Therapeutic effects of Ishige okamurae extract and its constituent Ishophloroglucin A against diabetic-related angiogenesis

FERNANDO KURUKULASURIYA HIRUNI NIMASHA 제주대학교 2019 국내석사

Diabetes mellitus is associated with secondary metabolic complications, such as insulin resistance and hyperinsulinemia leading to abnormal angiogenesis. Development of new microvessels from the existing vessels is known as angiogenesis. Diabetes is characterized by inadequate angiogenesis in some organs as well as excessive angiogenesis in some others. Apart from its role in several pathological conditions, angiogenesis plays a crucial role in normal growth and development as well. Excessive angiogenesis causes degradation of vascular endothelial cells from the extracellular matrix, enhancement of cell proliferation, migration and formation of extravascular networks. Excessive angiogenesis is also observed in diabetic retinopathy resulting in loss of vision. Marine algae are considered as a prolific source of important bioactive compounds that aid in maintaining normal health and mitigating disease risks. Among the marine algae, brown algae and its constituent phlorotannins are widely studied for various biological effects by several research groups globally. Ishige okamurae (IO) is an edible brown alga found abundantly in the coastal areas of Jeju island. It has been reported that IO exerts several biological activities, such as anti-α-glucosidase, free-radical scavenging, cytoprotective, anti-obesity, and anti-inflammatory activities. Ishophloroglucin A (IPA) is a novel phlorotannin isolated from IO extract which has been studied for standardizing the anti-αglucosidase activity of IO. However, IO extract and IPA have not been examined for diabetic-related pathologies. Therefore, in the present study, IO extract and IPA were studied for their anti-angiogenic effects on high glucose-induced vascular growth. Zebrafish model is widely used in studies on angiogenesis. Transgenic zebrafish lines are more convenient for imaging of the vessels due to fluorescent labeling. In this study, transgenic zebrafish Tg(flk:EGFP), was used to evaluate the anti-angiogenesis effects. The vascular endothelium is a biologically important layer present in the blood vessels and itsdysfunction results in various vascular pathologies. The EA.hy926 cell line is frequently used in different angiogenesis studies. These cells are more convenient than primary vascular cells because they are mortal and do not possess variations associated with the donor. In this study, the anti-angiogenic effects of IPA were evaluated in EA.hy926 cells. IPA treatment decreased cell proliferation, cell migration, and capillary-like structure formation in high glucose-treated EA.hy926 cells. In silico stimulations revealed that IPA binds to the active site of VEGFR-2 (PDB ID: 2OH4) with a binding energy of -656.948 kcal/mol. IPA treatment down regulated vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR-2) expression and its downstream signaling molecules. As the chapter 1, the attenuation of high glucose-induced angiogenesis by Ishige okamurae extract and its constituent Ishophloroglucin A was discussed. Furthermore, the effects of IPA was studied for diabetes retinopathy in high glucose-treated human retinal microvascular endothelial cells (HRMEC) in the chapter 2 of the study. The results showed that IPA treatment suppressed the angiogenesis in retinal endothelial cells by down regulating the vascular permeability in vitro and in vivo. Overall, these findings suggest that IO extract and IPA are potential agents for the development of therapeutics against diabetes-related angiogenesis. Key Words: Angiogenesis; Diabetes; Ishige okamurae; Ishophloroglucin A

Bioactivity of secondary metabolites and growth activity of lactic acid bacteria (LAB) under modified seaweed culture medium

오재영 제주대학교 대학원 2014 국내석사

Cosmeceutical effect of fucoidan isolated from brown seaweed, Hizikia fusiforme collected from Jeju Island

Wang, Lei 제주대학교 대학원 2019 국내박사

In human, skin is the largest organ of the integumentary system. Skin is outer covering of the body and plays an important immunity role because of its protective effect against pathogens. Skin undergoes chronological aging like other organs. In addition, it undergoes aging as a consequence of environmental damage because it is direct exposure to the outside environment. The environmental factors, such as chemicals, air pollution, fine dust particles, and ultraviolet (UV) irradiation, which bring toxicity or stress to human skin and induce skin aging. In these environmental factors, UV irradiation from sunlight is the primary environmental factor that causes human skin aging and results in pigment accumulation and wrinkle formation. UV can be classified into three subtypes of UVA, UVB, and UVC, based on the wavelength. UVB has a medium wavelength and is thought to bring more cellular stress to humans compared to the other two subtypes. UVB is known to be associated with human health through stimulating reactive oxygen species (ROS) generation. The excessive ROS induce oxidative stress and apoptosis, as well as damage cellular components including proteins, lipids, and DNA. In addition, ROS activate cell signaling pathways including nuclear factor kappa B (NF-κB), activator protein 1 (AP-1), and mitogen‐activated protein kinases (MAPKs). The activated pathways will stimulate the expression of the relative protein including matrix metalloproteinases (MMPs) and pro-inflammatory cytokines, which subsequently lead to skin wrinkling and inflammation. Therefore, a ROS scavenger, NF-κB, AP-1, and MAPKs blocker, and MMPs inhibitor that can scavenges ROS, blocks NF-κB, AP-1, and MAPKs pathways, inhibits MMPs without toxicity may potentially against UVB-induced skin inflammatory and photo-damage. Natural compounds such as vitamins, polysaccharides, polyphenols, and proteins isolated from terrestrial or aquatic natural resources, including plants, animals, and microorganisms, have been used medicinally throughout human history. Compounds isolated from seaweeds, such as polyphenols, polysaccharides, and pigments, possess antioxidant, anti-inflammation, anticancer, UV protection, and anti-wrinkle effect. In particular, polysaccharides isolated from seaweeds have been reported to possess strong bioactivities. Sargassum fulvellum, Codium fragile, and Hizikia fusiforme are the most popular edible seaweeds in Asian countries such as Korea, China, and Japan. S. fulvellum, C. fragile, and H. fusiforme are abundantly distributed in Jeju Island. It is a rich and potential natural resource could be used as an ingredient in functional food and medicine, industries. Many reports support that S. fulvellum, C. fragile, and H. fusiforme contain various natural bioactive compounds and possess the potential to develop functional food and medicine. However, the cosmeceutical effects of these seaweeds had not been investigated so far. Therefore, in the present study, the cosmeceutical effects of these three edible seaweeds have been investigated. In the present study, S. fulvellum, C. fragile, and H. fusiforme had extracted by water, ethanol, and enzymes. The composition of seaweed extracts were analysis. In addition, the free radical scavenging activities and the commercial tyrosinase, collagenase, and elastase inhibitory effects of seaweed extracts were determined. The results indicate that enzyme-assisted extraction could improve the extraction yield comparing to water and ethanol extraction. And all seaweed extracts possess strong free radical scavenging activity, especially on alkyl and hydroxyl radicals. Furthermore, the Celluclast-assisted extract of H. fusiforme contains the highest polysaccharides content and possesses strong free radical scavenging activity as well as strong tyrosinase, collagenase, and elastase inhibitory effects. Therefore, H. fusiforme was selected as target seaweed to separate polysaccharides and evaluate the cosmeceutical effects. The crude polysaccharides from Celluclast-assisted extract of H. fusiforme (HFCPS) were prepared by Celluclast-assisted hydrolysis and ethanol precipitation. HFCPS possesses potent cosmeceutical effects including antioxidant, anti-inflammation, whitening, UV protection, and anti-wrinkle effect. Furthermore, the Hizikia fucoidan (HFCPSF4) was separated from HFCPS. HFCPSF4 contains 99.01±0.61% sulfated polysaccharides, which comprise fucose (97.20%), rhamnose (2.09%), mannose (18.32%), and arabinose (0.38%). The cosmeceutical effects of HFCPSF4 were measured including antioxidant activity, anti-inflammatory activity, whitening effect, protective effect, and anti-wrinkle effect. The results indicate that HFCPSF4 significant reduces hydrogen peroxide (H2O2)-induced oxidative stress in monkey kidney fibroblast cells (Vero cells) and in zebrafish; remarkable attenuates lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation in RAW 264.7 macrophages and in zebrafish; inhibits alpha-melanocyte stimulating hormone (α-MSH)-stimulated melanogenesis in B16F10 melanoma cells; against UVB-induced photo-damage in keratinocytes (HaCaT cells) and in zebrafish; protects UVB-induced skin wrinkling in human dermal fibroblasts (HDF cells). These results demonstrate that HFCPSF4 possesses potent cosmeceutical effects, and can be a potential ingredient in the cosmetic industry. In a conclusion, the present study demonstrates the fucoidan (HFCPSF4) isolated from crude polysaccharides from Celluclast-assisted extract of Hizikia fusiforme (HFCPS) possesses strong cosmeceutical effects including antioxidant, anti-inflammation, whitening, UV protection, and anti-wrinkle activity. It can be used as an ingredient in pharmaceutical and cosmeceutical industries.

