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고지혈증(Hyperlipidemia)은 혈액 내에 지질 성분이 증가하여 혈관 벽에 축적되어 염증을 일으키고, 이로 인해 심혈관계 질환의 유병률을 높이는 질환으로¹⁾ 이상지질혈증(dyslipidemia)의 한 범주이다. 이상지질혈증은 혈액 내 총콜레스테롤 및 LDL 콜레스테롤, 중성지방이 증가하거나 HDL 콜레스테롤이 감소된 상태로 정의하며 유전적 요인으로 특정 지질이 혈액 내 증가하기도 하며, 식생활이나 생활습관, 약물복용 등의 다양한 환경적 요인에 의해 발생하기도 한다²⁾.

한의학에서 이상지질혈증은 고량후미(膏梁厚味)의 섭취로 인한 비만, 기허(氣虛)로 인한 습담(濕痰)의 형성, 어혈(瘀血), 혈열(血熱) 등에 의하여 발생한다고 하였으며, 거담제습(祛痰除濕), 활혈화어(活血化瘀), 보중익기(補中益氣), 청열사화(淸熱瀉火)의 방법으로 치료하였다³⁾. 특히 체내의 수액이 제대로 운화되지 못하여 발생하는 담음(痰飮)의 개념과 혈액의 성분이 바뀌어 생리 기능에 문제가 생긴 혈액, 혈관 이상으로 생긴 혈전은 이상지질혈증의 개념과 유사한 것으로 보는 연구⁴⁾도 보고 되어있다.

최근 연구에 의하면 백출과 양춘사 추출 혼합물은 고지방 식이 유도 비만 마우스 모델에서 체중 및 간과 지방 무게의 증가를 유의하게 억제함이 보고되었으며⁵⁾, 특히 백출과 양춘사 추출물을 3:1의 비율로 혼합하였을 때 in vivo⁵⁾, in vitro⁶⁾ 항비만 효과가 있다고 보고되었다. 또한 백출과 양춘사 추출물을 3:1로 혼합하여 100, 200, 500 mg/kg의 농도로 투여한 결과 고지방 사료로 인한 간과 혈중의 중성지방 증가가 유의하게 억제되었으며, 총콜레스테롤과 LDL 콜레스테롤의 증가가 유의하게 억제되었으나⁷⁾ 항콜레스테롤의 효과 및 기전에 대한 보고는 없었다.

이에 저자는 백출과 양춘사 추출 혼합물의 고지방 식이 유도 비만 모델에서의 항비만 및 항콜레스테롤 효과^5-7)를 토대로 고콜레스테롤 식이 유도 비만 모델에서 항콜레스테롤 효과 및 기전을 조사하여 유의한 결과를 얻었다.

비만은 고콜레스테롤혈증, 고중성지방혈증 등 이상지질혈증을 유발하여 동맥경화, 심뇌혈관질환 등 다양한 혈관 질환을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이상지질혈증의 진단을 위해서는 저밀도 지단백질 콜레스테롤(LDL-C)과 고밀도지단백질 콜레스테롤(high density lipoprotein cholesterol; HDL-C)의 수치를 확인하여야 한다. LDL-C은 간의 콜레스테롤을 말초로 운반하는 역할을 하며 산화되어 대식세포의 scavenger receptor에 의하여 흡수되고 foam cell을 형성하며 동맥경화성 플라크의 생성에 기여함으로써 심혈관질환의 위험도를 증가시킨다⁸⁾. 우리 몸의 콜레스테롤 항상성을 유지하는데 간(liver)은 중요한 역할을 한다. 음식을 통해 흡수한 콜레스테롤, 간 이외의 조직에서 합성된 콜레스테롤, 간 내부에서 합성된 콜레스테롤 모두 간의 콜레스테롤 pool로 들어가게 되고 쓸개를 통해 unmodified cholesterol의 형태로 제거되거나 담즙산염의 형태로 소장으로 분비되거나 말초조직에 보내져 혈장 지단백의 구성 성분으로 사용함으로써 콜레스테롤의 유입과 방출을 조절한다⁹⁾.

