양파 추출물의 in vivo 생리활성에 관한 연구

A Study on the Biological Activity of Allium cepa Extract in Vivo

Abstract

이 연구는 설치류에서 양파추출물의 효능을 평가하기 위하여 실시하였다. 실험동물은 대조군(control)과 양파추출물 투여군(ACE)으로 나누어서 진행하였다. ACE그룹은 대조군에 비해 적혈구(RBC), 헤모글로빈(HGB), 헤마토크릿(Hct) 수준이 약간 증가하는 것을 보였다(p<0.05). 반면, 헤모글로빈, 단핵구, 림프구 및 호중구는 대조군과 비교하였을 경우 유의미한 변화(p<0.05)가 없었다. GOT (glutamic oxaloacetic transaminase) 및 GPT (glutamic pyruvic transaminase) 수준을 분석한 결과 대조군에 비해 ACE그룹이 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 혈당, 총단백질, HDL-콜레스테롤은 ACE 그룹에서 약간 높았고, 트리글리세라이드, 총콜레스테롤 수치는 대조군에 비해 ACE그룹에서 더 낮았다(p<0.05). 간 조직과 혈액의 면역과 염증에 관련된 사이토카인(인터루킨 1알파(IL-1α), 인터루킨 1베타(IL-1β), 종양괴사인자알파(TNF-α), 인터루킨 6(IL-6), 인터루킨 10(IL-10), 인터페론감마(INF-γ), 인터루킨 18(IL-18), 인터루킨 2(IL-2), 과립구 대식구 집락자극인자(GM-CSF)) 수준은 모두 정상 범위 내에 있는 것으로 확인되었다. 본 연구결과는 고농축 식이성 양파추출물은 혈액학적 지표와 면역 기능에 독성이 없다는 것을 보여주는 기초데이터로 활용할 수 있을 것이다.

This study was conducted to assess the effect of highly concentrated onion intake on rodents. The experimental animals were divided two groups as follows; water administered group (CON) and Allium cepa administered group (ACE). The ACE group showed a slightly increases in the number of erythrocytes (RBC), hemoglobin (HGB), hematocrit (Hct) levels compared to the control group (p<0.05). Hemoglobin, monocyte, lymphocyte and neutrophil had no significant change (p>0.05) in ACE group and control group. The analysis of glutamic oxaloacetic transaminase (GOT) and glutamic pyruvic transaminase (GPT) levels showed a significant decrease in ACE group compared to the control group (p<0.05). The blood glucose, total protein, HDL-cholesterol were slightly high in ACE group, while triglyceride, total cholesterol levels were lower in ACE group compared to the control group (p<0.05). The levels of cytokines (interluekin-1α (IL-1α), interleukin-1β (IL-1β), tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin-6 (IL-6), interleukin-10 (IL-10), interferon-γ (INF-γ), interleukin-18 (IL-18), interleukin-2 (IL-2), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF)) involved in immunity and inflammation in liver tissue and blood have all been confirmed to be within normal range. These findings could be used as basic data to show that highly concentrated dietary onion extract is not toxic to hematological indicators and immune functions.

