Korean Journal of Pharmacognosy (생약학회지)

The Korean Society of Pharmacognosy (한국생약학회)
권호 표지

Isolation and Quantitative Analysis of Schisandrin, Gomisin A and Gomisin M2 From Schisandra chinensis

오미자로부터 Schisandrin, Gomisin A, Gomisin M2의 분리 및 함량 분석

  • Received : 2019.06.04
  • Accepted : 2019.06.24
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

The lignan compound of Schisandra chinensis Baill. (Schizandraceae) has been reported to have a variety of biological activities such as liver protection, neuroprotection, anti-oxidant and anti-diabetes. In this study, we investigated a quantitative analytical method for schisandrin, gomisin A and gomisin $M_2$ isolated from S. chinensis by high-performance liquid chromatography-ultraviolet spectroscopy (HPLC-UV). The isolated compounds were identified by the analysis of 1H- and 13C-NMR spectroscopic data. The results showed that calibration curves of three compounds indicated great linearity with a correlation coefficient ($R^2$) of schisandrin 0.9983, gomisin A 0.9982 and gomisin $M_2$ 0.9986. The limits of detection (LOD) of schisandrin, gomisin A and gomisin $M_2$ were 0.14, 0.07 and $0.05{\mu}g/ml$ and the limits of quantification (LOQ) were 0.42, 0.22 and $0.14{\mu}g/ml$. Intra-day and inter-day precisions of schisandrin were 0.40~1.44%, 0.07~1.02% gomsin A were 0.22~0.52%, 0.10~0.63%, gomisin $M_2$ were 0.40~0.99%, 0.81~2.88%. In result, contents of schisandrin, gomisin A and gomisin $M_2$ in ethanol extract of S. chinensis were $25.95{\pm}0.15$, $2.51{\pm}0.02$ and $2.17{\pm}0.07mg/g$.

Keywords

오미자(Schisandra chinensis)는 오미자과(Schizandraceae)에 속하는 오미자 나무(Schisandra chinensis Baill.)의 과실로서 주로 동부 및 남동부 아시아에 분포하고 있으며, 형태학적으로는 지름 약 6mm의 어두운 적색~흑갈색을 띠며 구형~편구형의 모습을 하고 있다.1,2) 오미자의 추출물은 이전부터 많은 연구를 통해 간세포보호작용,3) 신경세포보호작용,4) 항산화작용,5) 당뇨개선효과6) 등에 효능이 있음이 보고되었다. 오미자의 주요 성분으로는 리그난 화합물인 schisandrin A~C, gomisins A~H와 schisandrol A와 B를 함유하고 있는 것으로 보고되었으며,7) 그 밖의 성분으로는 트리테르페노이드 화합물인 wuweizidilactones G와 H, schindilactones A~G, wuwerizilactone acid 등을 함유하고 있는 것으로 보고되었다.8) 특히 리그난 성분 중 schisandrin과 gomin A, gomisin M2는 dibenzocycloocatadiene 구조를 가지고 있으며, 다양한 생리활성 효능을 가지고 있는 것으로 보고되었다.9) 그 중 schisandrin의 경우 항염작용,10) 신경보호작용11) 등이 보고되었으며, gomisin A는 간세포보호작용,12) acetylcholinesterase억제 효능을 가진 것으로 보고되었고,13) gomisin M2는 항HIV작용,14)을 가지는 것으로 보고되었다. 이러한 오미자의 성분연구로는 HPLC-MS와 UV 검출기 분석법을 이용한 schisandrin과 schisandrol B, gomisin D 등의 정성, 정량분석 연구가 보고되었으며,15,16) 특히 오미자에 함유된 주요 성분 중 schisandrin과 gomisin A 및 다양한 리그난의 정량시험법은 보고 되어 있으나,17) gomisin M2의 정량시험법과 그 함량에 대해서는 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 오미자에 함유된 지표성분 중 schisandrin과 gomisin A, 를 분리하여 구조를 확인하고, schisandrin, gomisin A 및 gomisin M2 함유량을 알아보기 위해 HPLC-UV로 정량분석을 실시하였다.