Fermentation of Ecklonia cave and physiological activity change

이원우 제주대학교 일반대학원 2010 국내석사

최근 우리는 불규칙한 식습관과 과도한 스트레스, 환경오염 등에 노출되어 살아가고 있다. 이로 인한 면역력 저하는 각종 질병을 유발시키고, 고혈압, 동맥경화, 당뇨 등과 같은 성인병, 그리고 암과 같은 큰 질병에 쉽게 노출되는 원인이 되기도 한다. 따라서 이를 해결하기 위한 방법으로 면역력을 증가시키는 기능성 식품이나 천연의약품의 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있는 실정이다. 우리나라는 예로부터 젓갈이나 김치, 청국장 및 막걸리 같은 발효공정을 거친 발효식품을 접하고 있다. 이러한 발효공정은 유용성분의 증가뿐만 아니라 소화력과 흡수율이 증가되고, 잔류농약도 미생물의 작용으로 인하여 유기물질로 분해되며, 한편으로 유익한 세균을 증가시킨다고 널리 알려져 있다. 그로 인해 발효는 식품으로뿐만 아니라 면역증강 같은 의약적인 면에서도 더욱 관심을 받고 있다. 한국의 남해안이나 제주 연안에 서식하고 있는 다시마목(Laminariales)의 다시마과(Alariaceae)에 속한 감태(Ecklonia cava)는 이미 이전 연구들을 통해서 혈압 및 혈중 콜레스테롤의 조정, 항염증, 면역활성 자극효능 및 항균이나 항산화, 항바이러스 같은 생리활성이 검증된 해조류이다. 하지만 추출물의 수율이 낮고, 추출하는 과정에서 많은 유효성분이 버려지고 있으며, 그 성분에 있어 대부분을 차지하는 알긴산이나 후코이단 같은 다당류의 특징상 인체흡수가 용이하지 못하다는 단점을 내포하고 있다. 이러한 문제점의 해결 방안으로 이번 연구에서는 해조류 감태의 발효공정을 수행하는 방법을 연구하였다. 총 3가지의 발효미생물(Lactobacillus brevis, Saccharomyces cerevisiae 그리고 Candida utilis)를 이용하여 24시간 동안 발효과정을 수행한 발효감태는 부산에 소제한 ㈜마린바이오프로세스에서 보유한 미생물 발효기를 이용하여 발효하였다. 발효감태의 일반성분을 측정한 결과, 일반 감태보다 오히려 당 함량은 줄어들고, 단백질 함량은 늘어난 것을 확인할 수 있었다. 이것은 발효미생물이 증식함에 따라 단백질 함량이 상대적으로 증가하여 당함량이 줄어든 것으로 보여진다. 이렇게 얻어진 발효감태를 각각 80% 에탄올과 증류수를 이용하여 추출한 결과, 일반감태의 추출물보다 발효감태를 사용한 모든 추출물에서 수율이 1.5 ~ 2배 이상 증가한 것을 확인 하였고, 당성분 함량 또한 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 발효감태 추출물은 일반 감태 추출물보다 폴리페놀의 함량은 감소하였다. 선천면역은 미생물이나 바이러스 같은 외래침입인자가 우리 몸에 들어 오는 것을 방어할 수 있도록 다양한 작용기전을 통해 빠르게 활성화되는 고전적인 숙주방어 형태이다. 그러나 이러한 면역반응이 지속적으로 나타나게 되면, 도리어 조직손상을 촉진하고, 그 결과 일부에서는 패혈증과 만성염증을 유발하게 되기도 한다. 내독소로 우리에게 알려진 lipopolysaccaride(LPS)는 그램 음성 균의 세포외막에 존재하여, RAW 264.7 세포와 같은 대식세포 또는 단핵세포에서 Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-1β (IL-1β)와 같은 pro-inflammatory cytokin을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 또한 Nucler transcription factor-kappa B (NF-κB)는 사이토카인, 케모카인, 성장인자 그리고 세포부착 등에 관련된 여러 유전자들의 발현에 중요한 역할을 하는 전사인자로, 활성화된 NF-κB는 iNOS, COX-2, TNF-α그리고 IL-6 등의 여러 염증 매개물질들의 전사를 촉진한다 알려져 있다. 발효감태의 항염증 효과를 알아보기 위해 3가지 발효미생물을 이용하여 발효된 감태의 물 추출물을 RAW 264.7에 처리하여 Nitric oxide (NO)를 측정한 결과, LPS를 자극한 대식세포에서 생성된 NO가 LPS무처리 세포군보다 상당히 증가하였으며, 그것을 기준으로 하여 발효감태들을 처리한 세포군과 비교하였을 때, 약 50%에서 60%까지 NO생성이 감소된 것을 확인할 수 있었다. 그 중에서 유산균 발효감태 추출물을 가장 우수한 효과를 보였으므로 선택하여 다음 실험에 사용하였다. 동결 건조된 유산균 발효감태로부터 수율을 높이고 유용성분의 량을 증가시키기 위해, 5종의 당분해효소들과 5종의 단백질 분해효소들을 사용하여 효소추출을 수행하였고, 물을 이용하여 추출한 경우보다 수율이 약 5%에서 35%까지 증가하였다. 또한, 10종의 효소추출물들이 모두 LPS가 유도한 NO생성을 감소시켰으며, 그 중, Viscozyme효소추출물이 가장 높은 효과를 보여 다음 실험을 위해 사용하였다. 발효감태 Viscozyme 효소추출물로부터 유효성분을 좀 더 분리하기 위해 먼저 막분리 시스템을 이용하여 분리하였고, 얻어진 30kDa이상/이하의 분획물을 가지고 LPS가 증가시킨 NO의 생성을 억제하는지 확인하였다. 그 결과, 두 분획물 모두, NO의 생성을 억제하였으나, 30kDa이상의 분획물이 더 좋은 효과를 보였다. 