약용식물 혼합물의 고지혈증 개선 효과

서 언

최근 국민생활이 향상되면서 식생활의 서구화 및 운동부족 등의 원인으로 인해 비만, 당뇨, 심혈관계 질환 등의 대사성 질환이 증가하고 있다 (Kim et al., 2010). 고지혈증 (hyperlipidemia)은 지질대사의 이상으로 혈액 안에 LDL-콜 레스테롤 (low-density lipoprotein cholesterol), 중성지방 (triglyceride) 등 다양한 형태의 지방성분들이 비정상적으로 상 승하게 되는 질병이다 (Go et al., 2014). 고지혈증의 분류는 유전적 요인으로 유발되는 일차적 고지혈증과 비정상적인 식 습관, 약물 그리고 당뇨, 통풍과 같은 질병 등 여러 다른 요 인으로 유발되는 이차적 고지혈증으로 나눌 수 있다 (Boullart et al., 2012; Chait and Brunzell, 1990). 이러한 혈액 지질의 증가는 결국 비정상적인 혈전, 뇌졸중, 심근경색증을 일으키게 되며 사망률 또한 증가시킨다고 알려져 있다 (Chen et al., 2011; Huang et al., 2013; Oravec et al., 2011). 지나친 영 양섭취가 고지혈증의 가장 큰 원인 중 하나이며, 비만 환자에 서 혈액의 지질이 집중적으로 상승하고 비대해진 지방덩어리 가 늘어나는 것과 관련지어 고지혈증이 비만과 밀접한 관련이 있다는 사실이 계속해서 보고되고 있다 (Maraki et al., 2011). 또한 고지혈증이 진행되면 간 조직의 중량과 지질함량 을 급격히 증가 시킨다고 알려져 있다 (Kang et al., 2011).

고지혈증을 치료에는 비만을 치료하는 방법과 같은 식이요 법, 운동 등 생활습관을 변화시키는 것이 중요하고 simvastatin, atorvastatin 같은 스타틴계열의 약물을 이용하여 혈중 콜레스 테롤 수치를 낮출 수 있다고 알려지고 있다 (Kim et al., 2012). 하지만 화합물 소재의 약물의 부작용이 주목되면서 식 물소재의 천연 생리활성 물질에 대한 연구가 활발히 이루어지 고 있다(Choung et al., 2013; Kwak and Lim, 2013; Seo et al., 2013). 최근 다양한 한약재, 차, 과일과 같은 식물소재 천연물에서 비만 및 고지혈증을 포함한 대사성 질병을 치료하 는 효능이 있으며, 부작용은 현저하게 적다는 것이 보고되었 다 (Kim et al., 2011; Lee et al., 2008). 하지만 아직까지 고지혈증에 관해서는 뚜렷하게 효능을 보이는 안전성이 높은 천연물 소재의 약물은 개발이 미미한 상태이다.

한방처방은 과거 수백년 이상 임상을 통해 안전성이 증명된 것이기 때문에, 한방처방에 사용되는 한약재 작물은 치료제로 개발할 경우 커다란 장점이 될 수 있다. 본 연구는 전통적으 로 사용되는 한약재의 혼합추출물로 산사 (Crataegi fructus), 적하수오 (Polygoni multiflori Radix), 단삼 (Salviae miltiorrhizae Radix), 천궁 (Cnidii rhizoma), 해백 (Bulbus allii Macrostemi), 계지 (Cinnamomi ramulus)로 구성하여 사 용하였다. 이들을 구성 성분으로 하는 조성물의 고지혈증 유 발 백서에서 효과를 입증한바 있으며, 추가적인 예비시험을 통 해 최종적으로 구성물들을 결정하였다 (Kooh et al., 2013). HWND_G02 및 G03의 가장 큰 비율을 차지하는 산사, 적하 수오, 단삼은 현재 고지혈증의 치료에 효과적이라는 보고가 계 속되고 있으며 약리적인 기전도 밝혀지고 있다 (Ji and Gong, 2008; Niu et al., 2011; Wang et al., 2014). 또한 이 약재 들은 중국 SFDA (State Food and Drug Administration)에 서는 고지혈증을 치료하는 식의약소재로서 높은 빈도의 승인 을 받은 상태이기 때문에 그 효과가 어느 정도 입증되었다고 할 수 있다 (Xie et al., 2012). 천궁은 항산화 효능, 혈액순 환을 강화시키며 간독성 및 간의 지질을 낮춰주는 효과를 가 지고 있다는 것이 알려지고 있다 (Heo and Ha, 2011; Park et al., 2002; Sung and Son, 1994). 또한 해백은 비만과 그 에 관련된 질병을 예방할 수 있으며, 혈관내피세포의 손상을 줄여 혈관관련 질병에 도움을 준다고 보고되고 있다 (Kwon et al., 2003; Xie et al., 2008). 마지막으로 계지의 효능으로 는 항혈전 작용으로 혈액순환을 용이하게 하여 고지혈증을 비 롯한 심혈관계 질환을 예방할 수 있으며, 콜레스테롤을 효과 적으로 낮출 수 있다고 알려지고 있다 (Kim et al., 2002; Ryu et al., 2010). 최근 한방처방에서 사용하는 약재 작물과 다른 한약재 작물을 혼합하여 더욱 효과적인 새로운 천연물 의약품을 개발하려는 노력이 계속되고 있다. 물론 새로운 약 재 혼합물은 현대적 기술을 바탕으로 과학적이고 합리적인 측 면에서 그 효능을 증명하여 평가하는 과정이 필수적으로 진행 되어야 한다.

