
桂枝甘草湯 추출물의 抗炎症 효과에 대한 연구
Ⓒ The Society of Pathology in Korean Medicine, The Physiological Society of Korean Medicine
Abstract
Gyejigamcho-tang (GG) is documented as a treatment for abnormal heart palpitations in Korean medicine. In this study, we investigated the anti-inflammatory effects of a water extract of GG on lipopolysaccharide (LPS)-induced RAW 264.7 cells. We first measured the levels of nitric oxide (NO) and prostaglandin E2 (PGE2), which are key products involved in inflammatory processes. Additionally, we assessed the levels of enzymes, such as inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2), and cytokines, including interleukin 6 (IL-6), tumor necrosis factor alpha (TNF-α), and interleukin 1 beta (IL-1β). Our results showed that GG suppressed the production of NO and PGE2 in a dose-dependent manner and reduced both the protein levels and mRNA expression of iNOS and COX-2. Furthermore, GG decreased the mRNA expression of IL-6, TNF-α, and IL-1β. In conclusion, GG demonstrated the ability to reduce the production of LPS-induced inflammatory factors, suggesting its potential for clinical research into the treatment of inflammatory diseases.
Keywords:
Gyejigamcho-tang (GG), Anti-inflammatory, Inflammatory factor, NO, PGE2서 론
염증(inflammation)은 화학적 또는 물리적 손상에 대한 생물체의 반응으로, 급성 염증과 만성 염증으로 나눌 수 있다. 이 중 만성 염증은 외부 위험이 없는 경우에도 지속적으로 염증 세포를 보내는 특징이 있어 지속적인 숙주 조직 손상으로 이어지게 되며, 그 결과로 심혈관 질환, 동맥경화증, 염증성 장질환, 다발성 경화증, 류마티스 관절염, 신경 퇴행과 같은 다양한 병리학적 상태가 발생할 수 있다1). 세계보건기구(WHO)에 따르면, 현재 인류 건강에 가장 큰 위협은 만성 질환으로 전 세계적으로 5명 중 3명이 뇌졸중, 만성 호흡기 질환, 심장 질환, 암과 같은 만성 염증성 질환으로 사망한다2).
현재 염증 치료에 사용되고 있는 약물에는 비타민 A·비타민 C·비타민 D·아연과 같은 식품 보충제, 아스피린·인도메타신·이부프로펜·케토프로펜·플루비프로펜·디클로페낙과 같은 비스테로이드성 항염증제(NSAIDs), 스테로이드 주사 등이 있다. 하지만 비스테로이드성 항염증제의 뛰어난 항염증 효과는 위장의 궤양·천공·폐쇄·출혈과 같은 심각한 부작용을 동반하며, 코르티코스테로이드 주사의 경우 혈당 상승·피부 변색 뿐만 아니라 면역 억제·연골 손상·인대 약화·골다공증 등의 잠재적 위험을 초래할 수 있어 연간 3~4회로 사용이 제한되므로3,4), 우수한 항염증 효과와 만족스러운 내약성(tolerability)을 가진 대체 치료법을 탐색하고, 염증 관련 질환에 대한 효과적인 장기 전략을 개발하는 것이 필요하다.
桂枝甘草湯(Gyejigamcho-tang, GG)은 發汗過度로 인해 心臟의 陽氣가 虛損되어 발생한 心悸를 치료하는 처방5)으로 『傷寒論』에서 처음 언급되었으며, 임상에서는 부정맥 관련 질환에 활용된다6). GG는 桂枝와 甘草로 구성되어 있는데, 전통적으로 桂枝는 發汗解肌·溫經通脈·助陽化氣하여 風寒感冒·關節痹痛 등을 치료하며, 甘草는 和中緩急·潤肺·解毒·調和諸藥하는 효능으로 생용 시 咽喉腫痛, 消化性潰瘍, 癰疽瘡瘍 등을 치료하는 것으로 알려져 있다7). 현대적으로 桂枝는 진정, 진통, 해열, 소염, 항균, 항바이러스, 항암, 건위, 강심, 이뇨, 지해의 약리활성을 가진 것으로 알려져 있으며8), 甘草의 경우에도 항궤양, 항암, 항균, 항바이러스, 항당뇨, 항알러지, 항혈전, 항염증 효과가 확인되어9) 桂枝와 甘草 모두 항염증제로의 개발 가능성이 확인되었다. 그러나 GG에 대해서는 네트워크 약리학 방법을 통해 심부전 치료 메커니즘을 분석한 연구10)와 혈압 및 심박동수 상승, 항혈전 효과에 대한 연구11)와 같이 심장기능과 연관된 GG의 전통적인 효능을 과학적으로 객관화하는 연구만 진행되었을 뿐 항염증 효과 및 그 기전을 확인하는 연구는 진행되지 않았다.
