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Screening of Herbal Medicines from China with Inhibitory Activity on Advanced Glycation End Products Formation (XIII)
Screening of Herbal Medicines from China with Inhibitory Activity on Advanced Glycation End Products Formation (XIII)
Korean Journal of Pharmacognosy. 2015. Sep, 46(3): 260-267
Copyright © 2015, The Korean Society of Pharmacognosy
  • Received : August 03, 2015
  • Accepted : September 17, 2015
  • Published : September 30, 2015
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소진 최
영숙 김
주환 김
Sun Hang
진숙 김
jskim@kiom.re.kr

Abstract
Advanced glycation end products (AGEs) have been postulated to play a central role in the development of diabetic complications. A variety of different agents that inhibit AGEs have been under investigation. In this study, 111 herbal medicines from China have been investigated with an in vitro evaluation system using AGEs formation inhibitory activity. Of these, 9 herbal medicines (IC 50 : <5 μg/ml) were found to have significant AGEs formation inhibitory activity. Particularly, herbal medicines Barleria cristata (leaves), Calotropis gigantea (stems), Ardisia virens (leaves), Dalbergia yunnanensis (leaves) Pittosporum runcatum (leaves), Ardisia japonica (leaves), Rhododendron racemosum (twigs), Oxyria sinensiss (aerial parts), Pyrrosia calvata (whole plants), showed more potent inhibitory activity (approximately 15-40 fold) than the positive control aminoguanidine (IC 50 : 76.47 μg/ml).
Keywords
재료 및 방법
실험재료 – 약용식물은 2011월 6월부터 2013년 9월까지 중국에서 채취되어, 가천대학교 생명과학과 김주환 교수의 감정을 거친 후 실험 재료로 사용되었다( Table I ). 사용한 실험 재료의 증거표본은 한국한의학연구원 표본실에 보관 중이다.
Inhibitory activity of the ethanol extracts of the herbal medicines on AGEs formationin vitro
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IC50 values were calculated from the dose inhibition curve.
추출 및 시료조제 – 분쇄한 시료 200 g에 2 L의 에탄올을 넣고 실온상태에서 3일간 3회 추출하였다. 이를 여과하여 40℃의 수욕 상에서 감압농축을 실시한 후, 동결 건조기에서 건조하였다. 추출물은 실험 수행 전에 감압 하에서 P 2 O 5 를 이용하여 24시간 이상 재건조한 후 DMSO(Sigma, St. Louis, MO, USA)에 용해시켜 stock solution을 조제하였으며 최종 DMSO의 농도가 0.2%가 되도록 15% TWEEN 80(Sigma, St. Louis, MO, USA)용액으로 희석하여 사용하였다. 추출에 이용한 에탄올 및 그 외 시약은 1급 및 특급시약을 사용하였다.
In vitro에서 최종당화산물 생성저해 실험 – Vinson과 Howard 12) 의 방법을 변형하여 실험을 실시하였다. 본 실험에서는 10 mg/ml의 우혈청 알부민(bovine serum albumin, Sigma)을 0.2 M phosphate buffer(pH 7.4)에 용해시키고, 0.2 M의 fructose와 glucose를 처리하였다. 이 때 0.2M phosphate buffer에 0.02% sodium azide를 넣어 반응기간 동안 박테리아의 생성을 방지하였다. 이 반응액에 추출물 또는 최종당화산물 생성저해제인 aminoguanidine을 넣은 후 37℃에서 7일 동안 반응시켰다. 이때 시료의 IC 50 값을 구하기 위해 1, 2.5, 5, 10, 25, 50, 75 μg/ml의 7개 농도에서 실험 하였다. 배양 후에는 spectrofluorometric detector(Bio-TEK, Synergy HT, USA)를 이용하여 형광도를 측정하였다(Ex: 350, Em: 450nm). IC 50 값은 n=3으로 하여 계산되었다.
