마늘과 가공품의 신장섬유화 예방효과

박점련 목포대학교 2017 국내석사

마늘은 심혈관질환, 당뇨, 알츠하이머병 예방 등의 다양한 생리활성을 갖는 유용 식품 소재로, 이러한 생리활성은 체내에서 황화합물들로부터 생성된 황화수소에 기인한다고 최근 밝혀졌다. 특히 황화수소는 특유의 자극적 냄새 및 매운맛 성분들인 allicin, dially trisulfide, dallyl disulfide, dially sulfide 등과 같은 황화합물들이 체내로 흡수되어 체내에 존재하는 효소작용에 의해 생성된다고 하였다. 그러므로 황화합물은 마늘의 주요 생리활성 물질들 중 하나라 여겨진다. 건강에 있어서는 생마늘 섭취가 가장 우수하나 강한 매운 맛으로 인해 과다 섭취가 어렵고 또한 마늘의 기능성분인 황화합물은 휘발성 성분으로 이들의 대부분은 가공 중에 손실되어 가공마늘에는 황화합물의 함량이 매우 낮은 수준이다. 본 연구실은 선행연구에서 대량생산에 이점이 있는 깐마늘을 종이호일로 싸서 구웠을 때 황화합물의 손실을 줄일 수 있는 방법을 실험실상에서 밝혔고, 그 구운 마늘을 galactose-induced aging rats에 섭취시켰을 때 노화로 인해 오는 인지능력 저하를 개선시키고 amyloid beta 및 과인산화를 억제하는 알츠하이머병 예방 효과가 있음을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 대량 생산이 가능한 공장에서 신장섬유화 예방효과를 갖는 마늘제품개발로서 생마늘에 가장 많이 함유되어 있는 황화합물의 손실을 최소화할 수 있는 구운 마늘의 제조 방법을 개선시키고 이를 이용하여 간편하게 섭취할 수 있는 마늘가공품을 개발하고자 하였다. 한편 마늘은 심혈관질환, 당뇨, 알츠하이머병 예방 등의 다양한 생리활성을 발휘함에도 불구하고 신장질환 예방에 대해서는 아직까지 보고된 바가 없다. 그래서 마늘의 신장질환 예방 효과를 밝히고자, 상기에서 제조한 구운 마늘, 생마늘, 구운 마늘+죽염, 그리고 흑마늘을 adenine-induced uremic rat에 8주 동안 섭취시켜 마늘제품의 신장섬유화 예방 효과를 검증하였다. 그 결과 생마늘, 구운 마늘 및 구운 마늘+죽염을 섭취한 그룹은 신장질환의 지표인 혈청 creatinine 수치를 낮추었으며 특히 구운 마늘+죽염을 그룹에서 그 수치가 현저하게 낮음을 알 수 있었다. 생마늘, 구운 마늘 및 구운 마늘+죽염을 섭취한 그룹은 신장섬유화 유발 인자로 알려진 TGF-β1, p-smsd2/3 및 MMP3의 발현량을 억제하여 최종적으로 신장섬유화의 원인 물질인 collagen 형성을 줄여주었다. 생마늘, 구운 마늘 및 구운 마늘+죽염을 섭취한 그룹은 단백질산화물 생성을 줄여주고 NF-kB p65의 발현을 억제함을 확인하였다. 특히 황화합물을 다량 함유한 생마늘을 섭취한 그룹이 황화합물이 함량이 다소 낮은 편인 구운 마늘에 비해 신장섬유화 예방 효과가 우수하였다. 이러한 결과는 황합물이 가장 낮았던 흑마늘을 섭취한 그룹이 다른 그룹에 비해 낮은 신장섬유화 예방 효과를 보였으며, 황화수소 공급원 중 하나인 죽염과 구운 마늘을 함께 섭취한 그룹은 구운마늘 만을 섭취한 그룹에 비해 높은 효과를 나타냈다. 마늘의 신장섬유화 예방 효과는 황화합물 함량과 체내에서 생성된 황화수소 함량과 밀접한 관련이 있을 것으로 시사되었다. 이상의 결과를 종합해 보면, 마늘은 신장섬유화에 관련된 인자인 TGF-β1, p-smad2/3 및 MMP3 의 발현량을 억제하여 신장섬유화 예방 효과가 있음을 확인하였다. 특히 신장섬유화 예방에 생마늘 > 구운 마늘+죽염 > 구운 마늘 > 흑마늘 순으로 신장섬유화 예방 효과가 우수함이 확인되어 마늘에 함유된 황화합물 함량이 신장섬유화 예방에 매우 중요한 화합물임을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 황화합물을 최소화할 수 있는 마늘 가공품은 신장섬유화 예방에 도움을 주는 유용한 식품소재로 판단되며, 이러한 구운 마늘 제조는 다양한 마늘가공품 개발에 있어서 유용한 자료로의 활용이 기대된다. Garlic is an useful food material having abilities to prevent diseases such as cardiovascular disease, diabetes, and Alzheimer's disease. It has been recently revealed that such physiological activity is due to hydrogen sulfide generated from sulfur compounds of garlic such as allicin, dially trisulfide, dallyl disulfide, and dially sulfide in the body. Therefore, sulfur