장지훈 (한국한의약진흥원 토종한약자원연구팀 선임연구원)
■ 천연물 연구의 필요성
- 최근 각국의 생물자원 접근과 활용에 따른 이익공유에 대한 “생물다양성조약(CBD)”에 의해 “나고야 의정서”가 채택되어, 천연물 자원에 대한 활용과 이익 창출에 대한 국제적 관심이 증가하였고, 서양의약으로는 치료가 어려운 당뇨병, 고혈압, 뇌졸중, 천식, 관절염 등 만성 · 난치성 질환에 대한 대안으로 제시되고 있다.
- 산업사회에 대한 반작용으로 전통적인 치료법을 선호하며, 자연에서 유래한 천연물소재에 대해 정서적으로 친숙하다.
- 특히, 우리나라는 천연물 소재에 대한 많은 연구와 특허를 보유하고 있어 이를 활용하기 위한 다양한 사업이 필요하나 물량 부족 및 가공 인건비가 높아 대부분 중국 수입품을 사용하고 있어 국내 자생하는 토종 자원 확보와 대량 재배기술 연구 등이 필요하다a.
■ 현초란?
- 현초(玄草, Geranium thunbergii Siebold et Zuccarini.)는 이질풀의 지상부로 산과 들에서 자란다. 줄기는 가늘고 길며 비스듬히 자라고 줄기에 연한 털이 있다. 잎은 손바닥 모양으로 길이 2~4cm 정도 크기로 자라게 된다. 꽃은 6~8월에 자라며 붉은색, 붉은 자주색, 흰색으로 핀다. 세계적으로 우리나라를 비롯하여 중국 · 일본 · 시베리아 · 북아메리카 · 유럽에 분포하고 있다b,c.
■ 현초의 민간요법 및 한약재 처방
- 예로부터 현초는 이질에 특효가 있다고 해 이질풀이라 불러왔다. 한방에서는 지사제 외에는 많이 쓰이지 않으나 민간에서는 이질, 복통, 변비, 대하증, 방광염, 피부염, 종창, 위궤양 등의 치료에 쓰인다. 일본에서는 위와 같은 증세 이외에 감기와 냉증, 고환이나 음낭 등의 질환으로 일어나는 신경통을 다스리는 데에도 쓰고 있다d.
■ 현초 연구 현황
- 이전의 연구에 따르면 현초는 이질, 위궤양 및 십이지장 궤양과 같은 질병의 치료에 사용되었다. 현초의 주요 성분으로는 tannin, (-)-epicatechin, kaempferitrin, kaempferol-7-rhamnoside, corilagin, geraniin, gallic acid, succinic acid, quercetin, quercitrin 및 protocatechuic acid이 있다1. 그중 geraniin은 대부분의 Geranium 종에서 분리되며 항산화, 항고혈당, 항고혈압, 항염증, 항암 활성, 항산화, 항당뇨병 합병증, 항비만, 주름개선, 피부미백 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있다2,3. 그중 항산화에서는 인간 피부세포에서 과산화수소수(H2O2) 유도된 세포 독성에서 세포 내 자유산소라디칼(ROS) 수준을 감소 시키는 것으로 보고되었다4.
■ 항산화란?
- 항산화는 산화를 억제한다는 것으로, 세포의 노화과정과 이를 예방하는 방법을 설명할 때 주로 등장하는 개념으로 인간 노화의 주된 원인이다.
- 산소는 호기성 생활을 위한 유기체에서 중요한 역할을 한다. H2O2는 자유산소라디칼(ROS)의 주성분이며 시험관 내 모델에서 산화 손상 유도제로 널리 사용되어 왔다6. 낮은 수준의 반응성 자유산소라디칼(ROS)은 생리학적으로 다양한 염증반응, 면역반응에 관여한다.
- 그러나 생물학적 과정에서 발생하는 에너지 생산과 연료의 불균형으로 인해 많은 양의 자유산소라디칼(ROS)은 산화 스트레스를 유발한다5,7. 체내의 높은 수준의 ROS는 전 염증성 사이토카인의 형성 이외에 DNA, 단백질, 막, 지질 및 탄수화물과 같은 생체 거대 분자에 산화적 손상을 일으킬 수 있다. 신체의 신경계 장애, 암, 허혈, 당뇨병 및 천식을 포함한 많은 질병을 유발할 수 있다8, 9, 10.
