Study on the anti-aging effects of Compounds isolated from the flowers of Rudbeckia bicolor Nutt. and Coreopsis lanceolata L.

Abstract

고령화 사회가 급속도로 진행됨에 따라 사람들의 건강관리도 관심이 높아지고 있다. 고령화가 진행될수록 노화에 관한 발병률이 증가하고 있으며, 노화 예방관련 식품, 의약품, 화장품들도 무수히 연구되고 있다. 노화는 면역조절, 산화스트레스 등과 관련이 있으며, 이는 염증으로 이어지고 신경퇴행성질환 및 피부노화로 이어진다. 신경퇴행성질환의 종류로는 알츠하이머, 헌팅턴, 파킨슨 병이 포함되며, 이들은 모두 염증과 관련이 있다. 신경퇴행성질환과 관련된 또 다른 반응은 아폽토시스, 염증성사이토카인 등 아직까지도 밝혀지지 않은 다양한 발병기전들이 존재한다. 시간이 지남에 따라 인간의 피부는 자연적인 노화, 외부적 손상 등의 과정을 거치며 노화가 일어난다. 피부 노화는 크게 내인성요인과 외인성요인으로 구분되며, 주름형성, 색소침착, 피부건조, 두꺼운 피부, 탄력저하 등의 증상이 발생한다. 피부노화의 대표적인 질환은 건선, 아토피성 피부염, 알레르기성 접촉 피부염과 같은 염증성 피부질환이 있으며, 이들은 염증과도 밀접한 관련이 있다. 국화과(Compositae) 식물은 세계에 널리 분포하고 있으며, 약 920속 20000종이 알려져있고, 오래전부터 약용소재로써 사용되어왔다. 그 중 원추천인국(Rudbeckia bicolor Nutt.)과 큰금계국(Coreopsis lanceolata L.)은 길가에 흔히 보이는 생존력이 높은 식물로 알려져 있다. 하지만 원추천인국과 큰금계국의 꽃 함유성분에 대한 연구와 항노화에 관련된 연구는 거의 보고된 바가 없다. 이에 본 연구에서는 원추천인국과 큰금계국 추출물과 하위 분획물의 항노화 활성을 확인하였고, 그 활성성분을 분리하고자 하였다. 원추천인국과 큰금계국의 꽃 70% EtOH 추출물로부터 9개의 화합물 (patulitrin, eupatolitin-3-O-glucoside, eupatolin, beta-amyrin, phenylheptatryine, 2'-hydroxy-3,4,4'-trimethoxy chalcone, 4 ', 7-dimethoxyflavanone, 8-methoxybutin, leptosidin)을 분리하고 구조동정하였으며, 이들 화합물이 BV2, RAW264.7, HT22, HaCaT 세포주에서 염증성 사이토카인 생성 억제 및 NO, 세포보호효과 등의 효과를 확인하였다. 그 결과 원추천인국 H2O 분획물을 제외한 추출물과 모든 분획물 및 큰금계국 추출물과 EtOAc, BuOH 분획물은 HT22 해마세포에서 산화스트레스에 의한 신경독성으로부터 신경세포보호효과가 확인되었으며, 원추천인국과 큰금계국의 추출물 및 모든 분획물은 LPS로 유도한 BV2 미세아교세포에서 항신경염증 효과를 확인하였다. 또한 원추천인국과 큰금계국의 BuOH 분획물을 제외한 추출물 및 모든 분획물에서 LPS로 유도한 RAW264.7 대식세포에서 항염증 효과를 확인하였으며, 피부노화와 관련된 HaCaT 각질세포에서는 원추천인국의 EtOAc 분획물을 제외한 추출물과 분획물에서, 큰금계국의 BuOH 분획물을 제외한 추출물과 분획물에서 피부염증 억제효과를 나타내었다. 또한, 분리한 화합물 9종 중 5종 (patulitrin, beta-amyrin, phenylheptatryine, 8-methoxybutin, leptosidin)에 대해 항노화와 관련된 염증억제효과를 확인한 결과 phenylheptatryine과 8-methoxybutin은 BV2 미세아교세포와 RAW264.7 대식세포에서 항신경염증 및 항염증 효과가 가장 우수하였다. 추가적으로, 분리된 화합물을 이용하여 원추천인국과 큰금계국 추출물의 지표성분에 대한 정성 및 정량평가를 진행한 후, 표준화 연구를 수행하였다. 이에 원추천인국과 큰금계국은 항노화와 관련된 천연 소재로써 개발 가능성이 있음을 시사한다. |Because of a rapidly aging society, people’s interest in health care is also increasing. With the progress of the aging process, the incidence of aging-related issues also increases; therefore, foods, medicines, and cosmetics related to aging are being studied extensively. Aging is related to immune regulation and oxidative stress, which lead to inflammation, neurodegenerative diseases, and skin aging. Neurodegenerative diseases include Alzheimer’s, Huntington’s, and Parkinson’s, all of which are associated with inflammation. Another reaction associated with neurodegenerative diseases is apoptosis induced by inflammatory cytokines and other processes that have not yet been identified. Skin diseases related to aging also exist. Over time, human skin ages through processes such as natural aging and external damage. Skin aging is largely categorized as owing to endogenous and exogenous factors, and results in symptoms such as wrinkle formation, pigmentation, xeroderma, thick skin, and loss of elasticity. Representative diseases of skin aging include inflammatory skin diseases such as psoriasis, atopic dermatitis, and allergic contact dermatitis, which are also closely related to inflammation. Compositae are widely distributed globally, comprising approximately 920 genera and 20,000 species and are known to have been used as medicinal materials for a long time. Among them, Rudbeckia bicolor Nutt. and Coreopsis lanceolata L. are plants belonging to Compositae, which are commonly seen on the roadside. However, not much is known about both plants to date. Thus, the 70% EtOH extract of R. bicolor was investigated and compounds patulitrin, eupatolitin-3-O-glucoside, eupatolin, and beta-amyrin were isolated and their structures determined. In addition, the compounds phenylheptatryine, 2'-hydroxy-3,4,4'-trimethoxy chalcone, 4',7-dimethoxyflavanone, 8-methoxybutin, and leptosidin were isolated and structures determined from the 70% EtOH extract of C. lanceolata. The effects of the isolated compounds were investigated in BV2, RAW264.7, HT22, and HaCaT cell lines, and the inhibition of inflammatory cytokine and nitrite production and cytotoxicity were confirmed. In this study, natural compounds contained in the Compositae plants R. bicolor and C. lanceolata were identified, and the inhibitory effect of these compounds on the production of inflammatory substances related to aging was confirmed in vitro models. As a result, 70% extracts and EtOAc fractions of R. bocolor and C. lanceolata showed superior anti-aging effect compared to other fractions. Among the isolated compounds, phenylheptatryine and 8-methoxybutin showed the best anti-neuroinflammatory and anti-inflammatory effect compared to other compounds. In addition, standardization studies were conducted by evaluating the content of major components in extracts R. bocolor and C. lanceolata as isolated compounds. This suggests that the 70% EtOH extracts of R. bicolor and C. lanceolata have potential as anti-aging treatments.