compounds are considered to be the major physiologically active substances in garlic. In the health aspect, fresh garlic is the most excellent, but it is difficult to eat due to strong spicy taste. The processed garlics that have reduced odor contain very low contents of sulfur compounds most of which are volatile. In this study, I has tried to reduce the loss of sulfur compounds during the processing that included heating by wrapping with paper foil. It is known that hydrogen sulfide inhibits kidney fibrosis. However, no one has reported effect of garlic on kidney fibrosis. Thus, I effects of the processed garlics that were developed to minimize the loss of sulfur compounds on kidney fibrosis were investigated. The roasted garlic, fresh garlic, roasted garlic + bamboo salt, and black garlic were fed to adenine-induced uremic rats for 8 weeks. The rats fed diets containing fresh garlic, roasted garlic, and roasted garlic + bamboo salt exhibited lower level of serum creatinine compared to the control group, which is an index of kidney disease. The groups consuming fresh garlic, roasted garlic, and roasted garlic + bamboo salt showed lower expression levels of TGF-β1, p-smad 2/3 and MMP3, which are known as renal fibrosis inducers, and reduced collagen formation. Protein oxidation and the expression of NF-kB were also reduced in those groups, indicating that oxidative stress and inflammation were also reduced in those groups. Especially, the rat fed diet containing fresh garlic that had higher content of sulfur compounds showed better inhibition of kidney fibrosis than the other garlic groups which had a slightly lower sulfur content. These results suggest that the preventive effect of garlic on the kidney fibrosis was closely related to the content of sulfur compounds. Taken together, garlic inhibited renal fibrosis by suppressing the expression levels of TGF-β1, p-smad 2/3, and MMP3 which are known to be inducers of renal fibrosis. The prevention of renal fibrosis was more significant in the order of fresh garlic > roasted garlic + bamboo salt > roasted garlic > black garlic. Thus, it was found that the sulfur content in garlic was very important for the prevention of kidney fibrosis. These results suggest that the processed garlic products that have minimum loss of sulfur compounds are useful food materials to prevent kidney fibrosis.

