Study of natural compounds isolated from the stem of Fatsia japonica on the regulation of anti-inflammatory and neuro-protective effects

Abstract

팔손이(Fatsia japonica)는 두릅나무과(Araliaceae)에 속하는 관목으로 이명으로는 팔각금반(八角金盤)이라 불리는 여러해살이 식물이다. 두릅나무과의 특징은 흔히 줄기에 가시가 있으며 꽃은 산형화서로 달리고, 하위자방의 각 실에 1개의 배주가 들어있고 열매는 장과 또는 핵과이며, 팔손이와 함께 두릅나무(Aralia), 오갈피(Acanthopanax), 황칠나무(Dendropanax), 음나무(Kalopanax), 인삼(panax) 등이 두릅나무과에 속해있다. 또한 선행연구에 의하면 60~80속 정도의 범위가 설정되어 있으며, 약 900종이 주로 열대와 아열대를 중심으로 분포하고 있는 것으로 알려져 있다. 국내에는 8속 14종 5변종 1품종이 자생하는 것으로 알려져 있다. 팔손이의 자생지는 한국,일본 및 대만 등 동아시아 지역에 분포하며 우리나라에서는 제주도를 비롯한 경상남도 및 전라남도 등 남부 지방의 해안가 근처에 자라는 상록활엽수 관목이다. 팔손이의 특징은 잎의 양 면에 털이 없고 표면은 짙은 녹색으로 윤태가 있으며, 뒷면은 황록색을 띄며 직사광선에 잎이 상하므로 그늘진 곳에서 잘 자란다. 팔손이의 키는 1~3m이며, 둥근 잎은 어긋나나 가지 끝에서는 긴 잎자루 끝에 뭉쳐나는데, 잎의 길이는 20~40cm로 매우 크고 잎몸이 7~9개로 크게 갈라져 손바닥을 편 모양을 나타내어 팔손이라고 부른다. 팔손이는 관상용 식물로 알려져 있으며 팔손이 잎을 통한 약리작용으로는 진해, 거담, 동통, 요통, 류마티스에 효과가 있다고 알려져 있다. 또한 선행연구에 의해 분리 및 보고된 팔손이의 성분은 fatsioside A, palmitic acid, adenosine, oleanolic acid, hederagenin, acacetin, arabinopyranoside, isovitexin, astragalin, quercetin 등으로 알려진 상태이다. 그러나 팔손이는 관상용 식물로 널리 알려진 만큼 활성성분분리 및 생리활성에 대한 선행연구는 미미한 상태이다. 또한 보고된 약리작용이 대부분 잎을 통해 작용되는 것으로 알려져 있으며 잎에는 독성물질인 fatsiasapotoxin, α-fatsin, β-fatsin이 있는 것으로 알려져 있다. 팔손이를 선정하게 된 배경은 조선대학교 약초원으로부터 팔손이를 비롯한 원식물 총 47종을 채취하여 각각의 식물에 대한 총 217개의 추출물(47개) 및 분획물(170개)를 분획과정을 통해 얻은 후 HT22 해마세포, BV2 미세아교세포, RAW264.7 대식세포를 이용한 활성탐색을 통해 항염증 및 뇌세포 보호효과를 확인하였으며, 그 중 항염증 및 뇌세포 보호효과에 긍정적인 활성을 나타내며 선행연구가 많이 되지 않은 팔손이를 선택하였다. 두릅나무과의 특성상 약리성분이 주로 뿌리껍질, 줄기껍질에 분포하고 있다고 보고되어 있으며 현재 팔손이의 줄기에 대한 분석이 미미하므로 본 연구에서는 팔손이 잎이 아닌 줄기(Stem)부위를 추출 및 분획과정을 거쳐 얻어진 추출물, 클로로포름, 에틸아세테이트, 부탄올, 물층 총 5개의 추출물 및 분획물에 대한 항염증 및 뇌세포 보호효과 조절 비교연구를 실행하여 긍정적인 활성효과 및 양이 가장 많은 부탄올 분획물을 선택하였다. 활성성분 분리를 시도하기 위해 팔손이 줄기 부탄올 분획물을 LPLC, MPLC, 실리카겔, HP20, sepadex, mci-gel 컬럼 크로마토그래피를 통해 다양한 용매조건을 사용하여 반복적으로 실험한 결과 4개의 화합물을 분리하였다. 각각의 팔손이 줄기 유래 화합물 1-4는 1H-NMR, 13C-NMR, H-1HCOSY, HSQC, HMBC 분광분석 등의 1D 및 2D NMR에 기초하여 maltose (1), begoniifolide A (2), leiyemudanoside B (3), leonticin F (4)로 구조결정 하였으며, 4개의 화합물에 대한 항염증 억제, 뇌염증억제 및 뇌세포 보호효과를 확인하였다. 본 연구에서는 팔손이 줄기에 내재되어있는 천연화합물을 발견하고 또한 팔손이 줄기 유래 추출물, 분획물, 단일 화합물들에 대해 처음으로 항염증 억제, 뇌염증억제 및 뇌세포 보호효과 조절 연구를 확인하였다.|Fatsia japonica (F. japonica) is a shrub belonging to the Araliaceae, and is a perennial plant called a pal-gak-geum-ban. Representative plants belonging to Araliaceae with F. japonica include Acanthopanax, Dendropanax, Kalopanax, and Panax. The characteristics of Araliaceae are mostly thorn on the stem, flowers are umbel shape and the fruit is a bowel or a nucleus. According to previous researches, the range of about 60 ~ 80 genus has been established, and about 900 species are mainly distributed