Role of Ascorbic Acid in the Depolymerization of Hyaluronic Acid by $Fe^{++}$ and $H_2O_2$

$Fe^{++}$ 및 $H_2O_2$에 의한 hyaluronic acid 분해에 있어서 ascorbic acid의 역할

In tile Iron-catalyzed Haber-Weiss reaction to produce OH., the requirement for $O^{-}_{2}{\cdot}$ is only to reduce $Fe^{+++}$. Possibly, the role of $O^{-}_{2}{\cdot}$ can be replaced by other reducing agents. Ascorbate is one of them in biological system. In the present study, the ability of ascorbate to produce $OH{\cdot}$ in the presence of $Fe^{++}$ and $H_2O_2$ was investigated by observing the degradation of hyaluronic acid and ethylene production from methional. Ascorbate stimulated the degradation of hyaluronic by $Fe^{++}$ and $H_2O_2$. That was confirmed by both viscosity change and gel-permeation chromatographic analysis. The observed degradation was almost completely prevented by catalase and $OH{\cdot}$ scavengers. In support of the above results, ascorbate enhanced the prouction of ethylene from methional in the presence of $Fe^{++}$ and $H_2O_2$. Other reducing agents (cysteine, glutathione, NADH and NADPH) showed similar activities to ascorbate in the degradation of hyaluronic acid and ethylene production. But no stimulatory effects were observed with their oxidized forms such as NAD and NADP. Thus, it appears that reduction of the metal ion was needed for $OH{\cdot}$ production. Among the metal ions tested, $Fe^{++}$ showed most potent catalytic action in the production of $OH{\cdot}$ The results obtained support that ascorbate can substitute $O^{-}_{2}{\cdot}$ in the metal-catalyzed reactions, particularly with $Fe^{++}$ by which $OH{\cdot}$ is produced with $H_2O_2$. The significance of the ascorbate-dependent production of $OH{\cdot}$ was considered with respect to possible role of ascorbate in the damage of inflamed joints.

Hydroxyl raical$(OH{\cdot})$을 생성하는 것으로 알려진 iron-catalyzed Haber-Weiss rocation에서 superoxide anion $(O^{-}_{2}{\cdot})$은 주로 $Fe^{+++}$을 $Fe^{++}$로 환원시키는 데에 작용하는 것으로 추정하고 있다. 이러한 $OH{\cdot}$ 의 역할은 다른 환원제들에 의하여 대체가 가능할 것으로 추측되며 생물계의 환원제의 하나로써 ascorbate가 관심의 대상이 되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 $Fe^{++}$와 $H_2O_2$ 존재하에서 $OH{\cdot}$ 을 생성하는 ascorbate 의 역할을 hyaluronic acid의 변성과 methional로 부터 ethylene 생성에 대한 효과로써 관찰하였다. Ascorbate는 $Fe^{++}$와 $H_2O_2$에 의한 hyaluronic acid의 변성을 촉진하였으며, 이런 현상은 점성도 변화와 Sepharose 4B를 이용한 코로마토그라피에 의하여 확인할 수 있었다. 이때 관찰되는 변성은 catalase와 $OH{\cdot}$ scavenger에 의하여 거의 완전히 억제 되었다. 또한 ascorbate는 $Fe^{++}$와 $H_2O_2$에 의한 methional로 부터 ethylene생성을 항진시킴으로써 상기의 결과를 뒷받침 하였다. 다른 환원제들(cysteine, glutathione, NADH와 NADH와 NAKPH)도 ascorbate와 같이 hyaluronic acid의 변성과 methional로 부터 ethylene생성을 촉진하였으나, 그들의 산화형인 NAD와 NADP의 효과는 관찰 할 수 없었다. 그러므로 $OH{\cdot}$ 생성에 있어 철이온의 환원이 관여함을 시사하였다. 또한 metal ion가운데 $Fe^{++}$는 $OH{\cdot}$ 생성에 가장 강력한 촉매작용을 나타내었다. 이상의 결과는 ascorbate가 $(OH{\cdot})$ 을 생성하는 metal-catalyzed reaction에서 $Fe^{+++}$을 $Fe^{++}$로 환원하는 $O^{-}_{2}{\cdot}$의 작용을 대신할 수 있음을 증명하며 이와같은 ascorbate 의존적인 $OH{\cdot}$ 의 생성은 ascorbate가 조직손상에 관여할 가능성을 시사하였다.