 

재료 및 방법

 

실험재료

본 실험에 사용된 오미자는 대구약령시장에서 구입하였으며, 계명대학교 정길생 교수가 동정하였다. 그 표본은 계명대학교 약학대학 생약학연구실에 보관하였다(KMU-2018-1030).

기기 및 시약

본 실험에서 지표물질 분리와 분석을 위해 대정화금(Siheung, Korea)사의 ethanol, n-hexane, chloroform(CHCl3), methylene chloride(CH2Cl2), ethyl acetate(EtOAc)를 사용하였다. 함량분석을 위해 Gilson사의 HPLC-UV system을 사용하였으며, 컬럼은 Phenomenex(Torrance, CA, USA)사의 C18(4.6x300 mm) 컬럼을 사용하였고, silica gel은 Merck(Darmstadt, Germany)사의 제품을 사용하였다. MPLC (Medium pressure liquid chromatography)와 컬럼은 Biotage(Stockholm, Sweden)사의 Isolera one 모델과 SNAP cartridge KP-Sil 30g 컬럼을 사용하였다. 분석 용매로 사용한 methanol과 water는 Fisher(Hampton, NH, USA)사의 HPLC grade를 사용하였다. 구조 규명을 위한 NMR(Nuclear magnetic resonance) spectrum은 Jeol(Tokyo, Japan)사의 JNM-ECZ400S 모델을 사용하였으며, NMR용매는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)사의 deuterated chloroform(CDCl3)를 사용하였다. 선광도 측정은 JASCO(Tokyo, Japan)사의 DIP-1000 digital polarimeter 모델을 사용하였다. 화합물의 분자량은 Agilent 6400 series ESI-MS(Electrospray ionization mass spectrometry)를 사용하여 측정하였다.

지표성분 분리

오미자 6 kg을 ethanol로 60℃에서 3시간 환류냉각추출 후 여과, 감압 농축하여 883.23 g의 ethanol 추출물을 얻었다. 그 후 ethanol 추출물을 증류수로 현탁하여 n-hexane, methylene chloride(CH2Cl2), ethyl acetate(EtOAc), H2O로 계통분획하여 각각 0.17 g, 28.36 g, 24.89 g, 612.95 g의 분획물을 얻었다. 그 후 CH2Cl2 분획 28.36 g에 대해 MPLC(MeOH:H2O = 10:1→1:1)를 실시하여 6개의 소분획(Fr.4-1~Fr.4-6)를 얻었다. 그 중 소분획 Fr.4-3을 Sephadex LH-20(GE Healthcare Life Sciences) column chromatography로 용리하여 schisandrin(75.3 mg)을 얻었으며, 소분획 Fr.4-4에 서 gomisin A(42.1 mg)와 gomisin M2(32.8 mg)를 얻었다.

schisandrin

White powder; 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 6.75 (1H, s, H-11), 6.68 (1H, s, H-4), 3.88 (3H, s, OMe-12), 3.87 (3H, s, OMe-3), 3.74 (3H, s, OMe-2), 3.71 (3H, s, OMe-13), 3.58 (3H, s, OMe-14), 3.57 (3H, s, OMe-1), 2.67 (1H, dd, J=13.9 Hz, 2.1, H-9), 2.37 (1H, d,  J=13.4 Hz, H-6), 2.35 (1H, d, J=13 Hz, H-6), 2.31 (1H, d, J=13.2 Hz, H-9), 1.85 (1H, m, H-8), 1.25 (3H, s, H-17), 0.80 (3H, d, J=7.2 Hz, H-18); 13C-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 152.5 (C-3), 152.1 (C-12), 151.9 (C-14), 151.6 (C-1), 141.2 (C-2), 140.2 (C-13), 133.9 (C-10), 131.9 (C-5), 124.3 (C-15), 122.8 (C-16), 110.5 (C-11), 110.0 (C-4), 71.9 (C-7), 61.1 (OMe-2), 60.8 (OMe-13), 60.7 (OMe-1), 60.7 (OMe-14), 56.1 (OMe-3), 56.0 (OMe-12), 41.9 (C-6), 40.9 (C-8), 34.3 (C-9), 29.9 (C-17), 16.0 (C-18); ESI-MS: m/z 433 [M+H]+.