또한, 30kDa이상의 분획물로부터 에탄올 분획법을 사용하여 다당류 성분을 침전시켜 분리하였고, 분리된 발효감태 유래 다당류 (Fermented E. cava Polysaccharide: FEP)는 농도 의존적으로 NO생성을 상당히 유의성 있게 감소시켰다. LPS의 자극이 유도한 대식세포의 사이토카인의 생성과 PGE2의 생성에 대한 FEP의 억제활성을 확인하기 위해 ELISA를 각각 수행하였고, 염증매개성 인자들의 단백질 발현 양상을 확인하였다. 또한 신호전달 메카니즘을 확인하고자 웨스턴 블랏을 수행하였다. 그 결과, COX-2의 발현에 있어 영향을 주는 PGE2의 생성에 대한FEP의 억제 효과를 확인한 것으로, 농도가 증가할 수록 PGE2가 감소되는 것을 알 수 있었으며, LPS를 대식세포에 처리한 경우, iNOS와 COX2, TNF-α, IL-6 모두 발현이 상당히 증가하였으나, LPS와 함께 FEP를 처리한 경우, iNOS와 TNF-α, IL-6의 단백질 발현이 모든 농도에서 상당히 감소되었다. 그러나, COX-2와 IL-1β 발현에서는 별다른 영향을 관찰할 수 없었다. 한편, FEP가 보인 항염증 반응이 어떤 신호전달에 의해 조절되는 지를 확인하기 위해, NF-κB pathway와 연관된 단백질들의 발현을 확인하였다. 그 결과, LPS를 대식세포에 처리하게 되면, 세포질 내에 존재하는 IκBα의 degradation과 phosphorylation이 유도되었고, 핵 내로 NF-κB가 이동하였다. 그러나, FEP를 처리한 경우, LPS에 의해 유도된IκBα의 degradation과 phosphorylation, NF-κB의 핵 내 이동이 농도의존적으로 상당히 억제한 것을 확인 할 수 있었다. 이것으로부터 유산균 발효감태의 viscozyme효소추출물로부터 분리된 당성분이 LPS가 유도한 대식세포의 활성화에 있어, 활성화된 NF-kB 시그널을 억제함에 따라, iNOS의 발현 및 TNF-α와 IL-6의 생성과 발현을 감소시킴으로써 NO의 생성을 억제하였다는 것을 알 수 있었고, 이것은 FEP가 항염 활성을 가지고 있음을 확인하였다. 세포에 Gamma ray를 조사하게 되면 생성되는 전자에 의해 물분자와 반응을 통해 ROS를 형성하게 되고, apoptosis관련 단백질들의 발현을 조절함으로써 DNA의 손상을 유도하여 apoptosis를 이끌어 세포의 생존과 증식을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 유산균 발효감태로부터 분리된 당성분이 세포의 생존과 증식에 영향을 미칠 수 있는 지를 확인하기 위해 방사선 조사 실험을 수행하였다. 그 결과로서, 3종의 유산균 발효추출물을 가지고 세포증식에 대한 효능을 평가한 결과, 유산균 발효감태 추출물이 다른 추출물들보다 더 높은 세포 증식을 유도한 것을 확인하였다. 따라서, 유산균 발효감태로부터 제조된 효소추출물들은 무처리 대조군보다 세포의 생존을 증가시켰으며, 이중 Viscozyme 효소 추출물이 가장 높은 효능을 보였다. 발효감태의 효소추출물에서 당성분이 세포의 증식과 생존에 영향을 미치는 지를 확인하기 위해, 막분리 시스템을 통해 분자량별 분획물을 제조하였고, 그것과 당, 효소 추출물을 가지고 방사선이 조사된 마우스 면역세포에서 생존율과 세포증식효능을 평가하였다. 그 결과, 방사선 조사에 의해 감소된 세포의 생존율과 증식이 효소 추출물 처리에 의해 증가하였으나, 30kDa 이하 분획물은 거의 활성을 보이지 않았다. 그러나, 30kda이상과 당 (FEP)은 효소추출물보다 세포의 생존율과 증식을 더 증가시켰으며, 당성분이 다른 성분들보다 효율적으로 상당히 세포의 생존과 증식을 증가시켰다. 그렇다면 방사선 조사된 세포에서 FEP의 세포 생존과 증식 효능이 초기 발생시키는 ROS의 억제와 연관되는 지를 확인하기 위해, ROS의 양을 확인하였다. 그 결과, FEP을 처리한 경우, 방사선 조사가 유도한 ROS의 생성이 농도 의존적으로 상당히 감소된 것을 알 수 있었다. 다음으로는 FEP가 감소시킨 ROS의 생성에 따른 apoptosis와의 연관성을 확인하기 위해, PI 염색을 수행하였다. 그 결과, 방사선 조사가 유도한 sub-G1내 2n이하의 DNA가 FEP처리에 의해 상당히 감소되었으며, 6시간과 12시간, 24시간 모든 시간대에서 효능을 보였다. 이것으로부터 FEP가 ROS의 생성을 억제하고, 그것이 apoptosis의 한 현상인 DNA 손상을 감소시킨 것으로 여겨진다. 다음으로 앞에서 제시된 FEP의 세포 손상 억제활성과 그 기전을 확인하고자, apoptosis와 연관된 단백질들의 발현을 확인하였는데, 그 결과, 방사선 조사에 의해 증가된 apoptosis유도 단백질인 Bax와 p53의 발현을 FEP의 처리로 인해 감소시켰으며, 방사선 조사에 의해 감소된 apoptosis억제 단백질인 Bcl-2와 Bcl-xL의 발현은 FEP에 의해 증가된 것을 확인하였다. 이것으로부터, FEP가 apoptosis 단백질의 발현을 조절함으로 방사선 조사가 유도하는 세포의 손상을 억제한 것으로 여겨진다. 지금까지의 결과를 보면 감태를 유산균으로 발효하게 되면, 수율과 유효성분이 증가하게 되며, 이에 따라, 항염증이나 방사선 보호효과 등과 같은 생리활성 또한 증가한다는 것을 확인하였고, 이것은 발효감태가 연구적인 가치 뿐만이 아니라 산업적으로도 유용될 수있다는 사실을 이번 연구를 통해 확인하였다.