결과 및 고찰
최종당화산물은 신장, 안구, 뇌 등 조직 내 단백질과 반응하여 각 장기에 축적되어 당뇨병성 신증( Diabetic nephropathy ), 망막증( D. retinopathy ), 백내장( D. cataract ), 신경병증( D. neuropathy ) 등의 당뇨합병증으로 진행된다. 4 , 5) 본 연구팀은 최종당화산물 생성을 강력하게 억제하는 천연물 소재를 발굴하기 위하여 많은 천연소재들의 효능을 검색 발표하였다. 13 - 22)
본 연구에서도 중국에서 자생하는 약용식물 111종의 에탄올 추출물을 이용하여 최종당화산물 생성 저해 효능을 측정하였다. 양성 대조 약물인 aminoguanidine의 IC 50 값(76.47±4.81 μg/ml)을 근거로 하여, 추출물이 IC 50 : <50 μg/ml이면 효능이 있다고 판단하였다. 24종의 식물 추출물에서 IC 50 : <10 μg/μl로 최종당화산물 생성 저해 효능을 보였고, 그 중에서 9종의 추출물 Barleria cristata 의 잎(4.97±0.10 μg/ml), Calotropis gigantea 의 줄기(2.08±0.32 μg/ml), Ardisia virens 의 잎(2.93±0.06 μg/ml), Dalbergia yunnanensis 의 잎(3.52±0.30 μg/ml) Pittosporum runcatum 의 잎(1.93±0.11 μg/ml), Ardisia japonica 의 잎(1.93±0.12 μg/ml), Rhododendron racemosum 의 소지(3.70±0.13 μg/ml), Oxyria sinensiss 의 지상부(3.51±0.13 μg/ml), Pyrrosia calvata 의 전초(3.88±0.11 μg/ml)는 IC 50 가 5 μg/ml 이하로 aminoguanidine보다 약 15-40배 이상의 우수한 효능이 있음을 알 수 있었다.
쥐꼬리망초과 B. cristata 의 잎은 항염효과가 있으며, 23) 간 손상이 유발된 쥐에서 간보호 효과가 있다고 보고되었다. 24) 또한 잎에 함유되어 있는 alkaloids, flavonoids, glycosides, saponins, phenols, tannins가 항산화효과가 있다고 보고되었다. 25) 잎의 분획에서 얻은 saponin은 Klebsiella Pneumonia , Staphylococcus aureus , E.coli , Aspergillus parasites 에 대해 항균작용을 한다고 보고되었다. 26) 또한 건조한 씨앗이 당뇨모델 쥐에서 혈당을 낮추어 항당뇨 소재로서 가능성이 있다고 보고되었다. 27) 박주가리과의 C. gigantea 는 지상부가 지사제작용, 28) 뿌리는 해열작용, 29) 항균작용 30) 구강암세포와 백혈병세포에 대해 세포독성을 나타내 항암작용에 효과가 있다고 보고되었다. 31) 꽃은 진통작용, 32) 잎은 항균작용을 한다고 보고되었고, 33) 꽃과 잎의 추출물은 당뇨 모델 쥐에서 free radical 소거 활성을 나타낸다고 보고되었다. 34) C. gigantea 는 carbon tetrachloride로 인해 간손상이 유발된 쥐의 간보호 효과가 있다고 보고되었다. 35) 자금우과의 Ardisia virens 의 뿌리와 줄기에서 분획한alkyl benzoquinones 성분이 유방암과 중추신경계암세포에서 세포독성을 나타내 항암작용을 한다고 보고되었다. 36) 콩과의 D.yunnanensis 는 당뇨합병증의 발병기전 중 하나인 알도즈 환원 효소의 억제제로서 효과가 있다고 보고되었다. 37) 앵초과의 A. japonica 의 지상부는 anti-humanimmunodeficiency virus(HIV-1) 효과가 있으며, 38) 인슐린 신호억제에 관여하여 당뇨병 치료제 개발의 표적이 되고 있는 protein tyrosin phosphatase 1B(PTP1B) 억제 효과가 있다고 보고되었다. 39) 또한 생리활성 물질인 triterpenoid saponin이 함유되어 있으며, 이는 간암세포에 대해 항암효과가 있다고 보고되었다. 40 - 42) 돈나무과의 P. runcatum , 진달래과의 R. racemosum , 마디풀과의 O. sinensiss , 고란초과의 P. calvata 는 효능 및 성분에 관한 연구가 진행된 바 없으며, 위 언급된 9종의 약용 식물은 최종당화산물 생성 억제 효능이 보고된 바 없었다. 9종 모두 양성 대조 약물 보다 15-40배 이상 최종당화산물 생성 억제 효능이 우수한 것으로 확인되었으므로, 전임상 실험을 통해 in vivo 효능 확인이 필요하다고 생각된다. 본 연구 결과는 중국 약용식물로부터 안전하고 효능이 좋은 최종당화산물 생성 저해제 후보를 발굴하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있으며, 당뇨에 의해 나타나는 합병증 치료제 개발의 기반을 구축하는데 기여할 수 있을 것이다.