gomisin A

White powder; 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 6.61 (1H, s, H-4), 6.47 (1H, s, H-11), 5.96, 5.95 (2H, d, J=1.5 Hz, OCH2O), 3.89, 3.86, 3.83, 3.51 (each 3H, s, 4xOMe), 2.68 (1H, d,  J=14.2 Hz, H-6’), 2.58 (1H, d, J=14.2 Hz, H-9’), 2.36 (1H, d, J=13.4 Hz, H-6), 2.32 (1H, dd, J=14.2 Hz, H-9), 1.85 (1H, s, H-8), 1.24 (3H, s, Me-18), 0.80 (3H, d, J=7.2 Hz, Me-17); 13C-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 152.4 (C-1), 152.1 (C-3), 148.0 (C-12), 141.2 (C-14), 140.7 (C-2), 135.0 (C-13), 132.6 (C-10), 132.1 (C-5), 124.2 (C-16), 121.9 (C-15), 110.4 (C-4), 106.1 (C-11), 100.9 (OCH2O), 71.7 (C-7), 61.1, 60.7, 59.8, 56.0 (4xOMe), 42.1 (C-8), 40.6 (C-6), 33.7 (C-9), 30.2 (C-18), 15.9 (C-17); ESI-MS: m/z 417 [M+H]+.

gomisin M2

White powder; [α]D26 : +61.1°(c, 0.05 in CHCl3); 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 6.50 (1H, s, H-4), 6.47 (1H, s, H-11), 5.95 (1H, d, J=1.1 Hz, OCH2O), 5.95 (1H, d, J=1.1 Hz,  OCH2O), 3.84 (3H, s, OMe-12), 3.68 (3H, s, OMe-1), 3.66 (3H, s, OMe-13), 2.54 (1H, dd, J=13.4 Hz, 7.7, H-9), 2.40 (1H, dd, J=13.4 Hz, 1.9, H-9), 2.20 (1H, dd,  J=13.1 Hz, 9.3, H-6), 1.99 (1H, d, J=13.1 Hz, 1.6, H-6), 1.85 (1H, m, H-8), 1.54 (1H, m, H-7), 0.94 (3H, d, J=7.3 Hz, H-17), 0.70 (3H, d, J=7.0 Hz, H-18); 13C-NMR (500MHz, CDCl3) δ 149.6 (C-12), 147.9 (C-3), 147.5 (C-14), 139.2 (C-1), 136.9 (C-5), 134.1 (C-2), 133.6 (C-13), 133.0 (C-10), 121.0 (C-16), 114.5 (C-15), 106.1 (C-11), 103.2 (C-4), 100.7 (OCH2O), 59.7 (OMe-13), 58.2 (OMe-1), 55.1 (OMe-12), 40.8 (C-7), 38.9 (C-9), 35.4 (C-6), 33.7 (C-8), 21.8 (C-17) 12.6 (C-18); ESI-MS: m/z 387 [M+H]+.

표준용액 조제

실험에 사용된 지표물질 schisandrin, gomisin A 및 gomisin M2를 1 mg을 칭량하여 methanol로 1 mg/ml의 농도가 되도록 조제한 후 계열 희석하였다. 이를 표준용액으로 하여 검량선을 작성하였다.

