본 연구는 굴 가수분해물이 아세트아미노펜에 의한 간독성의 무독화 효과를 HepG-2 세포를 사용하여 조사하였다. 굴 가수분해물은 굴 단백질의 가교연결을 위해 TGase로 전처리하거나(TGPN) 혹은 하지 않고(PN), 1% Protamex와 1% Neutrase 단백질 분해효소로 2단 가수분해하였다. 두 종류의 굴 가수분해물은 아세트아미노펜으로 간 손상을 유도한 세포에 각각 처리하여 세포 생존율을 측정하였으며, 세포 배양 시 배양액으로 유출된 GOT와 GPT 활성을 측정하였다. TGPN 가수분해물의 경우 아세트아미노펜만을 처리한 negative 대조군($60.7{\pm}3.2%$)에 비하여 $100{\mu}g/mL$와 $200{\mu}g/mL$의 농도에서 각각 $136.2{\pm}1.4%$와 $179.6{\pm}3.8%$의 높은 세포 생존율을 보였다. PN 가수분해물은 $100{\mu}g/mL$와 $200{\mu}g/mL$의 농도에서 각각 $107.9{\pm}8.8%$와 $130.6{\pm}7.6%$의 세포 생존율을 보였다. GOT 활성은 negative 대조군의 경우에 $38.3{\pm}0.2$ Karmen/mL이었으며, TGPN($200{\mu}g/mL$)과 PN($200{\mu}g/mL$)에서는 $19.9{\pm}0.5$와 $22.0{\pm}2.4$ Karmen/mL로 농도에 따라 유의적인 활성 감소를 확인할 수 있었다. 그리고 GPT 활성도 GOT와 같은 경향의 활성을 나타내었다. 이 같은 결과에 미루어 굴 유래 가수분해물의 간 보호 건강 기능 식품 혹은 약물 개발의 가능성을 확인하였으며 앞으로 가수분해 펩티드 중의 유효성분에 대한 구조동정과 작용 기전에 관한 연구가 필요할 것으로 보인다.
Microarray analysis of gene expression has become a powerful approach for exploring the biological effects of drugs, particularly at the stage of toxicology and safety assessment. Acetaminophen (APAP) has been known to induce necrosis in liver, but the molecular mechanism involved has not been fully understood. In this study, we investigated gene expression changes of APAP using microarray technology. APAP was orally administered with a single dose of 50 mg/kg or 500 mg/kg into ICR mice and the animals were sacrificed at 6, 24 and 72 h of APAP administration. Serum biochemical markers for liver toxicity were measured to estimate the maximal toxic time and hepatic gene expression was assessed using high-density oligonucleotide microarrays capable of determining the expression profile of >30,000 well-substantiated mouse genes. Significant alterations in gene expression were noted in the liver of APAP-administered mice. The most notable changes in APAP-administered mice were the expression of genes involved in apoptosis, cell cycle, and calcium signaling pathway, cystein metabolism, glutatione metabolism, and MAPK pathway. The majority of the genes upregulated included insulin-like growth factor binding protein 1, heme oxygenase 1, metallothionein 1, S100 calcium binding protein, caspase 4, and P21. The upregulation of apoptosis and cell cycle-related genes were paralleled to response to APAP. Most of the affected gene expressions were returned to control levels after 72 hr. In conclusion, we identified potential hepatotoxicity makers, and these expressions profiling lead to a better understanding of the molecular basis of APAP-induced hapatotoxicity.