서론

최근 의학기술의 발달로 인간의 수명이 늘어남에 따라 2019년 65세 이상 고령인구의 비율이 14.9%로 고령화 사회로 진입했고, 2026년에는 고령인구의 비율이 20.8%로 증가하여 초고령 사회가 될 것으로 예상된다. 하지만 노인인구의 증가와 노년기가 길어짐에 따라 수명에 대한 관심보다는 건강한 노후에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 최근에는 올바른 식생활의 중요성과 식재료 등으로부터 노화방지나 항산화 효과 등을 기대하는 현상이 두드러지고, 천연물의 생리활성 성분을 이용하여 노화방지 및 질병 치료를 하려는 경향이 증가하고 있다[23]. 또한 노령화가 진행될수록 순환계, 내분비계 약물을 섭취하는 비율도 높아져 과도한 약물의 섭취가 문제가 되므로, 천연재료의 생리활성 성분을 식품처럼 섭취하여 건강에 도움을 주는 식품과학요법이 각광받고 있다[12]. 각종 과채류 및 허브류 같은 천연물이 다량 함유하고 있는 폴리페놀, 플라보노이드, 안토시아닌과 같은 화합물은 여러 질환에 대한 예방 효과가 있어 많은 연구가 이루어지고 있다[7]. 특히 양파(Allium cepa)는 백합과에 속하는 다년생 식물로 동서양을 막론하고 채소와 향신료로 널리 사용되어져 왔다[2,5]. 전세계적으로 생산량이 많은 3대 채소 중 하나인 양파는 소비가 높은 식물 중 하나로 식료품, 향신료, 조미료 등 다양한 재료로 맛과 건강에 도움이 되는 채소로 알려져 있다[28]. 양파의 성분으로는 수분이 약 90%이며 가식부의 당질은 6.8~8.0%이며 이 중 fructose가 가장 많다[14]. 양파의 주요 생리활성 물질은 항산화 작용을 나타내는 쿼세틴, 쿼시트린, 루틴 등의 플라보노이드 성분과 ally propyl disulfide, diallyl disulfide 등의 매운 맛의 성분이자 지방분해 작용을 하는 황함유 화합물들이다[16, 20, 21]. Ally propyl disulfide와 diallyl disulfide는 열을 가하면 기화하지만 일부는 분해되어 설탕의 50배의 단맛을 내는 propyl mercaptan을 형성한다. 따라서 조리 후에는 양파가 단맛을 지니게 된다[3]. 양파는 항산화[19], 항당뇨[3], 항동맥경화[24], 고혈당[10] 및 고지혈증[6] 예방효과가 보고되어 있으며 콜레스테롤을 포함한 혈액 지질개선에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다[8, 16, 22]. 양파는 오래전부터 전통적인 식재료로 사용되어 왔으며, 이에 양파 농축 추출물의 규칙적인 섭취가 체내대사에 미치는 영향에 대한 기초 데이터를 마련하기 위하여 생체 내에서 생리활성을 평가하였다.

재료 및 방법

양파 추출액의 제조

본 연구에 사용한 양파(합천, 한국)는 건조 후 분말상태로 만들어 4℃의 냉장상태로 보관하며 사용하였다. 시료추출과정은 건조양파분말 1:10(w/v)의 비율로 증류수를 가한 후95℃에서 6시간 추출하였다. 이후 100℃에서 10분간 처리 후 whatman No.2 여과지(Whatman International Ltd., Maidstone, UK)로 여과하고 20 brix로 농축하여 양파 추출액을 제조하였다. 이렇게 얻은 양파 열수추출물은 ACE (Allium cepa water extract)라고 명명하였으며, 사용시까지 -20℃에서 냉동보관 하였다.

양파 추출액의 함량분석

ACE의 성분분석을 한국분석기술연구원에 의뢰하여 분석하였다. ACE 내 총 쿼세틴을 지표성분으로 설정하고 함량측정 및 외삽을 통해 주요 쿼세틴(Quercetin monoglucoside(QMG), Quercetin diglucoside (QDG))에 대한 함량을 측정하였다. 표준품의 정량적 측정 확인 및 검량선 도출을 위해 쿼세틴, QMG, QDG 각각의 표준품에 대한 검량선을 도출하였다. HPLC 분석조건은 Table 1에 나타내었다.

Table 1. Analytical condition of quercetin

실험동물

동물실험은 경성대학교 생명윤리위원회의 심의를 거쳐 시행되었다(경성대학교 생명윤리위원회 생명윤리 심의 승인번호: 연구-18-027A). 8주령 수컷 SD rat을 각 군당 10개체씩 사용하였으며, 실험실로 입실된 후 개체별로 분리된 케이지에서 약 7일간 2일 간격으로 시험 음용량의 25%, 50%, 75%, 100% 순으로 순차적으로 소재 및 실험 환경 적응기간 투입 후 이상 발견이 없는 상황에서 실험을 진행하였다. Rat 전용 사료와 음용수를 매일 자유공급 하였으며, 오후 5시에서 익일 오전9시 사이에 시료를 처리한 음용수 30 ml를 공급하여 전량 소진 확인 후 음수 자유 공급을 실시하였다. 체중은 2일 간격으로 측정하였으며, 12시간 점등 및 소등과 함께 22~23℃의 온도, 40% 습도 수준을 유지하여 사육 환경을 안정적으로 조성하였다. 실험종료 12시간 전에 시험 소재 처리 없이 음용수만 제공하고 절식시킴으로써 기초 영양대사에 영향을 주지 않도록 조치하였다. 실험종료일에는 실험동물의 체중을 재고 에테르를 사용한 흡입마취를 실시한 후 복부대정맥에서 혈액을 채취하고 간, 신장, 췌장, 비장을 적출하여 즉시 전처리 후 –80℃에 보관하였다.

