벼메뚜기는 메뚜기과에 속하는 불완전 변태 곤충으로, 국내에서 오랫동안 식용으로 이용되어 왔다. 현재까지 벼메뚜기의 항산화 및 항염증 효과 등의 기능들이 연구되었으나, 탄수화물 소화 효소나 식후 혈당 수치에 미치는 영향에 관한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구는 벼메뚜기 에탄올 추출물(OEE)와 물 추출물(OWE)이 탄수화물 소화 효소를 저해하고, streptozotocin (STZ)으로 유도된 당뇨병 마우스에서 식후 고혈당을 강하시키는 효과에 대해 조사하였다. 그 결과 OEE에 의한 α-glucosidase와 α-amylase 저해 효과가 OWE 보다 더 효과적이었다. 당뇨병 마우스에 전분(2 g/kg)을 투여한 후의 혈당 증가는 15, 30, 60, 120분에 각각 406.50, 431.50, 473.50 and 460.00 mg/dl로 나타났고, 전분(2 g/kg)과 OEE 추출물(300 mg/kg)을 투여한 후 혈당 증가는 15, 30, 60, 120분에 각각 327.00, 361.00, 358.67 and 291.00 mg/dl로 나타나, OEE 추출물 투여군이 대조군에 비해 식후 혈당 강하가 효과적으로 나타남을 알 수 있었다. 이러한 결과는 벼메뚜기 추출물이 α-glucosidase와 α-amylas를 저해함으로써 식후 고혈당을 완화시키고, 특히 벼메뚜기 에탄올 추출물(OEE)이 벼메뚜기 물 추출물(OWE) 보다 식후 고혈당을 완화시키는데 더욱 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 OEE가 탄수화물 소화 효소 저해 효과로 식후 고혈당을 완화시키는 유용한 천연 기능성 식품이 될 것으로 사료된다.
본 연구의 목적은 벼메뚜기(Oxya chinensis sinuosa) 분말 섭취가 유산소성 운동훈련(트레드밀 달리기)의 병행 유무에 의해 ICR 생쥐의 에너지 대사를 증가시키는지를 알아보고자 하는 것이다. 이 목적을 달성하기 위하여, 28 마리의 ICR 생쥐를 보통식 대조군(CON), 보통식 대조군으로서 운동훈련 병행군(COEX), 벼메뚜기 분말이 혼합된 사료 섭취군(GH), 그리고 벼메뚜기 분말이 혼합된 사료를 섭취함과 동시에 운동훈련을 병행군(GHEX)으로 구분하였다. 벼메뚜기 분말 사료섭취 및 운동은 6주간 진행하였다. 체중증가율은 유의하지 않았다. 지방량은 GH와 GHEX에서 유의하게 감소하였다. 혈중 glutamic oxaloacetic transaminase와 glutamic pyruvic transaminase 수준은 처치 집단간 변화가 없었다. 제2형 당수송체 및 제4형 당수송체는 처치 집단간 유의한 차이가 없었다. GHEX의 fibronectin type III domain-containing protein 5 단백질 발현량이 가장 높았다. AMP-activated protein kinase 단백질 수준은 GHEX에서 유의하게 증가하였다. Glycogen synthase kinase 3 beta 단백질 발현량은 GHEX가 CON과 비교할 때 감소하였다. 이러한 결과들은 벼메뚜기 분말을 섭취하면서 지구성 운동훈련을 하는 경우에 에너지 대사에 영향을 준다는 것을 제시하고 있다.
벼메뚜기 건제품의 가공저장중 품질의 열화에 가장 큰 영향을 미친 것으로 예상되는 지질의 조성을 분석하고 저장중 생성된 갈변반응물질이 지질산화에 미치는 영향을 검토하였다. 성숙한 벼메뚜기 암컷의 지질함량은 5.12%로서 인지질함량(27.35%)이 높았고 불포화지방산 함량이 68.18%나 되었다. 벼메뚜기 천일 및 열풍건조 과정중 COV는 크게 증가하였으나 POV는 거의 측정되지 않았다. 동결건조 과정중에는 과산화물과 카아보닐 화합물이 거의 생성되지 않았다. 저장중에 POV는 초기부터 급속히 증가하였으나 COV는 저장 98일까지 지속적인 증가를 보였고 저장 초기에 당-아미노반응에 의한 수용성갈변반응물질이 많이 생성됨과 동시에 환원당과 아미노질소 함량은 크게 감소하였다. 벼메뚜기 저장중 생성된 갈변반응물질이 지질화에 미치는 영향을 조사한 결과 수용성 구분에서 지질산화의 억제효과가 다소 있는 것처럼 보였으나 지용성 구분에서는 산화촉진 효과를 나타내었다.
