Korean Journal of Pharmacognosy (생약학회지)

The Korean Society of Pharmacognosy (한국생약학회)
권호 표지

Phenolic Constituents of Boehmeria pannosa and α-Glucosidase Inhibitory Activity

왕모시풀의 페놀성 성분 및 항당뇨 활성

  • Received : 2019.11.23
  • Accepted : 2019.12.23
  • Published : 2019.12.31
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Abstract

Boehmeria pannosa (Urticaceae) is a perennial herb widely distributed in Korea. In this study, investigation on the constituents of B. pannosa was conducted by chromatographic techniques and spectroscopic analysis. As a result, nine compounds including eight phenolic compounds, 3-hydroxy-1-(4-hydroxyphenyl)propan-1-one (1), β-hydroxypropiovanillone (2), C-veratroylglycol (3), 3-hydroxy-1-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-propan-1-one (4) 2,3-dihydroxy-1-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl) -1-propanone (5), p-coumaric acid (6), 4-hydroxybenzoic acid (7), vanillic acid (8) and one lignan, (-)-(7R,8S)-dihydrodehydrodiconiferyl alcohol (9) were isolated from the EtOAc-soluble fraction of B. pannosa. Among them, compounds 5, 6 and 9 inhibited α-glucosidase inhibitory activity more than 50% at the concentration of 100 μM.

Keywords

왕모시풀(Boehmeria pannosa Nakai & Satak)은 쇄기풀과(Urticaceae)에 속하며 1 m 정도로 자란다. 줄기의 윗부분에 짧은 털이 있고 잎은 넓은 달걀모양 혹은 타원형으로 마주 난다. 꽃은 7-10월 경에 연한 녹색의 수상 꽃차례로 잎겨드랑이에서 피며 열매는 수과이다.1) 우리나라에는 B. gracilis, B. nivea, B. pannosa, B. platanifolia, B. quelpaertensis, B. spicata, B. splitgerbera, B. tricuspis 등 8종의 Boehmeria 속 식물이 분포하고 있다.2) 줄기는 모시로 섬유의 재료로 사용되고 있으며 그 성분으로 잎에서 phenolic 성분이 뿌리에서는 flavonoid, alkaloid가 보고되어 있으나 아직 그 성분 및 효능에 대한 연구는 미약하다.3,4)

당뇨병은 대표적인 대사 질환 중 하나로 전 세계적으로 큰 문제가 되고 있다.5,6) 당뇨병은 인슐린의 공급과 수요 사이의 불균형으로 인한 고혈당이 특징이며 다양한 합병증을 유발하고 결국 치명적인 질병으로 발전하여 부정적인 결과를 초래한다.7,8) 당뇨병 치료방법으로 혈당을 낮추는 다양한 전략이 적용되고 있으며 이를 기반으로 한 치료제 개발이 활발히 진행되고 있다. α-Glucosidase는 탄수화물을 포도당으로 분해하는 소화 효소로 탄수화물의 소화에 관여한다. 따라서 α-glucosidase의 억제는 소장에서 탄수화물의 흡수를 지연시키고 식후 포도당과 인슐린 수치를 감소시킬 수 있다.9-11) 따라서 당뇨병 치료 및 완화에 중요한 타겟으로 인식되고 있으며 acarbose, vogliboase같은 물질이 현재 당뇨병 치료제로 사용되고 있다.12) 또한 보다 효율적인 α-glucosidase저해제를 천연물에서 찾는 노력도 활발히 진행되고 있다.13-15)

본 연구에서는 왕모시풀의 성분 및 효능에 대한 연구를 수행하였으며 왕모시풀의 추출물이 α-glucosidase저해 활성을 나타냄을 확인하였다. 이에 왕모시풀로부터 활성물질을 분리하고자 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

실험 재료

실험에 사용한 왕모시풀 지상부는 2016년 6월 경남 통영에서 채집하였으며 경상대학교 안미정 교수로부터 동정 받은 후 사용하였다. 표본(CBNU-201606-BP)은 충북대학교 약초원에 보관하고 있다.