이상지질혈증의 치료에 사용되는 약물에는 스타틴(statin), 에제티미브(ezetimibe), proprotein convertase subtilisin-kexin type 9(PCSK9) 억제제인 알리로쿠맙(alirocumab), 에볼로큐맙(evolocumab) 등이 있으며 이상지질혈증에는 일차적으로 스타틴 투여가 권고된다¹⁰⁾. 스타틴은 HMG-CoA 환원효소(HMG-CoA reductase,; HMGCR) 억제제로 알려져 있다. HMGCR은 간에서 HMG-CoA를 mevalonic acid로 변환하게 하여 콜레스테롤의 합성에 관여하는데 스타틴은 이러한 HMGCR을 경쟁적으로 억제하여 콜레스테롤 생합성을 감소시킨다¹¹⁾. 그러나 임상적으로 스타틴 약물에 대한 다양한 이상 반응이 보고되고 있으며 여러 RCT(randomized controlled trials) 연구를 통하여 스타틴의 다양한 이상 반응이 확인되었다¹²⁾. 스타틴 복용 환자의 10-15%가 근육통 등 부작용을 야기하며^13,14) 근육통과 위장관 증상과 같이 흔한 부작용 외에도 발진, 근육병증, 불면과 같은 증상이 드물게 나타나며 심각한 경우 횡문근융해증과 같은 근육 독성을 나타낼 수 있다¹⁵⁾. 따라서 이러한 스타틴의 부작용을 완화하면서 항콜레스테롤 효과가 있는 새로운 한약재들에 대한 연구들이 많이 진행되고 있다^16-18).

사인(砂仁, Amomi Fructus)은 생강과(Zingiberaceae)에 속한 녹각사(Amomum villosum Loureiro var. xanthioides T.L.Wu et Senjen) 또는 양춘사(Amomum villosum Loureiro)의 잘 익은 열매 또는 씨의 덩어리이다¹⁹⁾. 실험적으로 양춘사는 지방 합성과 관련된 fatty acid synthase (FAS), sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP1) 유전자와 지방세포 분화와 관련된 peroxisome proliferator-activated γ (PPARγ), CCAAT-enhancer binding protein α (C/EBPα) 유전자 및 tumor necrosis factor-α (TNF-α)의 발현을 유의하게 억제하였으며 adiponectin의 발현을 유의하게 증가시켜 항비만 효과가 있다고 보고되었다²⁰⁾. 백출(白朮, tractylodis Rhizoma Alba)은 국화과(Compositae)에 속한 삽주(Atractylodes japonica Koidzumi) 또는 백출(Atractylodes macrocephala Koidzumi)의 뿌리 줄기이다¹⁹⁾. 실험에서 백출은 대사와 관련된 다양한 단백질들의 발현을 조절하여 당과 지방산의 대사를 조절하며 특히 백출의 항비만 효과는 인슐린 감수성의 증가와 연관되어 있으며²¹⁾ 당의 불내성을 개선시킨다고 하였다²²⁾. 또한, 백출과 양춘사 추출물은 실험적으로 혼합하여 사용될 때 항비만 효과가 있는 것으로 보고되었다. 김 등의 보고⁵⁾에 의하면 고지방 사료로 유도된 비만 모델에서 사인과 백출을 1:1, 2:1, 3:1의 비율로 섞은 혼합물을 경구 투여한 결과 백출 농도 의존적으로 항비만 효과가 증가하였으며 간에서 지방 합성에 관여하는 ACC와 FAS 유전자의 발현을 조절하는 것으로 밝혀졌다. 또한 백출과 양춘사 추출 혼합물을 지방전구세포(OP9 cell)에 처리한 결과 지방세포 분화를 조절하는 전사인자인 PPARγ와 C/EBPα의 발현을 억제하며 PPARγ에 의해 발현이 조절되는 지방세포 특이 유전자인 lipoprotein lipase (LPL)과 adipocyte protein 2 (aP2) 발현을 억제하고 지방세포 분화 초기의 세포 증식에 관여하는 인자인 extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK)와 protein kinase B (AKT)의 발현을 억제한다고 하였다⁶⁾. 고지방식이에 양춘사와 백출 추출 혼합물을 1:3의 비율로 혼합하여 100, 200, 500 mg/kg의 농도로 투여한 경우 혼합물의 농도에 비례하여 간과 혈액 내 중성지방 및 총콜레스테롤과 LDL 콜레스테롤의 증가를 유의하게 억제하였으며 혈중 인슐린 증가 및 adiponectin의 감소를 유의하게 억제하였다⁷⁾. 이러한 결과는 백출과 양춘사 추출물을 효과적으로 혼합하여 사용함으로써 비만과 관련 있는 고콜레스테롤 혈증에 대한 억제 효과가 있으며 그 기전에 대하여 추가로 연구할 필요성이 있음을 시사한다.