3-Hydroxy-5,6-epoxy-β-ionone isolated from sargassum horneri, inhibits fine dust induced inflammation through TLR/MyD88 mediated anti-inflammatory pathway and Nrf2/HO-1 mediated antioxidant pathways

Sanjeewa, Kalu Kapuge Asanka Jeju National University 2019 국내박사

In East-Asia region (China, Korea, and Japan) fine dust (FD) have become a major threat of air pollutions and causing negative health effects on human skin, respiratory system, and digestive system. Specifically, the extensive arid or semiarid highlands of northern China and Mongolia (Gobi Desert, Hunshdak Sandy Lands, Loess Plateau, and Taklimakan desert) are considering as the major sources of dust in Asia region. However, coal-burning power plants, rapid developments in industrialization, numerous petroleum vehicles, and large-scale mining operations have contributed to increase the FD concentration in the urban areas located in East-Asia region. Continuous exposure to air pollution such as FD can induce oxidative stress, inflammation, and poses a serious risk to human health. Alveolar macrophages, who lives in lower respiratory tract are capable to phagocyte FD particles reach the lower respiratory. However, depending on the size and particle composition, exposed macrophages may produce inflammatory responses. Recently, several studies reported that, the exposure of FD to macrophages led to inflammatory responses in macrophages including RAW 264.7 cells. According to the recent studies, the exposure of macrophages to FD triggers inflammatory responses in macrophages via altering multiple cell signaling pathways. The endotoxins presented in FD particles found to induce the toll-like receptor-4 mediated inflammation, and reactive oxygen species induce pro-inflammatory cytokine production in macrophages. The continuous/uncontrolled inflammatory activities leading to develop chronic inflammatory responses and end up with the pathogenesis of catastrophic disease conditions like cancer and immunomodulatory diseases. In addition, dust particles inside of the lungs attacked/consumed by alveolar macrophages, and then activated cells removed by lysosomes. Thus, number of healthy macrophages decrease and which might affect to the immune system that further results in less immunity in our body. Therefore, it is very important to down-regulate inflammation induced by FD particles to reduce health concerns associated with FD. Besides the respiratory system, FD also has a possibility to damage digestive system as some part of inhaled dust moved to the digestive system and directly going to the digestive tract with FD contaminated foods. Thus, effect of FD to digestive system cannot neglect and require in-depth studies to expose it effects on a digestive system like inflammation and oxidative stress. According to the statistics cancer incidents reported from colon and rectum were nearly doubled from 1999 to 2012 period, where lung cancer levels were remaining constant in that period. Other than the bad food habits FD also might responsible for this increased levels of colon and rectum cancers. Therefore, author also attempted to evaluate effect of fine dust using digestive tract epithelial cells. CMT-93 is an epithelial cell line separated from a 19 months old male mouse rectum. Recent studies carried out with CMT-93 reported the exposure of CMT-93 to LPS, triggers the inflammatory responses in CMT-93 cells. Therefore, CMT-93 cell model is a promising model to evaluate complication associated with the inflammation in digestive system. However, use of in vitro results for the development of functional materials have limited possibility as the culture cells were maintained in artificial conditions. Therefore, to validate in vitro results it is compulsory to use in vivo research models. Recently, zebrafish (Danio rerio) has been recognized as a promising in vivo model to use in research areas such as cancer, stem cell research and immunology and infectious diseases research due to its morphological and physiological similarity to the mammals, transparency, easy to handle, and less maintenance cost. Other than that, the optical transparency of zebrafish embryos allows for non-destructive and live imaging of the inflammatory responses developed in embryos. Due to these specific morphological and physiological features of zebrafish models provide great opportunities to accelerate the process of drug discovery including target identification, disease modelling, lead discovery, and toxicology. Taken together, during this study author attempted to screen seaweeds with potential anti-inflammatory compounds to develop as a functional ingredient to act against FD induced inflammatory complications. For preliminary screening author used 4 seaweeds (Ecklonia cava, Ishige okamurae, Sargassum horneri, and Porphyra yezoensis). According to the results, Sargassum horneri and Ecklonia cava had strong anti-inflammatory properties against FD-induced inflammation in macrophage cells. Moreover, our results reviled that the treatment of 3-Hydroxy-5,6-epoxy-β-ionone, the active compound isolated from S. horneri blocked the FD-induced inflammation via inhibiting NF-κB, MAPK, and NRF2/HO-1 signal pathways. The evidence in this study providing solid information’s to develop functional materials from S. horneri against dust induced inflammation.

Nutritional and Functional properties from high temperature and disease : –resistant strains of Pyropia yezoensis

김바로 제주대학교 일반대학원 2018 국내석사

이 연구는 국내에서 생산되는 영양 및 기능성 면에서 우수한 수산 양식 종자를 개발하여 수출하기 위한 과제로서 2013년도부터 시행되어온 Golden Seeds Project(GSP)의 한 부분으로 진행된 연구이다. 현재 우리나라 수산 양식 생산량은 계속 증가를 하고 있으며, 그 중 홍조류인 방사무늬 김 양식 생산량은 넙치 양식에 이어 두 번째로 가장 많은 양식 생산이 이루어 지고 있다. 이와 더불어 김의 수출량 또한 지속적으로 증가를 하고 있어 이전에는 주로 식품으로서만 이용하였던 방사무늬 김을 더욱 더 고부가가치 산업으로 이용을 하기 위해 연구를 하고 있다. 그러나, 방사무늬 김의 유리사상체 시기는 주로 고수온기인 여름철이며, 전 지구적으로 수온이 증가하는 추세에 따라 고수온기에 여러 질병에 감염되며, 또한 저수온기에 주로 생산되는 방사무늬 김 양식 생산에 있어서 큰 타격을 준다. 이에 많은 연구자들은 붉은 갯병과 같은 질병에 내성을 가지며, 고수온기에 내성을 가진 양식 생산이 가능한 품종을 개발하는 연구 중에 있다. 대표적으로 고수온기인 여름철 김 양식장에서 발생하는 질병을 예방하기 위해 유전적 조작을 이용한 내병성 및 고온 내성 김 품종을 개발하는 것이다. 그러나 유전적 조작으로 개발이 된 것에 대해 반감을 가지기 때문에 유전적 조작으로 개발된 품종인 내병성 및 고온내성 김 품종과 일반 양식산 방사무늬 김의 영양 및 기능성 성분의 함량을 비교 분석 하였을 때, 영양 및 기능성 성분에서 차이가 나는지 확인 하였다. 그 결과, 단백질 및 아미노산은 내병성 김(DP)에서 더 많았고, 탄수화물 및 단당의 함량에서는 고온 내성 김(HP)에서 더 많았으며, 지질과 회분은 매우 적은 함량을 보였다. 김 유래 기능성 성분으로 알려진 Phycoerythrin 과 sterol을 분석한 결과, 일반 양식산 방사무늬 김에서 개발된 내병성 및 고온내성 품종보다 더 높은 함량을 보였으나, 내병성 및 고온내성 품종만으로 비교하였을 때, 고온내성 품종에서 내병성 품종보다 더 높은 함량을 보였다. 이는 김 유래 기능성 성분이 환경에 영향을 많이 받기 때문에 일반 양식산 방사무늬 김에서 높게 나타난 것으로 사료된다. 그리고 내병성 및 고온내성 방사무늬 김을 실제로 먹었을 때 장내 소화 효소에 의해서 분해가 되어 나타나는 생리활성을 내병성 및 고온내성 품종과 일반 양식산 김의 차이를 비교하였다. 그 중 당뇨, 비만 등의 대사성 질병을 유발하는 활성산소(reactive oxygen species, ROS)와 염증을 소거 및 완화 시킬 수 있는 기능성에 대하여 평가하였다. 그 결과, 내병성 김 품종보다 고온내성 김 품종에서 일반 양식산 김보다 라디칼 소거능이 뛰어났으며, 세포독성을 보이지 않으며, 뛰어난 세포 내 ROS 소거능을 확인하였다. 특히, trypsin 과 α-chymotrypsin 효소 가수분해물에서 뛰어난 항산화 활성을 가짐을 확인 하였다. 그리고 대식세포(RAW 264.7) 내의 NO 소거능을 통한 항염증 효능을 확인한 결과, 내병성 및 고온내성 김을 비교 했을 때, 고온내성 김 품종에서 NO 소거능이 뛰어났지만, 일반 양식산 김과 비교 했을 때 유의적 차이를 보이지 않았다. 종합적으로 살펴 보았을 때, 내병성 김 품종에 비해 고온내성 김 품종에서 탄수화물의 함량이 제일 높았으며, 뛰어난 항산화 및 항염증 활성을 보였다. 이를 통해서, 고온내성 김 품종의 종자를 이용하면 보다 넓은 범위의 수온 환경에서 양식생산이 가능하며, 그 영양 및 기능성 성분 면에서 일반 양식산 김과 비교했을 때 더 적은 함량을 보이지만 기능성 면에서 뛰어난 항산화 및 항염 활성을 나타내는 것으로 보아 고온 내성 김 품종이 종자 산업에 있어서 경쟁력 있는 우수한 종자가 될 것으로 사료된다.

