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Evaluation of Gastric Motility Enhancement of the Extracts and Isolates from Traditional Medicinal Herbs
Evaluation of Gastric Motility Enhancement of the Extracts and Isolates from Traditional Medicinal Herbs
Korean Journal of Pharmacognosy. 2014. Sep, 45(3): 187-193
Copyright © 2014, The Korean Society of Pharmacognosy
  • Received : June 10, 2014
  • Accepted : August 20, 2014
  • Published : September 30, 2014
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지영 홍
화진 정
태준 최
유나 피
제현 이
동웅 이
재수 최
상국 이
sklee61@snu.ac.kr

Abstract
To identify potential gastrointestinal prokinetic agents, water and 70% ethanol extracts and isolated compounds from 41 different traditional medicinal herbs were evaluated for the stimulation of gastrointestinal (GI) motility in vivo . Of the 41 water and 70% ethanol extracts, 12 extracts were found to enhance GI motility activity in mice by more than 10%. The 12 extracts are as follows: Atractylodes japonica (root), Crataegus pinnatifida (flower), Aucklandia lappa (root), Inula helenium (root), Cynanchum wilfordii (root), Chinese Liriope platyphylla (root), Codonopsis pilosula (root), Glehnia littoralis (root), Pinellia ternate (tuber), Agastache rugosa (aerial part), Angelica decursiva (whole plant), and Peucedanum praeruptorum (whole plant). In particular, the extracts from Atractylodes japonica (root), Cynanchum wilfordii (root) and Angelica decursiva (whole plant) have demonstrated the highest GI motility activity. In addition, 26 isolated compounds from the medicinal herbs were tested, and 8 isolated compounds were found to be active. They are α -ionone, β -ionone, trans -caryophyllene, cedrol, methyl-3,5-di- O - E -caffeoyl-quinate, lobetyolin, oleoyllinoleoylolein and cis -jasmone. β -ionone from Aucklandia lappa (root) showed the most potent GI motility activity. The active traditional medicinal herbs and isolated compounds might be therapeutically advantageous in the treatment of GI motility disorders.
Keywords
재료 및 방법
실험재료 및 시약 −본 실험의 한약재 추출물 및 화합물들은 식품의약품안전처 한약재품질표준화연구사업단으로부터 제공받았으며 0.5% sodium carboxymethyl cellulose(CMC)에 녹인 후 실험에 사용하였다. 양성대조군인 motilin, 음성대조군인 atropine, sodium carboxymethyl cellulose는 모두 Sigma-Aldich사 (St. Louis, MO, USA)로부터 구입하였다.
실험동물의 사육 −실험동물은 6주령의 ICR 수컷 흰쥐를 ㈜중앙실험동물(Seoul, Korea)로 부터 구입하였으며 구입 후 22±2℃에서 3일간 사육하여 실험환경에 적응시킨 후 실험에 사용하였다.
장운동 효능 평가 − Takemori 9) 등의 방법을 변형하여 실험동물을 24시간 절식 후 군당 6마리씩 추출물은 100, 300 mg/kg, 화합물은 10, 30 mg/kg의 양으로 경구투여 하였다. 30분 후 0.5% CMC-Na 용액에 녹인 0.2 ml의 3% charcoal meal을 경구투여 하였다. 30분 후 치사 시키고 위장관을 적출하여 유문부부터 맹장 입구까지의 charcoal meal의 이동률을 측정하였다. 양성대조물질로 500 nmol/kg의 motilin과 음성대조물질로 5 mg/kg의 atropine을 사용하였으며 각각 정맥주사를 통해 투여하였다. 위장관 운동의 이동률은 다음과 같은 공식으로 산출하였다.
이동률(%) = charcoal meal의 장관 내 이동 거리/유문부에서 맹장까지의 거리×100
통계분석 −본 실험에서 얻은 결과에 대해서는 ANOVA Multi t -test(JAVA, Bonferooni Ver II)로 분석하여 p 값을 구하였으며 각 실험군을 비교하여 p <0.05일 때 유의성이 있다고 판정하였다.