■ 항산화력을 측정하는 실험
- 항산화 측정 실험에는 9개 정도가 있으며 대부분 항산화 효과를 가진 성분의 양을 확인하거나 활성산소를 얼마나 소거하는지 확인하는 시험법을 사용한다.
- 항산화 효과를 갖는 물질인 대부분 식물에 존재하는 분자 하나에 페놀 그룹이 2개 이상 있는 총 페놀 함량 측정 실험(Total phenolic contents), 폴리페놀 중에서도 강한 항산화력을 갖는 플라보노이드 양을 측정하는 플라보노이드 함량 측정 실험(Flavonoids contents), 활성산소를 포함하고 있는 시약인 DPPH가 항산화 물질에 의해 활성산소가 제거되면 색이 변하는 것을 이용하여 활성산소가 제거되는 정도를 색 농도로 측정하는 시험법인 DPPH assay, 활성산소에 의해 특정한 색을 띠게 되는 ABTS를 항산화 물질과 반응시켜 색이 변하면서 생기는 색 농도의 변화를 측정하는 시험법인 ABTS assay, 세포 내에 존재하는 항산화 효소인 SOD를 in vitro로 재현하여 시료의 효능이 어느 정도인지 측정하는 시험법인 SOD-like scavenging activity assay 등이 있다.
■ 항산화활성에 대한 현초의 효과
- 폴리페놀은 식물계에서 널리 분포되어 있는 화합물로, 식물의 2차 대사로 형성되며 다양한 구조와 분자량을 가지고 있다. 폴리페놀은 OH 기를 가지고 있어 거대 분자들과 쉽게 결합하는 특징을 가지며, 탄닌과 리그닌, 플라보노이드 등으로 분류된다. 플라보노이드는 대표적인 폴리페놀 중 하나로 사람이 먹는 식품에 널리 분포되어 있으며, 항염증, 항암, 항당뇨, 항비만, 항산화 활성과 같은 다양한 생리 활성을 나타낸다. 현초 에탄올 추출물에서 폴리페놀 함량은 1g 당 약 170mg, 플라보노이드는 약 50mg이 함유되어 있어 항산화 활성에 긍정적인 역할을 미칠 것으로 사료된다.
- 항산화 반응에는 여러 가지 메커니즘이 존재하며 이러한 메커니즘의 이유로 활성산소 소거 방법에는 여러 방법이 있다. 그 중 많이 쓰이는 SOD, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 실험을 한 결과 현초 에탄올 추출물에서 DPPH, ABTS등의 라디칼을 소거하고 SOD 유사 활성을 높여 항산화능을 보였으며 이는 현초가 천연 항산화제로써 이용 가능성이 높을 것으로 사료된다.
- 자유산소라디칼(ROS)이 어느 이상으로 세포에서 발현하게 되면 아포토시스(apoptosis, 세포자연사)가 유도가 되게 되고 결국 세포사멸에 이르게 된다.
- 심근세포, 신경세포, 신장세포, 기관지세포에서 현초 에탄올 추출물과 과산화수소(H2O2)에 의해 유도된 세포사멸을 저해하는지 측정하였다. 현초 에탄올 추출물을 50, 100, 200ug/mL의 농도로 세포를 처리하여 세포생존율을 확인한 결과 모든 세포에서 세포사멸을 완화시키고, 특히 200 ug/mL 농도에서는 정상과 비슷한 수치로 회복되었다.
- 세포 내부에 있는 활성산소를 측정하는 방법으로는 다양한 실험 방법이 있지만 그중에서도 형광물질을 이용하여 측정하는 방법이 많이 사용된다. 자유산소라디칼(ROS)의 형성을 확인하기 위하여 DCF라는 형광을 측정하는데 DCF는 세포막을 투과하여 자유산소라디칼(ROS)과 만나면 강한 형광을 띄게 된다. 형광 시그널이 강하면 강할수록 세포 내부에 활성산소가 많다는 증거가 된다.