결 론
기원이 확인된 중국산 약용식물 111종의 에탄올 추출물이 in vitro 에서 최종당화산물 생성저해 효능이 검색되었다. 그 결과 24종이 양성대조군인 aminoguanidine 보다 우수한 효능이 있음을 확인하였고, 특히 B. cristata 의 잎, C. gigantea 의 줄기, A. virens 의 잎, D. yunnanensis 의 잎 P. runcatum 의 잎, A. japonica 의 잎, R. racemosum 의 소지, O. sinensiss 의 지상부, P. calvata 의 전초, 9종의 추출물은 양성대조군 보다 15-40배 억제 효능이 우수하므로 당뇨합병증 예방 및 치료제로 개발될 가능성이 있다.
Acknowledgements
본 연구는 한국한의학연구원 기관고유사업(K14040, K15270)의 지원으로 수행되었으며 이에 감사드립니다.
References
Sakurai T. , Tsuchiya S. (1988) Superoxide production from nonenzymatically glycated protein. FEBS Lett. 236 406 - 410    DOI : 10.1016/0014-5793(88)80066-8
Shinohara R. , Mano T. , Nagasaka A. , Sawai Y. , Uchimura K. , Hayashi R. , Hayakawa N. , Nagata M. , Makino M. , Kakizawa H. , Itoh Y. , Nakai A. , Itoh M. (1998) Effects of thyroid hormone on the sorbitol pathway in streptozotocininduced diabetic rats. Biochim. Biophys. Acta 1425 577 - 586    DOI : 10.1016/S0304-4165(98)00111-1
Bucala R. , Cerami A. , Vlassara H. (1995) Advanced glycosylation end products in diabetic complications. Diabetes Rev. 3 258 - 268
Larkins R. G. , Dunlop M. E. (1992) The link between hyperglycaemia and diabetic nephropathy. Diabetologia 35 499 - 504    DOI : 10.1007/BF00400475
Ahmed N. (2005) Advanced glycation endproducts-role in pathology of diabetic complications. Diabetes Res. Clin. Pract. 67 3 - 21    DOI : 10.1016/j.diabres.2004.09.004
Yokozawa T. , Nakagawa T. , Terasawa K. (2001) Effects of oriental medicines on the production of advanced glycation endproducts. J. Trad. Med. 18 107 - 112
Huebschmann A. G. , Vlassara H. , Regensteiner J. G. , Reusch J. (2006) Diabetes and advanced glycoxidation end products. Diabetes Care 29 1420 - 1432    DOI : 10.2337/dc05-2096
Rahbar S. , Figarola J. L. (2003) Novel inhibitors of advanced glycation endproducts. Arch. Biochem. Biophys. 419 63 - 79    DOI : 10.1016/j.abb.2003.08.009
Wilkinson-Berka J. L. , Kelly D. J. , Koerner S. M. , Jaworski K. , Davis B. , Thallas V. , Cooper M. E. (2002) ALT-946 and aminoguanidine, inhibitors of advanced glycation, improve severe nephropathy in the diabetic transgenic (mREN-2) 27 rat. Diabetes 51 3283 - 3289    DOI : 10.2337/diabetes.51.11.3283
Peppa M. , Brem H. , Cai W. , Zhang J. G. , Basgen J. , Li Z. , Vlassara H. , Uribarri J. (2006) Prevention and reversal of diabetic nephropathy in db/db mice treated with alagebrium (ALT-711). Am. J. Nephrol. 26 430 - 436    DOI : 10.1159/000095786
Yang S. , Litchfield J. E. , Baynes J. W. (2003) AGE breakers cleave model compounds, but do not break maillard crosslinks in skin and tail collagen from diabetic rats. Arch. Biochem. Biophys. 412 42 - 46    DOI : 10.1016/S0003-9861(03)00015-8
Vinson J.A. , Howard III T.B. (1996) Inhibition of protein glycation and advanced glycation end products by ascorbic acid and other vitamins and nutrients. J. Nutr. Biochem. 7 659 - 663    DOI : 10.1016/S0955-2863(96)00128-3