따라서 본 저자는 염증반응을 나타내는 다양한 질환에 손쉽게 적용 가능할 것으로 사료되는 GG의 효과를 증명하기 위하여, 마우스 대식세포인 RAW 264.7 세포가 부착된 웰 플레이트(well plate)에 GG를 먼저 처리한 후, 염증 유발원인 리포다당류(lipopolysarccharide, LPS)로 염증반응을 촉진하여 염증매개인자인 nitric oxide (NO) 및 prostaglandin E2 (PGE2)의 생성, 전구염증매개효소인 inducible nitric oxide synthase (iNOS)와 cyclooxygenase-2 (COX-2)의 단백질 생성과 mRNA 활성, 염증인자인 사이토카인의 mRNA 활성을 확인하여, 유의미한 결과를 얻어 이에 보고하고자 한다.
재료 및 방법
1. 시료 제조
GG 5첩 분량(90 g, Table 1)은 세명대학교 부속 한방병원에서 구매하였다. 시료를 세척한 뒤 900 ㎖의 증류수를 넣고 2시간 동안 전탕하여 유효 물질을 추출하였다(Table 1). GG 열수추출액은 원심분리기를 사용하여 고형물을 침전시켜 제거하였고, 감압농축기를 사용하여 100 ㎖가 될 때까지 감압 농축한 뒤, –70℃ 냉동고에서 동결시켰다. 이후 동결건조기를 사용하여 8일의 건조과정을 거쳐 최종적으로 GG 열수추출물을 획득하였으며, 해당 시료는 –20℃에서 보관하였다가 실험 시작 전 생리식염수에 용해하여 사용하였다.
2. 세포 배양
RAW 264.7 세포는 세명대학교 황형서 교수님으로부터 분양받았으며, 둘베코 변형 이글 배지에 페니실린-스트렙토마이신과 우태아 혈청을 첨가하여 37℃, 5% CO2 조건의 배양기에서 배양시켰다. 세포는 2~3일에 한 번씩 계대 배양함으로써 증식으로 인한 과밀도 현상이 발생하지 않도록 하였다.
3. MTT assay
4 × 105 개/㎖의 밀도로 희석된 RAW 264.7 세포를 500 ㎕씩 24웰 세포 배양 플레이트에 분주한 후 24시간 동안 배양하였다. 다음날, 0, 50, 100, 200, 400, 800 ㎍/㎖ 농도의 GG 희석 배지를 제작하여 4웰씩 동일 농도의 배지로 교환하고 1시간 동안 재차 배양한 후, 배지 내 농도가 최종 1 ㎍/㎖가 되도록 LPS를 처리한 다음 하루 동안 추가 배양하였다. 5 ㎎/㎖ 농도의 Methylthiazol-2-yl-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) 시약을 100 ㎕씩 각 웰에 넣고 보라색의 포마잔이 생성되도록 4시간 동안 배양하였다. 그 후 각 웰의 배지를 제거하고, 500 ㎕씩 Dimethyl sulfoxide (DMSO)를 넣은 뒤 포마잔이 잘 녹도록 40분 동안 교반하였다. 그 후 포마잔이 녹은 DMSO를 50 ㎕씩 새로운 96웰 세포 배양 플레이트에 옮겨 담아 570 ㎚ 조건의 마이크로플레이트 리더에서 흡광도를 측정하였다.
