진균류의 생물전환에 의한 홍화씨의 항당뇨 활성 증대 = Increased Anti-diabetic Activity of Carthamus tinctorius (Safflower) Seeds by Fungal Biotransformation

국문 초록 (Abstract)

홍화씨(Carthamus tinctorius, safflower)는 과거 한의학에서 뼈의 재생에 주로 사용되어왔고 최근 당뇨에도 효과가 있는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 홍화씨의 효능을 증진하기 위하여 Cordyceps militaris, C. nutans, C. pruinosa, Paecilomyces tenuipes 등의 진균류를 이용하여 생물전환을 시도하였다. 생물전환된 홍화씨를 methanol로 추출하고, 이것을 기본으로 하여 화합물의 극성에 따라 ethylacetate (EtOAc), n-butanol, water 분획물로 나누었다. 각 분획물을 대상으로 rabbit angiotensin-converting enzyme, acetylcholinesterase, α-glucosidase, protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B), mushroom tyrosinase, pancreatic lipase 등의 저해 활성, DPPH free radical 소거활성 및 인간 전립선암 세포주인 PC-3에 대한 세포 증식 저해능을 평가하였다. 그 결과, 생물전환을 하지 않은 대조군에 비해 진균류로 생물전환한 methanol 추출물에서 PTP1B 저해 활성이 증가하였으며, 특히 C. nutans, C. pruinosa, P. tenuipes로 생물전환한 홍화씨 추출물의 EtOAc 분획에서 매우 높은 저해 활성을 보였다. 따라서 각 EtOAc 분획을 thin-layer chromatography (TLC)하여 생물전환 홍화씨 내 구성물질의 변화를 확인하였다. 그 결과, C. nutans, C. pruinosa에 의해 생물전환된 홍화씨에서 구성 물질의 변화가 가장 많이 확인되었다. 따라서, C. pruinosa로 생물전환한 홍화씨에서 증대된 항당뇨 활성물질을 확인하기 위하여 EtOAc 분획을 이용하여 prep. TLC 하였다. 구성 물질의 극성에 따라 11개의 분획으로 분리하고 PTP1B 저해 활성을 조사한 결과, 3번 분획(Rf value=0.68)에서 강한 PTP1B 저해 활성을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 본 연구를 통해 홍화씨를 C. pruinosa로 생물전환함으로써 항당뇨 활성과 관련된 생리활성이 증가한 것을 확인하였고, 이러한 활성물질의 정확한 구조 동정과 항당뇨 효능 및 세포 수준에서의 항당뇨 관련 인슐린 신호전달 경로(IRS-1/Akt/GLUT4) 검증 및 당뇨 동물 모델에서의 유효성 평가 등의 후속 연구를 통해 천연물 유래 항당뇨 신약 및 기능성 식품 개발 가능성이 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Safflower (Carthamus tinctorius) seeds have been mainly used for bone regeneration in Korean oriental medicine in the past and more recently they are known to be effective against diabetes. In this study, we attempted fungal biotransformation to improve their biological effects, using Cordyceps militaris, C. nutans, C. pruinosa, and Paecilomyces tenuipes. Biotransformed safflower seeds were extracted with methanol, which was sequentially fractionated into ethylacetate (EtOAc), n-butanol, and water layers. Several biological activities of each fraction were measured. As a result, protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) inhibitory activity was remarkably increased in methanol extract of biotransformed safflower seeds, compared to its extract without biotransformation. In particular, EtOAc fractions of safflower seeds biotransformed by C. nutans, C. pruinosa, and P. tenuipes showed significantly higher PTP1B inhibitory activity. Meanwhile, changes of substances in each EtOAc fraction of biotransformed safflower seeds were observed through thin-layer chromatography. Especially, safflower seeds biotransformed by C. nutans and C. pruinosa showed the patterns of well-converted compounds. For the detection of their enhanced active compounds, preparative TLC using EtOAc fraction of C. pruinosa-biotransformed safflower seeds was performed to separate the compounds, resulting in 11 fractions. In particular, the #3 fraction was found to have the strongest PTP1B inhibitory activity. Finally, it was considered that anti-diabetic compounds were increased in safflower seeds biotransformed with those fungal strains. Therefore, these can be used for treatment of diabetes and further studies are needed to elucidate their action mechanisms.