시료 및 전처리

혈액 내 세포수준 변화 분석을 위한 혈액 시료 전처리

전혈 3 ml를 disodium-EDTA (1 mg/ml blood)와 혼합하여 항응고 처리하고 2시간 이내 측정하였다. CBC 측정 후 원심분리(4℃, 1,650 G, 10분) 하여 혈장(plasma) 확보 후 –80℃에 보관하였다.

혈액 내 대사물질 등 분석을 위한 혈청 시료

채혈 후 전혈 3~5 ml을 상온에서 약 30분 정치하여 혈액을 응고시키고 원심분리(4℃, 1,650 G, 10분) 후 혈청(serum)을 확보 하여 -80℃에 보관하였다.

장기 조직 전처리

본 연구에서 사용된 Luminex 분석을 위한 간균질 시료는 dulbeco’s phosphate buffered solution (DPBS)을 사용하였고, glass tissue homogenizer를 사용하여 조직과 완충액을 1:1 비율로 적용한 후 원심분리(4℃, 1,650 G, 10분)하여 상등액을 사용하였다.

CBC counter를 이용한 혈액 내 세포 수준 변화 측정

CBC counting을 위해서는 0.1% EDTA 처리된 전혈을 필요로 하며 채혈 후 2시간 이내에 측정하는 것을 원칙으로 한다. 측정 장비는 ADVIA 2120i (Siemens)를 사용하였으며, 개별 혈액에 대해 3회 반복 측정하여 데이터 분석을 하였다.

혈중 글루코오스 함량 측정

Glucose-Oxidase의 작용에 의해 글루코오스가 글로콘산과 과산화수소가 되고 이때 과산화수소가 과산화효소의 작용에 의해 페놀과 4-aminoantipyrine을 산화축합시켜 퀴논형 적색 색소를 형성하는 데 이것을 500 nm 파장에서 흡광도를 측정함으로써 글루코오스 함량을 정량적으로 측정하였다. 글루코오스 산화효소(3250 KU/l), 과산화효소(356 KU/l), 변광회전효소(22.5 KU/l), 글라이신(2.25 g/l)을 칼륨모노인산염(13.6 g/l), 페놀(1.88 g/l)과 혼합하여 효소시액을 제조하였다. 글루코오스 표준시액(200 mg/dl)을 제조하여 200, 100, 50 mg/dl 농도로 효소시액과 반응(37℃, 5분)시켜 500 nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 시료 내 글루코오스 농도를 측정하였다[9].

혈중 총 중성지질 함량 측정

혈중의 중성지질은 지단백 지방분해효소의 작용으로 가수분해되고 이때 생성되는 글리세롤은 글리세롤 키나제와 코엔자임 ATP의 작용에 의해 L-α-glycerophosphate로 전환된다. 여기에 L-α-glycerophosphate 산화효소의 작용에 의해 과산화수소가 발생되며 이것이 과산화효소의 존재 하에서 N-methyl-N-sulphopropyl-m-toluizine과 4-aminoantipyrine을 산화/축합하여 적색색소를 생성하는 것을 550 nm에서 흡광도 측정을 통해 정량 분석한다. 지단백 지방분해효소(10.8 KU), 글리세롤 키나제 5.4 U를 75 ml N, N-bis-(2-hydroxyethyl)-2-aminomethanesulfonate (0.427 g/dl)와 혼합하여 효소시액을 제조한다. 글리세린을 표준시액(300 mg/dl)으로 제조하여 300, 150, 75 mg/dl 농도로 효소시액과 반응(37℃, 10분) 시켜 550 nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 시료 내 총 중성지질 농도를 측정한다[17].