4. NO assay
4 × 105 개/㎖의 밀도로 희석된 RAW 264.7 세포를 2 ㎖씩 6웰 세포 배양 플레이트 3판에 분주한 후 24시간 동안 배양하였다. 다음날, 0, 100, 200, 400, 800 ㎍/㎖ 농도의 GG 희석 배지로 교환하고 1시간 동안 재차 배양한 후, 배지 내 농도가 최종 1 ㎍/㎖가 되도록 LPS를 처리한 다음 16시간 동안 추가 배양하였다. 그 후 새로운 96웰 세포 배양 플레이트에 세포가 없는 배지 상등액을 웰당 100 ㎕씩 떠서 넣은 뒤, NO 측정 키트(Intron Biotechnology, Korea)의 설명서대로 A, B 시약을 각각 50 ㎕씩 넣고 540 ㎚ 조건의 마이크로플레이트 리더에서 흡광도를 측정하였다. 동일 플레이트에 넣은 Nitrite standard의 농도별 흡광도 수치를 바탕으로 표준용량곡선을 작성하고 최종적으로 nitrite (NO2-) 농도를 산출하였다.
5. PGE2 assay
4 × 105 개/㎖의 밀도로 희석된 RAW 264.7 세포를 2 ㎖씩 6웰 세포 배양 플레이트 3판에 분주한 후 24시간 동안 배양하였다. 다음날, 0, 100, 200, 400, 800 ㎍/㎖ 농도의 GG 희석 배지로 교환하고 1시간 동안 재차 배양한 후, 배지 내 농도가 최종 1 ㎍/㎖가 되도록 LPS를 처리한 다음 하루 동안 추가 배양하였다. 그 후 세포가 없는 배지 상등액을 수거하여 PGE2 검사 키트(R&D systems, USA)의 설명서대로 처리한 후 450 ㎚ 조건의 마이크로플레이트 리더에서 흡광도를 측정하였다. 동시에 측정한 PGE2 standard의 흡광도 수치를 바탕으로 표준용량곡선을 작성하고 최종적으로 PGE2의 농도를 산출하였다.
6. Western blot
4 × 105 개/㎖의 밀도로 희석된 RAW 264.7 세포를 10 ㎖씩 100 ㎜ 디쉬 12개(군당 3개씩)에 분주한 후 24시간 동안 배양하였다. 다음날, 400, 800 ㎍/㎖의 농도의 GG 희석 배지로 교환하고 1시간 동안 재차 배양한 후, 배지 내 농도가 최종 1 ㎍/㎖가 되도록 LPS를 처리한 다음 하루 동안 추가 배양하였다. 그 후 세포를 수거하여 단백질을 추출․정량한 후 각각 20 ㎍의 단백질을 Mini-PROTEAN TGX™ precast gel (Bio-Rad Laboratories, USA)로 분리한 후 니트로셀룰로오스 멤브레인(Bio-Rad Laboratories, USA)으로 이송 하였다. 그 후 10% 탈지유에 니트로셀룰로오스 멤브레인을 담가 1.5시간 동안 blocking 한 뒤, Tris-buffered saline with Tween 20 (TBS-T)에 각각 1 : 1500, 1 : 1500, 1 : 5000으로 희석한 iNOS, COX-2, β-actin의 1차 항체를 16시간 동안 부착시킨 뒤, TBS-T에 1 : 5000으로 희석된 HRP-conjugated 2차 항체를 1시간 동안 부착시켰다. 이후 EZ-Western 검사 키트 (Dogen, Korea)의 설명서대로 처리한 후, Fusion FX(vilber, France)의 웨스턴이미지분석시스템으로 분석하였다.