성분 분리

건조한 뿌리(2.4 kg)을 80% MeOH로 추출하여 총 메탄올 추출물(170.0 g)을 얻었다. 이를 증류수 현탁한 후n-hexane, CHCl3, EtOAc, n-BuOH 로 용매분획을 반복 실시하였으며, 각각 n-hexane 분획(6.1 g), CHCl3 분획(5.6 g), EtOAc 분획(3.6 g) 및 n-BuOH 분획(37.8 g)을 얻었다. α-Glucosidase저해활성 검색 결과 EtOAc 분획이 유의성있는 활성을 나타내었으며 이에 EtOAc 분획으로부터 성분 분리를 시도하였다. EtOAc 분획을 CHCl3:MeOH 혼합용매를 이동상으로 하여 실리카겔 컬럼크로마토그래피를 수행하여 12개의 소분획(BPR-E1~BPR-E12)을 얻었다. 그 중, 소분획 BPR-E7에 대하여 n-hexane:CH2Cl2:MeOH 를 이동상으로 Sephadex LH-20 컬럼크로마토그래피를 시행하여 17개의 분획(BPR-E7-1~BPR-E7-17)으로 나누었다. BPR-E7-14로부터 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 화합물 1(1.3 mg), 3(1.1 mg)을 얻었으며, BPR-E7-9로부터 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 화합물 4(1.5 mg)을 얻었다. 소분획 BPR-E6에 대하여 n-hexane:CH2Cl2:MeOH 를 이동상으로 Sephadex LH-20 컬럼크로마토그래피를 시행하여 11개의 분획 (BPR-E6-1~BPR-E6-11)으로 나누었다. BPR-E6-9을 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 화합물 2(1.1 mg)를 분리 정제하였으며, BPR-E6-11을 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 화합물 7(1.2 mg)을 얻었다. 소분획 BPR-E8에 대하여 n-hexane:CH2Cl2:MeOH 를 이동상으로 Sephadex LH-20 컬럼크로마토그래피를 시행하여 12개의 분획(BPR-E8-1~BPR-E8-12)으로 나누었다. BPR-E8-8로부터 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 화합물 9(1.1 mg)을 얻었다. 화합물 5(1.7 mg)는 BPR-E9-2을 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 분리 정제 하였다. 소분획 BPR-E9-2의 재결정을 통해 화합물 8(1.5 mg)를 얻을 수 있었다. 소분획 BPR-E10에 대하여 CH2Cl2:MeOH 를 이동상으로 Sephadex LH-20 컬럼크로마토그래피를 시행하여 5개의 분획(BPR-E10-1~BPR-E10-5)으로 나누었다. BPR-E10-4로부터 semi-preparative HPLC를 반복 수행하여 화합물 6(1.4 mg)을 얻었다.

α-Glucosidase저해 활성 측정

시료의α-glucosidase저해 활성은 p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside(p-NPG)를 기질로 α-glucosidase(Sigma-Aldrich Chemical Co.)의 활성을 측정하여 판단하였다. α-Glucosidase(1.0 U/ml)를 phosphate buffer(pH 6.8)에 녹인 후 시료와 혼합하여 37 ℃에서 15분간 전처리하였다. 다음 기질인10 mM p-NPG 을 가한 후 37 ℃에서 20분간 반응을 유도하였다. α-Glucosidase의 활성은 405 nm에서 흡광도를 측정함으로써 판단하였으며 시료를 넣지 않은 대조군과 비교하여 상대적인 활성으로 표시하였다.

결과 및 고찰

왕모시풀 추출물은 α-glucosidase의 활성을 유의성있게 저해하였으며 이에 성분 분리 및 효능 검색에 대한 연구를 수행하였다. 왕모시풀의 총 메탄올 추출물을 용매의 극성에 따라 분획하여 n-hexane, CHCl3, EtOAc, n-BuOH 및 물 분획을 얻었으며 α-glucosidase저해 활성을 나타낸EtOAc 분획에 대하여 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 성분 분리를 시도하였다. 그 결과 총 9종의 화합물을 분리하였으며 분리한 화합물은 1D-2D NMR 및 MS 등의 기기분석을 통하여 그 구조를 규명하였다.