본 연구에서는 고지혈증을 치료하기 위해 다양한 혼합약물 의 예비실험을 통해 압축된 후보 약물 중 새롭게 개발한 혼합 추출물인 HWND_G02와 G03을 사용하였으며, 고지혈증이 유 발된 rat에서 혈액의 생화학적 변화, 간 조직의 지질 변화, 동맥 경화지수 등을 분석하여 평가하였다. 이에 우리는 HWND_G02 와 G03가 고지혈증 치료에 매우 효과적인 천연물 기반 약물 임을 증명함으로써 식의약 소재로 활용하기 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

재료 및 방법

1. 시료의 조제

약재 구성은 Table 1과 같다. 구성약재는 (주)화평디엔에프 를 통하여 절편된 것을 구입하였으며, 이들을 정선하여 사용 하였다. 각 처방의 구성약재를 혼합하여 약재 무게의 10배에 해 당하는 부피의 30% 에탄올을 첨가하여 100°C에서 4시간 동안 2회 반복 추출하였다. 각각의 추출물은 동결 건조하여 수득률 을 확인하였다 (HWND_G02: 26.4%, HWND_G03: 31.4%).

Table 1.

The compositions of medicinal plant products.

2. 기기 및 분석조건

HPLC는 alliance e2695 system (Waters, Milford, MA)을 이용하여 분석하였다. 각각의 시료 50mg을 취하여 50% MeOH 10㎖에 용해시키고, 0.2μm 실린지 필터 (Millipore, Seoul, Korea)를 이용하여 HPLC 분석에 사용하였다. HWND의 주요성분인 chlorogenic acid, tetrahydroxystilbene, salvianolic acid 및 ligustilide에 대하여 함량분석을 Table 2의 조건에 따라 분석하였다. HWND_G02 및 HWND_G03의 주요성분 함량은 Table 3에 나타내었다.

Table 2.

HPLC conditions for quantitative analysis.

Table 3.

The contents of chlorogenic acid, tetrahydroxystilbene, salvianolic acid and ligustilide in HWND extracts (n = 3).

결과 및 고찰

1. HWND_G02 및 G03의 주요성분 함량 확인

산사에 포함되어 있는 지표성분으로 chlorogenic acid는 지 방축적을 감소시킨다고 보고되었다 (Liu et al., 2010; Zheng et al., 2014). 적하수오의 지표성분으로 tetrahydroxystilbene은 LDL로 유발된 혈관손상을 보호하는 효능이 있음이 알려졌다 (Han et al., 2013; Yao et al., 2014). Salvianolic acid는 단 삼에 포함되어 있는 대표적인 성분이며 최근 혈관세포에서 일 어나는 염증을 억제시키는 효능이 밝혀졌다 (Chen et al., 2012; Xu et al., 2015). 또한 천궁의 지표성분인 ligustilide는 알려진 바에 의하면 신경세포에서 항염증 효능을 보이며 동물 모델에서 유도된 고혈압 발생을 감소시킬 수 있는 가능성을 제시하고 있다 (Du et al., 2007; Or et al., 2011). HPLC를 이용하여 HWND_G02 및 G03의 주요 지표성분들을 분석한 결과, chlorogenic acid, tetrahydroxystilbene, salvianolic acid 그리고 ligustilide의 머무름 시간은 21.7분, 26.3분, 31.7분 및 49.4분으로 각각 확인되었다 (Fig 1).

