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제주도 탈염 용암해수 재배로 제조한 브로콜리 추출물의 신경 세포 보호 효과
이진설,장윤비,최지선,정재준,강승우 한국응용과학기술학회 2020 한국응용과학기술학회지 Vol.37 No.3
Dietary nutrition is a critical lifestyle factor that can reduce the risk of future cognitive impairments caused by dementia. Accumulating evidence suggests that dietary supplementation with Sulforaphane may help the prevention of cognitive impairments and dementia. Thus, Sulforaphaneenriched broccoli extract would hold promise to improve cognitive impairments of dementia patients. Here, we have used broccoli extracts, prepared from broccoli cultivated in Magma Seawater, to test if the broccoli extracts can be dietary supplement to improve cognitive impairments. Magma Seawater originated from Jeju Island, Korea is unique in terms of containing high concentrations of usable minerals (Zinc, Vanadium and Germanium etc.). Broccoli, grown in Magma Seawater, would contain Sulforaphane and the extra amount of usable minerals. The chemical compositions of the broccoli extracts were analyzed using LCQorbitrap to detect Sulforaphane and Glucoraphanin. Analysis method based on HPLC was developed for measurement of sulforaphane levels in the broccoli extracts. We have tested if the broccoli extracts have antiapoptotic and antiinflammatory effects on neuronlike SHSY5Y cells. In addition, we examined if the broccoli extracts are able to upregulate expression of synaptic plasticityassociated proteins (BDNF and phosphoCREB) and to inhibit acetylcholine esterase (AchE) activity. We have shown that the broccoli extracts inhibited the apoptotic pathway and inflammatory responses. Finally, we present evidence showing that AchE activity was inhibited by the broccoli extracts, but expression of BDNF and phosphoCREB was upregulated. Taken together, these findings suggest that the broccoli extracts from Magma Seawatergrown broccoli would be a good source of dietary nutrition to improve cognitive impairments in the future. 식이 영양에 의한 충분한 영양분 섭취는 치매에 의한 뇌 인지 기능의 저하의 위험성을 줄일 수있는 중요한 수단이다. 설포라판은 뇌 인지 기능 개선효과가 있는 것으로 알려져 있는 영양 성분으로, 설포 라판이 다량으로 포함된 브로콜리 추출물은 인지 기능 개선 효과가 좋을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 제주도 탈염 용암해수 재배로 제조한 브로콜리 추출물이 뇌 인지 기능 개선 효과를 가지고 있는지 시험하 였다. 제주도 용암해수는 유용 미네랄 (아연, 바나듐, 게르마늄)이 풍부해서, 용암 해수에서 재배한 작물은 유용미네랄 함량이 높은 것으로 알려 져 있다. 제주도 탈염 용암 해수를 사용해서 재배한 브로콜리 추출물의 화학 조성 중 설포라판과 글루코라판 성분을 분석하기 위해 LCQorbitrap 질량 분석기를 사용하였 고, 설포라판의 정량 분석을 위해 HPLC 를 사용하였다. 브로콜리 추출물의 신경 세포 사멸 억제 효과와항 염증 효과를 시험하기 위해 SHSY5Y 세포를 사용한 실험을 수행하였고, 시냅스 가소성 촉진 효과를 시험하기 위해 SHSY5Y 세포에서 시냅스 가소성 관련 단백질의 발현 변화와 아세틸콜린 분해 효소의 활성 변화를 측정하였다. 이러한 실험들을 수행한 결과 탈염 염지해수로 재배한 브로콜리 추출물은 신경 세포 사멸 억제 효과와 항염증 효과가 있음을 확인 하였고, 시냅스 가소성 관련 단백질 발현을 증가 시키고 아세틸콜린 분해 효소의 활성을 억제해서 시냅스 가소성을 증가 시키는 효과가 있는 것을 확인 하였다. 이상의 결과들은 제주도 탈염 용암해수로 재배한 브로콜리 추출물이 치매에 의한 뇌 인지 기능 저하를 억제 하는 좋은 식이 영양분으로 사용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
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제주도 탈염 용암 해수를 이용하여 수경재배한 새싹인삼 추출물의 In Vitro 신경독성에 대한 신경보호 효과
최윤표(Yoon Pyo Choi),장윤비(Youn Bi Jang),최지선(Ge Sun Choi),권미향(Mee Hyang Kwon),이다연(Da Yeon Lee),강병우(Byung Woo Kang),이진설(Jinseol Rhee),서보승(Bo Seung Seo),김대원(Dae Won Kim),정재준(Jai Jun Choung),이지윤(Ji Youn Lee) 한국식품영양과학회 2020 한국식품영양과학회지 Vol.49 No.9