7. Real-time PCR
4 × 105 개/㎖의 밀도로 희석된 RAW 264.7 세포를 10 ㎖씩 100 ㎜ 디쉬 12개(군당 3개씩)에 분주한 후 하루 동안 배양하였다. 다음날, 400, 800 ㎍/㎖의 농도의 GG 희석 배지로 교환하고 1시간 동안 재차 배양한 후, 배지 내 농도가 최종 1 ㎍/㎖가 되도록 LPS를 처리한 다음, 추가로 6시간 동안 배양하였다. 염증 관련 사이토카인의 mRNA 발현량을 비교하기 위하여 RNeasy protect mini kit (Quagen, Germany)를 사용하여 total RNA를 추출한 뒤, AccuPower RT Primix (Bioneer, Korea)를 사용하여 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA는 1/10로 희석한 후 QGreenBlue 2X qPCR Master Mix (CellSafe, Korea)와 염증 관련 사이토카인의 primer (Table 2)를 사용하여 real-time PCR을 시행하였다. 유전자별 mRNA 발현량은 Applied Biosystems (USA)의 QuantStudioTM Design & Analysis Software를 이용하여 실시간으로 분석하였다.
8. 통계분석
각 결과값은 means ± standard deviation으로 표시하였으며, Student's t-test를 진행한 후 p < 0.05인 것을 통계적 유의성을 가지는 것으로 판단하였다.
결 과
1. 桂枝甘草湯의 세포독성
MTT assay를 실시하여 GG의 대식세포 증식 저해 여부를 확인하고자 GG 무처리군의 흡광도 평균을 100% 세포 생존율로 설정하고 GG 처리군들의 흡광도 평균을 비율화하였다. 0, 50, 100, 200, 400, 800 ㎍/㎖의 농도인 GG 처리군들의 세포 생존율은 100.0 ± 11.7%, 105.0 ± 19.7%, 101.1 ± 15.9%, 100.8 ± 15.6%, 105.9 ± 14.4%, 107.5 ± 17.4%로, GG 처리군 모두 무처리군과 비교하여 통계적 유의성을 보이지 않았다.
Effects of GG on the viability of RAW 264.7 cells. Cells were treated with GG extracts at concentrations of 50, 100, 200, 400, and 800 ㎍/㎖ for 24 hours. The number of viable cells was determined using the MTT assay. Results are expressed as means ± standard deviation of quadruplicate experiments. No significant differences were observed between the non-treated group and the GG extract-treated groups.
2. 桂枝甘草湯의 NO 생성 및 iNOS 발현 변화
무처리군(GG & LPS untreated)의 NO 생성량은 8.23 ± 0.47 ㎛이었으며, 대조군(LPS alone)의 경우에는 38.77 ± 1.20 ㎛이었다. GG가 100, 200, 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군(GG & LPS treated)의 NO 생성량은 각각 29.85 ± 0.99, 24.58 ± 0.82, 20.87 ± 1.08, 12.98 ± 1.08 ㎛로 대조군과 비교하여 모두 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 2a).
Impact of GG on LPS-induced NO production and iNOS protein and mRNA expression in RAW 264.7 cells. (a) Cells were simultaneously exposed to GG extracts (100, 200, 400, and 800 ㎍/㎖) and LPS (1 ㎍/㎖) for 24 hours. NO concentrations in culture supernatants were determined by the Griess reaction. (b) Cells were co-treated with GG extracts (400 and 800 ㎍/㎖) and LPS (1 ㎍/㎖) for 24 hours. Total iNOS proteins were extracted and analyzed via Western blot. (c) Cells were treated concurrently with GG extracts (400 and 800 ㎍/㎖) and LPS (1 ㎍/㎖) for 6 hours. The mRNA level of iNOS was assessed using real-time PCR. GAPDH served as an internal control for real-time PCR. Results are expressed as means ± standard deviation of triplicate experiments (** p < 0.01, *** p < 0.001 vs. the LPS-alone treated group).
GG의 NO 생성 저해 효과가 iNOS와 관계되는지를 확인하기 위하여 iNOS의 단백질 및 mRNA 발현을 관찰하였다. 대조군의 iNOS 단백질 생성량을 기준으로 실험군의 상대적인 생성량을 관찰한 결과, 무처리군의 경우에는 iNOS 단백질이 6.0 ± 0.00%로 관찰되었으며, GG가 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군의 iNOS 단백질 생성량은 100 ± 20.8%의 대조군과 비교하여 각각 10.1 ± 4.9%, 9.2 ± 3.3%로 모두 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 2b). iNOS mRNA의 상대적 발현은 대조군의 발현값 평균을 1로 설정한 후, 무처리군과 GG가 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군의 발현값을 확인한 결과, 각각 0.001 ± 0.0, 0.342 ± 0.13, 0.231 ± 0.08로 모든 실험군에서 농도 의존적으로 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 2c).
