Antidiabetic activity of phlorotannins isolated from Ecklonia cava in zebrafish model

Abstract

제브라피쉬는 인간과 유전적 상동성과 허파를 제외하고는 간과 췌장, 지라와 흉선등 면역계를 포함한 대부분의 기관을 가지고 있는 척추동물로 최근 실험동물모델로써 각광받고 있다. 이들은 체외수정을 하며, 수정란을 대량으로 쉽게 확보할 수 있다. 그리고 난이 투명하여 배아의 발생과정, 혈류 흐름 및 형태적 관찰이 용이하며, 크기가 작아 공간의 제약을 받지 않는다. 또한 발생이 매우 빨라 대부분의 조직 및 장기가 하루 만에 형성된다. 이러한 장점을 이용하여 유전자 대신에 수천 수만의 천연물, 화합물을 대상으로 곧바로 생체기능조절물질을 발굴하려는 시도가 전세계적으로 진행되고 있으며 특히 암, 비만 등 퇴행성 뇌질환 및 심혈관계질환 질병 등에 가장 적합한 모델로 연구되고 있다. 현대사회에 들어서 극심한 스트레스와 운동부족으로 인해 과도한 영양섭취가 과다한 에너지의 저장으로 인하여 대사성질환의 발현을 필연적으로 증가시키고 있다. 이에 따라 복합적으로 여러 요소가 존재하지만 가장 중요한 요소로 받아들여지고 있는 것은 인슐린 저항성이다. 따라서 대사성질환의 발병과 깊은 상관관계를 보여주는 당뇨병의 증가추세가 두드러짐에 따라 당뇨병은 현재 전세계적으로 급격하게 증가하고 있다. 당뇨병의 발병이 증가함에 따라 당뇨 치료제의 수요 또한 증가하고 있다. 하지만 이들은 저혈당, 심장손상, 망막증, 발궤양등과 같은 부작용을 일으키고 있어 부작용이 없고 우수한 효과를 나타내는 당뇨병의 예방 치료물질로써 천연물 유래 소재의 발굴에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 천연물 유래 소재 중 해조류는 풍부한 미네랄과 비타민, 다당류, peptides 및 polyphenol이 풍부하게 함유되어있다. 특히 갈조류에 속하는 감태 (Ecklonia cava)는 다당류와 polyphenol이 많이 함유되어있으며, 이들은 항산화, 항암, 항염, 항고혈압, 항당뇨등과 같은 다양한 생리활성효과를 가진다고 보고되어 있다. 따라서, 이번 연구에서는 제주도 연안에 서식하는 감태에서 phlorotannin의 4가지의 물질(6,6 bieckol, Phloroeckol, Dieckol, Phlorofucofuroeckol)을 분리하였다. 4가지의 물질이 high glucose로 산화적스트레스가 유도된 제브라피쉬 모델에서 high glucose에 대해 보호효과가 얼마나 있는지 확인하였다. 이에 대한 관찰은 생존율, 심박수, 활성산소 (Reactive oxygen species), 일산화질소 (Nitric oxide), 지질과산화 (Lipid peroxidation), 세포사멸 (cell death)을 통해서 확인하였다. 활성에 관한 확인은 항산화물질로 알려진 Resveratrol과 비교하여 확인하였으며, 감태의 Phlorotannin 물질 중 Dieckol이 high glucose에 대한 보호효과를 보였다. 이에 대한 결과는 Dieckol이 high glucose로 산화적스트레스를 유도시킨 혈관내피세포에서의 보호효과를 지닌다는 이전논문과 동일한 결과를 보임에 따라 high glucose로 산화적스트레스를 유도시킨 제브라피쉬 모델이 in vivo 실험으로 가능함을 확인하였다. 또한, 제브라피쉬 항당뇨모델을 만들기 위해서 당뇨 유발성물질인 Alloxan을 처리하였다. 이에 대한 과정은 Alloxan을 처리한후 1% glucose에 담궈둔 후에 1시간동안 순치시켰다. 그 결과 제브라피쉬의 혈당이 증가함을 확인하였고, 활성 확인을 위하여 Dieckol과 metformin을 투입하였다. 시간대별 혈당체크를 통해 항당뇨 효능을 확인하였으며, 가장 좋은 혈당감소 효능이 보인 시간대를 선택하여 인슐린 측정과 간에서 글루코즈 대사과정에 작용하는 효소들 (GK, G6pase, PEPCK)을 확인하였다. 또한 작용기전을 확인하기 위해서 근육에서 AMPK와 Akt signaling pathway을 확인하였다. DK에 의한 포도당 흡수 촉진 효과가 어떠한 pathway로 이루어지는지 Western blot을 통해 살펴본 결과 AMPK는 활성화시키지 않지만, Akt는 활성화 시킴을 확인하였다. 이 모든 결과를 종합해 볼 때, 제브라피쉬에서 high glucose로 유도한 산화적 스트레스 모델과 항당뇨 모델에서 dieckol이 우수한 효과를 가지고 있음을 확인하였다. 이에 대한 확인은 이전 dieckol의 항당뇨 in vitro and in vivo 실험과 동일한 결과로 확인 할 수 있었다. 그러므로 항당뇨 모델로써 제브라피쉬가 사용될 수 있으며, dieckol은 항당뇨성 물질로 잠재적인 기능성 식품 및 천연의약 소재로서 충분한 가능성이 있으리라 사료되어진다.