아세틸콜린에스터라아제(AChE) 저해제에 의한 아세틸콜린 분해 억제는 알츠하이머 질병의 가장 확실한 치료 방법 중의 하나로 알려져 있다. 본 연구는 최근 웰빙 건강 소재로 각광을 받고 있는 과일과 채소로부터 새로운 AChE 저해제를 개발하여 항치매 식품이나 대체 의약품 생산에 응용하기 위해 과일과 채소로부터 AChE 저해 활성이 우수한 시료를 선별하고, AChE 저해 물질의 추출조건을 최적화하였다. AChE 저해 활성은 호두의 메탄올 추출물에서 72.6% ($IC_{50}=14.2\;{\mu}g$)로 가장 높았고, 호두의 AChE 저해 물질은 80% 메탄올로 $40^{\circ}C$에서 12시간 동안 처리하였을 때 가장 많이 추출되었다.
신규화합물의 in Vitro AChE 저해력을 평가하기 위한 저해시험법의 확립을 목적으로 실험을여 다음과 같은 결과를 얻었다. {TEX}$I_{50}${/TEX} 산출이 가능한 고정시간 저해시험(fixed time inhibition test)의 경우, DFP, DDVP 및 paraoxon과 같은 대표적 AChE 저해제의 저해력 평가에 적당한 저해시간은 10분 정도로 조사되었으며, 10분간의 저해조건하에서 ester group을 보유한 신규화합물의 저해여부 및 정도의 평가에 효과적인 시험농도는 10$\mu$M 수준으로 판정되었으나 다른 화합물의 경우에는 보다 높은 농도로부터 단계적 저해시험이 필요한 것으로 보였다. {TEX}$K_{d}${/TEX}, {TEX}$k_{3}${/TEX} 및 {TEX}$k_{i}${/TEX}와 같은 저해상수의 산출을 위한 경시적 저해시험(Progressive inhibition test)에 있어서, 본 실험의 장시간 저해(0.8~13.3분)와 낮은 저해제농도(1$\times${TEX}$10^{-9}${/TEX}~2$\times${TEX}$10^{-6}${/TEX}M)의 조건하에서는 극히 낮은 {TEX}$K_{d}${/TEX}(1.3$\times${TEX}$10^-{8}${/TEX}~5.6$\times${TEX}$10^{-7}${/TEX}M) 및 {TEX}$K_{3}${/TEX}(0.21~{TEX}$0.27min^{-1}${/TEX})가 관찰되었으나 저해제간의 저해독성 조사에는 충분한 타당성을 가지는 것으로 조사되었다. 또한 DFP, paraoxon 및 신규화합물인 KH501간의 현격한 저해력 차이는 {TEX}$K_{d}${/TEX}의 차이 즉, 저해제와 AChE간의 친화력 차이에 기인된 것으로 판명되었다. 따라서 AntiChE 스크리닝에 있어서 1차단계에서는 고정시간 저해법을 통하여 산출된 {TEX}$I_{50}${/TEX}를 바탕으로 하여 저해력 유무 및 정도를 파악하고, 1차단계에서 고도의 AChE 저해력이 인정된 신규 화합물을 대상으로 2차단계인 경시적 저해법을 이용하여 저해양상 및 특성을 조사하는 것이 합리적인 체계일 것으로 생각되어진다.
유기인계 살충제인 phosalone의 활성화과정을 통한 독성발현기작에서 cytochrome $P_{450}$의 역할을 조사하기 위하여 시험관 내와 생체 내 system을 이용하였다. Phosalone의 AChE와 BuChE에 대한 이분자 저해 속도상수$(k_i)$는 약 1$10^2\;M^{-1}{\cdot}min^{-1}$으로 측정되어 그 자체로는 저해력이 상당히 낮은 약제임이 관찰되었다. AChE 또는 BuChE/MFO coupling system에서는 $I_{50}$값이 control에서 각각 $3.7{\times}10^{-6}$, $2.5{\times}10^{-7}M$로 관찰되었고, cytochrome $P_{450}$의 조효소인 NADPH를 첨가한 oxidase에서는 $1.2{\times}10^{-8}$과 $6.0{\times}10^{-9}M$로 나타나 약 $40{\sim}300$배 정도의 활성화 효과가 관찰되었다. Cytochrome $P_{450}$의 특이적 저해제인 PB를 처리하였을때 저해곡선이 control쪽으로 이동하여 phosalone의 활성화과정에 cytochrome $P_{450}$이 관여하고 있슴이 확인되었다. 그러나 생체 내 실험에서 생쥐의 뇌 AChE 활성저해는 phosalone만을 투여한 경우 $I_{50}$이 170 mg/kg, PB를 전처리 하였을 경우에서 42.5 mg/kg으로 나타나 PB 처리에 의하여 오히려 약 4배의 상승효과가 관찰되었으며, 쥐 혈액에서의 AChE와 BuChE활성저해 결과는 PB 전처리가 phosalone의 저해 경향에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타나 시험관 내 실험에서의 결과와는 상이하게 나타났다.