around tropical and subtropical locations. In Korea, 8 genus and 14 species are known to be grow wild. The F. japonica is grown wild to eastern Asia, including Korea, Japan, and Taiwan. In Korea, they are evergreen broad-leaved shrubs that grow near the coasts of southern provinces such as Jeju Island, Gyeongsangnamdo and Jeollanamdo. It has no hairs on both sides of the leaf; it has dark green color, and has a yellowish green color on the back side. Also, leaves grow in shady places because they are damaged by direct sunlight. The height of F. japonica is 1 ~ 3m, the length of leaf is 20 ~ 40cm and it is very large and leaf blades are 7 ~ 9 large. F japonica is known as ornamental plant, and it is also known that pharmacological action through F. japonica leaf is effective for asthma, antitussive, expectorant, ache, gout and rheumatism and so on. According to previous studies, various components such as fatioside A, palmitic acid, adenosine, oleic acid, hydergen, acacetin, arabinopyranoside, isobutyricin, astragalin and quercetin has been reported as components separated from F. japonica. It is also known that most of the reported pharmacological actions are through the leaves, and the leaves are known to contain toxic compounds fatsia-sapotoxin, α-fatsin and β-fatsin. In the previous studies, F. japonica is well known as ornamental plants, but there are no studies about the anti-inflammatory, anti-neuroinflammatory, and neuro-protective actions of components from F. japonica. To explain about the selected background of F. japonica, firstly 47 species of plants including F. japonica were collected from Chosun University herb garden. And I got total extracts (47) and fractions (170). Next, I have checked the anti-inflammatory, anti-neuroinflammatory, and neuro-protective effects of extracts and fractions from all 47 species of plants. Finally, I selected F. japonica with consideration about biological activities and amount of yield. In order to isolate the components from F. japonica, I have isolated 4 compounds by LPLC, MPLC, silica gel, HP-20, sephadex, and MCI-gel column chromatography with repeatedly using various solvent systems. Compounds 1-4 structure were determined based on 1D and 2D NMR such as 1H-NMR, 13C-NMR, 1H-1HCOSY, HSQC and HMBC spectroscopy as maltose (1), begoniifolide A (2), leiyemudanoside B (3), leonticin F (4). I have also confirmed the anti-inflammatory, anti-neuroinflammatory, and neuro-protective effects of compounds 1-4. In this thesis, it is first time experiments on the anti-inflammatory, anti-neuroinflammatory, and neuro-protective actions of extracts, fraction, and 4 natural compounds isolated from F. japonica stem.