6.84±0.65b 2.85±0.21a 5.17±0.34
STZ-AH 5% 5.86±0.46a 2.84±0.15a 5.11±0.27
STZ-AH 10% 6.27±0.40b 3.40±0.24b 5.05±0.44
1) One unit was increase 1 nmole of 2,4-dinitrobenzene glutathione conjugate per minute.
2) N-control: normal control group, STZ-control: diabetic control group, STZ-AH 5%: diabetic fed with root of AH 5% treated group, STZ-AH 10%: diabetic fed with root of AH 10% treated group.
3) Values are mean±S.D.
4) Values with different superscripts within the same column are significantly different at the p<0.05 by Duncan's multiple range test.
5) NS: not significant.

6. Xanthine Oxidase(XOD) 활성도

자유래디컬 생성계 효소로 알려진 XOD의 활성도가 Table 6에 나타나 있다. 모든 조직의 N-control과 STZ-control 사이에는 유의적인 차이가 없었지만, STZ-control에 비해 신장과 뇌의 cytosol에서 STZ-AH 10%는 유의적으로 낮은 활성도를 나타냈다.

Table 6.  
Effect of Allium hookeri root on the activity of xanthine oxidase(XOD) in the kidney, lung and brain in cytosol of normal and diabetic rats (unit/min/mg protein)1)
Group2) Kidney Lung Brain
N-control 32.6±1.2b3),4) 94.6±6.3NS5) 114.2±12.0ab
STZ-control 33.2±1.3b 94.2±5.1 117.2±11.0b
STZ-AH 5% 33.1±1.2b 92.0±7.1 112.2±7.6ab
STZ-AH 10% 30.8±1.3a 91.2±4.2 107.6±6.2a
1) One unit converted 1 μmole of xanthine to uric acid per minute at pH 7.5 at 25℃.
2) N-control: normal control group, STZ-control: diabetic control group, STZ-AH 5%: diabetic fed with root of AH 5% treated group, STZ-AH 10%: diabetic fed with root of AH 10% treated group.
3) Values are mean±S.D.
4) Values with different superscripts within the same column are significantly different at the p<0.05 by Duncan's multiple range test.
5) NS: not significant.

생체 내 자유래디칼 생성계의 하나인 XOD는 purine, pyrimidine, pteridine, aldehyde류 및 heterocyclic compounds 등의 대사에 관여하는 비특이적 효소로서 주로 퓨린의 대사산물인 hypoxanthine을 xanthine으로, xanthine을 다시 산화시켜 요산을 생성하는 반응의 촉매로 작용한다. Xanthine dehydrogenase(XD)와 xanthine oxidase(XO)의 두 가지 형태가 있는 것으로 알려져 있는데, 정상상태에서는 거의 dehydrogenase 형태로 존재하지만 산화적 스트레스나 여러 가지 질병상태에서는 XD가 XO로 변환되며, XO의 활성도가 증가되어 superoxide anion(O2ㆍ—)과 H2O2를 생성시킨다(Bursch W & Schulte-Hermann R 1986). 삼채뿌리 첨가군의 XOD 활성도가 STZ-control보다 유의적으로 낮은 것으로 보아 삼채뿌리의 섭취로 혈당조절에 효과가 있었으며, 자유기의 생성이 억제되어 당뇨 합병증 예방에 도움이 될 것으로 생각한다.

요약

본 연구는 정상대조군(N-control), 당뇨대조군(STZ-control) 및 삼채를 처리한 당뇨군(STZ-AH 5%와 STZ-AH 10%)의 신장, 폐 및 뇌에서 항산화 효소활성도에 미치는 영향을 살펴보았다.

SOD 활성도는 모든 조직에서 N-control과 STZ-control에서 유의적인 차이는 없었으나, 폐와 뇌의 경우 STZ-control에 비해 STZ-AH 10%에서 유의적으로 낮아졌다. CAT 활성도는 신장과 뇌에서 N-control과 STZ-control에서 유의적인 차이를 보였으며, STZ-control과 비교하여 신장에서 STZ-AH 10%에서 유의적으로 높은 활성도를 보였다. GPx 활성도는 STZ-control에 비해 신장과 뇌에서 STZ-AH 5%에서 유의적인 차이를 보였다. GR 활성도는 신장과 뇌에서 N-control과 STZ-control에서 유의적인 차이를 보였으며, STZ-control에 비해 신장에서는 STZ-AH 5%에서, 폐에서는 STZ-AH 10%에서 유의적인 차이를 보였다. GST 활성도는 폐에서 N-control과 STZ-control은 유의적인 차이를 보였고, 신장에서 STZ-control보다 STZ-AH 5%에서 유의적으로 낮은 활성도를 보였으나 폐에서는 STZ-control보다 STZ-10%에서 유의적으로 높은 활성도를 보였다. XOD 활성도는 신장과 뇌에서 N-control에 비해 STZ-control에서 증가하였으나 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 신장과 뇌에서 STZ-control보다 STZ-AH 10%에서 유의적으로 낮은 활성도를 보였다.

이상의 연구결과, 삼채뿌리는 당뇨의 병리적 상태일 때 SOD와 GST 활성도를 변화시켜 과생성된 ROS의 무독화를 촉진시키는 것으로 사료된다. 또한 XOD의 활성도를 억제함으로써 당뇨에서 나타나는 ROS의 생성을 감소시킴으로써 산화적 손상을 예방하는 것으로 사료된다. 당뇨쥐에서 삼채뿌리 섭취에 의한 항산화효소의 활성도 변화는 장기의 종류나 효소의 종류에 따라서 차이가 있음을 알 수 있는데, 항산화효소 활성도 변화가 신장에서 가장 크게 나타났다.

Acknowledgments

2017년도 덕성여자대학교 교내 연구비 지원을 받아 수행된 연구 결과로 이에 감사드립니다.

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