Carbofuran 및 N-dimethoxyphosphinothioyl carbofuran (PSC)의 AChE에 대한 이분자 저해 속도상수(bimolecular inhibition rate constant, $k_{i}$)를 관찰하였다. Carbofuran은 $7.7{\times}10^{5}\;M^{-1}{\cdot}min^{-1}$으로 높은 저해효과를 보이고 있는 반면, PSC는 $1.2{\times}10^{3}\;M^{-1}{\cdot}min^{-1}$으로 carbofuran에 비하여 AChE에 대한 저해력이 600배 정도 낮은 저해력을 갖고 있는 것으로 관찰되어 독성발현을 위하여 활성화 과정이 필요한 것으로 확인되었다. AChE/mixed function oxidase(mfo) coupling system을 이용한 microsomal oxidative activation 실험에서 PSC의 AChE에 대한 저해력이 control에 비하여 NADPH가 첨가된 oxidase 처리구에서 800배 더 강하게 나타났으며, cytochrome $P_{450}$의 저해제를 첨가한 oxidase+PBO 처리구에서는 control의 저해 경향과 유사하였다. 또한 생쥐 뇌 AChE에 대한 PSC의 $I_{50}$은 28 mg/kg인 반면 PBO를 전처리하였을 경우 $I_{50}$은 57 mg/kg으로 나타나 cytochrome $P_{450}$ 저해제로 인하여 PSC의 저해력이 2배정도 감소된 것을 관찰할 수 있었고, PSC는 독성발현을 위하여 활성화 과정을 거쳐야 하며, 이 과정에서 cytochrome $P_{450}$ 이 작용함을 확인할 수 있었다. PSC와 MCPBA를 반응시켜 산화 과정을 통하여 생성된 독성대사물을 분석한 결과 반응산물의 약 55%가 carbofuran임을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 PSC의 활성화 과정을 통한 독성발현에 cytochrome $P_{450}$이 중요한 역할을 하는 효소임을 확인할 수 있었고, PSC의 산화적 활성화 과정을 통한 주된 독성대사물이 carbofuran임을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 퇴행성 질환의 하나인 치매의 예방 및 치료를 위한 물질 탐색의 기초자료로서 식물 추출물에서 AChE 저해와 항산화 활성을 살펴보았다. AChE 효소의 저해 활성을 살펴본 결과, 식물 전초(whole plant) 추출물에서는 당근, 땃딸기와 고추나물에서 20%-30% AChE 저해 활성을 보였으며, 또한 식물 부위별(stem, leaf, fruit, root) 추출물의 AChE저 해 활성을 살펴본 결과, 줄기 부위 추출물에서는 은행나무(Gingko biloba)가 32.1%, 잎 부위 추출물에서는 산철쭉(Rhododendron yedoensa var. poukhanense)이 33.9%, 열매 부위 추출물에서는 선인장(Opuntia ficus-indica var. saboen)이 18.2%의 AChE 저해 활성을 보였다. 항산화 활성을 살펴본 결과, 식물 전초에서는 땃딸기(Fragaria yezoensis)에서 90.4%의 라디칼 제거 효과로 L-ascorbic acid와 거의 유사한 항산화력이 나타나났다. 식물 부위별 추출물의 라디칼 제거 효과를 살펴본 결과, 줄기와 뿌리 부위 추출물의 은행나무, 잎 추출물에서 털진달래(Rhododendron mucronulatum var. ciliatum)가 약 90%의 라디칼 제거 효과를 보였으며, 열매 부위 추출물의 산수유(Cornus officinalis)는 약 95% DPPH 라디칼 제거 효과로 가장 높은 항산화 활성을 보였다. 따라서 식물 전초 추출물의 땃딸기와 고추나물, 식물 부위별 추출물에서는 줄기 부위의 은행나무와 잎 부위의 산철쭉이 AChE 효소 저해와 항산화력 활성이 높으므로 퇴행성 질환의 하나인 치매를 예방하고 치료하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
아세틸콜린에스터라아제(AChE)저해제에 의한 아세틸콜린 분해의 억제는 알츠하이머 질병의 환자들을 위한 치료 방법 중의 하나이다. 새로운 AChE 저해제를 개발하여 항 치매성 대체 의약품생산에 응용하기 위해, 전보에서는 다양한 곡류와 두류로부터 AChE 저해활성이 우수한 시료로 수수를 선발하여 추출 최적조건을 조사하였고 영양성 및 생리기능성 등을 조사하였다. 본 연구에서는 AChE 저해제를 함유한 수수 메탄올 추출물의 물리화학적 성질과 안정성을 조사하였다. 수수 메탄올추출물은 물, 메탄올과 DMSO등에 잘 녹았고, 215nm과 282nm의 최대흡수파장을 갖고 있었다. 또한, 추출물은 20-$100^{\circ}C$와 pH 2.0-10.0에서 1시간동안 안정 하였다. 수수 메탄올추출물을 이용하여 시제품을 제조한 후 $20^{\circ}C$와 $40^{\circ}C$에서 8주간 저장하였을 때 모두 생균수와 pH에 변화가 없이 안정하였고 기호도도 우수하게 유지되었다.