3. 桂枝甘草湯의 PGE2 생성 및 COX-2 발현 변화
무처리군(GG & LPS untreated)의 PGE2 생성량은 222.4 ± 147.5 pg/㎖이었으며, 대조군(LPS alone)의 경우에는 1705.2 ± 277.2 pg/㎖이었다. GG가 100, 200, 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군(GG & LPS treated)의 PGE2 생성량은 각각 1514.1 ± 395.4, 555.6 ± 253.4, 271.6 ± 146.0, 185.0 ± 109 pg/㎖로 대조군과 비교하여 GG가 200, 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군에서 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 3a).
Impact of GG on LPS-induced PGE2 production and COX-2 protein and mRNA expression in RAW 264.7 cells. (a) Cells were simultaneously exposed to GG extracts (100, 200, 400, and 800 ㎍/㎖) and LPS (1 ㎍/㎖) for 24 hours. PGE2 concentrations in culture supernatants were quantified using ELISA. (b) Cells were co-incubated with GG extracts (400 and 800 ㎍/㎖) and LPS (1 ㎍/㎖) for 24 hours. Total COX-2 proteins were extracted and analyzed via Western blot. (c) Cells were treated concurrently with GG extracts (400 and 800 ㎍/㎖) and LPS (1 ㎍/㎖) for 6 hours. The mRNA expression of COX-2 was assessed using real-time PCR. GAPDH served as an internal control for real-time PCR. Results are expressed as means ± standard deviation from triplicate experiments (* p < 0.05, *** p < 0.001 vs. the LPS alone treated group).
GG의 PGE2 생성 저해 효과가 COX-2와 관계되는지를 확인하기 위하여 COX-2의 단백질 및 mRNA 발현을 관찰하였다. 대조군의 COX-2 단백질 생성량을 기준으로 실험군의 상대적인 생성량을 관찰한 결과, 무처리군의 경우에는 COX-2 단백질이 1.1 ± 0.0%로 관찰되었으며, GG가 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군의 COX-2 단백질 생성량은 100 ± 6.2%의 대조군과 비교하여 각각 78.0 ± 10.7, 64.1 ± 12.7%로 모두 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 3b). COX-2 mRNA의 상대적 발현은 대조군의 발현값 평균을 1로 설정한 후, 무처리군과 GG가 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군의 발현값을 확인한 결과, 각각 0.001 ± 0.0, 0.921 ± 0.085, 0.749 ± 0.09로 모든 실험군에서 농도 의존적인 감소가 확인되었으며, 특히 800 ㎍/㎖의 실험군에서는 대조군과 비교하여 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 3c).
4. 桂枝甘草湯의 TNF-α, IL-1β, IL-6 mRNA 발현 저해
GG가 대식세포에서의 pro-inflammatory 사이토카인 발현에 관계되는지를 확인하기 위하여 real-time PCR 실험을 진행하였다. TNF-α, IL-1β, IL-6 mRNA의 상대적 발현은 대조군의 발현값 평균을 1로 설정한 후, 무처리군과 GG가 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군의 발현값을 확인하였다.
TNF-α mRNA의 상대적 발현은 무처리군의 경우 0.012 ± 0.002, 실험군의 경우 400 ㎍/㎖ 또는 800 ㎍/㎖의 농도에서 각각 0.936 ± 0.209, 0.760 ± 0.115로 농도 의존적인 감소가 확인되었고, 특히 800 ㎍/㎖의 실험군에서는 대조군과 비교하여 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 4a). IL-1β mRNA의 상대적 발현은 무처리군의 경우 0.002 ± 0.000, 실험군의 경우 400 ㎍/㎖ 또는 800 ㎍/㎖의 농도에서 각각 0.624 ± 0.173, 0.484 ± 0.064로 대조군과 비교하여 농도 의존적이며 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 4b). IL-6 mRNA의 상대적 발현은 무처리군의 경우 0.253 ± 0.0049, 실험군의 경우 400 ㎍/㎖ 또는 800 ㎍/㎖의 농도에서 각각 0.586 ± 0.298, 0.207 ± 0.041로 대조군과 비교하여 농도 의존적이며 유의성 있는 감소가 확인되었다(Fig. 4c).