혈중 총 콜레스테롤 함량 측정

혈중의 콜레스테롤은 콜레스테롤 에스터레이즈에 의해 지방산과 유리 콜레스테롤로 분리되고 이때의 유리 콜레스테롤은 콜레스테롤 산화효소의 작용으로 과산화수소가 발생되며 이것이 과산화효소의 존재 하에서 4-aminoantipyrine을 산화/축합하여 퀴논형 적색색소를 생성하는 것을 500 nm에서 흡광도 측정을 통해 정량 분석하였다. 콜레스테롤 에스터레이즈(20.5 KU/l), 콜레스테롤 산화효소(10.7 KU/l), 수산화나트륨(1.81 g/l)을 120 ml 칼륨모노인산염 (13.6 g/l), 페놀(1.88 g/l)과 혼합하여 효소시액을 제조한다. 콜레스테롤 표준시액(300mg/dl)을 제조하여 300, 150, 75 mg/dl 농도로 효소시액과 반응(37℃ 5분)시켜 500 nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 시료 내 총 중성지질 농도를 측정한다[29].

혈중 고밀도 지질 단백질-콜레스테롤

포스포텅스텐산염과 Mg²⁺의 작용으로 혈중 지질단백질 중 apo-B를 가지고 있는 LDL, VLDL을 침전시킨 후 침전되지 않은 HDL중 콜레스테롤을 측정하는 방법이다. HDL에 결합 되어있는 콜레스테롤은 콜레스테롤 에스터레이즈에 의해 지방산과 유리 콜레스테롤로 분리되고 이때의 유리 콜레스테롤은 콜레스테롤 산화효소의 작용으로 과산화수소가 발생되며 이것이 과산화효소의 존재 하에서 4-aminoantipyrine을 산화/축합하여 퀴논형 적색색소를 생성하는 것을 500 nm에서 흡광도 측정을 통해 정량 분석하였다. 텅스토인산나트륨(5 g/l), 염화마그네슘(10 g/l)를 제조하여 혈청시료와 1:1로 반응시켜 침전을 일으키고 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 후 상등액을 사용함으로써 HDL-콜레스테롤을 측정하였다. 콜레스테롤 에스터레이즈(20.5 KU/l), 콜레스테롤 산화효소(10.7 KU/l), 수산화나트륨(1.81 g/l) 를 120 ml 인산이수소칼륨(13.6 g/l), 페놀(1.88 g/l) 과 혼합하여 효소시액을 제조하였고, 콜레스테롤을 표준시액(50 mg/dl)으로 제조하여 50, 25, 12.5 mg/dl 농도로 효소시액과 반응(37℃, 5분) 시켜 500 nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 시료 내 총 HDL- 콜레스테롤 농도를 측정하였다[18].

혈중 총 단백질

혈중 총 단백질 측정을 위해 bicinchoninic acid (BCA) 법을 사용하였다. Bovine serum albumin (2 mg/ml)을 표준 물질로하여 2, 1, 0.5, 0.25, 0.125, 0.0625 mg/ml 농도로 BCA 시약과 37℃에서 30분간 반응시킨 후 562 nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 시료 내 총 단백질 농도를 측정하였다. 혈청의 경우 6 g/dl, 간 조직의 경우 200 mg/g 수준으로 단백질을 함유하고 있어 각 시료를 측정 범위 내에서 측정이 가능하도록 희석하여 측정하였다[25].

주요 대사기능 및 이상 평가

혈중 뇨질소 측정

일반적으로 혈중요소는 간 등에서 단백질대사 최종산물로서 뇨로 배출되기 전 체내를 순환하는 과정을 거치며 신장을 통해 배출되는데 신장기능의 이상이 발생할 경우 뇨 중으로 배출되지 못하게 되어 혈중 크레아티닌과 함께 신장기능에 대한 평가에 기본적인 마커로 활용된다. 시료 중 요소는 요소 분해효소에 의해 암모니아를 생성하는데 이를 차아염소산나트륨과 반응시켜 클로라민을 생성한 뒤 살리실산나트륨과 반응시켜 인도페놀로 유도하여 580 nm에서 흡광도 측정을 통해 정량하였다. 요소(0.64 mg/ml)를 표준액으로 하여 60, 30, 15mg/ml 농도로 요소분해효소(0.68 U/ml)를 포함하는 효소시약과 혼합하여 37℃에서 5분간 반응시킨 후 차아염소산나트륨(0.06%) 과 37℃에서 10분간 반응시켜 발색하고 580 nm에서 흡광도 측정하고 표준곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽 하여 혈중 뇨질소 농도를 측정하였다[27].