Fig. 1.

HPLC chromatograms of (A) the standard mixture, (B) HWND_G02 and (C) HWND_G03. 1; chlorogenic acid (21.704 min), 2; tetrahydroxystilbene (26.258 min), 3; salvianolic acid (31.678 min), 4; ligustilide (49.435 min).

2. 고지혈증이 유발된 동물모델에서 HWND_G02 및 G03의 체중 및 간 중량 변화

HWND_G02 및 G03이 고지혈증 질환에 미치는 영향을 알 아보기 위해, 고콜레스테롤 식이로 인해 고지혈증이 유발된 rat 에 하루에 1회, 4주 동안 경구 투여하였다. 대조군에 비해 고 지혈증이 유발된 군에서 체중과 간 중량이 큰 폭으로 증가하 였으나, HWND_G02와 G03를 투여한 군에서 현저하게 감소 함을 보였다 (Table 4). 특히 HWND_G02는 유의성이 인정되 지 않은 반면, HWND_G03을 투여한 군은 고지혈증 유발군과 비교하였을 때, 체중에서 39.4 g, 간 중량은 4.7 g이 감소하며 유의성을 나타내었다. 즉, HWND_G03의 투여는 고지혈증으 로 인한 체중과 간 중량의 증가를 완화시키는 효능을 보였다.

Table 4.

The body weights, liver weights and the ratios of liver to body weights in rats.

3. HWND_G02 및 G03에 의해 고지혈증이 유발된 동물모 델의 혈액에서 지질함량 지표 및 동맥경화 지수 변화

고지혈증은 지질과 관련된 비만, 당뇨, 동맥경화 등 대사질 환과 밀접한 관련이 있으며, 이러한 대사질환에 의해 혈액의 TC, TG, LDL-c 등 지질함량을 높인다는 결과가 오래전부터 알려져 있다 (Park et al., 2014). HWND가 혈액안의 지질과 동맥경화 지수에 미치는 영향을 알아보기 위해 각 실험군의 혈액을 채취하여 TC, TG, HDL-c 및 LDL-c를 측정하였고, 이를 토대로 동맥경화 지수를 구하였다. 대조군과 비교하여 고지혈증 유발군에서 높아진 TC, TG, LDL-c 수치가 HWND_G02군 (TC: 29.4mg/dl 감소, TG: 100.4mg/dl 감소, LDL-c: 30.3mg/dl 감소)과 HWND_G03군 (TC: 38.2mg/dl 감소, TG: 108.8mg/dl 감소, LDL-c: 36.8mg/dl 감소)에서 효과적으로 감소하였다. HDL-c는 대조군과 비교하여 고지혈 증 유발군에서 감소하였지만 HWND_G02군에서는 5.8mg/dl, HWND_G03군은 2.8mg/dl 회복시켰다. 또한 동맥경화지수는 고지혈증 질병의 악화정도를 파악 할 수 있는 지표이기 때문 에 본 연구에서는 재료 및 방법에서 제시된 방법에 의해 점수 를 산출하였으며, 결과를 분석해보면 고지혈증 유발군은 3.4 ± 0.6까지 높은 점수를 보였지만 HWND_G02는 2.1 ± 0.4, HWND_G03은 2.2 ± 0.5로 각 각 유의성 있게 감소된 점수를 기록하였다 (Fig. 2). 전체적으로 고지혈증으로 인해 높아진 혈 액 속 지질함량과 동맥경화 지수를 HWND_G02 및 G03 투 여로 정상치에 근접하게 회복시켜주는 모습을 보였으며, 특히 TG의 수치가 고지혈증 유발군에 비해 대조약물군에서 75.6mg/dl 를 감소시킨 것에 반해, HWND_G02 및 G03는 100.4 ~ 108.8mg/dl 더 효과적으로 감소시키는 결과를 나타 냈다. 최근, 고지혈증의 치료에 대한 관심이 많아지면서 다양 한 화합물 소재의 치료제가 많이 개발 되었다. 그 중 가장 많 이 사용되는 약물은 스타틴계열이다. 스타틴계열의 약물은 HMG-CoA-Reductase 억제제로서 콜레스테롤 수치를 줄이는 기전으로 특히 LDL-c를 낮추어 고지혈증을 치료한다고 알려 져 있다 (Babelova et al., 2013). 중성지방은 콜레스테롤과 함께 혈액 속에 존재하는 지방으로, 간에서 70% 이상이 만들 어지는 콜레스테롤과 다르게 음식의 영향을 많이 받는다고 알 려져 있다. 콜레스테롤과 비슷하게 중성지방이 높아질 경우 동 맥이 굳어지는 동맥경화, 심장마비, 중풍, 비만, 고혈압 그리고 고지혈증으로 진행되는 대사증후군의 주요 발병 요인이 된다. 특히, 중성지방은 지방을 보다 적게 섭취하고 전통적으로 쌀 을 주식으로 고당질섭취가 많은 한국인이 서양인에 비해 더 높은 수치를 보인다고 보고되고 있다 (Oh et al., 2004; Yagalla et al., 1996). 이로써 한국인에게는 생체내의 높은 콜 레스테롤 수치보다 높은 중성지방이 오히려 고지혈증 발병에 큰 영향을 줄 수 있을 것을 예상할 수 있다. 본 연구에서 사 용한 대조약물은 atorvastatin으로 현재 고지혈증 치료제로 많 이 쓰이는 대표적 스타틴계열의 약물이다. 고지혈증 유발군에 서 혈액 내 중성지방의 감소율을 비교해보면 각 각 ATO군은 약 24.9%, HWND_G02는 약 33.1%, HWND_G03은 약 35.9%의 결과를 나타내었다. 이를 분석해보면, 고지혈증 질환 에서 콜레스테롤 수치를 감소시키는 방법을 통해 치료하는 스 타틴계열과 비교하여 HWND_G02와 G03은 중성지방 수치를 보다 더욱 효과적으로 낮추어 주는 역할을 가지는 것을 확인 할 수 있었다.

