본 연구는 MC3T3-E1 조골전구세포에 실크피브로인 처리 시 파골세포분화 관련 국소인자 중 파골세포로의 분화를 강력히 유도하는 IL-$1{\beta}$의 발현 및 파골세포로의 분화억제에 관여하는 국소인자인 OPG의 발현변화를 조골세포 조건 배양액에서 살펴보았으며, 이 조골세포 조건배양액을 RAW264.7 파골전구세포에 처리 시 파골세포로의 분화를 억제하는지를 알아보았다. 조골세포 조건배양액에서 OPG의 발현은 농도별($0.001\;mg/mL{\sim}0.1\;mg/mL$) 실크피브로인 처리 시 $86%{\sim}100%$로 양성대조군(+C)과 유의적 차이가 없었다. 그러나 IL-$1{\beta}$의 발현은 0.1 mg/mL 실크피브로인 처리 시 양성대조군(+C)의 1.8% 수준으로 그 발현을 현저히 억제 하였다. 조골세포조건배양액을 처리한 RAW264.7 세포의 파골세포로의 분화정도는 농도 의존적으로 현저히 감소 하였다. 특히, 0.1 mg/mL의 실크피브로인을 처리한 조골세포 조건배양액 처리 시 파골세포로 분화하지 않은 음성대조군(-RANKL) 수준으로 파골세포 분화를 현저히 억제한 것은 OPG의 발현 증가가 아닌 IL-$1{\beta}$의 발현 억제에 의한 것으로 사료되며, 추후 연구를 통해 관련 기전의 연구가 필요할 것으로 생각되어진다.
황금 추출물이 조골세포와 파골세포에 미치는 영향을 세포수준에서 관찰하고자 하였다. 조골세포에 미치는 영향을 관찰하기 위하여, mouse calvaria 유래의 MC3T3-E1 osteoblastic cells를 이용하여 세포 생존률, 염기성 인산분해효소 활성, 골석회화 형성능을 측정하였다. 또한 미분화된 파골세포 전구세포로부터 파골세포의 생성 및 활성에 미치는 영향을 관찰하기 위하여, murine macrophage 유래인 Raw 264.7 cells를 이용하여 M-CSF와 RANKL을 처리하여 파골세포의 분화를 유도하였고, TRAP에 양성인 다핵세포의 형성을 관찰하여 황금추출물이 파골세포의 형성에 미치는 영향을 알아보았다. 황금 추출물이 MC3T3-E1 세포의 증식에 미치는 영향을 MTT assay로 측정한 결과, MC3T3-E1 세포는 처리한 황금 추출물의 농도에 의존적으로 세포의 증식이 촉진되는 경향을 나타내었으며 특히 $1{\mu}g/mL$ 농도에서 130.4%의 증식 효과를 나타내었다. 또한 황금 추출물이 세포에 독성을 나타내지 않는 범위($0.01-1{\mu}g/mL$)에서 MC3T3-E1 세포의 ALP activity를 측정한 결과, 농도에 의존적으로 ALP activity가 증가하였으며 $1{\mu}g/mL$ 농도에서 152.0%의 ALP 활성 증가효과를 나타내었다. 황금 추출물의 최적 작용 농도 $1{\mu}g/mL$에서 골석회화 형성능을 측정한 결과, 배양 시간에 따라 계속 증가하여 배양 20일째는 대조군에 비해 223.3%의 석회화 형성능을 나타내었다. 황금 추출물의 파골세포 분화억제 효과를 알아보기 위해 황금 추출물이 세포에 독성을 나타내지 않는 범위($0.01-10{\mu}g/mL$)에서 TRAP staining한 결과, 황금 추출물은 $0.0{1\mu}g/mL$ 농도에서 대조군에 비해 파골세포 분화를 50% 이상 감소시켰으며 농도 의존적으로 TRAP 양성 세포가 감소함을 관찰하였다. 이상의 결과로 미루어 볼 때, 황금 추출물이 골다공증을 포함한 골질환 예방에 효과가 있을 것으로 사료된다.