혈중 글루탐산 옥살로아세트산 트랜스아미나아제(GOT)

혈청에 기질(aspartate, α-ketoglutarate)을 가하여 일정시간 가온하면 혈청 GOT의 작용으로 옥살로아세트산과 글루탐산이 생성되는 데 여기에 2, 4-dinitrophenylhydrazone을 가하여 각 생성물과 결합시키고 수산화나트륨을 가하여 발색시킨 후 505 nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. Litium pyruvate를 표준시액으로 하여 트랜스아미나아제의 활성도를 94, 56, 29, 12, 0 IU/l에 맞추어 표준 곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 GOT 활성을 측정하였다[32].

혈중 글루타민산 피루빈산 트란스아미나제(GPT)

혈청에 기질(alanine, α-ketoglutarate)을 가하여 일정시간 가온하면 혈청 GPT의 작용으로 피루빈산과 글루탐산이 생성 되는데 여기에 2, 4-dinitrophenylhydrazone을 가하여 각 생성물과 결합시키고 수산화나트륨을 가하여 발색시킨 후 505 nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. Litium pyruvate를 표준시액으로 하여 트랜스아미나아제의 활성도를 72, 47, 28, 13, 0 IU/l에 맞추어 표준 곡선 및 표준곡선식을 도출한 다음 동일한 방법으로 시료의 흡광도를 측정 외삽하여 GPT 활성을 측정하였다[32].

Luminex 기반 혈액 및 간의 사이토카인 변화 측정

혈액 내 사이토카인 측정을 위한 시료 전처리

질환을 앓고 있지 않은 성장기 정상 설치류의 혈액 내에는 사이토카인의 농도가 낮은 상태이므로 측정을 위한 시료 역시 단백질 함량 기준으로 고농도 시료를 처리해야 한다. 따라서 본 연구에서는 혈청과 혈청용 완충액을 1:1로 하여 측정하였다. 이 때 최종 시료의 단백질 함량은 약 30 mg/ml였다.

간조직 내 사이토카인 측정을 위한 시료 전처리

간 조직 역시 질환을 앓고 있지 않은 성장기 정상 설치류에서는 다수의 사이토카인의 농도가 낮은 상태이다. 이는 간 조직을 균질화 하는 과정에서 단백질 함량이 높도록 조치함으로써 극복할 수 있다. 본 연구에서는 조직 균질화를 위해 완충액을 1:1로 하였고 해당 시료를 다시 Luminex 측정용 완충액과 1:1로 희석하여 사용하였다. 이 때 최종 시료의 단백질 함량은 약 50 mg/ml 였다.

Luminex를 이용한 multi-parameter analysis

Luminex는 개별적인 컬러가 코딩된 magnetic bead에 특정 마커의 항체를 결합시켜 놓고 이것이 표적항원과 결합시 코딩된 컬러가 발색되도록 하여 정성 정량적인 분석이 가능하도록 하는 장비이다. 측정시료와 표적 magnetic bead를 섞고 실온에서 2시간 반응을 시켜 시료 속 표적 항원과 magnetic beads가 결합하도록 하고 그 외 기타 물질들은 세척과정을 거치면서 제거하는 것이 첫 단계(1차 항체 결합)이다. 표적항원 항체결합이 이루어진 상태에서 biotin을 결합시킨 2차 항체를 1차 항체와 실온에서 1시간 반응하도록 하여 결합시킨 후 2차 항체의 biotin과 특이적으로 반응하는 phycoerythrin-conjugated streptavidin을 추가하여 실온에서 30분간 반응시켜 magnetic bead에 코딩된 색깔이 발색되도록 하여 표적 항원에 대한 정성 정량 분석을 하였다. 표준물질은 농도를 알고 있는 항원을 사용함으로써 표준곡선 및 표준곡선식을 도출하여 실제 시료로부터 측정된 결과치를 외삽 분석하는 방식으로 정량적인 결과값을 도출하였다.

통계처리

실험결과에 대한 통계처리는 statistical package for the social science (SPSS) software package (version 22.0; IBM, USA)를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 처리군간의 유의성에 대한 검증은 analysis of variance (ANOVA)를 이용하여 확인하고, p<0.05 수준에서 t-test를 이용하여 분석하였다.