Impact of GG on LPS-induced TNF-α, IL-1β, and IL-6 mRNA expression in RAW 264.7 cells. Cells were simultaneously treated with GG extracts (400 and 800 μg/mL) and LPS (1 μg/mL) for 6 hours. The mRNA levels of TNF-α (a), IL-1β (b), and IL-6 (c) were assessed using real-time PCR. GAPDH served as an internal reference for real-time PCR normalization. Results are expressed as means ± standard deviation from triplicate experiments (** p < 0.01, *** p < 0.001 vs. the LPS alone treated group).
고 찰
桂枝甘草湯(Gyejigamcho-tang, GG)은 漢代 張仲景의 『傷寒論』에서 “發汗過多, 其人叉手自冒心, 心下悸欲得按者, 桂枝甘草湯主之.”이라 하여, 발한약을 복용한 후 흘린 땀의 양이 지나치게 많으며, 가슴이 두근거리며 불안하여 두 손을 교차시켜 자신의 심흉부를 누르는 증상을 치료하는 처방5)으로 기술되어 있다. 補益心陽의 효능을 가지고 있어 心陽虛로 인한 心悸를 치료하며5) 임상에서는 부정맥 관련 심장 질환에 활용되고 있으나10) 悸와 관련된 현대 질환의 범주에 동기능부전증후군·기외수축·심방세동·방실차단·서맥·빈맥 등에서 나타나는 부정맥, 동맥폐색·정맥혈전·관상동맥질환·혈관염·버거씨병과 같은 혈관 질환, 고혈압·저혈압 등의 혈압 이상과 그 외 심부전, 협심증, 심근경색, 심근염, 심근병증, 심낭삼출 등의 심장 질환 뿐만 아니라 우울증·신경증·불안신경증·심장신경증·갑상선기능저하증·갑상선기능항진증과 같이 심리 변화와 관련된 질환 및 약물중독, 빈혈, 발열 등도 포함되어 있으므로6) 실제로는 다양한 염증성 질환에도 폭넓게 활용 가능할 것으로 사료되는 처방이다. GG의 구성 약물은 桂枝, 甘草 2종으로 현대적으로 밝혀진 구성 약물들의 효능을 살펴보면, 桂枝(Cinnamomi Ramulus)는 활성 T세포의 IFN-γ 발현 억제를 통한 면역 조절 효과12), LPS로 염증을 유발한 동물의 혈청 TNF-α와 IL-6 강하 및 IκBα의 분해와 JNK, p38, ERK1/2의 활성 억제를 통한 항염증 효과13), 혈전증과 고점도혈증 개선 효과14), 혈액순환 개선 및 혈압강하 효과15)가 있는 것으로 밝혀졌으며, 桂枝를 포함한 혼합물의 항관절염 및 항염 효과16), 혈소판응집 및 혈관신생 억제 효과17) 등이 확인되었다. 甘草(Glycyrrhizae Radix et Rhizoma)는 마늘의 갈변 저해 효과18), 궤양성 대장염 억제 효과19), 멜라닌 생합성에 관여하는 핵심 효소인 티로시나아제 활성 억제 효과20), 항균 활성 및 방부 효과21), 항산화 효과22), 산화적 스트레스에 대한 HaCaT 세포 보호 및 항염·항알레르기·항균 효과에 대한 연구23)들이 보고되었다.
이와 같이 GG의 개별 약물에 대한 연구에서 桂枝와 甘草 모두 항염증 효능을 가지고 있으므로, GG 또한 현대의학적으로는 항염증 효과를 가질 것으로 생각되어, RAW 264.7 세포를 이용하여 GG의 염증매개인자 및 전구염증매개효소의 분자생물학적 변화를 확인하는 본 실험을 진행하였다.