본 연구에서는 유용한 미네랄 성분을 다량 함유하고 있어 산업적 가치가 높은 제주 용암 해수에서 탈염 과정을 거쳐 만들어진 탈염 용암 해수를 이용하여 수경재배한 새싹인삼추출물 건조시료를 Q-Orbitrap으로 성분을 규명하고, HPLC로 기준 및 시험방법을 설정하여 표준화했으며 ICP-AES를 이용하여 무기물 함량을 분석하였다. 시험결과에서 주요 ginsenoside Rb1, Rg1 및 Na, Mg, Ca, Sr, V와 같은 미네랄 함량이 증가함을 확인했으며 이에 대한 효능을 입증하기 위해서 제주도 탈염 용암 해수를 이용해 수경재배한 새싹인삼 추출물에 대한 신경세포사멸과 신경세포 염증 반응 억제, 신경전달물질 및 시냅스 가소성 회복을 통한 기억력 개선에 대해 in vitro 효능검증을 수행하였다. 제주도 탈염 용암 해수 수경재배 새싹인삼 추출물에 대한 동결 건조를 진행 후 ginsenoside 함량 분석을 진행한 결과에서 ginsenoside Rb1(11.5 mg/g), Rg1(6.85 mg/g), Re(19.2 mg/g)의 합이 37.55 mg/g으로 측정되었고, 이는 식약처 건강기능식품 인삼 기능성분의 함량기준인 Rb1, Rg1의 합이 0.8~34 mg/g인 것과 비교했을 때, 탈염 용암 해수로 수경재배한 제주새싹인삼 동결 건조물은 개별 인정형 원료로서의 충분한 요건을 갖춘 것으로 사료된다. 또한 제주도 탈염 용암 해수 수경재배 새싹인삼 추출물 건조시료에 대한 세포독성 및 효능평가 결과에서 제주도 탈염 용암 해수 수경재배 새싹인삼추출물 건조시료는 RA-differentiated SH-SY5Y neuronlike cell에 48시간 동안 처리 시 1,250 μg/mL에서도 세포독성을 보이지 않았으며, 더욱이 Aβ1-42 oligomer(10 μM)를 72시간 동안 처리하여 세포독성을 유도한 세포실험 모델에서 비처리 대조군과 비교하여 제주도 탈염 용암 해수 수경재배 새싹인삼 추출물 건조시료를 처리한 실험군에서 세포사멸 관련 바이오마커들인 cleaved/total caspase-3 ratio, cleaved/total PARP, Bax/Bcl-2 ratio를 감소시켜 Aβ1-42 oligomer에 의한 신경세포사멸을 억제하는 효과를 보였다. 그리고 RA-differentiated SH-SY5Y neuron-like cell에 H₂O₂(300 μM)를 처리하여 신경세포 염증 반응을 유도한 세포실험 모델에서 비처리 대조군과 비교하여 제주도 탈염용암 해수 수경재배 새싹인삼 추출물 건조시료를 처리한 실험군에서 염증 반응과 관련된 NF-κB p65 단백질의 nuclear translocation 억제, COX-2 단백질 발현 감소, MAPK (ERK1/2, SAPK/JNK, p38 MAPK) 인산화를 감소시켜 H₂O₂에 의한 신경세포 염증 반응을 억제하는 효과를 보였다. 한편 RA-differentiated SH-SY5Y neuron-like cell에 Aβ1-42 oligomer(1 μM)를 처리하여 신경전달물질 및 시냅스 가소성 감소를 유도한 세포실험 모델에서 비처리 대조군과 비교하여 제주도 탈염 용암 해수 수경재배 새싹인삼 추출물 건조시료를 처리한 실험군에서 시냅스 가소성과 관련된 CREB 전사인자의 인산화를 통한 활성화로 신경전달물질인 BDNF 발현이 증가하는 효과를 보였으며, AChE 활성을 저해함으로써 Aβ1-42 oligomer에 의한 신경전달물질 및 시냅스 가소성 감소를 억제하는 효과를 보였다. 그러므로 제주도 탈염 용암 해수를 이용한 새싹인삼은 질환 특이적인 성분의 증가를 높여줌으로써 산업적 이용가치가 높을 것으로 판단되며, 이를 활용한 다른 약용작물 및 특용작물의 생산을 통한 건강기능식품 원료개발에도 충분히 활용 가능할 것으로 사료된다. This study investigated the neuroprotective effects of extract of Panax ginseng sprouts cultivated by hydroponics using desalinated magma seawater from Jeju island (Korea) on neurotoxicity in vitro. The chemical compositions of the Panax ginseng sprouts extracts were analyzed using LC-Q-orbitrap, and ginsenosides (Re, Rg1, Rg2, Rb1, and Rd) were detected. Analysis method based on HPLC was developed for determination of ginsenosides Rb1, Rg1, and Re. For the in vitro analysis, the extract inhibited Aβ1-42 oligomer-induced neurotoxicity through inhibition of cleaved caspase-3, cleaved PPAR, and Bax expression, as well as activation of Bcl-2 expression. The extract inhibited H₂O₂-induced neuroinflammatory responses through inhibition of nuclear translocation of NF-κB p65 and COX-2 expression, in addition to phosphorylation of MAPK (ERK1/2, SAPK/JNK, and p-38 MAPK). The extract stimulated BDNF expression through CREB activation by phosphorylation at Ser<SUP>133</SUP> and inhibited up-regulation of AChE activity by Aβ1-42 oligomer-induced neurotoxicity. Taken together, these results provide in vitro evidence that the experimental extract exhibits neuroprotective properties against Aβ1-42-induced neurotoxicity and oxidative stress, which suggests that the extract has potential to be developed into a new functional food for neuroprotection and learning/memory improvement in the global food market. Furthermore, it is expected that desalinated magma seawater from Jeju island (Korea) may be applied for the cultivation of other functional plants in order to enhance functional components.
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