메리골드꽃의 항산화 및 항암
1)항산화연구 배경
산화 방지제는 화학적으로 산소를 포함하고 있는 활성 산소 종(ROS)분자와 반응하여 중요한 분자가 손상되기 전에 연쇄 반응을 종료하여 세포손상을 예방하거나 지연시킬 수 있는 시스템이다. ROS는 생체 내에서 형성되며 세포 구조, DNA, 지질 및 단백질을 손상시켜 여러 가지 질병을 발생시킨다.
과산화수소, 슈퍼옥사이드 음이온 등과 같은 ROS는 인체의 생물학적 분자에 대한 산화적 손상의 원인으로 여겨져 왔다. H2O2는 다양한 세포에서 세포사멸을 유도하지만 천연항산화제로 처리하면 보호할 수 있다.
생체 시스템에 의해서 자유라디칼은 자연적으로 생성되지만 슈퍼옥사이드 디스뮤타제, 글루타티온 퍼옥시다제 및 카탈라제와 같은 신체의 천연 항산화 방어 시스템에 의해 소거될 수 있지만 신체조직에서 너무 많은 양의 자유 라디칼이 생성될 경우는 생체분자를 산화시켜 조직 손상, 세포사멸 또는 노화, 암, 심혈관 질환, 동맥경화증, 신경 장애, 피부 자극 및 염증 등을 유발한다. 이와 같은 이론을 토대로 항산화제작용은 자유 라디칼과 ROS를 소거함으로써 산화메커니즘으로 인한 일부 퇴행성 질환의 발생을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다.
항산화제는 자유 라디칼 및 ROS에 대한 보호 기능을 제공하며 지질산화를 감소시켜 식품의 품질을 유지하고 유통기한을 늘리는 데 사용된다.
지금까지 알려진 천연항산화제는 토코페롤·고시폴(gossypol)·세시몰(seasamol)·레시틴·설프히드릴(RSH)·구연산·아스코르브산·식물추출물·글루코스옥시다제 등이 있으며 합성 항산화제로는 페놀계(BHT·BHA·TBHQ·폴리페놀·에톡시퀸), 아민계(디페닐아민·n-부틸페닐렌디아민·n-시크로헥실-ρ아미노페놀), 유황계(페닐-α-나프틸설피드·디벤질설피드·디아세틸설피드·치오프로피온산·디아우릴치오프로피온산·소듐 메타비설화이트·소듐 설파이트·소듐 치오설파이트·포타슘 설파이트), 금속소거제(구연산·아스코르브산) 및 신형 합성제(poly AOTM-79) 등이 있다.
사람들은 항산화제를 식품보조제로 오랫동안 사용하여 왔지만 합성항산화제의 안전성에 대한 주의를 하고 있다. 토코페롤, TBHQ, BHT 및 BHA와 같이 사용되는 항산화제는 독성, 발암성 및 기타 부작용에 대해 연구보고 되고 있으며 합성항산화제의 안전성에 대한 우려가 증가되고 있다.
식물은 비타민 E, 비타민 C 및 페놀화합물과 같은 천연항산화제의 주요 공급원으로서 식물의 주요 항산화화합물은 폴리페놀이다. 페놀화합물은 산화스트레스에 대한 보호 능력과 항산화, 항염증, 항 간독성 및 항종양과 같은 건강상 유익한 효과를 나타낸다. 총 polyphenol 함량을 측정하여 항산화능력을 알아보는 방법이다.
식물계에 널리 분포되어 있는 항산화물질로 알려진 폴리페놀은 체내 활성산소종(ROS) 의 발생을 억제하여 대사증후군 예방, 노화의 방지 및 지연효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 최근에는 폴리페놀의 기능성과 연관된 연구보고가 다양하게 보고되었다.
페놀은 식물계에서 분포되어 있는 항산화물질로서 식물성 식품에 가장 많은 양이 함유된 2차 대사산물로 다양한 생리활성이 있으며, 페놀을 함유한 물질은 고리구조의-OH기로부터 전자를 공여하여 페놀 고리구조에 의해서 공명안정화화 되어 환원성 물질로서 항산화 활성을 나타내는 것으로 보고되었다. 특히, 체내 활성산소종의 발생을 억제하여 대사증후군을 예방하고 노화를 지연하는 효과가 있는 것으로 알려져 있으며 폴리페놀의 기능성에 대한 많은 연구발표되고 있다.