천문동 에탄올 추출물은 조골세포의 증식을 농도 및 시간 의존적으로 유의성 있게 증가시켰으며 조골세포 분화유도 및 석회화에 관여하는 염기성 인산분해효소 활성을 효과적으로 촉진시켰다. 또한 TRAP 양성인 다핵 파골세포수 및 TRAP 활성도를 감소시켰다. 결과적으로 천문동 에탄올 추출물은 조골세포의 활성 증가 및 파골세포의 활성 억제 등뼈의 대사에 영향을 미치므로 뼈의 대사와 관련된 치료제 및 골다공증 예방 건강 보조식품으로서 개발 가능성이 있으며, 이와 관련된 작용기전 및 활성성분의 분리, 정제에 대한 연구가 더욱 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 아보카도가 골 형성에 미치는 영향을 검토하고자 아보카도 과육, 과피 및 씨로 나누어 각각 메탄올 추출물을 제조하여 osteoblastic MC3T3-E1 cells을 이용한 골 형성능과 마우스 골수 세포로부터 유래된 파골세포를 이용한 골 흡수능을 측정하였다. 아보카도 과육 추출물을 제외한 과피 및 씨 추출물은 조골세포의 증식 및 ALP 활성을 증가시켰으며, 파골세포에 대해서는 아보카도 과육 및 과피추출물에서 세포독성 없이 TRAP 활성을 억제하는 것을 확인하였다. 또한 아보카도 과피의 핵산 분획은 조골세포의 증식 및 ALP 활성을 크게 증가시켰으며, 아보카도 과피 에틸아세테이트 분획은 파골세포의 분화지표인 TRAP 활성을 크게 억제하였다. 따라서 아보카도 과피는 조골세포의 증식과 파골세포의 억제에 관여할 수 있는 우수한 소재로 향후 골다공증의 치료제로서의 개발 가능성을 가진 천연물 소재로 생각된다.
본 연구는 TNFR family인 CD137 및 RANK, 파골세포의 CD137L와 T 세포의 RANKL 간의 역신호에 의한 이들 세포 의 역할을 알아보고자 하였다. 이에 RANKL 및 CD137L 자극으로 유도되는 역신호 전달에 의한 T 세포 활성과 파골세포분 화에 미치는 영향을 규명하고자 웅성 생쥐의 골수세포와 T 세포를 공동배양하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 생쥐 단핵세포주 및 골수유도 단핵전구세포에서 CD137L이 발현되며, CD137L 단클론 항체로 자극을 주었을 경우 파 골세포 표지단백질인 TRAP 양성 파골세포의 형성이 억제되었다. 2. 활성화된 $CD4^+$ 및 $CD8^+$ T 세포에서 RANKL을 발현하였으며 RANKL의 유사 수용체인 OPG 재조합 단백질을 처리 하여 $CD4^+$ 및 $CD8^+$ T 세포의 세포증식이 억제되었다. 이 연구의 결과는 CD137 자극에 의한 T 세포활성 및 RANK 자극에 의한 파골세포분화 및 활성이 각각 수용체에 결합하 는 라이겐드의 역신호에 의해 억제되었는데, 이는 파골세포와 T 세포의 과도한 활성을 제어하는 생체의 항상성조절에 관여하 는 기전으로 생각된다.
버섯으로부터 새로운 생리기능성 물질을 개발을 위해 몇가지 식용 버섯들의 물 추출물들을 제조한 후 이들 추출물들의 파골세포 분화 저해활성등의 생리기능성을 측정하였다. 시료 버섯자실체들의 물 추출물 중, 느타리버섯의 물 추출물은 73.2%, 만가닥버섯은 65.3%의 비교적 높은 항고혈압성 안지오텐신 전환효소 저해활성을 보였고 느타리버섯의 물 추출물은 73.3%의 높은 항통풍성 잔틴 산화효소 저해활성을 나타내었다. 또한 만가닥버섯의 물 추출물이 21.5 mm투명환의 높은 혈전용해 활성을 보였고 잣버섯 물 추출물 역시 40.3%의 항산화 활성을 보였으나 여타의 생리기능성은 매우 미약 하였다. 또한 큰느타리버섯과 만가닥버섯의 물 추출물들은 파골세포 분화 저해활성이 높았으나, 잣버섯과 느타리버섯의 물 추출물에서는 파골세포 분화 저해활성이 없었다.
본 연구에서는 마우스 골수유래 파골세포와 난소절제 동물모델을 이용하여 애엽 추출물이 골대사에 미치는 영향을 살펴보았다. 애엽 추출물이 파골세포의 분화 및 활성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 마우스 골수유래 전구세포에 M-CSF와 RANKL을 처리하여 파골세포로의 분화를 유도한 후, TRAP 염색법을 실시하고 TRAP 활성도를 측정하였다. 그 결과 애엽 추출물은 TRAP 양성 다핵세포의 형성과 TRAP 활성을 농도 의존적으로 감소시켰으며, 파골세포의 골흡수 또한 애엽 추출물의 최고농도($30\;{\mu}g/mL$) 처리 시약 90%까지 억제되는 것을 확인하였다. 난소절제 동물모델을 이용한 실험에서도 애엽 추출물이 난소절제에 따른 급격한 골밀도 감소를 막아준다는 사실을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로 미루어 볼 때, 애엽 추출물이 에스트로겐 분비 감소로 인하여 급격한 골 손실이 나타나는 폐경기 여성의 골다공증 예방에 효과가 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 천연물의 효능을 미생물을 이용하여 증가시키거나 새로운 효능을 도출하고자 하는 연구를 통해 Bacillus subtilis CJH 101 및 Bacillus safensis CJH 102 로 발효한 동과 발효물(HR1901-BS, HR1901-BSaf)의 뼈 건강 관련 효능을 평가하였다. 뼈를 형성하는 조골세포의 증식을 비교한 결과, 동과 발효물은 조골세포의 증식을 농도 유의적으로 증가시키는 것으로 나타났으며 조골세포 분화 유도 및 무기질화에 관여하는 ALP 활성을 효과적으로 촉진시켰다. 또한 조골세포 분화를 조절하는 전사 인자인 ALP, OCN, Runx2의 발현이 증가됨을 확인하였다. 뼈를 흡수하는 파골세포의 활성을 확인하기 위해 TRAP 활성을 측정한 결과 동과 발효물은 TRAP 활성을 유의적으로 억제하는 것을 확인하였다. 따라서 동과 발효물(HR1901-BS, HR1901-BSaf)은 조골세포의 활성 증가 및 파골세포의 활성 억제를 통해 골대사에 긍정적인 영향을 미치므로 뼈 대사 및 골다공증 관련 기능성 식품 소재로 활용 가능할 것으로 사료된다.