Fig. 2.

Effect of HWND extracts on the serum lipid levels and atherogenic index in HCD-induced hyperlipidemic rats. On day 28, the blood sample was collected from postcaval vein and the serum was prepared. The amount of lipid levels and athrogenic index in serum was measured by ELISA. Values are means ± SD for five experiments. *Significantly different from control group (p < 0.05). **Significantly different from HCD group (p < 0.05). Con; control, HCD; high-cholesterol diet, ATO; highcholesterol diet + atorvastatin, HWND_G02; high-cholesterol diet + HWND_G02, HWND_G03; high-cholesterol diet + HWND_G03.

4. HWND_G02 및 G03에 의해 고지혈증이 유발된 동물모 델의 혈액에서 간 독성 지표 변화

HWND_G02 및 G03이 간 독성 지표에 어떠한 영향을 주 는지 알아보기 위해, 각 실험군의 혈액에서 GOT와 GPT의 수치를 측정하였다. 대조군과 비교하여 고지혈증 유발군에 서 크게 상승한 GOT와 GPT 수치가 HWND_G02군 (GOT: 17.8 IU/L 감소, GPT: 18.4 IU/L 감소)과 HWND_G03군 (GOT: 19 IU/L 감소, GPT: 21 IU/L 감소) 에서 유의성 있게 감소되는 결과를 나타냈다 (Fig. 3). 고지혈증 유발군에 비해 대조약물군에서 GOT는 24.2 IU/L, GPT는 22.4 IU/L 이 감소 하였고 HWND_G02 및 G03군에서 GOT는 17.819 IU/L, GPT는 18.421 IU/L 감소하여, 비슷한 수준의 간독성을 낮추는 효능을 보였다. 이는 고지혈증 모델에서 높아진 간 독성 지표 를 HWND_G02 및 G03의 투여로 인해 감소시킴을 의미한다. 지금까지, 고지혈증과 같은 대사질환은 간에 악영향을 주게 되 어 간독성 수치인 GOT, GPT를 높인다는 결과가 보고되고 있 다 (Abliz et al., 2014). 분석결과, 고지혈증 유발모델에서 GOT, GPT가 현저히 상승한 것을 볼 수 있었고 HWND_G02 및 G03의 투여로 인해 약 1530% 까지 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

Fig. 3.

Effect of HWND extracts on the serum hepatic levels in HCD-induced hyperlipidemic rats. On day 28, the amount of GOT and GPT in the serum was measured by ELISA. Values are means ± D for five experiments. *Significantly different from control group (p < 0.05). **Significantly different from HCD group (p < 0.05). Con; control, HCD; high-cholesterol diet, ATO; highcholesterol diet + atorvastatin, HWND_G02; highcholesterol diet + HWND_G02, HWND_G03; highcholesterol diet + HWND_G03.