결과 및 고찰
한약재 추출물의 위장관 운동 촉진 평가 − 41종의 한약재 및 비교한약재에 대하여 위장관 운동 동물 모델을 이용하여 위장관 운동 촉진 효능을 살펴보았다. 본 연구에서는 추출방법에 따라 물 추출물(aqueous extract)과 70% 에탄올 추출물(alcohol extract)에 대한 위장관 운동의 변화를 관찰하였다. 위장관 운동 촉진 효능 평가 결과 Table I 에 나타난 바와 같이 시료를 처리하지 않은 대조군을 기준으로 300 mg/kg의 농도에서 10% 이상 charcoal meal의 장관 내 이동률이 증가한 시료는 백출( Atractylodes japonica , root), 산사( Crataegus pinnatifida , flower), 목향( Aucklandia lappa , root), 토목향( Inula helenium , root), 백수오( Cynanchum wilfordii , root), 중국 맥문동( Chinese Liriope platyphylla , root), 당삼( Codonopsis pilosula , root), 북사삼( Glehnia littoralis , root), 반하( Pinellia ternate , tuber), 곽향( Agastache rugosa , Aerial part), 자화전호( Angelica decursiva , whole plant), 백화전호( Peucedanum praeruptorum , whole plant)를 포함한 12종이며 모두 유의적인 위장관 운동 촉진 활성을 나타냈다. 이들 중 물 추출물과 에탄올 추출물에서 둘 다 활성이 나타난 한약재는 목향, 토목향, 백수오, 당삼, 북사삼, 자화전호를 포함한 6종이다. 대조군을 기준으로 300 mg/kg의 농도에서 20% 이상 이동률이 증가한 시료는 목향 물 추출물 및 에탄올 추출물, 토목향 에탄올 추출물, 백수오 에탄올 추출물, 당삼 에탄올 추출물, 반하 물 추출물, 자화전호 물 추출물을 포함한 7종이다. 특히 자화전호 물 추출물은 131.2%의 이동률 값으로 30% 이상의 뚜렷한 활성을 나타냈다. 반하와 곽향은 물 추출물의 활성이 높게 나타난 반면 에탄올 추출물은 위장관 운동을 감소시키는 것으로 나타났다. 이와 같이 활성이 서로 반대로 나타난 것은 극성이 다른 각 추출물에 각각 활성이 다른 계열의 화합물이 존재하기 때문으로 여겨진다.
Effects of traditional herbal medicines on the enhancement of gastric motility
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1부위: RT (root), FL (flower), FR (fruit), SD (seed), TB (tuber), LF (leaf), ST (stem), AP (aerial part), WP (whole plant), TW (twig) 2*: p<0.05 indicates statistically significant differences from the control group.
목향은 국화과(Compositae)에 속한 다년생초본으로 Aucklandia lappa Decne의 뿌리를 건조한 것이며 본 연구의 비교한약재로 사용한 토목향은 다년생 초본인 Inula helenium Linne의 뿌리를 건조한 것이다. 10) 예로부터 목향은 한방에서 기혈순환제로 많이 사용되었으며 위장을 튼튼하게 하는 약재로서 구토, 설사, 복통, 소화불량에 사용되어 왔다. 10) 현재까지 알려진 약리작용으로는 항암, 항염증 등의 활성과 흰쥐의 위장관에서의 진경 및 항 위궤양 효능이 보고되어 있다. 11) 본 연구결과 목향의 물과 에탄올 추출물(300 mg/kg)에서 각각 120.5%와 123.4%의 이동률 값이 나타나 상당히 뛰어난 위장관 운동 촉진 효능이 확인되었으며 특히 에탄올 추출물에서 더욱 높은 효능이 나타났다( Table I ). 비교한약재인 토목향의 물 추출물 및 에탄올 추출물(300 mg/kg) 역시 115.1%와 127.0%의 이동률 값으로 높은 활성이 나타났으며 에탄올 추출물의 활성이 특히 높은 것으로 확인되었다. 이처럼 목향과 토목향에서의 활성이 둘 다 높게 나타난 것은 위장관 운동 촉진에 관여하는 활성 성분이 두 한약재에 고루 존재 하기 때문일 것으로 추측되며 향후 토목향에 존재하는 화합물에 대한 활성의 비교 평가가 이루어져야 할 것으로 여겨진다.
백수오는 박주가리과(Asclepiadaceae)에 속하는 은조롱( Cynanchum wilfordii Hemsley)의 덩이뿌리이다. 12) 한방에서는 자양, 강장, 보혈의 효능이 있는 약재로 알려져 있으며, 기존 연구에 따르면 백수오 추출물이 장기적인 알코올 투여로 유발된 흰쥐의 고지혈증과 간손상의 예방에 효능이 있다고 보고되었으나 아직까지 위장관 운동 촉진과 관련된 연구는 이루어져있지 않다. 13) 본 연구결과 백수오의 물과 에탄올 추출물(300 mg/kg)은 108.4%와 129.0%의 이동률 값으로 높은 위장관 운동 촉진 효능을 나타냈으며( Table I ) 특히 에탄올 추출물에서의 효능이 뛰어난 것으로 나타나 앞으로 에탄올 추출물에 함유되어 있는 활성 성분에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 여겨진다.
