Combined Effects of Zinc Compounds and Xylitol on the Enzymatic and Anticandidal Activities of Salivary Antimicrobials = 아연 화합물과 자일리톨이 타액 항균 물질의 효소 활성 및 항진균 활성에 미치는 영향에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Zinc is an essential trace element for human health and represents diverse biological effects, including antimicrobial activity. Accordingly, it has been utilized as therapeutic agents in various fields and is also incorporated into oral health care products. Xylitol, a sugar alcohol with antibacterial activity, has been demonstrated to have anticariogenic properties and is commonly used in various oral health care products, such as gum, candy, and mouthwash. Such products often contain agents, including lysozyme and peroxidase activities, which are major salivary antimicrobials. Therefore, potential interactions among these substances may occur, which could influence their biological activity. This study aimed to investigate the combined effects of zinc compounds and xylitol on the enzymatic and anticandidal activities of salivary antimicrobials.
Four zinc compounds and/or xylitol were incubated with hen egg-white lysozyme (HEWL), bovine lactoperoxidase, the glucose oxidase–mediated peroxidase (GO-PO) system, and human whole saliva. Their enzymatic activities were then assessed both in the in-solution and on-surface phases. The effects of xylitol on the minimum inhibitory concentration (MIC) and fungicidal activities of zinc compounds were tested against Candida albicans strains. The combined effects of zinc compounds and xylitol on the candidacidal activities of HEWL, the peroxidase system, and the GO-PO system were also evaluated. The Friedman and the Wilcoxon signed-rank tests were used to analyze differences between the experimental and control groups.
The results showed that zinc compounds increased lysozyme activity but reduced peroxidase activity. Xylitol exerted the opposite effects, although it did not reverse the effects of zinc compounds. The enzymatic activity of the GO-PO system was increased by certain combinations of zinc compounds and xylitol. While xylitol did not affect the MIC results of zinc compounds against C. albicans, it significantly increased their candidacidal activities. Furthermore, the fungicidal activities of HEWL and the peroxidase system were significantly increased when zinc compounds were combined with xylitol.
In conclusion, zinc compounds and xylitol significantly influenced both the enzymatic and antifungal activities of salivary antimicrobials. And the combination of zinc compounds and xylitol may represent a promising topical antifungal approach for preventing or managing oral candidiasis, especially in geriatric populations.

국문 초록 (Abstract)

아연은 인체 건강에 필수적인 미량 원소로서 항균 활성을 포함한 다양한 생물학적 효과를 보유하고 있으므로 여러 분야에서 치료제로 활용되어 왔고 구강건강 증진을 위한 제품에도 사용되고 있다. 자일리톨(xylitol)은 항균 활성을 가지는 당 알코올로서 특히 항우식 효과가 입증되어 껌, 사탕, 양치 용액 등 구강건강 증진을 위한 다양한 제품에 활용되고 있다. 이러한 제품에는 타액 항균 물질인 lysozyme 및 peroxidase 활성을 가진 물질이 종종 첨가되므로 이들 간 상호작용이 일어날 수 있으며 해당 물질의 생물학적 활성에도 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 아연 화합물과 자일리톨이 타액 항균 물질의 효소 활성 및 항진균 활성에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
네 종류의 아연 화합물 및/또는 자일리톨을 hen egg-white lysozyme (HEWL), bovine lactoperoxidase, glucose oxidase–mediated peroxidase (GO-PO) system 및 인체 타액과 각각 배양하고 용액 상태 및 hydroxyapatite 표면 상태 모두에서 효소 활성을 평가하였다. 자일리톨이 아연 화합물의 항진균 활성에 미치는 영향을 평가하기 위해 Candida albicans에 대한 최소 억제 농도 (minimum inhibitory concentration, MIC) 분석과 살진균 분석 (candidacidal assay)을 수행하였다. 동일한 방식으로 아연 화합물과 자일리톨이 HEWL, peroxidase system 및 GO-PO system의 항진균 활성에 미치는 영향을 평가하였다. 실험군과 대조군의 효과를 비교하기 위하여 Friedman test 및 Wilcoxon signed rank test를 시행하였다.
연구 결과에 따르면, 아연 화합물은 lysozyme의 활성을 증가시켰고 peroxidase의 활성은 감소시켰다. 자일리톨은 lysozyme의 활성에 영향을 미치지 않았고 peroxidase의 활성은 증가시켰으나, 아연 화합물과 함께 존재 시 아연 화합물에 의한 억제 효과를 역전시키지 못하고 peroxidase의 활성 감소가 관찰되었으며 그 정도는 타액 peroxidase에서 더욱 뚜렷하였다. GO-PO system의 효소 활성은 일부 아연 화합물과 자일리톨의 조합에서 증가하였다. 자일리톨은 캔디다균에 대한 아연 화합물의 MIC에는 영향을 미치지 못했으나 살진균 활성은 유의하게 증가시켰다. 또한, 아연 화합물과 자일리톨을 동시에 적용했을 때 HEWL과 peroxidase system의 살진균 활성은 유의하게 증가되었다. 이상의 결과는 아연 화합물과 자일리톨이 타액 항균 물질의 효소 활성 및 항진균 활성에 유의한 영향을 미침을 보여주었다. 결론적으로 이 연구의 결과는 아연 화합물과 자일리톨의 조합이 노인 인구에서 호발하는 구강 캔디다증의 치료에 활용될 수 있는 잠재적인 항진균 물질임을 제시해 주었다.

목차 (Table of Contents)

• I. INTRODUCTION 1
• II. REVIEW OF LITERATURE 3
• III. MATERIALS AND METHODS 15
• IV. RESULTS 20
• V. DISCUSSION 23
• VI. CONCLUSIONS 27
• REFERENCES 29
• TABLES 46
• FIGURES 72
• KOREAN ABSTRACT 74