Jang D. S. , Lee Y. M. , Kim Y. S. , Kim J. S. (2006) Screening of Korean traditional herbal medicines with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation. Kor. J. Pharmacogn. 37 48 - 52
Lee Y. M. , Kim Y. S. , Kim J. M. , Jang D. S. , Kim J. W. , Yoo J. L. , Kim J. S. (2008) Screening of Korean herbal medicines with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation (II). Kor. J. Pharmacogn. 39 223 - 227
Jeong I. H. , Kim J. M. , Jang D. S. , Kim J. H. , Cho J. H. , Kim J. S. (2009) Screening of Korean herbal medicines with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation (III). Kor. J. Pharmacogn. 40 382 - 387
Kim J. M. , Kim Y. S. , Kim J. H. , Yoo J. M. , Kim J. S. (2009) Screening of herbal medicines from China and Vietnam with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation (IV). Kor. J. Pharmacogn. 40 388 - 393
Kim Y. S. , Choi S. H. , Kim J. H. , Kim J. S. (2011) Screening of herbal medicines from China with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation (V). Kor. J. Pharmacogn. 42 46 - 53
Lee Y. M. , Kim Y. S. , Kim J. H. , Kim J. S. (2011) Screening of herbal medicines from China with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation (VI). Kor. J. Pharmacogn. 42 161 - 168
Choi S. J. , Kim Y. S. , Song Y. J. , Lee Y. M. , Kim J. H. , Kim J. S. (2012) Screening of Korean herbal medicines with inhibitory Activity on advanced glycation end products formation (VII). Kor. J. Pharmacogn. 43 345 - 351
Choi S. J. , Song Y. J. , Kim Y. S. , Kim J. H. , Hang S. , Bach T. T. , Kim J. S. (2012) Screening of herbal medicines from China and Vietnam with inhibitory activity on advanced glycation end products (AGEs) formation (VIII). Kor. J. Pharmacogn. 43 338 - 344
Lee Y. M. , Kim Y. S. , Kim J. H. , Kim J. S. (2013) Screening of Korean herbal medicines with inhibitory Activity on advanced glycation end products formation (IX). Kor. J. Pharmacogn. 44 298 - 304
Choi S. J. , Song Y. J. , Kim Y. S. , Kim J. H. , Kim J. S. (2013) Screening of Korean herbal medicines with inhibitory Activity on advanced glycation end products formation (XI). Kor. J. Pharmacogn. 44 372 - 378
Gambhire M. N. , Wankhede S. S. , Juvejar A. R. (2009) Anti-inflammatory activity of aqueous extract ofBarleria cristataleaves. J. Young Pharm. 3 220 - 224
Balaji P. , Kishor G. , Verma Y. (2013) In-vivohepatoprotective activity ofBarleria cristataL. ethanoic leaf extracts against CCl4induced hepatic injury in wistar rats. Pharmacie Globale 4 1 - 6
Amutha K. , Doss D. V. A. (2009) In vitroantioxidant activity of ethanolic extract ofBarleria cristataL. leaves. Res. J. Pharmacogn. Phytochem. 1 209 - 212
Amutha K. , Doss D. V. A. (2009) Identification and antimicrobial activity of saponin fraction from the leaves ofBarleria cristataL. IJPSR 3 4040 - 4044
Singh R. , Rajasree P. , Sankar C. (2012) Screening for anti-diabetic activity of the ethanolic extract ofBarleria cristataseeds. Int. J. Pharm. Life Sci. 3 2044 - 2047
Chitme H. R. , Chandra R. , Kaushik S. (2004) Studies on anti-diarrhoeal activity ofcalotropis gigantea R.BR.in experimental animals. J. Pharm. Pharmaceut, Sci. 7 70 - 75