2)세포주에 대한 연구
(1)암 세포에 대한 연구
세계적으로 암 발병 및 암에 의한 사망률이 급증함에 따라 암은 생명을 위협하는 가장 심각한 건강 문제로 간주 되고 있으며, 전 세계에서 사망인구의 주요 원인 중 하나이며 화학요법은 암 치료에서 가장 효과적인 방법이다. 진행성 결장 직장암에 대한 의화학 반응비율은 매우 낮으며 현재의 치료적 접근은 질병 진행을 조기에 발견하고 예방하는 데 중점을 두고 있다. 또한, 오늘날 화학요법약물의 부작용 및 약물내성 문제는 피할 수 없다. 따라서 새로운 항암제는 시급하고 개발이 필요하다. 사람의 암 세포주는 암 생물학에 대한 인식을 높이고 인간 암의 분자 메커니즘 및 병태생리학을 연구하는 데 필요한 도구이다.
(2)NIH3T3 섬유모세포
NIH3T3 섬유모세포는 의학의 발전으로 외과수술, 성형수술, 질병 등에 의해서 조직이나 장기의 기능이 소실되었을 때 이를 대처할 수 있는 여러 가지 시술법이 개발되어 공여부(살뗀자리)에 동일한 기능을 할 수 있는 시술법이 개발되어 왔지만 이는 공여부 결손의 문제를 일으킨다.
최근에 이러한 문제를 해결하기 위해 공여부에서 소량의 세포를 얻어 세포배양기술을 이용해 증식시켜 이식하는 조직공학기법이 장기 또는 조직이식을 대신할 수 있는 방법으로 시도되고 있다. 손상된 조직의 재생을 위해서는 동일한 조직에서 얻어진 세포를 배양하여 이식하는 것이 가장 효과적일 수 있으나 제한된 공여부위로 인해 줄기세포를 이용한 조직재생의 방법이 연구되어 왔다.
최근에는 이들 줄기세포를 보완하기 위한 성체세포의 연구도 진행되고 있는데, 인체의 조직을 구성하는 대표적인 세포인 섬유모세포(fibroblast)의 이용에 대한 연구가 이루어지고 있다.
세포배양(cell culture)은 동물에서 채취한 세포를 직접 배양하는 일차배양과 세포주를 이용한 계대배양(secondary culture)이 있다. 세포배양은 시험관 내에서 특정한 세포를 생체 내의 조건으로 배양하는 기법으로 화학물질의 독성 분석, 효능검정 및 병변의 실험모델제작 등에 이용할 수 있는 유용한 도구이다. 세포배양은 같은 재료를 짧은 시간 내에 처리할 수 있고 반복 실험이 가능하여 재현성과 정량적 또는 정성적으로 분석 가능한 장점이 있다.
섬유모세포 성장인자[Fibroblast growth factor(FGF)]는 헤파린 결합성장인자 계열이다. FGF는 세포증식, 분화 및 생존을 포함한 여러 생물학적 과정에서 필수적인 역할을 한다. FGF계열은 약 14가지의 종류가 발견되었으며 FGF계열과 유래된 세포는 기원에 따라 기능이 다른 것으로 알려져 있다.
주요 FGF 계열 중 하나인 FGF2는 다양한 조직에서 유래하는 중간엽줄기세포[mesenchymal stem cells(MSCs)]의 증식을 증가시키는 것으로 보고되어 있다. FGF2는 또한 인간의 골형성 및 연골형성 분화 가능성을 증가시켰다. 대조적으로, 마우스 지방유래 줄기세포에 외인성 FGF2를 첨가하면 레티니옥산에 대한 골(뼈)형성 단백질(BMP)[bone morphogenic protein(BMP) 수용체의 유전자 발현을 하향 조절하여 세포의 골형성 분화를 억제하였다.
섬유모세포는 세포외 기질의 생성 및 분해를 조절하는 역할을 하고 있으며 각종 cytokine glycoprotein들을 생산하여 상처를 치유하고 젊은 상태의 피부를 유지하는데 핵심적인 역할을 하고 있다.
(3)HeLa Cell 자궁경부암
HeLa Cell은 1951년 자궁경부암(Cervical cancer)으로 사망한 Henrietta Lacks에서 유래한 암세포이다. 1951년 존스 홉킨스 대학에서 사람으로부터 자궁경부의 자궁경부암(Cervical cancer)으로 종양에서 처음으로 시험관에서 성공적으로 세포 주를 증식 배양한 이후로 그 당시에 과학자들이 사용한 세포주들은 약 50세대 세포분열을 하면 사멸하는데 1955년 HeLa cell은 처음으로 무한히 세포분열이 가능한 영구 세포로 복제된 사람 세포이다.