당삼은 초롱꽃과(Campanulaceae) 식물인 만삼( Codonopsis pilosula (Franch.) Nannf.)의 뿌리를 건조한 것으로 건위작용, 면역조절작용, 위궤양 억제작용을 갖는다고 알려진 국내 자생 약재이다. 14) 항혈전, 신경세포 재생, 항당뇨, 면역증강, 항암 효능 등이 알려져 있으며 특히 건위작용으로 당삼 추출물은 흰쥐에 경구투여시, 스트레스나 여러 자극으로부터 유도한 위궤양으로부터 위세포를 보호하며, 위산과 펩신의 분비를 저해한다고 보고되었다. 15) 또한 cholinergic M과 N 수용체를 부분적으로 경유하여 위 근육조직의 수축을 농도의존적으로 강화시킨다고 보고되었다. 16) 본 연구결과, 당삼의 물과 에탄올 추출물(300 mg/kg)은 각각 112.0%와 121.7%의 이동률 값을 나타냈다. 이외에 비교한약재인 북사삼의 물과 에탄올 추출물(300 mg/kg)도 각각 112.0%와 121.7%의 이동률 값을 나타내어 위장관 운동 촉진 효능이 나타났다( Table I ). 이러한 연구결과는 기존의 건위작용을 포함하는 당삼의 위장관 관련 연구결과와 일치한다고 여겨진다.
자화전호는 미나리과(Umbelliferae)에 속하는 바디나물 Angelica decursiva Franchet et Savatier의 뿌리를 사용하는 것으로 17) 거담, 해열작용 18) 뿐 아니라 관상동맥혈류량 증가, 항암, 항알러지, 심혈관 작용 등이 보고되었다. 19) 본 연구결과 자화전호의 물과 에탄올 추출물(300 mg/kg)을 투여시 각각 131.2%와 110.2%의 이동률 값을 나타내어 비교한약재인 백화전호보다 위장관 운동 촉진 효능이 뚜렷이 높게 나타났으며 특히 물 추출물의 활성이 상당히 높은 것으로 나타났다( Table I ). 따라서 자화전호와 백화전호의 위장관 운동 촉진에 관여하는 활성 성분이 다르게 존재할 것으로 여겨지며 특히 자화전호의 물 추출물에 함유된 효능 화합물에 대한 연구가 향후 필요할 것으로 사료된다.
한약재 유래 단일 화합물의 위장관 운동 촉진 평가 −위장관 운동 촉진 효과가 나타난 한약재 추출물 중 특정 구성성분이 위장관 운동 촉진에 관여하는지 규명하고자 26종의 분리 화합물에 대한 위장관 운동 촉진 효능을 확인하였다. 실험 결과 Table II 에 나타난 바와 같이 목향에서 분리된 α -ionone, β -ionone, trans -caryophyllene, cedrol, 감국에서 분리된 methyl-3,5-di- O - E -caffeoyl-quinate, 당삼에서 분리된 lobetyolin, 반하에서 분리된 oleoyllinoleoylolein, 곽향에서 분리된 cis -jasmone 화합물을 포함한 8종의 화합물을 30 mg/kg으로 처리시 10% 이상 이동률이 증가하였다( Fig. 1 ). 이중 α -ionone, β -ionone, cedrol, oleoyllinoleoylolein을 포함하는 4종의 화합물을 30 mg/kg로 처리시 20% 이상 이동률이 증가하였으며 β -ionone은 30% 이상 이동률이 증가하여 가장 높은 위장관 운동 촉진 효능을 나타내었다. 그리고 α -ionone, β -ionone, lobetyolin은 10 mg/kg의 낮은 농도에서도 10% 이상의 이동률 증가를 나타내어 유의적인 활성이 확인되었다.
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Structures of active compounds from traditional herbal medicines on the enhancement of gastric motility
목향이 위장 질환에 미치는 효능은 여러 자료들을 통해 알려져 있으나 구체적인 실험적 근거는 아직 보고되지 않았다. 목향에서 분리된 α -ionone, β -ionone, trans -caryophyllene, cedrol를 포함하는 4종의 화합물은 30 mg/kg의 농도로 투여시 각각 124.9%, 130.9%, 117.4%, 120.4%의 이동률을 나타내며 모두 농도 의존적으로 높은 위장관 운동 촉진 효능을 나타냈다( Table II ). α -ionone과 β -ionone은 이중결합의 위치가 상이한 이성질체로서 무색의 액체이며 제비꽃의 향기가 있어 식품첨가물인 착향료로 사용되고 있다. 20) 이중 β -ionone은 최근 항암, 항돌연변이, 항미생물, 항염증 효능을 포함한 다양한 생리활성이 밝혀지고 있어 약리적 효능에도 주목을 받고 있다. 21 - 24) 그러나 아직 위장관 운동 촉진 활성에 대한 보고는 없으며 본 결과로 미루어 볼 때 β -ionone은 잠재적으로 위장관 운동 질환의 치료 약제로 개발될 가능성을 가지고 있으며 앞으로 위장 운동 촉진과 관련된 구체적인 작용기전 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
Effects of isolates from traditional herbal medicines on the enhancement of gastric motility
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1*: p<0.05 indicates statistically significant differences from the control group.