당뇨병은 만성대사성 질환으로 우리나라 국민의 사망요인 중 5위를 차지하고 있다. 제 2형 당뇨병에서 나타나는 인슐린 분비 감소는 베타세포의 자가사멸에 의한 베타세포질량의 급격한 감소로 인한 것으로 보고되고 있으며, 베타세포의 자가사멸을 촉진하는 요인으로 고혈당에 의한 당독성 및 활성산소종들의 증강에 의한 산화스트레스 등이다. 벼메뚜기 추출물은 고농도 포도당 처리된 INS-1 췌장 베타 세포에서 세포 생존율을 증가시키고, 지질과산화물, 세포 내 ROS 및 NO 수준을 감소시켰다. 세포사멸 관련 인자의 유전자 발현 결과 pro-세포자가사멸인자인 Bax, Cytochrome C, caspase-3 및 caspase-9의 단백질 발현을 유의적으로 감소시켰고, anti-세포자가사멸인자인 Bcl-2 발현을 증가시켰다. Annexin V/I propidium iodide 염색법을 통하여 벼메뚜기 추출물이 고농도 포도당으로 유도된 세포 사멸을 감소시키고, INS-1 췌장 베타세포에서의 인슐린 분비능을 증가시키는 것으로 사료된다. 그러므로 벼메뚜기 추출물이 고농도 포도당으로 손상된 INS-1 췌장 베타세포의 보호효과를 나타낸다. 본 연구의 결과는 벼메뚜기 추출물이 당뇨병 치료에 도움을 주는 항당뇨 기능성 식품 소재 및 개발에 기여할 수 있음을 시사한다.
본 연구에서는 벼메뚜기의 생리활성을 확인하기 위하여 벼메뚜기의 성충을 실험재료로 하여 항산화 활성, 항균활성, 항균 물질의 열 안정성, pH 안정성, total polyphenol 함량 등을 측정하였다. 추출용매에 따른 항균력은 E. coli 균주의 경우 ethanol 혼합용매에서 가장 높은 항균력을 보였다. 항균 활성은 열풍건조 $40^{\circ}C$와 동결건조 조건에서 가장 높았으며 암수에 따른 차이는 없었고 항균 물질은 열과 pH에 안정하였다. 벼메뚜기의 항산화 활성은 50% ethanol 추출물과 70% ethanol 추출물에서 가장 높은 활성이 나타났고 total polyphenol은 12 ~ 17 mg/100 g으로 건조조건이나 성별에 따른 차이는 크지 않음을 확인하였다.
동결건조한 벼메뚜기의 저장성을 검토하기 위하여 $5^{\circ}C$ 냉장중의 색소의 변화를 측정하고 색소성분을 분리동정하여 이들이 지질의 산화에 미치는 영향을 조사하였다. 저장중 chlorophyll 함량은 크게 감소하고 pheophytin 함량이 증가하였는데, 진공포장은 chlorophyll의 분해를 어느 정도 억제하였다. 98일간 저장한 시료로부터 추출한 색소를 Silicic acid column으로 분획하여 chlorophyll류로 보이는 3구분(3a, 3b 및 3d)을 분취하고 TLC상에서의 Rf치(0.75, 0.50)와 흡수스펙트라에서의 흡수극대파장(408, 666nm; 419, 651nm; 433, 655nm)을 표준품의 것과 비교하여 pheophytin a 와 b 그리고 chlorophyll a의 분해물을 동정하였다. 이들 구분중 pheophytin a와 b 구분은 지질의 산화에 강력한 촉진작용을 하는 것으로 나타났다.