화합물 1은 white solid으로 분리, 정제되었다. 1H-NMR에서 ⸹H 7.89 (2H, d, J=8.5 Hz, H-2, 6), 6.83 (2H, d, J=8.5 Hz, H-3, 5) 피크로부터 1,4-disubstituted aromatic ring의 존재를 추정할 수 있었다. 또한 ⸹H 3.14 (2H, t, J=6.0 Hz, H-8), 3.91 (2H, t, J=6.0 Hz, H-9) 및 ⸹C 40.3, 57.5의 피크로부터 -CH2CH2-의 존재를 추정하였다. 13C-NMR spectrum에서 carbonyl에 해당하는 ⸹C 198.3 (C-7)의 피크가 관찰되었으며 따라서 화합물1은 phenylpropanoid 계열의 물질로 추정하였고, 이상의 spectrum data의 결과를 종합하여 문헌16)과 비교 검토한 결과, 이 물질은 3-hydroxy-1-(4-hydroxyphenyl)propan-1-one(1)로 동정하였으며 이 물질은 이 식물에서 처음 분리, 보고되는 물질이다.

화합물 2의 1H 및 13C-NMR은 화합물 1과 유사하였다. 그러나 화합물 1과 달리aromatic region에서 1,3,4-trisubstituted aromatic ring에 해당하는 ⸹H 7.55 (1H, d, J=2.0 Hz, H-2), 6.86 (1H, d, J=8.5 Hz, H-5), 7.58 (1H, dd, J=8.5, 2.0 Hz, H-6) 피크와 추가적인 methoxyl의 피크[⸹H 3.90 (3H, s); ⸹C 55.0]가 관찰되었다. 이에 화합물 2는 화합물 1의1,4-substituted aromatic ring에 methoxy가 결합하여 1,3,4-substituted aromatic ring 으로 치환된 구조로 추정하였으며 이상의 결과를 문헌17)과 비교하여 β-hydroxypropiovanillone(2)으로 동정하였다. 이 물질은 이 식물에서 처음 분리, 보고되는 물질이다.

화합물 3의 1H 및 13C-NMR은 화합물 2와 비교하였을 때 aromatic region은 매우 유사하여 1,3,4-trisubstituted aromatic ring의 존재를 추정하였다. 화합물 2의 aliphatic region에서는 [⸹H 5.10 (1H, dd, J=5.0, 3.5 Hz, H-8); ⸹C 74.1] 및 [⸹H 3.73 (1H, dd, J=11.5, 5.0 Hz, H-9a), 3.88 (1H, dd, J=11.5, 3.5 Hz, H-9b); ⸹C 64.9]가 관찰되었으며 따라서 화합물 3은 화합물 2의 side chain에 hydroxyl기가 추가적으로 결합한 구조로 유추하였다. 이상의 결과를 바탕으로 문헌18)과 비교하여 C-veratroylglycol(3)로 동정하였으며 이 식물에서 처음 분리, 보고되는 화합물이다.

화합물4 역시 화합물 2와 1H 및 13C-NMR spectrum 이 유사한 패턴을 나타내었으나 aromatic region에서 ⸹H 7.32 (2H, s, H-2, 6) 및 두 개의 methoxy 피크 [⸹H 3.90 (6H, s); ⸹C 55.5, 57.5] 로부터 화합물 4는 화합물 2의 aromatic ring에 추가적으로 methoxy가 결합한 것을 추측할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 문헌19)과 비교하여 3-hydroxy-1-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-propan-1-one(4)로 동정하였으며 이 식물에서 처음 분리, 보고되는 화합물이다.

화합물 5의 1H 및 13C-NMR spectrum 는 화합물 3와 이 유사한 패턴을 나타내었으나 aromatic region에서 ⸹H 7.34 (2H, s, H-2, 6) 및 두 개의 methoxy 피크 [⸹H 3.90 (6H, s); ⸹C 55.5] 로부터 화합물 5는 화합물 3의 aromatic ring에 추가적으로 methoxy가 결합한 것을 추측할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 문헌20)과 비교하여 2,3-dihydroxy-1-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-1-propanone(5)로 동정하였으며 이 식물에서 처음 분리, 보고되는 화합물이다.

화합물 6, 7 및 8은 1H 및 13C-NMR spectrum에서 phenolic 화합물의 특징적인 피크를 나타내었으며 이를 문헌21-23)과 비교하여 각각 p-coumaric acid(6), 4-hydroxybenzoic acid(7) 및 vanillic acid(8)로 동정하였다.