고콜레스테롤 식이에 의한 고콜레스테롤 혈증 유도 모델은 실험적으로 다양한 물질의 항콜레스테롤 효과를 탐색하는 주요한 수단으로 활용되고 있다^23,24). 본 실험에서 사용한 재료는 김 등이 보고한 논문^5-7)을 근거로 200 mg/kg의 백출과 양춘사 추출물을 1:1, 2:1, 3:1의 비율로 혼합하여 사용하였다.

Table 4와 Table 5에서 보여주듯이 고콜레스테롤 식이 투여군에서 체중과 간과 부고환 주위 지방의 무게가 정상 식이를 투여한 군과 비교하여 유의하게 증가하였다. 그러나 200 mg/kg의 양춘사와 백출 추출 혼합물을 투여한 군은 고콜레스테롤 식이에 의한 체중, 간과 부고환주위 지방 무게의 증가를 유의하게 억제하였다. 이와 같은 결과는 김 등이 보고^11,13)한 고지방 식이에 의한 체중 증가 억제 효과와 더불어 양춘사와 백출 추출 혼합물이 항비만 제제 개발의 후보가 될 수 있음을 시사한다.

Fig. 2에서 양춘사와 백출 추출 혼합물은 고콜레스테롤 식이에 의한 혈중 총콜레스테롤과 LDL 콜레스테롤의 증가를 유의하게 억제하여 김 등이 보고^5,7)한 고지방 사료에 의한 콜레스테롤 증가 억제 효과와 유사하였다. 특히 양춘사와 백출 추출물을 1:3으로 혼합하여 처리한 군에서 양성 대조군으로 사용한 simvastatin 투여군과 효과가 거의 비슷하였으며 총콜레스테롤 증가의 억제 측면에서는 simvastatin 투여군에 비하여 효과가 더 높았다. 이러한 결과는 실험적으로 양춘사와 백출 추출 혼합물이 고지방 혹은 고콜레스테롤 식이로 인한 혈중 콜레스테롤 농도를 유의하게 감소시킴을 시사한다.

Fig. 3에 나타난 바와 같이 고콜레스테롤 식이를 투여한 군에서 혈액 내 콜레스테롤이 증가하면 간은 콜레스테롤의 항상성 유지를 위하여 HMGCR 단백질과 mRNA를 억제함으로써 콜레스테롤의 합성을 감소시킨다⁹⁾. 반면 simvastatin 투여군과 양춘사와 백출 추출 혼합물 투여군에서는 HMGCR 단백질 및 mRNA의 발현 감소를 유의하게 억제하였는데(Fig. 3), 이는 콜레스테롤의 항상성에 관여하는 간에서의 콜레스테롤 생합성이 감소했기 때문이라고 사료된다.

스타틴은 간에 작용하여 HMGCR을 억제함으로써 콜레스테롤 합성을 감소시키는데 반해 스타틴을 세포 혹은 마우스에 투여했을 때 HMGCR 발현의 증가는 다양하게 보고되고 있다^11,25). 즉 스타틴은 HMGCR의 작용을 억제함과 동시에 HMGCR의 발현을 증가시키는 역할을 한다.

간에서 콜레스테롤이 감소하게 되면 SREBP2 전사 인자를 활성화시켜 HMGCR과 같은 콜레스테롤 합성과 관련된 유전자 단백질이 활성화되면서 HMGCR의 수가 증가하게 된다. 그러나 스타틴에 의하여 HMGCR의 작용이 억제되고 있으므로 간에서의 콜레스테롤 합성이 증가하지는 않는다. SREBP2는 또한 LDL receptor (LDLR)의 발현을 증가시키고 간세포 표면의 LDLR은 혈액 내 콜레스테롤을 간으로 흡수함으로써 혈중 콜레스테롤을 감소시키게 된다²⁶⁾.