염증(inflammation)은 상처를 초래할 수 있는 자극에 대한 생체 방어 반응으로, 염증반응에서는 미소혈관 확장, 조직간극에 혈액성분 유출, 염증 부위로 백혈구 유주, 조직의 변성, 섬유화 등이 연쇄적으로 일어나게 된다. 임상적으로는 발적, 발열, 종창, 동통, 기능장애의 5가지 증상이 나타나며 자유 라디탈, 리소좀 효소, prostaglandin E2 (PGE2), 사이토카인 등 다양한 매개물질이 관여하고 있다24). 즉 세포에 염증반응을 일으킬 수 있는 외부 자극이 가해지면 tumor necrosis factor alpha (TNF-α)와 interleukin-1β (IL-1β) 등의 전염증성 사이토카인 발현이 유도되고, 유도된 전염증성 사이토카인이 호중구를 활성화하여 염증 부위로 이동시키고, inducible nitric systhase (iNOS), cyclooxygenases-2 (COX-2)를 코딩하는 유전자의 발현을 자극함으로써 염증반응에 관여하는 nitric oxide (NO), PGE2 등의 염증매개물질을 생성하게 하여 염증반응이 일어나는 것이다25).
이와 같은 염증매개물질이 과도하게 생산되면, 지나친 면역반응이 초래되어 각종 염증성 질환이 유발되고 악화된다. 특히 만성 염증에서는 NOS, COX와 같은 효소 및 신호 단백질의 상승 조절 작용을 일으켜, NO와 prostaglandins (PGs)를 다량 생산하게 되고, 이는 다발성 경화증, 대장암 뿐만 아니라 파킨슨병, 알츠하이머병과 같은 퇴행성 뇌질환의 병인이 된다. 따라서 NO와 PGE2의 생성을 억제하고, iNOS, COX-2 효소의 발현을 억제할 수 있는 약물을 발견한다면, 각종 염증성 질환 치료에 큰 도움이 될 것이다25).
RAW 264.7 세포는 BALB/c 마우스 유래 대식세포 유사 세포주로, 다양한 약물들의 세포 유래 염증매개물질의 생성 및 염증 신호전달체계 조절 여부를 확인하는 항염증 실험의 기초 모델로서 염증 감소 효능 약물을 찾아내기 위하여 활용되고 있다26,27). 본 연구에서 GG가 RAW 264.7 세포의 증식을 저해하는지 관찰한 결과, GG 처리군은 800 ㎍/㎖ 이하의 전 농도에서 세포 생존율에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
활관 확장 및 조직 손상에 주로 관여하는 nitric oxide (NO)는 nitric oxide synthase (NOS)에 의해 L-Arginine으로부터 합성되는데, 3종류의 NOS 중 하나인 inducible NOS (iNOS)는 LPS나 사이토카인 등에 의해 대식세포가 활성화될 때 유도되어 NO 생성을 야기한다28,29). NO 및 유도체들은 살균성을 가지고 있어서 감염에 대한 숙주의 방어적 매개체로 작용하지만, NO로부터 유래되는 자유 라디칼은 세포 독성을 초래하여 숙주에 손상을 초래한다30). 본 연구에서 NO 생성에 대한 GG의 작용을 확인한 결과, 대조군과 비교하여 GG를 처리한 실험군 모두에서 NO 생성 저해 효과가 유의성 있게 관찰되었으며, 또한 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 GG를 처리한 실험군에서 iNOS 단백질 생성 저하 및 iNOS mRNA 발현 억제 효과도 유의성 있게 관찰되었다.