이러한 연구 결과로 수십 년 동안 시험관에서 폐암, 전립선암 및 유방암등 여러 가지 종양세포 주를 배양하여 전파하고 DNA 복제, 발암기작, 백혈병, 혈우병 등 다양한 생물학적 의학적 연구에 지대한 공헌을 하고 있다. 여성에게 가장 흔한 유형의 암 중 하나는 자궁경부암으로 많은 개발도상국에서 자궁경부암의 비율이 가장 높다.
자궁경부암은 성관계를 통한 인간유두종 바이러스(Human Papilloma Virus, 이하 HPV)감염으로 발병되는 질환이다. 고등급 자궁경부암 환자의 생존율은 매우 낮기 때문에 이 암 환자들 사이에서 많은 사망자가 발생한다.
2012년 세계보건기구(WHO)에 의하면, 자궁경부암은 전 세계적으로 여성 암 사망률 중 2위를 차지하고 있다. 매년 전 세계적으로 거의 50만 건의 새로운 사례가 발생하고 200,000명 이상의 사람들이 자궁경부암으로 사망한다. 이는 전 세계 여성의 주요 암 사망 원인이다. 국내의 자궁경부암은 2019년 기준 5년 생존율은 미국(62.6%), 영국(63.8%), 일본(71.4%)보다 한국이(77.3%) 가장 높다. 초기 자궁경부암은 방사선 치료와 근치적 수술이 가능하고 매우 성공적인 치료 수단이지만, 진행된 자궁경부암은 주로 화학요법으로 치료하며 현재 효과적인 화학요법에 대한 자궁경부암 세포의 화학 감수성으로 인해 여전히 예후가 좋지 않다.
진행된 자궁경부암의 암세포는 매우 침습적이며 8개 암세포의 공격성은 암전이를 일으켜 결국 사망에 이를 수 있다. HeLa(자궁경부 선암종) 세포는 자궁경부암 종양에서 유래하며 세포 및 분자 생물학 연구에서 널리 사용되었다.
(4)HCT 116 대장암
HCT 116 대장암은 전체 암중에서 발생률이 2〜3위를 차지할 정도로 높은 발생률을 보이고 있다. 특히 대장암은 미국에서 여러 암 중 발병률과 암에 의한 사망률에서 2위를 차지하고 있으며 또한, 국제 암 연구소 보고에 따르면 2015년 국내 대장암 발생률은 인구 10만명 당 45명으로 발생률 세계 1위로 보고되고 있다.
우리나라에서도 최근 10년 사이 빠른 속도로 증가하고 있다. 이러한 대장암은 스트레스, 비만, 유전, 음주 등 유전적, 환경적 요인이 복합적으로 작용해 발생한다. 현재 대표적인 암 치료법은 외과적 수술, 화학요법, 방사선요법, 면역요법, 표적 항암요법 등이 있다. 이 중에서 화학요법과 방사선요법은 부작용이 심해 보통 종양 자체보다도 환자의 정상 조직에 더욱 심각한 손상을 가하는 경우가 많다.
대장암의 근본적인 치료는 수술이나, 수술로 완치가 불가능한 경우가 많아 항암 화학요법 등이 병행하여 실시되고 있다. 대장암 치료를 위해 5-fluorouracil 등의 항암제가 사용되고 있으나 효과가 좋지 못하며, 정상세포에 독성 및 심각한 부작용을 초래하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 화학요법과 방사선요법에 부작용을 줄여주어 전반적인 암 환자의 삶의 질과 생존율을 높여줄 수 있는 천연물 소재를 이용한 항암치료가 각광을 받고 있다.
따라서 많은 연구자들은 자연에 존재하고 예로부터 안전하게 섭취되었던 식품에서 항암효과를 나타내는 물질을 찾아 독성과 부작용이 없으며, 우수한 효과를 나타내는 항암제 및 항암 치료보조제 개발 연구를 활발하게 진행하고 있다.
<꽃차의 자연치유적 활용에 관한 연구/송진화 선문대학교 일반대학원 통합의학과 자연치유전공 박사학위논문>