Acetaminophen (APAP) overdose is known to cause severe hepatotoxicity mainly through the depletion of glutathione. In this study, we compared the cytotoxic effects of APAP on both a normal murine hepatic cell line, BNL CL.2, and its SV40-transformed cell line, BNL SV A.8. Gene expression profiles for APAP-treated cells were also obtained using microarray and analyzed to identify differences in genes or profiles that may explain the differences of susceptibility to APAP in these cell lines. These two cell lines exhibited different susceptibilities to APAP (0-$5,000{\mu}M$); BNL SV A.8 cells were more susceptible to APAP treatment compared to BNL CL.2 cells. A dose of $625{\mu}M$ APAP, which produced significant differences in cytotoxicity in these cell lines, was tested. Microarray analysis was performed to identify significant differentially expressed genes (DEGs) irrespective of APAP treatment. Genes up-regulated in BNL SV A.8 cells were associated with immune response, defense response, and apoptosis, while down-regulated genes were associated with catalytic activity, cell adhesion and the cytochrome P450 family. Consistent with the cytotoxicity data, no significant DEGs were found in BNL CL.2 cells after treatment with $625{\mu}M$ APAP, while cell cycle arrest and apoptosis-related genes were up-regulated in BNL SV A.8 cells. Based on the significant fold-changes in their expression, a genes were selected and their expressions were confirmed by quantitative real-time RT-PCR; there was a high correlation between them. These results suggest that gene expression profiles may provide a useful method for evaluating drug sensitivity of cell lines and eliciting the underlying molecular mechanism. We further compared the genes identified from our current in vitro studies to the genes previously identified in our lab as regulated by APAP in both C57BL/6 and ICR mice in vivo. We found that a few genes are regulated in a similar pattern both in vivo and in vitro. These genes might be useful to develop as in vitro biomarkers for predicting in vivo hepatotoxicity. Based on our results, we suggest that gene expression profiles may provide useful information for elucidating the underlying molecular mechanisms of drug susceptibility and for evaluating drug sensitivity in vitro for extrapolation to in vivo.
As a possible feasibility of the extrapolation between in vivo and in vitro systems, we investigated the global gene expression from both mouse liver and mouse hepatic cell line treated with hepatotoxic chemical, acetaminophen (APAP), and compared between in vivo and in vitro genomic profiles. For in vivo study, mice were orally treated with APAP and sacrificed at 6 and 24 h. For in vitro study, APAP were administered to a mouse hepatic cell line, BNL CL.2 and sampling was carried out at 6 and 24 h. Hepatotoxicity was assessed by analyzing hepatic enzymes and histopathological examination (in vivo) or lactate dehydrogenase (LDH) assay and morphological examination (in vitro). Global gene expression was assessed using microarray. In high dose APAPtreated group, there was centrilobular necrosis (in vivo) and cellular toxicity with the elevation of LDH (in vitro) at 24 h. Statistical analysis of global gene expression identified that there were similar numbers of altered genes found between in vivo and in vitro at each time points. Pathway analysis identified glutathione metabolism pathway as common pathways for hepatotoxicty caused by APAP. Our results suggest it may be feasible to develop toxicogenomics biomarkers or profiles by comparing in vivo and in vitro genomic profiles specific to this hepatotoxic chemical for application to prediction of liver toxicity.
아세트아니모펜(APAP)으로 유도된 간독성 모델에 미치는 theanine의 간 보호 작용에 대하여 간 기능 지표효소의 활성 측정, 항산화 및 GSH량 측정, 조직학적 변화 등을 통해 확인하였다. Theanine은 그 자체로 항산화 효과를 보였으며, 과량 투여된 APAP에 의해 발생하는 간조직의 지질과산화의 감소와 GSH가 회복되는 것을 동물실험을 통해 확인할 수 있었다. 또한 지질과산화와 GSH의 감소로 인해 발생한 간세포의 손상이 theanine의 처리 농도에 비례하여 감소하는 것을 간수치 검사와 간조직 검사를 통해 최종 확인하였다. 지금까지 간보호에 효과를 보이는 녹차의 카테킨이 주로 연구되어 왔으나, 본 연구를 통해 녹차의 theanine도 간 보호작용을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 주 아미노산 성분인 theanine을 강화시킨 기능성 녹차 및 건강기능식품 개발의 기초 자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
Kim, Minjeong;Yun, Jun-Won;Shin, Kyeho;Cho, Yejin;Yang, Mijeong;Nam, Ki Taek;Lim, Kyung-Min
Biomolecules & Therapeutics
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제25권2호
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pp.112-121
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2017
Drug-induced liver injury (DILI) is the serious and fatal drug-associated adverse effect, but its incidence is very low and individual variation in severity is substantial. Acetaminophen (APAP)-induced liver injury accounts for >50% of reported DILI cases but little is known for the cause of individual variations in the severity. Intrinsic genetic variation is considered a key element but the identity of the genes was not well-established. Here, pre-biopsy method and microarray technique was applied to uncover the key genes for APAP-induced liver injury in mice, and a cause and effect experiment employing quantitative real-time PCR was conducted to confirm the correlation between the uncovered genes and APAP-induced hepatotoxicity. We identified the innately and differentially expressed genes of mice susceptible to APAP-induced hepatotoxicity in the pre-biopsied liver tissue before APAP treatment through microarray analysis of the global gene expression profiles (Affymetrix $GeneChip^{(R)}$ Mouse Gene 1.0 ST for 28,853 genes). Expression of 16 genes including Gdap10, Lpl, Gabra3 and Ccrn4l were significantly different (t-test: FDR <10%) more than 1.5 fold in the susceptible animals than resistant. To confirm the association with the susceptibility to APAP-induced hepatotoxicity, another set of animals were measured for the expression level of selected 4 genes (higher two and lower two genes) in the liver pre-biopsy and their sensitivity to APAP-induced hepatotoxicity was evaluated by post hoc. Notably, the expressions of Gabra3 and Lpl were significantly correlated with the severity of liver injury (p<0.05) demonstrating that these genes may be linked to the susceptibility to APAP-induced hepatotoxicity.