메뚜기 건조시료의 in vitro 소화율과 trypsin 비소화성물질을 정량하고, 아미노산 분석결과를 이용하여 이들 시료의 품질을 C-PER technique으로 평가하였다. 메뚜기 건조시료의 조단백질이 73% 이상(건물중량)으로 단백질원으로서의 가치가 인정되며 chitin질을 제거하면 순도가 높은 단백질을 얻을 수 있을 것이다. 특히 인(p)과 아연(zn)의 함량이 높게 나타났다. In vitro 소화율은 탈지시료가 일건 및 열풍건조 시료에 비하여 높게 나타나 열처리로 인한 소화율의 감소를 가져왔으며 이는 trypsin 비소화성물질의 증가와 밀접한 관계를 가진다. 아미노산 분석결과 lysine의 함량이 ANRC casein에 비하여 특히 낮았으며 tryptophan과 methionine의 함량이 낮았고 aspartic acid, glutamic acid, arginine등의 함량이 일건 및 열풍건조 시료에서 증가하는 경향을 나타내었다. 전반적인 단백효율비의 계산 결과 C-PER이 아미노산 분석결과로만 계산되는 DC-PER에 비해 높은 결과를 나타내었고, 예측소화율은 90%정도로 나타났다. 이상에서 메뚜기 일건 및 열건시료는 산화지질과의 반응으로 단백질의 손실을 초래하였고 TIS의 증가, 아미노산 조성의 변화로 in vitro 소화율저하를 초래하였다.
항산화능이 있는 곤충 추출물을 검색하기 위하여 초고속 스크리닝 시스템을 이용하여 몇 가지의 hit를 검색하였다. 메뚜기를 각 용매별 (DW, DMSO, Ethanol, Methanol)로 추출하여 추출물을 제조하였으며, 이들 추출물의 항산화능 검색과 함께 과산화 수소의 세포 독성에 대한 보호 효과에 대하여 조사하였다. 그 결과, 항산화 관련 실험인 DPPH, FRAP assay의 경우 실험에 사용된 모든 메뚜기류의 모든 에탄올과 메탄을 추출물에서 $50{\sim}60%$ 정도의 항산화 활성을 보였고, SH-SY5Y cells를 이용한 과산화 수소로 유도된 세포독성에 대해서는 과산화 수소만 처리한 세포의 생존율이 14% 정도인데 추출물을 처리한 세포의 생존율은 증가하는 것으로 나타났으며 특히 벼메뚜기의 DW 추출물을 처리하였을 때 생존율이 50% 정도로 증가하여 높은 세포보호효과를 보였다. 또한 항산화 실험과 연관지어 염증관련 분자 표적 유전자인 Cox-2의 억제능을 살펴보기 위해 Cox-2 promoter assay를 실시하였는데 DMSO 추출물에서 좋은 활성을 보였을 뿐 다른 추출물에서는 억제능을 나타내지 않았다. 본 실험의 결과는 메뚜기류 추출물이 천연 항산화제를 이용하는 기능성 소재에 적합한 천연물질이라는 것을 보여준 것으로 앞으로 생물활성과 유용성분의 분리정제를 통해 순수 물질을 확보하여 보다 많은 연구 결과의 축적이 필요하다.
Water extracts of rice grasshopper (Oxya japonica japonica Thurnberg) were prepared and their antitumor and immunostimulatory activities were investigated using a flow cytometer. When LCT-CT was ip injected into ICR mice at the dose of 33.3 mg/kg before and after the implantation of $4{\times}10^5$ cells/mouse of sarcoma 180 tumor cells, it inhibited the growth of the tumor cells by 96.6%, showed lymphoblstogenic activities on the splenic lymphocytes and increased the expression of CD25 molecules on the splenic T lymphocytes. When co-cultured with the splenic lymphocytes of a BALB/c mouse, LCT-CT showed strong immunostimulatory activities at the concentration of $25{\sim}100{\mu}g/ml$ by significantly increasing lymphoblasts ratio and CD25 expression.
본 연구에서는 벼메뚜기 에탄올 추출물의 항염증 효능을 분석하기 위해 LPS로 염증 유도된 RAW 264.7 세포를 이용하였다. OCE의 항염증 효능을 확인 하기 위해서, 염증 유도된 RAW 264.7 세포에 대해 OCE 농도 의존적으로 염증성 사이토카인인 TNF-${\alpha}$와 IL-6의 유전자발현 및 단백질 생성을 감소시킴을 real-time PCR과 ELISA로 확인하였다. 또한, NF-${\kappa}B$ p65의 핵으로 이동이 차단됨을 면역형광염색으로 확인하였으며, iNOS와 COX-2 단백질 발현을 감소시키는 것을 Western blot 분석으로 확인하였다. 이상의 연구결과를 통해 벼메뚜기는 염증에 의한 NF-${\kappa}B$ p65의 활성과 TNF-${\alpha}$와 IL-6의 생성과 iNOS 및 COX-2의 발현을 억제하는 항염증 효능을 갖고 있는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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