Chitme H. R. , Chandra R. , Kaushik S. (2005) Evaluation of antipyretic avtivity ofCalotropis gigantea(Asclepiadaceae) in experimental animals. Phytother. Res. 19 454 - 456    DOI : 10.1002/ptr.1672
Alam M. A. , Habib M. R. , Nikkon R. , Rahman M. , Karim R. (2008) Antimicrobial activity of Akanda (Calotropis giganteaL.) on some pathogenic bacteria. Bangladesh J. Sci. Ind. Res. 43 397 - 404
Kiuchi F. , Fukao Y. , Maruyama T. , Obata T. , Tanaka M. , Sasaki T. , Mikage M. , Haque M. E. , Tsuda Y. Cytotoxic principles of a Bangladeshi crude drug, Akond Mul (roots ofCalotropis giganteaL.) Chem. Pharm. Bull. 46 528 - 530    DOI : 10.1248/cpb.46.528
Pathak A. K. , Argal A. (2007) Analesic activity ofCalotropis giganteaflower. Fitoterapia 78 40 - 42    DOI : 10.1016/j.fitote.2006.09.023
Kumar G. , Karthik L. , Rao K. V. B. (2010) Antibacterial activity of aqueous extract ofCalotropis gigantealeaves-anin vitrostudy. Int. J. Pharm. Sci. Res. 4 141 - 144
Rathod N. R. , Raghuveer I. , Chitme H. R. , Chandra R. (2009) Free radical scavenging activity ofCalotropis giganteaon streptozotocin-induced diabetic rats. Indian J. Pharm. Sci. 71 615 - 621    DOI : 10.4103/0250-474X.59542
Lodhi G. , Singh H. K. , Pant K. K. , Hussan Z. (2009) Hepatoprotective effects ofCalotropis giganteanextract against carbon tetrachloride induced liver injury in rats. Acta Pharm. 59 89 - 96    DOI : 10.2478/v10007-009-0002-2
Chang H. S. , Lin Y. J. , Lee S. J. , Yang C. W. , Lin W. Y. , Tsai I. L. , Chen I. S. (2009) Cytotoxic alkyl benzoquinones and alkyl phenols fromArdisia virens. Phytochemistry 70 2064 - 2071    DOI : 10.1016/j.phytochem.2009.09.006
Choi S. J. , Kim Y. S. , Kim J. H. , Kim J. S. (2014) Screening of Chinese herbal medicines with inhibitory effect on aldose reductase (X). Kor. J. Pharmacogn. 45 359 - 365
Piacente S. , Pizza C. , Tommasi N. D. , Mahmood N. (1996) Constituents ofArdisia japonicaand their in vitro anti-HIV activity. J. Nat. Prod. 59 565 - 569    DOI : 10.1021/np960074h
Li Y. F. , Hu L. H. , Lou F. C. , Li J. , Shen Q. (2005) PTP1B inhibitors fromArdisia japonica. J. Asian Nat. Prod. Res. 7 13 - 18    DOI : 10.1080/10286020310001596033
Chang X. , Li W. , Lia Z. , Sayou T. , Fushiya S. , Koike K. (2007) Biologically active triterpenoid saponins fromArdisia japonica. J. Nat. Prod. 70 179 - 187    DOI : 10.1021/np0604681
Li Q. , Li w. , Hui L. P. , Zhao C. Y. , He L. , Koike K. (2012) 13,28-epoxy triterpenoid saponins fromArdisia japonicaselectively inhibit proliferation of liver cancer cells without affecting normal liver cells. Bioorg. Med. Chem. Lett. 22 6120 - 6125    DOI : 10.1016/j.bmcl.2012.08.027
Zhao C. Y. , Hui L. P. , He L. , Li Q. (2013) Study on inhibitory effect of triterpenoid saponin fromArdisia japonicaTSP02 on proliferation and metastasis of human hepatocellular carcinoma cells and its mechanism. China J. Chinese Mater. Med. 38 861 - 865