본 연구는 감기약의 품질관리를 위한 기초자료서, HPLC를 이용하여 감기약의 4가지 주요 성분인 아세트아미노펜(Acetaminophen), 카페인(Caffeine), 메틸 파라벤(Methly paraben), 프로필 파라벤(Propyl paraben)을 동시 분석하였다. 시료는 4가지 성분을 전처리한 후, 액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 정량분석 하였다. 감기약의 분석은 상업용 C18 칼럼과 이동상으로 아세토니트릴(Acetonitrile) 과 증류수(H2O)을 사용하였으며, 아이소그라틱 기법(Isocratic Elution)을 사용하였다. 검출기는 PDA 및 UV detector를 사용하였으며, 유속은 1.0mL/min, 주입부피는 10uL, 칼럼오븐의 온도는 35℃, 파장은 270nm에서 수행하였다. 실험 결과 Resolution의 값이 각각 4.983, 1.596, 5.519, 1.678으로 Rs >1.5 이상으로 나타나 분리능이 우수하고 Symmetry factor 값은 1.056, 1.069, 1.032, 1.133으로 안정적인 대칭을 갖는 것을 알 수 있었다. 모든 표준성분의 검량선 값은 R2 > 0.9995 ~ 0.9999로 나타나 우수한 직선성을 나타내었다. 또한 검출한계(Llimit of detection) 와 정량한계(Limit of quantification)는 각각 0.0118 ~ 1.5973mg/mL 및 0.0353 ~ 4.7919㎍/mL, 회수율은 79.6% ~ 120.5%로 안정적인 값을 얻었다. 본 연구 결과는 실험적으로 입증한 감기약 성분의 동시 분석법에 의한 품질평가가 효율적임을 보여주었다
Gefitinib is the well-tolerated first-line treatment of non-small cell lung cancer. As it needs analgesics during oncology treatment, particularly in the context of the coronavirus disease, where patients are more susceptible to contract high fever and sore throat. This has increased the likelihood of taking both gefitinib and antipyretic analgesic acetaminophen (APAP). Given that gefitinib and APAP overdose can predispose patients to liver injury or even acute liver failure, there is a risk of severe hepatotoxicity when these two drugs are used concomitantly. However, little is known regarding their safety at therapeutic doses. This study simulated the administration of gefitinib and APAP at clinically relevant doses in an animal model and confirmed that gefitinib in combination with APAP exhibited additional hepatotoxicity. We found that gefitinib plus APAP significantly exacerbated cell death, whereas each drug by itself had little or minor effect on hepatocyte survival. Mechanistically, combination of gefitinib and APAP induces hepatocyte death via the apoptotic pathway obviously. Reactive oxygen species (ROS) generation and DNA damage accumulation are involved in hepatocyte apoptosis. Gefitinib plus APAP also promotes the expression of Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) and downregulated the antioxidant factor, Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), by inhibiting p62 expression. Taken together, this study revealed the potential ROS-mediated apoptosis-dependent hepatotoxicity effect of the combination of gefitinib and APAP, in which the p62/Keap1/Nrf2 signaling pathway participates and plays an important regulatory role.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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