Astragali Radix Aqueous Extracts Ameliorate the Vitamin D3-induced Calcific Aortic Valve Disease in Mice = Vitamin D3 로 유도된 대동맥판막 석회화 생쥐 모델에서 황기 물추출물의 개선 효과

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objective
The study aimed to investigate the dose-dependent ameliorating effects of Astragali Radix (AR) aqueous extracts on the vitamin D3-induced calcific aortic valve disease (CAVD) mouse model, and to explore possible mechanisms involving oxidative stress, as part of developing a novel alternative agent for CAVD.
Methods
Sixty male C57BL/6 mice were assigned to six groups (n=10) based on the individual body weight deviations. CAVD was induced by subcutaneous injection of vitamin D3 (6.5×10⁵ IU/kg), once a day for 3 days, from 1 hour before initial administration of the test articles. AR aqueous extracts (100, 200, or 400 mg/kg) or simvastatin (10 mg/kg) were administered orally, once a day for 7 days, from 1 hour after first vitamin D3 injection. Mortality, body weight and gain, heart weight, heart calcium content, heart mRNA expression, lipid peroxidation, antioxidant defense indicators, and histopathological changes in the heart - aortic valve regions were evaluated.
Results
In the vitamin D3 control group, relative heart weight, calcium deposition, lipid peroxidation (MDA), and mRNA expression of RANKL, OPG, BMP-2, and NFκB were significantly increased. In contrast, body weight, antioxidant defenses (GSH, CAT, SOD), and mRNA expression of MGP and Nrf2 were significantly decreased, with histopathological changes such as valve thickening, inflammatory infiltration, and linear calcium deposits. These pathological changes were significantly and dose-dependently inhibited by AR aqueous extract treatment at all doses. Notably, AR aqueous extract 200 mg/kg showed comparable efficacy to simvastatin (10 mg/kg), and the 400 mg/kg dose showed slightly greater inhibitory effect.
Conclusion
In the current study, oral administration of AR aqueous extracts showed significant and dose-dependent inhibitory activities against vitamin D3-induced CAVD mouse model, through ectopic calcification inhibitory activities, anti-inflammatory effects, and antioxidant activities. Therefore, it is strongly expected that appropriate oral administration of AR aqueous extract can be a novel potent alternative agent on the various ectopic calcification related organ damages including CAVD, warranting further bioactive compound screening researches, systemic mechanism studies, further animal studies, and proper clinical trials.

국문 초록 (Abstract)

목적
본 연구는 황기 물추출물이 비타민 D3로 유도된 대동맥판 석회화 질환 생쥐 모델에서 용량 의존적으로 나타내는 개선 효과를 확인하고, 산화스트레스 관련 기전을 탐색함으로써 대동맥판 석회화 질환에 대한 새로운 대체 치료 후보 물질로서의 가능성을 평가하고자 하였다.
방법
C57BL/6 수컷 생쥐 60마리를 체중 편차를 기준으로 6개의 군 (n=10)으로 분류하였다. 비타민 D3 (6.5×10⁵ IU/kg)는 1일 1회, 3일간 피하 주사하여 대동맥판 석회화 질환을 유도하였으며, 각 투여는 시험물질 투여 1시간 전에 실시하였다. 시험물질인 황기 물추출물 (100, 200, 400 mg/kg) 또는 simvastatin(10 mg/kg)은 1일 1회, 7일간 경구로 투여하였다. 실험 종료 후 생존율, 체중 및 체중 변화량, 심장 무게, 심장 내 칼슘 함량, 심장 조직의 mRNA 발현, 지질 과산화 정도, 항산화 방어체계, 그리고 심장 및 대동맥판막 조직의 병리학적 변화를 평가하였다.
결과
비타민 D3 투여군에서는 심장의 상대무게, 칼슘 침착, 지질과산화(MDA), 및 RANKL, OPG, BMP-2, NFκB의 mRNA 발현이 유의하게 증가하였고, 반대로 체중, 항산화 방어지표(GSH, CAT, SOD), 및 MGP, Nrf2의 mRNA 발현은 유의하게 감소하였다. 또한 판막 비후, 염증세포 침윤, 선형 칼슘 침착 등의 조직병리학적 변화도 관찰되었다. 이러한 병리적 변화들은 황기 물추출물 투여군에서 용량 의존적으로 유의하게 억제되었으며, 특히 황기 물추출물 200 mg/kg 투여군은 simvastatin 10 mg/kg 투여군과 유사한 억제 효과를 보였으며, 400 mg/kg 투여군에서는 더 우수한 억제 효과를 보였다.
결론
본 연구에서 비타민 D3로 유도된 대동맥판 석회화 질환 생쥐 모델에서 황기 물추출물의 경구 투여는 석회화 억제, 항염증, 항산화 활성 등을 통해 유의하고 용량 의존적인 보호 효과를 나타냈다. 따라서 황기는 대동맥판 석회화 질환을 포함한 다양한 이소성 석회화 관련 장기 손상에 대한 새로운 유효 대체 치료제로서 활용 가능성이 높으며, 향후 생리활성 성분의 탐색, 기전 연구, 추가 동물실험 및 임상시험이 필요할 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Materials and Methods 4
• 1. Test articles and administration 4
• 2. Animals and husbandry 5
• 3. Calcific aortic valve disease inducement 5
• 4. Measurement of mortalities 9
• 5. Measurement of body weight changes 9
• 6. Measurement of heart weight 9
• 7. Determination of heart calcium contents 10
• 8. Lipid peroxidation analysis 10
• 9. Antioxidant defense system analysis 11
• 10. qPCR analysis of heart mRNA expressions 12
• 11. Histopathologic analysis of heart 14
• 12. Statistical analyses 16
• III. Results 17
• 1. Mortality 17
• 2. Body weight changes. 19
• 3. Heart weight changes 22
• 4. Heart calcium content changes 24
• 5. Changes on the heart lipid peroxidation and antioxidant defense system 26
• 6. Effects on the heart mRNA expressions 29
• 7. Effects on the heart histopathology 32
• IV. Discussion 39
• V. Conclusion 44
• References 45
• Abstract (English) 53
• Abstract (Korean) 55