감국으로부터 분리된 methyl-3,5-di- O - E -caffeoyl-quinate은 한약재 품질 표준화 연구 사업단 보고서에 따르면 감국의 에탄올층으로부터 분리되었으며 25) 본 연구 결과 30 mg/kg과 10 mg/kg으로 투여 시 각각 119.1%와 108.3%의 이동률 값을 나타내어 농도의존적으로 위장관 운동을 촉진하는 것으로 확인되었다( Table II ). 그러나 Table I 에 나타난 바와 같이 감국의 에탄올 추출물은 위장관 운동 촉진 효능이 나타나지 않았으므로 methyl-3,5-di- O - E -caffeoyl-quinate이 8.0 kg의 감국으로부터 150 mg이 분리되었다고 보고된 바에 따라 소량의 함량에 의하여 감국의 에탄올 추출물의 위장관 운동 촉진에는 큰 영향을 미치지 못한 것으로 여겨진다. 25)
당삼에서 분리된 lobetyolin은 10 mg/kg과 30 mg/kg의 농도로 투여 시 각각 110.3%와 119.2%의 이동률 값을 나타내었다( Table II ). Lobetyolin은 한약재 품질 표준화 연구 사업단 보고서에 따르면 당삼의 지표성분이라 보고되어 있으며 0.01%의 높은 함량을 갖는 것으로 나타났다. 19) 그러나 지금까지 화학적 성분에 대한 몇 가지 보고는 있지만 생리활성에 대해서는 거의 보고된 바가 없다. 본 연구에서는 lobetyolin의 위장관 운동 촉진 활성을 처음 보고하는 바이며 특히 이 물질은 당삼에서 분리된 다른 화합물에 비하여 가장 높은 위장관 운동 촉진 효능을 나타냈다. Lobetyolin은 한약재 품질 표준화 연구 사업단 보고서에 따르면 메탄올 추출물부터 분리가 되었으며 19) 에탄올 추출물이 물 추출물에 비하여 더 높은 위장관 운동 촉진( Table I ) 효능을 나타낸 것으로 보아 당삼의 위장관 운동 촉진 효능이 상당부분 지표물질인 lobetyolin의 활성에 의한 것으로 추정된다.
반하로부터 분리된 oleoyllinoleoylolein은 10 mg/kg과 30 mg/kg의 농도로 투여 시 각각 106.3%와 122.6%의 이동률 값을 나타내었으며( Table II ) 한약재 품질 표준화 연구 사업단 보고서에 따르면 비극성인 헥산층으로부터 다량 분리되었다. 25) 그러나 이 물질은 온도나 빛에 대한 민감성이 높아 활성 원료로서의 이용에는 한계가 있을 것으로 여겨진다.
곽향으로부터 분리된 cis -jasmone은 30 mg/kg의 농도로 투여 시 113.4%의 이동률 값으로 유의적인 위장관 운동 촉진 효능을 나타내었다( Table II ). 곽향은 항진균, 항바이러스, 죽종 형성 억제 등의 약리작용과 함께 위장점막으로부터 위즙 분비를 촉진하고 소화를 돕는다고 보고되었다. 26) 또한 이정수 등의 연구에 따르면 loperamide와 scopolamine으로 유발된 장운동 억제상태에 대해서 곽향 추출물이 부분적으로 장운동에 영향을 미친다고 보고되었다. 7) 현재까지 cis -jasmone은 정유성분으로 항암 효능에 대한 보고는 있었지만 27 , 28) 위장관 운동 촉진능 및 소화기계 관련한 활성에 대한 연구는 아직 이루어진 바 없어 앞으로 추가적인 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
결 론
41종의 한약재 물 추출물 및 70% 에탄올 추출물의 위장관 운동 촉진에 대한 영향을 평가한 결과 목향, 백수오 및 자화전호의 효능이 가장 높게 나타났으며 목향 유래 화합물들의 효능 역시 높은 것으로 나타났다. 이러한 관점에서 목향, 백수오, 자화전호는 천연물 유래 위장관 운동 촉진제 개발에 효과적으로 사용될 수 있는 유효한 천연 자원으로 제시된다.
Acknowledgements
본 연구는 2014년도 식품의약품안전처 연구개발비(12172 한약재989)로 수행되었으며 이에 감사드립니다.
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