HPLC 분석조건

오미자의 schisandrin, gomisin A 및 gomisin M2의 분석을 위한 HPLC분석조건은 Table Ⅰ과 같이 설정한 다음 이 조건에 따라 실험을 진행하였다. HPLC분석을 위한 이동상은 water(A)과 methanol(B)를 사용하였으며, 시간대 별로 조성을 바꿔주었다. 컬럼은 Phenomenex C18 coloumn을 사용하였고, 유속은 1.0 ml/min, column oven temperature는 30℃로 설정하였다. UV파장은 254 nm에서 분석하였다.

 

TableⅠ. HPLC conditions for quantitative analysis.

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직선성 평가

직선성 평가를 위해 schisandrin, gomisin A 및 gomisin M2의 표준물질을 methanol에 녹여 혼합한 후 schisandrin은 10, 20, 40, 80, 100, 200 및 300 μg/ml의 농도로 계열 희석하였으며, gomisin A와 gomisin M2는 1, 2, 4, 8, 10, 20 및 30 μg/ml의 농도로 계열 희석하여 HPLC 분석에 사용하였다. 그 결과를 바탕으로 하여 세 가지 표준물질에 대한 검량선을 작성하였다. 검량선은 y=ax+b(a : 검량선 기울기, b : y절편, x : 시료의 농도, y : peak의 면적)의 형태로 작성하였으며 이를 바탕으로 correlation coefficient(R2)을 구하였다. 직선성은 검량선의 R2값을 통해 판단하였다.

검출한계(LOD) 및 정량한계(LOQ) 측정

분석대상물질의 검출 가능한 최소 농도와 정량 가능한 최소 농도를 확인하기 위해 아래의 식에 따라 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)를 측정하였다.

LOD = 3.3×(σ/S)

LOQ = 10×(σ/S)

(σ : 표준편차, S : 검량선의 기울기)

 

정밀성(Precision) 및 정확성(Accuracy) 평가

정량분석의 타당성을 입증하기 위해 세 가지의 지표물질에 대해 반복실험을 진행하였다. 정밀성은 상대표준편차(RSD%)를 통해 평가하였으며, RSD%값이 3%이내로 우수한 정밀성을 가지는 것으로 판단하였다. Intra-day test는 직선성이 확인된 3가지 농도에서 하루 이내 3회 반복 측정한 결과로 상대표준편차를 구하여 평가하였다. Inter-day test는 위와 같은 3개의 농도로 3회씩 반복 측정한 결과를 통해 상대표준편차를 계산하여 평가하였다.

함량분석

오미자로부터 분리한 리그난 3종에 대해 HPLC-UV를 이용해 함량분석을 실시하였다. 표준용액 chromatogram의 peak area를 구하여 schisandrin, gomisin A, gomsin M2에 대한 함량을 구하였다.

 

결과 및 고찰

 

