Anti-inflammatory effects and action mechanisms of the isolated compounds from Gracilaria verrucosa

Abstract

꼬시래기(Gracilaria verrucosa Papenfuss)는 한국 연안에 서식하는 홍조류로서, 우뭇가사리와 더불어 전세계적으로 한천의 주요 원료로서 널리 이용되고 있다. 이러한 중요성 때문에 꼬시래기류에 관한 연구는 분류, 생태, 생활사 등 다양한 분야에 걸쳐서 수행되어 왔으나, 이들의 생리활성에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 꼬시래기로부터 14개의 단일 화합물을 분리해 내고, 분리된 화합물이 염증성 매개인자의 생성에 미치는 영향 및 작용 메카니즘에 대해 조사하였다. 1. 꼬시래기로부터 단일 화합물을 분리하고 그들을 구조 분석한 결과, 4개의 프로스타글란딘, 하나의 세라마이드, 그리고 9개의 지방산 구조를 가지는 화합물들을 확인 할 수 있었으며, 이 중 2-formamido-1,3-dihydroxy-octadecane (GV-c-5) 와 11-oxohexadec-9-enoic acid (GV-c-6)는 이전에 보고된 바 없는 물질이다. 2. 꼬시래기로부터 분리된 화합물들이 LPS로 자극된 RAW 264.7 세포에서 염증성매개 인자의 생성에 미치는 영향을 조사 한 결과, GV-c-6, GV-c-9 그리고 GV-c-10이 염증성 매개인자인 TNF-α 와 IL-6 및 NO 생성을 농도의존적으로 억제함을 알 수 있었다. 3. 높은 활성을 나타내었던 GV-c-9 와 GV-c-10의 작용 메카니즘을 알아보기 위하여, LPS로 자극된 NF-κB 활성화 및 MAPK 활성화에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 그 결과, 이 두 화합물이 NF-κB의 전사활성 억제, ERK 1/2 인산화를 억제함을 확인 할 수 있었다. 4. 활성을 나타내었던 화합물의 작용기를 찾기 위하여, 프로스타글란딘류 (PGE 및 PGA)를 LPS로 자극된 RAW 264.7 세포에 처리하여 염증성 매개인자 억제활성을 조사 한 결과, 불포화 카르보닐기를 작용기로 가지는 화합물임을 알 수 있었다. 이러한 결과는, 꼬시래기로부터 분리된 화합물이 불포화 카르보닐기를 작용기로 가지며, NF-κB 와 ERK 활성화 억제를 통하여 염증성 매개인자인 TNF-α, IL-6 그리고 NO 생성을 저해함으로써 염증 억제 효능을 가진다는 것을 시사한다.

Gracilaria verrucosa Papenfuss, common marine red algae in Korea, has been widely used for agar production together with Gelidium. Because, the life history, reproduction, and phenology of G. verrucosa has been studied. However, only a few studies have reported the biological effects of this algae. In this study, we investigated the modulatory effects of G. verrucosa on the production of pro-inflammatory markers. We isolated fourteen compounds from G. verrucosa; four compounds (GV-c-1~4) were prostaglandins, one (GV-c-5) was ceramide, and the others (GV-c-6~14) were fatty acids. 2-Formamido-1,3-dihydroxyoctadecane (GV-c-5) and 11-oxohexadec-9-enoic acid (GV-c-6) have not yet been reported from this alga. We investigated the anti-inflammatory effects of these compounds from G. verrucosa on the production of inflammatory markers in LPS-stimulated RAW 264.7 cells. GV-c-6, GV-c-9 and GV-c-10 dose-dependently inhibited the production and mRNA expression of the pro-inflammatory cytokines, tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6). At 70 μM, these three compounds also inhibited the production of nitric oxide (NO) and inducible NO synthase (iNOS) by up to 70-90%. To investigate their mechanism of action, we examined the effects of GV-c-9 and GV-c-10 on LPS-induced activation of NF-κB and MAPKs such as ERK1/2, p38 and JNK. Luciferase assays revealed that GV-c-9 and GV-c-10 suppressed the transcriptional activity of NF-κB. These two compounds also inhibited phosphorylation of ERK1/2. These results suggest that the anti-inflammatory activity of G. verrucosa may be due to modulation of pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6) and NO production via suppression of NF-κB activation and ERK 1/2 phosphorylation.