화합물 9는 1H 및 13C-NMR spectrum의 aromatic region에서 ⸹H 6.95 (1H, d, J=2.0 Hz, H-2), 6.76 (1H, d, J=8.0 Hz, H-5), 6.82 (1H, dd, J=8.0, 2.0 Hz, H-6)로부터 1,3,4-trisubstituted aromatic ring의 존재를, ⸹H 6.72 (2H, s, H-2, 6)로부터 1,3,4,5-teterasubstituted aromatic ring의 존재를 확인하였다. 또한 1H 및 13C-NMR spectrum의 aliphatic region에서 [⸹H 3.83 (1H, d, J=6.0 Hz, H-9a), 3.76 (1H, d, J=6.0 Hz, H-9b); ⸹C 65.0], [⸹H 2.63 (2H, t, J=7.5 Hz, H-7′) ; ⸹C 31.7], [⸹H 1.82 (2H, tt, J=7.5, 6.5 Hz, H-8′); ⸹C 34.4] 및 [⸹H 3.57 (2H, d, J=6.5 Hz, H-9′); ⸹C 60.8]로부터 4개의 methylene의 존재를, [⸹H 5.49 (1H, d, J=6.0 Hz, H-7); ⸹C 87.6], [⸹H 3.47 (1H, m, H-8); ⸹C 54.1]로부터 2개의 methine의 존재를 추측하였다. HMBC correlation을 통하여 -CH-CH-CH2OH 및 –CH2-CH2-CH2OH의 존재를 확인하였으며 따라서 화합물 9는 lignan임을 추정하였다. 또한1H 및 13C-NMR spectrum 에서 두 개의 methoxyl 피크를 확인하였으며 HMBC correlation을 통하여 각각의 위치를 C-3 및 C-3′으로 결정하였다. 이러한 결과를 바탕으로 문헌24)과 비교하여 (-)-(7R,8S)-dihydrodehydrodiconiferyl alcohol(9)로 동정하였으며 이 식물에서 처음 분리, 보고되는 화합물이다.

왕모시풀에서 분리한 화합물 9종의 화합물에 대하여 α-glucosidase저해 활성을 측정하였다. 전체적으로 저해 효능을 나타내었으며 화합물 5, 6 및 9의 경우 100 μM 에서 59.3%, 73.2% 및 60.2%의 저해 효능을 나타내어 대조군으로 사용한 acarbose와 유사한 효능을 나타내었다. 이들 화합물 9종은 모두 phenolic 계열의 화합물로 hydroxyl 및 methoxy의 개수 및 위치가 다른 구조이며 이는 효능의 차이를 나타내었으나 구조-효능 관계를 규명하기에는 더 많은 화합물이 필요하다고 사료된다.

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Fig. 1. Structures of compounds 1-9 isolated from B. pannosa.

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Fig. 2. Inhibitory effects of compounds 1-9 from B. pannosa on a-glucosidase activity. Acarbose was used as a positive control.

Table Ⅰ. 1H and 13C-NMR spectroscopic data of compounds 1-5 in CD3OD

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Table Ⅱ. 1H and 13C-NMR spectroscopic data of compound 9 in CD3OD

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결론

본 연구에서는 왕모시풀의 성분 및 α-glucosidase 저해 활성을 규명하였다. 분리한 화합물의 구조는 다양한 분광학적 방법을 이용하여 3-hydroxy-1-(4-hydroxyphenyl)propan-1-one(1), β-hydroxypropiovanillone(2), C-veratroylglycol(3), 3-hydroxy-1-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-propan-1-one(4), 2,3-dihydroxy-1-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-1-propanone(5), p-coumaric acid(6), 4-hydroxybenzoic acid(7), vanillic acid(8) 및 (-)-(7R,8S)-dihydrodehydrodiconiferyl alcohol(9)로 동정하였으며 화합물 1-9 는 이 식물에서 처음 분리 보고 되는 화합물이다. 또한 화합물 5, 6 및 9는 우수한 α-glucosidase의 저해 활성을 나타내었다. 따라서 왕모시풀의 페놀성 성분은 α-glucosidase의 저해 효능을 통하여 당뇨 등 대사질환에 유용할 것으로 사료된다.

사사

본 연구는 한국연구재단 기본연구지원사업(NRF-2018R1D1A1A09082613) 사업에 의하여 수행되었으며 이에 감사드립니다.

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