발효마늘과 구운마늘의 뇌 신경세포보호 및 장누수증후군 예방 효과

박점련 목포대학교 대학원 2022 국내박사

마늘(Allium sativum)은 백합과(Lilliaceae) 파속(Allium)에 속하는 여러해살이 외떡잎 식물로서 오래전부터 건강에 좋은 것으로 알려졌다. 마늘에서 건강에 좋은 물질로 황화합물이 알려졌는데 얼마 전에 이들 황화합물이 체내에 들어가 황화수소 (Hydrogen Sulfide)를 생성하고 황화수소가 건강에 유익한 여러 기능을 한다는 것이 알려졌다. 황화수소는 최근 들어 NO (nitric oxide), CO (cabon monoxide) 와 같은 가스형태의 신호전달물질로 밝혀졌으며 뇌 신경세포 보호효과, 장 개선, 여러 효과 등이 보고되고 있다. 본 연구에서는 마늘을 다양한 식품 소재로 사용하기 위하여 발효기술을 이용한 가공품과 구운마늘을 개발하여 연구 모델의 실험동물에서 그 가공품이 다발성경화증 예방효과와 장누수증후군 억제에 미치는 영향을 조사하였다. 발효마늘 지표물질 S-allyl-L-cysteine (SAC) 함량 분석 총 thiosulfinate 함량 생리활성 평가 총 페놀성화합물과 총 플라보노이드 함량, 품질 특성 분석, 생육특성, 관능 평가를 종합 검토하여 Lactobacillus plantarum BR4로 균주를 선정하였다. 최적 발효조건으로 온도는 35℃ 초기 pH 6 이었으며 발효마늘 최적 제조공정을 확립하였다. 신경세포는 전기적 신호로 소통하는데 인체의 신경세포는 수초(myelin)로 둘러싸여 있다. 그런데 최근 바람직하지 못한 식습관과 환경적 요인 등 외부적 자극에 의해 체내 면역계균형이 깨지면서 수초의 손상이 나타나면서 생기는 질환을 다발성 경화증이라 한다. Cuprizone (CPZ)로 유도된 다발성 경화증 동물모델을 이용하여 Lactobacillus plantarum BR4 유산균으로 제조한 발효마늘의 다발성 경화증 예방 및 개선 효과 검증을 하였다. 다발성경화증 동물모델에게 식이한 결과, 생마늘 및 발효마늘을 식이 하였을 때 CPZ 유도군에 비해 단기기억능력과 행동능력을 개선시켜주는 것을 보였다. 산화스트레스 관련 인자들을 분석한 결과, 단백질 및 지질산화물과 산화질소 (NO)생성을 효과적으로 감소시켜주는 것으로 나타났다. 염증반응 관련 사이토카인 TNF-α, IL-1β, NF-κB 및 Nrf2 단백질 발현량 분석한 결과, 생마늘 및 발효마늘을 식이 하였을 때 대표적인 염증유발 사이토카인 TNF-α, IL-1β, NF-κB 단백질 발현량을 현저하게 낮추는 것으로 확인되었다. 또한 항산화 효소의 다양한 발현을 조절하는 Nrf2 단백질 발현량도 이와 유사함을 관찰할 수 있었다. 뇌 신경세포 손상 단백질 Oligo-1 및 Iba-1 발현량과 뇌 조직에서 뇌 신경세포 손상 관련 조직병리학적 인자들을 분석한 결과, 생마늘 및 발효마늘의 식이는 Myelin 손상 및 뇌 조직 손상을 우수하게 억제하였으며, Myelin을 구성하는 PLP 단백질 발현량을 증가되는 것으로 확인되었다. 장누수증후군은 최근 잘못된 식습관과 여러 요인에 의하여 급격히 증가하고 있다. 새로운 신호전달물질로 밝혀진 황화수소가 장 상피조직 보호효과가 보고 되었으며, 본 연구에서는 Dextran Sulfate Sodium (DSS)으로 유도되는 염증성 장 질환을 Mouse모델을 이용하여 장누수증후군 관련 기능성 검증을 하였다. 실험군으로 정상군, 장누수증후군(대조군), 구운마늘식이군, 구운마늘+죽염식이군 식이 후 여러 실험을 하였다. 장 투과성검사, 대장 조직에서 조직병리학적 인자 조사, tight junction permeability 관련 인자 분석하였다. 장 투과도 분석 결과 대조군과 비교하여 구운마늘 식이군에서 유의적으로 장 투과성을 억제하였다. 대장 조직을 헤마톡실린-에오신 염색 후 현미경으로 관찰했는데 구운마늘 식이군에서 염증세포 침윤, 장 상피세포 변형 및 점막구조 변형이 호전되는 결과를 볼 수 있었으며, tight juction 과 관련된 Occluden-1, ZO-1 및 EpCAM 단백질 발현량을 증가시켜 장벽 기능을 개선시키는 것으로 나타났다. 대장의 조직병리학적 인자 조사 결과, 장 염증을 완화시키고, 장 상피세포를 보호하여 장관면역을 향상시키는 것으로 나타났다. 따라서 구운마늘은 장누수증후군을 효과적으로 개선 및 예방할 수 있는 우수한 식품 재료로 판단된다 Garlic has been known to be beneficial for health for long time. Sulfur-containing compounds in garlic have been identified as biologically active compounds. Recently it was reported that these sulfur-containing compounds are converted to hydrogen sulfide by the enzymes in the body. Hydrogen sulfide is a recently identified neurotransmitter that has various regulatory roles. Hydrogen sulfide has been reported for neuroprotetive functions including protection against Alzheimer's disease, Parkinson’s disease, and multiple sclerosis (MS). In addition, S-allyl-L-cysteine (SAC) which is a bioactive compound in garlic has been reported recently to have neuroprotective function including activity against MS and to improve symtoms of MS in animal models. On the other hand, it was recently reported that eating fermented foods improved diversity of gut microbiome and reduced inflammatory biomarkers in body when compared to eating fiber-rich foods such as whole grains, vegetables, etc. in human study. Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease of central nervous system (CNS), in which oligodendrocyte functions as myelin of neuron. Demyelination of neuron in CNS occurs in MS. Recently the number of MS patients is increasing, especially in young people. In this study, we have investigated effects of fermented garlic on MS induced by cuprizon in rat model. For the fermentation of garlic, Lactobacillus plantarum BR4 was selected from 8 lactic acid bacteria, all of which were isolated from kimchi, based on the production of SAC and thiosulfinate contents and sensory evaluation, etc. during the fermentation. Optimum fermentation conditions were determined to be 35℃ and initial pH 6. Fermented garlic (FGE), fresh garlic (GE) were oral injected to cuprizon (CPZ)-treated rat, Dimethylfumarate (DMF) which was approved to be used to treat MS by Food and Drug Administration of USA was used as a positive control. The rats were divided into five groups: CON, CPZ, DMF, GE and FGE where except the CON, all other groups received 0.4 % cuprizone in AIN 93G diet, and CON and CPZ, DMF, GE and FGE group received oral treatment of saline, 15 mg/kg dimethyl fumarate, 5.2 g/kg equivalent fresh garlic extract, 5.2 g/kg equivalent fermented garlic extract, respectively for five weeks. Cuprizone had a substantial effect on short-term memory and motor coordination, as assessed by the Y-maze and rotarod, respectively; however, administration of fermented garlic extract enhanced the condition compared to the CPZ group and outperformed the DMF and GE groups where DMF is an oral first-line treatment for MS. In addition, cuprizone induced oxidative and nitroxidative stress, demyelination, glial activation and pro-inflammation was significantly improved in FGE compared to DMF and GE. This study indicates underlying neuroprotective effects of fermented garlic, which may help against neurodegenerative disease. Garlic also contains natural prebiotic fructooligosaccharides, antioxidants, and is rich in inulin-type fructan, a type of non-digestible carbohydrate or “functional fiber” that feeds the good bacteria in the digestive tract. Therefore, garlic may be good for gut health. The number of people who have gut problems is increasing nowadays in especially developed countries because people eat more processed foods, instant foods, refined foods, etc. Among the gut problems, leaky gut patients is increasing. Leaky gut is caused by an increase in intestinal permeability and believed to be associated with various diseases. We have investigated the effect of roasted garlic on dextran sodium sulfate (DSS)-induced intestinal permeability model in mice. Mice were divided into four groups: CON (AIN-93G diet), DSS (AIN-93G diet), RG (3% roasted garlic in AIN-93G diet), and RGP (3% roasted garlic + 0.7% bamboo salt in AIN-93G diet). All groups except the CON group received 2% DSS in drinking water at the last week of the experiment. DSS group showed significantly elevated gut permeability level and lower protein expressions of occludin, zonula occluden(ZO-1), and Epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) as compared to those of CON group. However, RG and RGP groups displayed remarkably lower trends in gut permeability and higher protein expressions of occludin, ZO-1, and EpCAMas compared to those of the DSS group. Also, RG and RGP groups showed significantly lower histological damage than the DSS group as shown in hematoxylineand eosin (H&E) stained colon sections. Moreover, alcian blue-nuclear red fast (AB-NFR) stained colon sections of RG and RGP groups exhibited higher goblet cell counts as compared to DSS group. These results indicate that roasted garlic could prevent gut leakage induced by DSS.