알려진 녹용의 효능을 과학적으로 증명하고 활성성분을 이용하여 신의약품 개발에 기여하고자 한다. 본 연구실에서는 녹용의 가장 대표적인 효능인 조혈작용을 하는 성분을 구조 분석하여 MADG임을 밝히었다. MADG는 조혈촉진기능뿐만 아니라 대식세포 증식기능 그리고 비장세포성장을 촉진하는 등 면역활성 조절제로써의 기능도 나타내었다. 그리고 녹용에 존재하는 인지질 중에서 포화지방산을 가지고 있는 phophatidylcholine도 면역활성을 촉진시키었다. 항진균작용을 하는 성분을 구조 분석한 결과 lysophophatidylcholine임을 밝히었으며 그 유도체인 CHJ-ester가 숙주세포에는 해를 주지 않으면서 항진균작용을 하는 것을 관찰하였다. 그리고 골다공증치료효과를 검색하기 위해 녹용 정제성분으로 연구한 결과 파골세포로의 분화를 100$\%$ 저해함을 밝히므로 녹용이 골다공증 치료효과가 있음을 증면하였다. 녹용성분의 유도체인 SCOH가 파골세포분화를 억제함을 밝혀 현재 골다공증치료제로써의 가능성을 조사하고 있다. 본 연구실에서는 1999년부터 녹용연구를 시작하여 현재까지 10여 개의 활성성분을 분석한 바 있다. 현재 조혈세포촉진작용, 면역증진작용, 골다공증치료작용, 대식세포 증식작용, 항진균작용, 항간질작용에 대한 성분 분석 및 그 약리 기전을 연구하고 있다.
본 연구에서는 섬애약쑥(Artemisia argyi H.)의 생리활성 규명을 위한 연구의 일환으로 6종의 용매(butanol, chloroform, ethyl acetate, ethyl ether, hexane, methanol)로 추출하여 총 페놀화합물과 플라보노이드 함량, 항산화 및 파골세포 분화 억제 활성을 검증하였다. 섬애약쑥 용매별 추출물의 총 페놀 및 플라보노이드 화합물은 methanol 추출물에서 함량이 가장 높고 다음으로 butanol 추출물이 높으며, ethyl ether 및 hexane 추출물은 여타추출물보다 그 함량이 낮았다. ABTS 및 DPPH 라디칼 소거활성과 FRAP법에 의한 항산화력을 측정한 결과 methanol 추출물의 항산화활성이 유의적으로 가장 높았고 hexane 추출물의 활성이 유의적으로 가장 낮았다. NO 생성억제능은 비교적 저농도인 $2.5{\mu}g/ml$에서 6종 추출물 모두 확인되었으며, $20{\mu}g/ml$ 농도에서는 ethyl acetate가 가장 활성이 높고 다음으로 butanol 추출물에서 높게 측정되었다. ROS 생성 억제능은 농도 의존적으로 활성이 증가하였으며, $20{\mu}g/ml$ 농도에서 ethyl acetate 추출물과 butanol 추출물이 다른 4종의 추출물 대비 활성이 높았다. TRAP 염색을 통해 용매별 추출물들의 파골세포 분화 활성을 확인한 결과 6종 추출물 모두에서 농도 의존적으로 분화 억제 활성이 증가하였으며, butanol 추출물에서 분화 억제 활성이 가장 높았다. 이상의 결과들을 종합하여 볼 때 섬애약쑥 용매별 추출물 중 butanol 추출물이 항산화 활성과 파골세포 분화억제 활성이 모두 높기 때문에 향후 골다공증의 치료 및 예방에 있어서 유효할 것으로 추정된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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