본 연구에서는 버섯으로부터 항치매성 건강소재를 개발하고자 주요 식용 및 약용 버섯들의 물과 에탄올 추출물들을 제조한 후 이들의 수율과 acetylcholinesterase 저해활성을 측정하여 우수 버섯을 선발하였다. 또한 선발된 우수버섯에 함유되어있는 항치매성 acetylcholinesterase 저해 물질의 추출 최적조건을 검토하였고, 이 저해물질을 부분정제한 후 PC12 신경세포사 저해 활성을 측정하여 항치매 효능을 검증하였다. 시료 버섯들의 물 추출물과 70% 에탄올 추출물을 각각 제조하여 이들의 acetylcholinesterase 저해 활성을 측정한 결과 물 추출물의 수율이 40%로 높고 acetylcholinesterase 저해 활성도 20.2% (IC50: 12.4 mg)로 우수한 흑타리버섯을 acetylcholinesterase 저해물질을 함유한 우수 버섯으로 최종 선발하였다. 흑타리버섯 자실체중의 항치매성 acetylcholinesterase 저해물질의 추출 최적 조건은 흑타리버섯 분말을 1:30으로 증류수에 현탁 시킨 후 30℃에서 6시간 추출하는 조건이었다. 흑타리버섯 자실체의 항치매성 acetylcholinesterase 저해물질을 한외여과와 gel 여과 등으로 부분정제한 후 신경세포 PC12의 세포치사 억제에 미치는 영향을 조사한 결과 부분정제 물질을 50 ㎍/mL 처리했을 때 세포치사율이 17.0%로 낮아져서 흑타리버섯 부분정제물이 치매 진행과정을 억제하거나 지연시키는 효과를 보이는 것으로 사료된다.
잎녹차 추출물 보다는 분말녹차 추출물의 경우가 그리고 저장된 sample보다는 fresh sample의 AChE 저해활성이 상대적으로 높았고 이는 생리활성 물질의 추출효율성과 생리활성 물질의 특성 변화 측면에서 기인되는 것으로 판단된다. 또한 본 연구팀에서 구성한 저장 조건에서, 4주간의 짧은 저장기간이 3개월 저장조건보다는 우수한 효소 저해활성도를 나타냈다. 수분활성도 측면에서는 수분활성도 0.81의 조건을 갖는 sample에서의 효과가 비교적 우수했고, 3개월 저장하는 동안의 저장온도 조건은 효소 저해 활성도에 큰 차이를 보이는 요소로 작용하지 못했다. 다만 상온이나 냉장조건 보다는 냉동상태의 저장조건이 다소 우수한 것으로 판단된다. 결국 생리활성물질을 보다 효율적으로 추출할 수 있는 녹차의 상태와 처리 또는 섭취 농도가 더욱 중요한 것으로 사료되고, 추출 효율을 증가시키기 위해서는 잎 보다는 분말의 상태가 더 우수한 것으로 판단된다. 따라서 녹차 추출물은 acetylcholine성 신경세포의 기능을 강화시켜줄 수 있는 AChE 저해제로서 활용가치가 높을 것이다.
점박이응애(Tetranychus urticae Koch)에 대한 독성시험방법을 비교하고, 감수성계통을 누대도태하여 in vivo에서 저항성 발달수준과 in vitro에서의 AChE insensitivity의 관계를 실험한 결과는 다음과 같다. 점박이응애의 살비제 저항성 수준결정의 독성시험방법중 slide dip법 (CV=8.7%)은 leaf dip법(CV=12.2%) 이나 leaf disc법(CV=13.6%)보다 변이가 적고 정확도가 높을 뿐만 아니라 처리방법이 간편하고 한가지 농도에 대하여 여러 계통을 동시에 처리할 수 있고 처리 후의 조건을 균일하게 유지시킬 수 있으며 기주식물 없이 시험이 가능하였다. topical application법(CV=8.1%) 역시 정확도는 높았으나 시험 조작이 어렵고 필요한 장비의 구입 비용이 더 들며 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다. 두 유기인제에 의한 누대도태결과 22세대 carbophenothion 도태개체군은 동일약제에 156배의 저항성이 발달하였으며, ethion에 대하여 128배의 저항성 반응을 보였다. 24세대 ethion 도태개체군은 동일약제에 64.1배의 저항성 발달이 되었으며, carbophenothion에 대하여도 65배의 저항성 반응을 보였다. 도태개체군의 AChE 활성저해도를 보면 감수성계통에 비하여 carbophenotion 누대계통은 carbohenothion은 3.3배, ethion은 2.7배의 활성저해도를 보였다. 또한 ethion 도태개체군에 대해서는 ethion은 2.6배 carbophenothion은 3.0배의 활성저해도를 나타냈다. 위와 같이 in vivo에서의 저항성 발달 수준과 in vitro에서의 AChE 저해도와는 밀접한 관계가 있는 것으로 보아 유기인계 살비제에 대한 점박이응애의 저항성 발현에는 AChE의 insensitivity가 주요인으로 작용하는 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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