- 현초에탄올 추출물과 과산화수소(H2O2)에 의해 유도된 세포 내 활성산소를 각각 고농도(200 ug/mL)에서 88%(심근세포), 71%(신경세포), 74%(신장세포), 88%(기관지세포) 저해하였다. 따라서 본 연구에서는 현초 에탄올 추출물이 자유라디칼을 직접적으로 소거하고, H2O2로 유도한 산화적 스트레스를 완화시킴에 따라 천연물 유래 항산화제로서의 가치를 확인하였다.
■ 마치며
- 활성산소는 각종 질병이 원인이 되는 물질로 현대인들의 스트레스, 음주 등의 요인이 늘어나면서 활성산소를 제거하는 항산화 제제에 대한 관심도 커지고 있다. 이에 한국한의약진흥원에서는 한약재 30품목에 대해 항산화 활성을 평가하였으며 이 중 현초가 가장 우수한 효능을 보였다.
- 본 연구에서는 현초의 항산화 성분과 각각 다양한 조직의 세포 내에서 ROS 생성을 억제하여 천연물 유래 항산화제로서의 가치를 확인하였다. 항산화 활성을 측정하기 위해 DPPH, ABTS 라디칼 소거능과 SOD 유사 활성을 측정한 결과 현초 에탄올 추출물은 강한 유리라디칼 저해능을 나타냈으며 세포 내 활성산소를 제거하였다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 현초가 항산화효과와 관련된 건강보조식품 및 기능성화장품 소재로의 활용이 가능할 것으로 사료된다.
- 또한 심부전증, 알츠하이머병, 파킨슨병 및 천식과 같은 다양한 ROS 유발 질환 및 장애를 예방 또는 치료하기 위한 효과적인 전략으로 권장될 수 있기 때문에 항산화 관련 다양한 특이 질병에 대한 현초의 기전 연구가 필요하다.
※ 각주(Footnote)
a. 천연물소재 활용 의약품개발(식물 분야 중심) 생명공학정책연구센터 2010. 이슈분석보고서 제 5호
b. 식약처 생약종합정보 - 현초
c. 두산백과 - 이질풀
d. 다음백과사전 – 이질풀
※ 참고문헌(Reference)
1. Okuda T, Mori K, Hatano T. The distribution of geraniin and mallotusinic acid in the order geraniales. Phytochem. 19: 547–551(1980)
2. Ling LT, Saito Y, Palanisamy UD, Cheng HM, Noguchi N. Cytoprotective effects of geraniin against peroxynitrite- and peroxyl radical-induced cell death via free radical scavenging activity. Food Chem. 132: 1899–1907 (2012)
3. Wang P, Peng X, Wei FY, Wang W, Ma WD, Yao LP, Fu YJ, Zu YG. Geraniin exerts protective effect against cellular oxidative stress by upregulation of Nrf2-mediated antioxidant enzyme expression via PI3 K/AKT and ERK1/2 pathway. BBA Gen. Subjects 1850: 1751–1761 (2015)
4. Folin O, Denis W. On phosphotungstic-phosphomolybdic compounds as color reagents. J. Biol. Chem. 12: 239–243 (1912)
5. Aiyegoro OA, Okoh AI. Preliminary phytochemical screening and in vitro antioxidant activities of the aqueous extract of Helichrysum longifolium DC. BMC Complement. Altern. Med.10: 21-6882-10-21 (2010)
6. Jenner P. Oxidative stress and Parkinson’s disease. Handb. Clin. Neurol. 83: 507–520 (2007)
7. Birben E, Sahiner UM, Sackesen C, Erzurum S, Kalayci O. Oxidative stress and antioxidant defense. World Allergy Organ. J. 5: 9–19 (2012)
8. Park, Y. and J.H. Kim. 2016. Antioxidant activity, total phenolics, vitamin C and sugar content during fruit ripening of five different jujube cultivars. Korean J. Plant Res. 29:539-546.
9. Jenner, P. 2007 Oxidative stress and Parkinson’s disease. Handb. Clin. Neuro. 83:507-520.
10. Dhalla, N.S., R.M. Temsah and T.
출처: NIKOM 동향보고서