Small molecular preparation of flounder fish(Paralichthys olivaceus) muscle and its biological activities

고주영 제주대학교 대학원 2011 국내석사

제주도는 사면이 바다라는 지리적인 조건과 무공해 청정해역, 어류의 회유로 및 월동장으로 좋은 어장을 형성하며, 지하해수 개발로 육상양식을 하기에는 최적의 조건을 갖추고 있다. 제주도의 중요한 산업요소 중 하나인 넙치는 국내 양식장의 98%를 차지하고 있는 주요 양식어종으로 매년 25,000톤을 생산하고 있으며, 약 4,000톤을 수출하고 있다. 또한 넙치는 감칠맛을 내는 IMP, glutamic acid의 함량이 높아 횟감으로서 기호성이 높은 어종으로 그에 대한 연구가치가 크다. 현재 Capelin (Amarowicz and Shahidi, 1997), 참치 (Jao and Ko, 2002), 고등어 (Wu et al., 2003), 명태 (Je et al., 2005), 대구 (Thiansilakul et al., 2007), chum salmon (Ono et al., 2003) 및 hoki (Je et al., 2005)등으로부터 얻어진 가수분해물이 항산화, 항고혈압 활성에 탁월하다는 효능이 밝혀져 있지만, 아직까지 넙치에 대한 연구는 되어있지 않다. 따라서 이 연구에서는 넙치 효소적 가수분해물에 대한 생리활성의 평가와 넙치를 우리가 섭취하였을 때, 항산화, 항고혈압에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 복합효소 가수분해를 이용해 평가하였다. 첫 번째 파트에서는 일반적으로 이용되고 있는 단백질 가수분해효소 8종을 이용하여 넙치 근육으로부터 얻은 가수분해물의 항산화 및 ACE 소거 활성을 측정하였다. 단백질 가수분해물 8개 중에서 α-chymotrypsin 가수분해물의 활성이 가장 높았으며 이렇게 선정된 효소를 이용하여 가수분해물의 최적 조건을 설정하기 위해 가수분해 시간(6, 12, 18, 24시간) 과 기질 대 효소비 (1000:1, 500:1, 100:1)를 다양하게 처리하여 가수분해물을 제조하였다. 제조한 가수분해물들의 활성을 측정하여 최적조건 (가수분해 시간 18시간, 기질 대 효소비율 1000:1)을 선택한 후 분자량 크기에 따라 분리를 할 수 있는 한외여과와 겔 여과 크로마토그래피를 순차적으로 이용하여 분리를 하였다. 그 결과 5 kDa 이하의 저분자 물질에서 우수한 항산화 효과와 ACE소거능 측정을 통해 항고혈압에 대한 가능성을 확인하였다. 두 번째는, 넙치를 섭취하였을 때, 우리 몸에 존재하는 장내효소 (Pepsin 및 α-chymotrypsin)에 의해 소화가 진행되면서 어떠한 기능을 갖는지 알아보고자 하였다. 먼저 위에 존재하고 있는 Pepsin 단백질 가수분해효소를 이용하여 기질 대 효소비 (1000:1, 500:1, 100:1) 및 가수분해 시간 (6, 12, 18, 24시간)에 따라 활성을 측정하여 최적조건 (가수분해 시간 18시간, 기질 대 효소 비율 100:1)을 선택한 후 한외여과를 통해 분자량 크기별로 분리를 하였다. 그 결과 5 kDa 이하의 저분자 물질에서 항산화 효과와 ACE 소거 효과가 나타난 것을 확인하였다. 두 번째로는 위에 존재하는 Pepsin과 췌장에 존재하는 α-chymotrypsin 단백질 가수분해 효소에 의한 복합 가수분해 작용에 의한 생리활성을 확인하고자 하였다. Pepsin과 α-chymotrypsin의 복합 가수분해 시간 (0.5, 1, 3, 6, 12시간)에 따른 최적조건을 선택 (Pepsin 가수분해 시간 1시간, α-chymotrypsin 가수분해 시간 12시간)한 후 한외여과를 통해 분자량 크기별로 분리를 하였다. 그 결과 5 kDa 이하의 저분자 물질에서 높은 항산화 효과와 항고혈압에 대한 가능성을 확인할 수 있었다. 위의 결과들을 종합하여 보면, α-chymotrypsin에 의한 넙치 가수분해물로부터 얻어진 저분자 물질은 우수한 항산화 효과와 항고혈압에 대한 가능성을 보여주었고, 장내 효소인 pepsin과 α-chymotrypsin의 복합효소 가수분해물에서의 저분자 물질, 또한 항산화 효과와 항고혈압에 대한 가능성을 보여줌으로서 , 우리는 넙치를 섭취하였을 때, 이와 같은 효능을 기대할 수 있을 것으로 사료되어진다.