5. HWND_G02 및 G03에 의해 고지혈증이 유발된 동물모 델의 간 조직에서 지질함량 지표 변화

HWND_G02 및 G03이 간 조직의 지질함량에 어떠한 영향 을 주는지 알아보기 위해, 각 실험군의 간 조직에서 TC와 TG의 함량을 측정하였다. 대조군과 비교하여 고지혈증 유발군 의 TC와 TG가 크게 상승하였고, 고지혈증 유발군에 비해 HWND_G02군 (TC: 25.4mg/dl 감소, TG: 29.9mg/dl 감소) 과 HWND_G03군 (TC: 16.2mg/dl 감소, TG: 33.1mg/dl 감소)에서 현저하게 감소하였다 (Fig. 4). 특히 고지혈증 유발 군과 비교하여 대조약물군에서 TC는 36.2mg/dl, TG는 32.6mg/dl 감소하였고 HWND_G02 및 G03군에서 TC는 16.2 ~ 25.4mg/dl, TG는 29.9 ~ 33.1mg/dl로 비슷한 수준으로 감소하는 능력을 보였다. 따라서, HWND_G02 및 G03 투여 로 인해 간의 지질함량 수치도 낮추는 효과가 있음을 확인하 였다.

Fig. 4.

Effect of HWND extracts on the liver lipid levels in HCD-induced hyperlipidemic rats. On day 28, the amount of TC and TG in liver tissue was measured by ELISA. Values are means ± SD for five experiments. *Significantly different from control group (p < 0.05). **Significantly different from HCD group (p < 0.05). Con; control, HCD; high-cholesterol diet, ATO; highcholesterol diet + atorvastatin, HWND_G02; highcholesterol diet + HWND_G02, HWND_G03; highcholesterol diet + HWND_G03.

6. HWND_G02 및 G03에 의해 간 조직의 형태학적 및 지질침착정도 변화

HWND_G02 및 G03의 투여로 인해 간의 TC와 TG를 감 소하는 효과를 보였기 때문에 실제 조직에서 어떤 변화를 주 는지 검증하기 위해, 간 조직 절편에 침착된 지질을 oil-red O 염색법을 통해 확인하였다. 간 조직만을 육안으로 비교하였을 때, 대조군에 비해 고지혈증 유발군의 조직이 크게 비대해졌 고 색이 변한 모습을 볼 수 있다. 이에 반면에 HWND_G02 및 G03 투여군의 조직은 비대해진 정도와 색이 변한 정도가 더 미미한 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 5A). 간 조직 절편을 염색하여 지질 침착정도를 보면, 대조군에 비해 고지혈증 유 발군에 지질의 염색된 부분이 상당하게 증가하였지만, 이에 비 해 HWND_G02 및 G03군에서 현저하게 감소하였다 (Fig. 5B). 특히 대조약물군과 비슷한 정도로 효과적인 지질감소 역 할을 보였다. 이에 HWND_G02 및 G03의 투여는 간 조직의 지질침착 정도를 완화시킴을 확인하였다.

Fig. 5.

Effect of HWND extracts on the fatty liver tissue in HCD-induced hyperlipidemic rats. (A) Representative images of the liver isolated from HCD-induced hyperlipidemic rats. (B) Oil-Red O staining of the liver tissue. Con; control, HCD; high-cholesterol diet, ATO; high-cholesterol diet + atorvastatin, HWND_G02; highcholesterol diet + HWND_G02, HWND_G03; highcholesterol diet + HWND_G03.

본 연구결과를 요약하면, 고지혈증이 유발되었을 때 천연물 소재 기반의 약물인 HWND_G02와 G03은 혈액과 간 조직에 서 총 콜레스테롤, 중성지방, LDL-c을 효과적으로 낮추고 HDL-c는 높여주는 역할을 하였으며, 조직염색을 통해 간에서 지질침착의 정도를 현저하게 감소시키는 사실이 증명되었다. 특히, HWND_G02와 G03는 중성지방을 월등하게 낮춰주는 효능을 나타내어 고당질섭취로 체내 중성지방이 높은 한국인 에게 매우 적합하였다. 이는 앞으로 HWND_G02와 G03이 화합물 계열의 부작용이 많은 고지혈증 치료제 시장에서 안전 성이 있는 뛰어난 천연물 소재 약물임을 장점으로 하여, 탁월 한 효능을 나타내는 고지혈증 치료제로 개발될 수 있을 것으 로 기대된다.

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