본 연구에서는 오미자의 ethanol 추출물로부터 순수분리 및 정제한 schisandrin과 gomisin A, gomisin M2를 지표물질로 사용하였으며(Fig. 1), 분리 물질에 대한 1H-NMR, 13C-NMR의 기기 분석을 통해 확인된 구조와 선광도를 문헌과 비교하여 확인하였다.18-21) 지표물질과 오미자의 ethanol 추출물의 chromatogram의 retention time과 파장을 비교하여 다른 성분들의 간섭 없음을 확인하였으며 schisandrin, gomisin A, gomisin M2 각각 20.44분, 24.10분, 36.49분에서 각각 검출되었다(Fig. 2). 지표물질의 직선성, 검출한계(LOD) 및 정량한계(LOQ)를 평가하고자 schisandrin, gomisin A, gomisin M2 1 mg을 칭량하여 methanol 1 ml에 녹인 후 7가지의 농도로 계열 희석하여 HPLC분석을 시행하였다. 분석결과에 따라 y축은 peak area(mAU×100), x축은 표준용액의 농도(μg/ml)로 하는 각 표준물질의 검량선을 작성하여 linear regression equation(y=ax+b)과 correlation coefficient(R2)값을 구하였다. 세 가지 지표물질의 R2값은 각각 schisandrin 0.9983, gomisin A 0.9982, gomisin M2 0.9986로 우수한 직선성을 보였으며, 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 각각 schisandrin이 0.14, 0.42 μg/ml, gomisin A가 0.07, 0.22 μg/ml, gomisin M2가 0.05, 0.14 μg/ml으로 확인되었다(Table Ⅱ). 세 가지 지표물질을 분리하여 그 함량을 측정한 결과 schisandrin과 gomisin A, gomisin M2의 함량은 각각 25.95±0.15, 2.51±0.02, 2.17±0.07 mg/g임을 확인하였다(Table Ⅳ). Intra-day test와 inter-day test는 직선성이 확인된 농도를 기준으로 실시하였으며 상대표준편차(RSD%)를 구하여 정밀성을 판단하였다. 그 결과 Intra-day test의 RSD (%)는 schisandrin이 0.40~1.44%, gomisin A가 0.22~0.52%, gomisin M2가 0.40~0.99%의 범위를 보였으며, Inter-day test의 RSD (%)는 schisandrin이 0.07~1.02%, gomisin A가 0.10~0.63%, gomisin M2가 0.81~2.88%의 범위를 보였다. 세 지표물질 모두 RSD (%)가 3%이내로 우수한 정밀성을 나타내는 것으로 확인되었다. 정확성 평가 결과로는 intra-day test는 schisandrin이 87.75~104.32%, gomisin A가 89.52~96.00%, gomisin M2가 94.98~110.12%의 범위를 보였으며, Inter-day test는 schisandrin이 96.53~111.19%, gomisin A가 93.70~110.28%, gomisin M2가 86.16~110.85%의 범위를 보였다(Table Ⅲ). 따라서 본 연구에서 실시한 분석법 검증을 통해 오미자의 리그난 화합물인 schisandrin과 gomisin A, gomsin M2의 함량을 확인하였다. 특히 항HIV작용14)을 가진 gomsin M2의 함량 분석법 검증은 본 연구에서 최초로 실시 되었으며, 이러한 결과는 이 후 오미자를 함유한 제제 또는 이들 화합물의 약리성분 분석과 오미자에서 유래된 여러 리그난 화합물의 정량분석 기초연구자료로 활용될 것이라 생각한다.

 

 

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Fig. 1. Chemical structures of schisandrin (A) gomisin A (B) and gomisin M2 (C).

 

 

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Fig. 2. HPLC Chromatogram of schisandrin (A), gomisin A (B), gomisin M2 (C) and S. chinensis ethanol extracts (D).

 

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Fig.3. Calibration curve of schisandrin (A), gomisin A (B) gomisin M2 (C).

 

TableⅡ. Calibration curves, correlation coefficients, limits of detection (LOD) and limits of quantification (LOQ) of three compounds.

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TableⅢ. Precision and accuracy results of compounds schisandrin (SD), gomsin A (GA), gomisin M2 (GM).

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TableⅣ. The contents of schisandrin, gomisin A, Gomisin M2 in S. chinensis ethanol extract samples. (n=3)

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결론

 

 본 연구는 오미자의 ethanol 추출물로부터 세 가지 성분인 schisandrin, gomisin A, gomsin M2를 분리하였으며, NMR분석을 통해 화합물들의 구조를 동정하였다. 분리한 지표성분을 이용하여 HPLC로 정량분석을 한 결과 각각의 함량이 schisandrin 25.95±0.15, gomisin A 2.51±0.02, gomsin M2 2.17±0.07 mg/g으로 확인 되었다. 따라서 본 연구의 검증된 분석법을 근거하여 오미자 유래 리그난 화합물의 정량분석에 대한 기초연구자료로서의 활용과 오미자의 품질 관리를 위한 연구자료로 사용될 수 있을 것이라 생각된다.

 

 

 

 

 

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