해마 (Hippocampus abdominalis) 효소가수분해물의 항산화 활성 및 생리활성 펩타이드의 분리

신병옥 제주대학교 대학원 2015 국내석사

Seahorse, Hippocampus abdominalis (H. abdominalis) known as a marine teleost fish, has been used as one of the most famous and expensive materials of traditional Chinese medicine due to its beneficial biological activities. However, its use has been limited by its high cost despite its beneficial biological activities and there are few reports on its biological activity and active components. Therefore, we investigated the antioxidant activity of H. abdominalis and its active compounds. First of all, to improve its extraction yields, we prepared the water-enzymatic hydrolysates by performing the water and enzymatic extraction techniques with the seven food grade enzymes (Trypsin, Pepsin, Neutrase, Protamex, Alcalase, Kojizyme, and Flavourzyme) in consecutive order. The enzymatic extracts showed the higher extraction yield than that of the only water extract. Among them, the water-Pepsin hydrolysate showed the higher DPPH, hydroxyl and alkyl radicals, and hydrogen peroxide scavenging activities. Also, it protected against oxidative stress caused by the treatment of AAPH. To identity its active components, we fractionated the > 5 KDa and < 5 KDa molecular weight fractions from the Water-Pepsin hydrolysates and confirmed the superior antioxidant activity of < 5 kDa frction. The < 5 KDa fraction, a low molecular weight fraction was applied to Sephadex G-25 gel filtration chromatography and we identified that the isolated most low molecular weight fraction led to the highest alkyl radical scavenging activity. Results of examining amino acid composition of the active peptide, it was possible to confirm the presence of peptides consisting with mainly many tryptophan and glycine. In conclusion, in this study suggests that the seahorse water-enzymatic hydrolysates prepared by the useful water-extraction techniques has the antioxidant activity and might be an useful resource of marine origin as a novel material for healthy functional foods and cosmetics.

Development of Functional Food and Medical Drug Materials Using Antidiabetic Compounds Isolated from Brown Seaweeds