혈관 및 전신의 염증반응에 관여하는 prostaglandins (PGs)는 arachidonic acid (AA) 대사물질로 cyclooxygenase (COX) 효소의 작용에 의해 합성되며 대식세포, 비만세포, 내피세포 및 다양한 세포들에서 분비된다. COX는 인체 내에서 항상 발현되는 COX-1과 다양한 염증 자극으로 유도되는 COX-2의 2종으로 존재하는데, 이 중 COX-2는 박테리아 독소, LPS, 사이토카인 등의 염증자극인자나 염증매개물질에 의해 촉진되어 prostaglandin E2 (PGE2)를 과량 생산케 한다31-34). 본 연구에서 PGE2 생성에 대한 GG의 작용을 관찰한 결과, 대조군과 비교하여 200, 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 GG를 처리한 실험군에서 PGE2 생성 저하 효과가 유의성 있게 확인되었으며, 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 GG를 처리한 실험군에서 COX-2의 단백질 생성 저하 및 mRNA 발현 억제 효과도 유의성 있게 확인되었다.
NO, PGE2와 더불어 염증반응에서 주요 세포유래 매개물질 중 하나인 사이토카인은 장시간의 세포 면역반응에 관여하는 폴리펩티드로 급성 및 만성 염증 모두에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 급성 염증에서는 tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL)-1α, IL-1β, IL-6 등이, 만성 염증에서는 IL-12와 interferon-γ가 대표적인 사이토카인이다28,35). 본 연구에서는 대식세포에서의 TNF-α, IL-1β, IL-6 mRNA 발현 정도를 관찰하여, 염증성 질환에 대한 GG의 효능을 확인하고자 하였다.
실험 결과, TNF-α, IL-1β, IL-6 mRNA의 상대적 발현은 GG가 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군에서 농도 의존적으로 감소되었으며, TNF-α는 800 ㎍/㎖, IL-1β와 IL-6는 400, 800 ㎍/㎖의 농도로 처리된 실험군에서 유의성 있는 감소가 나타났다. 이는 GG가 염증반응에서 세포유래 매개물질의 생성에 관여하는 세포 내 신호회로를 조절하여 염증 억제 효능을 가진다는 것을 보여주는 것이다.
상기 결과들을 통해 GG는 iNOS, COX-2, TNF-α, IL-1β, IL-6의 활성을 감소시키고 NO와 PGE2 생성을 억제하는 항염증 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 한약재는 항염증 잠재력을 가진 화학 물질의 귀중한 원천으로 부작용이 거의 없거나 전혀 없어 민간에서뿐만 아니라 한의학에서 환자 치료를 위해 오랜 시간 동안 다양하게 활용되어 왔다. 특히 GG는 한방 처방에서 빈용되는 桂枝와 甘草 2가지 약재로 구성된 소방(小方)인 만큼, 약재 수급‧조제‧전탕이 용이하여 환자 내원 시 빠른 시간 내에 투약이 가능하므로 염증성 질환에 쉽고 빠르게 대처할 수 있고, 10가지 이상의 약재가 들어가는 대방(大方)과 비교해 비용적인 측면에서 장점이 있다. 따라서 GG의 항염증 효과는 경제적인 이점과 결합하여 효과적이면서도 접근 가능한 새로운 항염증 약물 및 다양한 기능성 제품의 개발 가능성을 시사하는 것으로 사료된다. 다만, GG의 유효 성분 분석 및 GG의 항염증 효과가 면역체계조절 및 염증 반응조절 등에 관련된 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자인 NF-κB의 신호 경로에 관여하는지에 대한 연구와 염증 및 암 발달에 중요한 역할을 하는 것으로 입증된 Mitogen-activated protein kinases (MAPK) 신호 전달 경로의 조절에 따른 것인지에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것으로 여겨지며, 항염증 효과가 밝혀진 다른 처방들과의 비교 연구 또한 이루어져야 할 것으로 사료된다.
결 론
GG의 항염증 효과를 확인하고자 LPS로 자극한 RAW 264.7 세포에서의 항염 작용 실험을 수행한 결과로 다음과 같은 결론을 얻었다.
GG는 NO와 PGE2의 생성을 억제한다.
GG는 COX-2와 iNOS의 단백질 생산과 mRNA 발현을 저하시킨다.
GG는 TNF-α, IL-1β, IL-6의 mRNA 발현을 저하시킨다.
이러한 결과로 GG는 항염증 효과가 있을 것으로 사료된다.
Acknowledgments
이 논문은 2022학년도 세명대학교 교내학술연구비 지원에 의해 수행된 연구임.
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