Fig. 4에서 고콜레스테롤 식이 투여군에 비하여 양춘사와 백출을 1:3의 비율로 혼합하여 투여한 군과 simvastatin 투여군에서는 LDLR mRNA의 감소가 유의하게 억제되었다. 또한 양춘사와 백출 추출물을 1:3의 비율로 혼합하여 투여한 군에서는 고콜레스테롤 식이로 인한 SREBP2 mRNA 발현의 감소가 유의하게 억제되었다. sterol regulatory element-binding 단백질들은 (SREBPs, SREBP1a, SREBP1c, and SREBP2를 포함.) 콜레스테롤과 지방산을 합성하고 세포에서의 흡수를 조절하는 전사 인자이며²⁷⁾ 그 중 SREBP2만이 선택적으로 콜레스테롤 합성과 관련한 인자들을 조절한다. 콜레스테롤 농도가 낮으면 SREBP2는 HMGCR 유전자의 발현을 활성화함으로써 콜레스테롤의 합성을 촉진하고, LDLR의 발현을 활성화함으로써 간과 소장 등의 간 이외의 조직에서 LDL 콜레스테롤의 흡수를 촉진시킨다. 반대로 콜레스테롤이 높을 때에는 HMGCR 유전자의 발현을 억제함으로써 콜레스테롤의 합성을 저해하고 LDLR를 억제함으로써 콜레스테롤의 재흡수를 막게 된다^9,28). 결국 양춘사와 백출 추출물의 HMGCR 작용의 억제는 콜레스테롤의 항상성에 중요 역할을 하는 간에서의 콜레스테롤 생합성의 감소를 의미하며 이는 SREBP2에 의한 LDLR의 발현 증가를 유도하여 혈중 콜레스테롤이 LDLR를 통해 간으로 유입되게 함으로써 결국 혈중 콜레스테롤이 감소한다고 이해할 수 있으며 이것은 스타틴의 혈중 콜레스테롤 감소 기전과 유사하였다.

다만 본 연구는 몇 가지 제한점이 있는데 첫 번째는 양춘사와 백출 추출물 투여 기간이 4주로 한정적이라는 점이다. 이상지질혈증은 장기간에 걸쳐 혈관에 지질이 쌓이면서 심뇌혈관질환을 유발하는 만성질환으로 양춘사와 백출 추출물을 장기간 투여했을 때 콜레스테롤의 수치 개선 및 HMGCR, LDLR, SREBP2의 수치 변화에 관하여 연구해 볼 필요가 있다.

또한 김⁷⁾ 등의 논문에 의하면 양춘사 백출 추출 혼합물은 고지방 식이에 의한 간의 중성지방 증가를 유의하게 억제하였으나 본 연구에서 고콜레스테롤 식이에 의한 중성지방의 증가는 억제되는 경향을 나타냈으나 통계적으로 유의하지 않았다. 양춘사와 백출 추출 혼합물의 고콜레스테롤 식이에 의한 간의 중성지방 증가의 억제 효과는 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.

결과를 종합하면, 고콜레스테롤 식이를 투여한 마우스 모델에서 양춘사와 백출 추출 혼합물은 혈중 콜레스테롤 감소 효과를 나타냈다. 그 기전은 양춘사와 백출 추출 혼합물이 간에서의 콜레스테롤을 감소시킴으로써 HMGCR의 발현이 증가하고, 전사인자 SREBP2를 활성화함으로써 LDLR 발현을 증가, 혈중 콜레스테롤을 간으로 유입시켜 결과적으로 혈중 콜레스테롤 농도를 감소시키는 것으로 유추할 수 있다. 특히 전 세계적으로 이상지질혈증에 가장 많이 사용하고 있는 스타틴 계열의 simvastatin과 유사한 콜레스테롤 감소 효과를 나타냈다는 점과 스타틴의 부작용을 감안할 때 양춘사와 백출 추출 혼합물은 부작용 없는 이상지질혈증 치료제 개발의 후보가 될 수 있음을 시사한다.

본 연구는 고콜레스테롤 식이로 유발된 마우스 병태 모델에서 백출과 양춘사 추출 혼합물의 항콜레스테롤 효과 및 기전을 연구하여 아래와 같은 결과를 얻었다.

백출과 양춘사 추출 혼합물은 고콜레스테롤 식이로 인한 체중, 간, 부고환 주위 지방 무게의 증가를 유의하게 억제하였다.

백출과 양춘사 추출 혼합물은 고콜레스테롤 식이로 인한 혈중 중성지방의 증가를 유의하게 억제하였다.

백출과 양춘사 추출 혼합물은 고콜레스테롤 식이로 인한 혈중 콜레스테롤의 증가를 유의하게 억제하였다.

백출과 양춘사 추출 혼합물은 고콜레스테롤 식이로 인한 HMGCR 단백질 및 mRNA 발현의 감소를 유의하게 억제하였다.

백출과 양춘사 추출 혼합물은 고콜레스테롤 식이로 인한 SREBP2 및 LDLR 발현의 감소를 유의하게 억제하였다.

이상의 결과는 백출과 양춘사 추출 혼합물이 혈중 콜레스테롤을 감소시키는 효과가 있으며 향후 이상지질혈증 예방제 및 치료제 개발의 후보물질이 될 수 있음을 시사한다.