이승홍 제주대학교 대학원 2011 국내박사

Anti-diabetic activities of 17 species of the brown algae collected from Jeju Island area were measured by α-glucosidase inhibitory and glucose uptake. Avariety of methanol extracts of brown algae showed anti-diabetic activity. Among them, Ishige sinicola, Padina arborescens, Sargassum serratifolium and Sargassum coreanum extracts exhibited strong activities both α-glucosidase inhibitory and glucose uptake. For the development of functional food and medical drug materials, reflecting on edibility and collection of raw materials, we selected I. sinicola. Therefore, further experiment used I. sinicola. Ethyl acetate (EtOAc) fractions of I. sinicola extracts showed higher anti-diabetic activities than the other organic solvent fractions. Therefore, the fractions of I. sinicola extracts were selected for use in further isolation octaphlorethol A (OPA). OPA was isolated from the methanolic extract from I. sinicola. This structure was elucidated based on NMR spectroscopic data. This study was designed to investigate whether octaphlorethol A (OPA) may inhibit α-glucosidase and α-amylase activities, and alleviate hyperglycemia in diabetic mice. OPA isolated from Ishige sinicola, a brown algae, evidenced prominent inhibitory effect against α-glucosidase and α-amylase. The IC50 values of OPA against α-glucosidase and α-amylase were 0.11 and 0.34 mg/ml, respectively, which evidenced the higher activities than that of acarbose. The increase of postprandial blood glucose levels were significantly suppressed in the OPA administered group than those in the streptozotocin-induced diabetic or normal mice. Also, the area under curve (AUC) was significantly reduced via OPA administration (907 versus 1034 mg∙h/dl) in the diabetic mice as well as it delays absorption of dietary carbohydrates. Moreover, an intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) was evaluated to determine the effects of OPA administration on glucose tolerance. In that result, the blood glucose levels of the OPA administered mice was significantly lower than the control group and it was almost similar to that of metformin administered mice. Finally, the anti-diabetic effects of OPA was investigated in C57BL/KsJ-db/db (db/db), type 2 diabetic mice. The administration of OPA significantly lowered the blood glucose levels and plasma insulin levels compared to the control db/db mice. These results suggest that OPA might be developed into medicinal preparations, nutraceuticals, or functional foods for diabetes, and may also be applied in other therapeutic fields. In the present study, we reported the glucose uptake effects of octaphlorethol A (OPA) isolated from Ishige sinicola, on skeletal muscle cells. OPA dose-dependently increased glucose uptake in differentiated L6 rat myoblast cells compared to control. Inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) by wortmannin pretreating the cells with wortmannin potently reduced OPA-stimulated glucose uptake, also inhibition of AMP-activated protein kinase (AMPK) by compound C exhibited significant inhibitory effect on OPA-mediated glucose uptake. Western blotting analyses revealed that OPA increased the phosphorylation level of Akt and AMPK and such enhancement can be specifically inhibited by wortmannin and compound C. In addition, we demonstrated that glucose transporter GLUT4 translocation to plasma membrane was increased by OPA. In summary, PI3K/Akt and AMPK activation was involved in the effects of OPA on glucose transport activation and insulin sensitivity. OPA can be further developed as potential compound for the anti-diabetic therapy. Pancreatic β cells are very sensitive to oxidative stress and this might play an important role in β cell death in diabetes. The protective effect of octaphlorethol A (OPA), one of phlorotannin polyphenol compounds purified from Ishige sinicola (I. sinicola) against streptozotocin (STZ)-induced pancreatic β cells damage was investigated using RINm5F pancreatic β cells and STZ-induced diabetes. Pretreatment of OPA increased the viability of STZ-treated RINm5F pancreatic β cells at concentration 12.5 or 50 μg/ml. Furthermore, pretreatment with OPA dose-dependently reduced thiobarbituric acid reactive substances (TBARS), intracellular reactive oxygen species (ROS) generation and DNA damage in STZ treated RINm5F pancreatic β cells. Also, OPA pretreatment increased activities of antioxidant enzymes including catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH-px) in STZ treated RINm5F pancreatic β cells. In addition, OPA inhibited the STZ-induced apoptosis, which is detected using flow cytometry and western blot assays. Moreover, OPA pretreatment improved the secretory responsiveness following stimulation with glucose. These results indicate that OPA protects against STZ-induced pancreatic β cells damage via reducing ROS-induced oxidative stress and apoptosis. Additionally, the protective effect of OPA was further demonstrated by restoration of pancreatic β cells damage in STZ-induced diabetic mice. The protective effects of OPA in STZ-induced diabetic mice were essentially the same as those observed when RINm5F cells were used. The diabetogenic effects of STZ were completely prevented when mice were pretreated with OPA. The anti-diabetogenic effects of OPA were also mediated by reducing of oxidative stress and apoptosis. Collectively, these results indicate that OPA may have therapeutic value in preventing β cells damage. 현대사회의 도시화된 생활환경 (운동부족, 스트레스), 과도한 영양섭취를 일으키는 다양한 인스턴트 식품의 범람과 노동력 위주의 경제활동에서 정보통신의 발달로 인한 사회적 업무환경으로의 전환은 과다한 에너지의 저장으로 인하여 발생하는 대사성질환의 발현을 필연적으로 증가시키고 있다. 복합적 증상으로 나타나는 대사성질환의 원인으로 다양한 요소가 존재하지만 가장 중요한 요소로 받아들여지고 있는 것은 인슐린 저항성이다. 따라서 대사성질환의 발병과 깊은 상관관계를 보여주는 당뇨병 (인슐린 저항성을 특징으로 하는 2형 당뇨병 포함)의 증가추세가 두두러짐에 따라 당뇨병은 현재 전세계적으로 급격하게 증가하는 추세이고 2025년에는 전세계적으로 당뇨병 환자가 약 3억 2천 4백만 명에 이를 것으로 추산하고 있으며 전 인구에 유병율이 8% 이상이며 특히 노인환자에서는 유병율이 크게 증가하고 있다. 이에 따라 세계 당뇨관련 시장은 연평균 12.5%의 성장률로 성장하여 2005년 182억 달러에서 2015년 602억 달러의 시장을 형성할 것으로 전망. 국내의 경우 연평균 12.5%의 성장률로 성장하여 2005년 1,229억 원에서 2015년 4,218억 원의 시장을 형성할 것으로 전망하고 있다. 기존 당뇨병 약제의 경우 약물에 따라, 저혈당, 심장손상, 간손상, 복통, 식욕부진, 체중증가 및 장내 가스 발생 등 심각한 부작용이 나타날 수 있으며, 복용기간이 지속되면 약물의 효능이 감소될 수 있어 시간이 지남에 따라 약물의 종류를 바꾸거나 복용량을 변화시키는 등 많은 문제점을 가지고 있다. 따라서 부작용이 없고 우수한 효과를 나타내는 당뇨병의 예방 치료물질로서 천연물 유래 소재의 발굴에 대한 연구가 절실하다. 해양생물자원 중 해조류 유래의 다양한 천연물들은 그 구조와 생리활성도의 특이성 면에서 질병 예방 및 치료제 개발을 위한 강력한 신물질의 보고로 떠오르고 있다. 따라서 해조류에 관한 연구는 급속도로 증가하고 있으며 생화학, 의∙약학 등의 기초 및 응용연구에도 많이 활용되고 있다. 또한 강력하고 특이한 생리활성을 가진 상당수의 해조류는 의약품, 기능성식품 및 화장품 등으로 개발 및 산업화에 성공하여 새로운 기능성 소재를 탐색하는 분야에서 해조류는 무한한 가능성을 가지고 있다. 이러한 점에서 우리나라의 해양생물 분포 상 중요한 위치를 차지하는 제주 연안의 해조류를 이용하여 항당뇨 소재로서의 활용은 경제 산업적 측면에서 체계적으로 연구할 가치가 있다고 생각된다. 따라서 이 연구에서는 제주연안에 서식하고 있는 갈조류를 대상으로 항당뇨성 물질을 분리하고 기능성 식의약품 소재로서의 개발 가능성을 확인하였다. 제주연안에 서식하고 있는 17종의 갈조류를 대상으로 α-glucosidase 저해활성 및 근육세포에서의 포도당 흡수촉진 효과를 스크리닝한 결과 넓패 (Ishige sinicola), 부챗말 (Padina arborescens), 큰톱니모자반 (Sargassum serratifolium) 그리고 큰잎모자반 (Sargassum coreanum)에서 다른 갈조류에 비해 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하였고, raw materials 확보와 식용가능여부 등을 고려하여 넓패를 대상으로 활성물질을 분리하였다. 그 결과 phlorotannin계열의 octaphlorethol A (OPA)이라는 잠재적인 항당뇨성 물질을 분리하였다. 분리된 항당뇨성 물질인 OPA의 장내 탄수화물 가수분해 효소인 α-glucosidase와 α-amylase저해 활성을 측정한 결과 시판되는 식후 혈당강하제인 acarbose보다 우수한 저해 활성을 나타내는 것을 확인하였고 in vivo 실험을 통한 식후 혈당강하 및 내당능 test에서도 우수한 혈당 강하 효과를 나타냈다. 또한 제 2형 당뇨동물 모델에서도 혈당강하효과 및 인슐린 저항성 개선 작용을 나타냈다. 식후 혈당강하 효과와 더불어 내당능 및 인슐린 저항성개선 효과를 나타냄에 따라 그 작용기전을 구명하기 위해 근육세포에서 포도당 흡수 촉진 효과를 측정하였다. 그 결과 인슐린과 유사한 포도당 흡수 촉진 효과를 나타냈다. 세포 내 포도당 흡수는 insulin dependent pathway와 insulin independent pathway로 이루어진다. Insulin dependent pathway에 있어서 대표적인 단백질인 Akt는 insulin에 의해 활성화 되며, insulin independent한 pathway에 있어서 핵심 단백질이 AMPK로 알려져 있다. 활성화된 Akt와 AMPK는 포도당수송운반체인 GLUT4의 translocation을 통해 세포 내로 포도당이 흡수된다. OPA에 의한 포도당 흡수 촉진 효과가 어떠한 pathway로 이루어지는 지 Western blot를 통해 살펴본 결과 OPA는 Akt와 AMPK을 모두 활성화 시켰으며 이에 따라 GLUT4가 세포막으로 translocation되어 포도당이 흡수효과가 나타나는 것을 구명하였다. 췌장 베타세포는 인슐린을 분비하는 세포로서 산화적 스트레스나 염증 등과 같은 자극에 의해 세포 손상을 받게 되면 인슐린 분비능이 감소되어 혈당이 상승하게 된다. Streptozotocin으로 유도된 췌장 베타세포의 손상을 OPA가 보호하는지를 in vitro와 in vivo 상에서 살펴본 결과 streptozotocin 처리한 구에서는 세포 생존률 감소, 세포 내 ROS 증가, DNA 손상과 apoptosis가 증가한 반면 OPA를 처리하였을 때 산화적 스트레스와 apoptosis을 억제하여 세포 생존률 증가 및 우수한 세포 보호효과를 나타냈으며, 인슐린 분비능 또한 상당히 개선시켰음을 확인하였다. 이 모든 결과를 종합해 볼 때, 넓패에서 분리한 OPA는 다양하고 우수한 항당뇨 활성을 가지고 있음을 확인하였으며 그에 따라 OPA는 항당뇨성 물질로서 잠재적인 기능성 식품 및 천연의약 소재로서 충분한 가능성이 있으리라 판단된다.

