Tetrahydrofuran type-lignans from Myristica fragrans as AMP-activated protein kinase activators

Abstract

최근 고열량 음식의 소비와 생활습관에 기인한 비만의 급격한 증가는 당뇨병 및 대사증후군의 빠른 증가를 불러 왔다. AMP-activated protein kinase (AMPK) 효소는 세포 및 개체의 에너지 대사를 조절하는 효소로서 대사과정의 필수적인 조절자이다. 최근의 많은 연구는 운동을 모방한 효과를 보일 수 있는 AMPK 활성화 물질이 항비만, 항당뇨 및 대사증후군 질환의 강력한 약물 목표점으로 사용될 수 있음을 제시하고 있다. 본 연구는 사용한 육두구는 남아프리카, 인도, 적도지역에서 자라는 방향성 사철관목이다. 육두구 (nutmeg)는 이러한 식물의 과실 핵의 껍질로서 12세기 유럽으로 향신료로서 도입된 이후 많은 서양 음식에서 사용되고 있다. 육두구는 또한 아시아에서 관절염, 근육경직, 식욕감퇴 및 장염치료제로서 오랫동안 처방되어 왔다. 본 실험실에서 새로운 AMPK 활성화 물질을 천연물로부터 발굴하려는 탐색과정에서 육두구 추출물이 분화된 근육전구세포인 C2C12 세포주에서 AMPK 효소를 활성화 함을 발견하였다. 활성물질로서 5-bis-aryl-3,4-dimethyltetrahydrofuran 리그난계 화합물 골격을 갖는 7종의 화합물을 크로마토그래피와 고압액체크로마토그래피 (HPLC)를 사용하여 분리하였다. 분광학적인 방법을 이용하여 결정한 화합물의 구조는 tetrahydrofuroguaiacin B (1), saucernetindiol (2), verrucosin (3), nectandrin B (4), nectandrin A (5), fragransin C1 (6)와 galbacin (7)로 확인되었다. 분리한 화합물 가운데 화합물 1, 4와 5는 AMPK 효소를 보다 강력히 활성화 함을 확인하였다. 또한, 넥탄드린 B를 주성분으로 함유한 리그난 분획의 항 비만효과가 C57BL6 마우스를 사용하여 연구되었다. 고지방식이를 먹인 마우스에서 테트라하이드로 퓨란 형태의 화합물을 포함한 추출물 분획은 체중의 증가와 지방조직의 증가를 저해함이 관찰되었으며, 이러한 효과는 AMPK 활성화 물질의 에너지대사과정의 조절에 기인한 것으로 판단된다. 육두구로부터 AMPK 활성화 물질로서 테트라하이드로 퓨란 형태의 화합물을 이용하는데 문제를 발생할 수 있는 것이 육두구에서 평균적으로 7 - 16% 정도 존재하는 희발성 오일속에 있는 미리스티신이다. 미리스티신은 희발성 오일의 4 - 8% 가량 존재하는 성분으로 섭취시 심각한 중독성과 환각증상을 유발한다. 최근의 보고에 의하면 육두구 5 g에 해당하는 kg당 1 - 2 mg의 미리스티신으로도 증독증상을 일으키는 예가 보고되었다. 따라서, 미리스티신의 함량을 줄이고 테트라하이드로 퓨란 형태의 화합물을 최적으로 포함하는 추출 및 분리방법의 개발이 또한 시도되었다.|In recent years, due to high fed diets and sedentary lifestyles, the upsurge in obesity has led to the increase in the prevalence of type 2 diabetes and other metabolic disorders. AMP-activated protein kinase (AMPK), a heterotrimeric enzyme complex that works as a fuel gauge to regulate cellular and whole body energy homeostasis, may act as a key player in metabolic control. Many studies indicate that AMPK activators, which mimic or potentiate the exercise-related effects, are regarded as potential candidates for development of anti-obesity, anti-diabetic agents as well as drugs for the treatment of other metabolic diseases. Myristica fragrans Houtt. (Myristicaceae) is an aromatic evergreen tree cultivated in the South Africa, India and other tropical countries. After nutmeg, which refers to the dried kernels of this plant, was imported into Europe at the 12th century, it has long been indigenously used as a spice in many Western foods. Nutmeg is also prescribed for medicinal purposes in Asia to treat many diseases such as rheumatism, muscle spasm, decreased appetite, and diarrhea. In our program to search new AMPK activators from plants, we found that a total extract of M. fragrans activated AMPK enzyme in differentiated C2C12 cells. As the active constituents, seven 2,5-bis-aryl-3,4-dimethyltetrahydrofuran lignans, tetrahydrofuroguaiacin B (1), saucernetindiol (2), verrucosin (3), nectandrin B (4), nectandrin A (5), fragransin C1 (6) and galbacin (7) were isolated from this extract. Among isolates, compounds 1, 4, and 5 showed a strong stimulation on AMPK enzyme. Moreover, anti-obesity property of this lignan-enriched extract was investigated by using C57BL/6 mice models. Our results revealed that tetrahydrofuran mixture extract prevented the increasing body weight and adipose tissue mass in mice fed with high fed diet (HFD). These effects may be obtained partly by whole-body energy regulation role of AMPK activators. However, the seed of nutmeg yields average 7-16% volatile oil in which the content of myristicin is approximately 4-8%. Furthermore, severe intoxications and psychiatric effects were reported to occur after an ingestion of about 5 g of nutmeg corresponding to 1-2 mg myristicin/kg body weight. Hence, high contents of myristicin existed in nutmeg caused many difficulties in preparing extract to use as a functional food. For this reason, the processing conditions for preparing extract containing active compounds on AMPK from nutmeg and reducing myristicin contents were also suggested.