Improvement of Metabolic Syndrome of a Novel Peptide Purified from Styela clava

고석천 제주대학교 대학원 2012 국내박사

현대사회의 생활환경(흡연, 음주, 스트레스, 운동부족), 인스턴트 식품의 와 노동력 위주의 경제활동에서 정보통신의 발달로 인한 사회적 업무환경으로의 전환은 과다한 에너지의 저장으로 인하여 발생하는 대사 증후군의 발병을 필연적으로 증가시키고 있다. 대사증후군은 만성적인 대사 장애로 인하여 내당능 장애, 고혈압, 인슐린 저항성, 비만, 동맥경화, 고지혈증 등과 관련한 심혈 관계 질환이 한 개인에서 복합적으로 나타나는 것을 대사증후군이라 한다. 또한 National Cholesterol Education Program (NCEP)-Adult Treatment panel III (ATP III) 에서 정의한 자료를 바탕으로 복부비만, HDL cholesterol, 혈압, 중성지방, 공복혈당의 5가지 위험요소 중 제시한 결정수치 범위를 벗어난 것이 3가지 이상 해당되게 되면 대사 증후군 환자라고 할 수 있다. 2008년도 국민영양조사 자료를 바탕 우리나라 20세 이상 성인 인구를 대상으로 대사증후군의 유병율을 살펴보면 1998년도에 24.9%에서 2007년도에 31.3%로 10년 동안 6%이상 증가하였다. 이는 곧 우리나라 성인인구의 3명 중 1명은 대사증후군 환자라고 할 수 있다. 또한, 2010년 통계청 자료의 사망원인 통계를 보면 각종 암의 뒤를 이은 사망원인이 전부 대사증후군과 관련되는 사망원인으로 대사증후군의 위험성을 더해 주고 있다. 현재 시판 되어지고 있는 대사증후군 약제의 경우 약물에 따라 다양하고 심각한 부작용이 나타날 수 있으며, 복용기간이 지속되면 약물의 효능이 감소될 수 있어 시간이 지남에 따라 약물의 종류를 바꾸거나 복용량을 변화시키는 등 많은 문제점을 지니고 있다. 따라서 부작용이 없고 우수한 효과를 나타내는 대사증후군 개선 물질로서 천연생물자원 유래 소재의 발굴에 대한 연구가 절실하다. 천연생물자원 유래 소재 중 Bioactive peptide는 그 구조와 생리활성도의 특이성 면에서 질병 예방, 치료제 및 개선제 개발을 위한 강력한 신물질의 후보로 떠오르고 있다. 이러한 Bioactive peptide들은 항산화, 항고혈압, 항비만, 면역조절 등의 다양한 생리활성을 지니고 있는 것으로 보고 되어 지고 있으며, Bioactive peptide에 관한 연구는 급속도로 증가하고 있다. 천연생물자원 중 해양생물자원의 하나인 미더덕은 우리나라 에서 양식이 이루어지고 있으며, 식용으로 사용하고 있다. 미더덕은 음식 재료의 용도로만 사용되어져 이용용도의 한계와 경제성이 낮은 자원으로 분류 되어지고 있다. 최근 미더덕의 소비촉진 및 미더덕의 우수성을 알리기 위하여 다양한 생리활성에 대한 연구결과가 발표 되어지고 있다. 그러나 이들은 거의 대부분이 단순 수용성 추출물이거나 유기용매 추출물에 의한 생리활성 효과로 미더덕이 어떠한 성분을 통해 생리활성을 나타내는지에 대한 연구는 미비하다. 또한 미더덕의 부위 중 육부위는 65%에 이르는 단백질 함량을 가지고 있음에도 불구하고 이를 이용한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 양식 미더덕을 대상으로 대사증후군 개선 펩타이드를 분리하고 기능성 식품소재로서의 개발 가능성을 확인하였다. 미더덕을 9종의 단백질 가수분해 효소를 이용하여 가수분해물을 제조하여 안지오텐신 I-전환효소 저해 효과를 스크리닝 한 결과 Protamex 가수분해 효소를 이용하여 획득한 가수분해물이 다른 가수분해물들에 비해 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하였으며, 미더덕 부위별 Protmex 가수분해물 제조하여 안지오텐신 I-전환효소 저해 효과를 확인한 결과 껍질 보다 육부위 가수분해물이 더욱 우수한 효과를 나타내어 미더덕의 육부위로부터 Protamex 가수분해물을 획득하여, 안지오텐신 I-전환효소 저해 및 혈관확장 효과를 확인하면서 항고혈압 펩타이드를 분리하였다. 순차적인 분리 과정을 거쳐 획득한 항고혈압 펩타이드의 구조는 Ala-His-Ile-Ile-Ile 이며, 분자량은 565.3 Da임을 확인하였다. 또한 선천성 고혈압쥐 동물모델에 경구투여 한 후 24시간 이내의 혈압변화를 관찰한 결과 생리식염수 투여군에 비해 현저히 높은 혈압강하 효과를 나타내었다. 획득한 항고혈압 펩타이드를 이용하여 대사증후군 질환의 하나인 항당뇨 효과를 확인하기 위하여 근육 세포에서 포도당 흡수 촉진효과를 확인 하였으며, 그 작용기전을 구명하였다. 그 결과 인슐린 보도 처리 농도는 높지만 인슐린과 유사한 포도당 흡수 촉진 효과를 나타냈다. 세포 내 포도당 흡수는 insulin dependent pathway와 insulin independent pathway로 이루어 진다. insulin dependent pathway에 있어서 대표적인 단백질인 Akt 는 insulin에 의해 활성화 되며, insulin independent pathway에 있어서 핵심 단백질이 AMPK로 알려져 있다. 활성화 되어진 Akt 와 AMPK는 포도당수송운반체인 GLUT4를 세포막으로 translocation 시켜 이를 통해 세포 내로 포도당이 흡수 된다. 항고혈압 펩타이드에 의한 포도당 흡수 촉진 효과가 어떠한 pathway 로 이루어지는 지 Western blot assay를 통해 확인한 결과 AMPK를 활성화 시켰으며, 이에 따라 GLUT4가 세포막으로 translocation 되어 포도당 흡수 효과가 나타나는 것을 구명하였다. 대사증후군의 가장 큰 원인으로 꼽히고 있는 비만은 전 세계 국가들이 겪고 있는 심각한 건강문제로 비만인구는 2025년에 이르면 3억 명 이상이 될 것으로 추측 하고 있다. 각종 질병, 장애 및 사망의 핵심적인 원인이며, 심지어 21세기의 흑사병 이라고도 경고한다. 이에 따라 다양한 작용기전 별 비만 치료제들이 개발 되어 지고 있다. 현재까지의 비만 치료제들의 대부분은 화학적으로 제조된 약품이지만 최근 우리나라에서 천연물로부터 비만 치료제를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있어 관심을 끌고 있다. 이 연구에서는 작용기전 중 전지방 세포가 지방세포로 분화하는 과정을 저해하는 기전을 통하여 항고혈압 펩타이드의 항비만 효과를 확인하고, 지방세포로 분화화는 과정에 있어서 핵심적으로 작용하는 전사인자들의 발현 감소를 확인 하였다. 그 결과 농도 의존적으로 지방세포로의 분화를 저해하는 것을 Oil Red O staining을 통하여 확인 하였으며, 핵심적인 전사인자인 SEBP-1c, PPARγ, C/EBPα, aP2의 발현 역시 농도의존적으로 억제 시키는 것을 확인하였다. 또한 고지방 식이를 통해 비만을 유도한 쥐에서 항고혈압 펩타이드 투여군이 고지방 식이만을 유도한 쥐와 비교하여 체중 증가가 현저히 감소하는 것을 확인하였다. 이 모든 결과들을 종합하여 볼 때, 미더덕으로부터 획득한 항고혈압 펩타이드는 다양하고 우수한 대사 증후군 개선효과를 가지고 있음을 확인하였으며, 그에 따라 미더덕으로부터 획득한 항고혈압 펩타이드는 대사 증후군 개선물질로서 잠재적인 기능성 식품 소재로서 충분한 가능성이 있으리라 판단된다.