결과 및 고찰

양파 영양성분 분석

ACE의 성분분석 결과를 Table 2에 나타내었다. 나트륨은 3.7 mg/10 ml, 탄수화물은 3.1 g/10 ml, 당류는 2.4 g/10 ml 함유되어 있었고, 조단백질은 0.2 g/10 ml, 나이아신은 0.14 ngNE/10 ml, 칼슘은 2.73 mg/10 ml, 철은 0.09 mg/10 ml, 칼륨은 68.63 mg/10 ml, 인은 14.30 mg/10 ml 함유되어 있었다. 열량은 13.5 kcal/10 ml인 것으로 나타났다. Kim [15] 등에 따르면 일반 생양파의 경우 수분이 92.94% 차지하고 있고, 조단백질이 0.69%, 조지방이 0.08% 및 조회분이 0.29%이었으나, 열처리 후 양파의 일반성분 함량은 수분 92.03~94.22%, 조단백질 0.51~0.72%, 조지방 0.07~0.85% 및 조회분이 0.21~0.29% 범위로 열처리 전후로 성분들의 차이는 크지 않았다. 본 연구에서와 같이 양파의 열처리 후 농축에 의해 성분함량이 농축 전보다 전체적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 특히 양파의 지표성분이라 할 수 있는 쿼세틴 함량 분석에서는 ACE 10 ml 당 쿼세틴은 5.8 mg, QMG는 33 mg, QDG는 6.1 mg으로 나타났으며 총 쿼세틴 함량은 30.2 mg이었다(Fig. 1). 일반 양파 한 개 즉 100 g 기준으로 양파의 수분 함량은 약 90%, 건조물 함량은 약 10% 수준이라고 가정한다면 ACE 10 ml 내에 총 쿼세틴 함량인 30.2 mg은 생양파 97 g에 함유되어 있는 쿼세틴량에 해당한다.

Table 2. Analysis of nutritional ingredient in ACE

Fig. 1. Quercetin content of ACE. A calibration curve was drown with a standard of quercetin, quercetin monoglucoside (QMG) and quercetin diglucoside (QDG) to measure the quercetin content of the ACE.

기초생체변화 측정

2주간 ACE의 음용에 따른 설치류의 일일 사료섭취량, 음수량, 체중변화 등의 측정을 통하여 이상 유무를 관찰하였다. 체중 변화를 Fig. 2에 나타내었다. 대조군과 시험군간의 실험 전 후 체중차이는 발견되지 않았으며, 2주간의 체중증가 역시 약 60 g의 증가를 보였으나 군간 차이는 나타나지 않았다. 일일 사료섭취량과 음수량에 있어서도 두 군간 차이가 나타나지 않는 것으로 보아 처리된 수준에서의 양파 추출물의 음용은 섭식 행태에 특이 이상을 가지고 있지 않는 것으로 사료된다.

Fig. 2. Weight changes due to ACE intake for 2 weeks. Rat was provided with food and drinking water. ACE group provided drinking water with ACE treatment from 5 p.m. to 9 a.m. the next day, and provided free drinking water after exhausting the entire amount. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).

기초영양대사 물질 수준 평가

2주간 ACE 음용 후 혈중 기초 영양 대사 물질 수준 변화를 측정하였다. 혈중 중성지질의 경우 양파의 음용에 따라 정상 개체에 비해 약 35% 수준이 감소하였고, 이는 혈중으로의 중성지질 방출 감소 또는 체내에서의 TG 활용률을 증가시킴으로써 나타나는 결과일 가능성이 있어 체내 에너지-지질 대사와 연계된 부분에 영향을 미치는 것으로 사료된다(Fig. 3A). 혈중 총콜레스테롤의 경우 약 60 mg/dl로 양파 음용 개체와 정상 개체 간에 큰 변화가 없는 것으로 확인되었다(Fig. 3B). 혈중 HDL-콜레스테롤의 경우도 마찬가지로 양파 음용군에서의 33.13 mg/dl로 비처리군의 그것과 차이가 없는 것으로 확인 되었다(Fig. 3C). 혈액채취 전 절식처리 함으로써 공복시 혈당을 측정하였으며, 평균 약 150 mg/dl 수준으로 두 군간의 차이는 보이지 않아 ACE 음용은 혈당에는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다(Fig. 3D). 혈중 총단백질 함량에 있어서 양파 음용에 따른 군간 차이가 나지 않았으며, 평균 약 55 mg/dl 수준으로 확인되었다(Fig. 3E). 간 조직 중 총단백질 함량 또한 두 군간 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 3F). Kang[21] 등에 의하면 열처리에 의해 생산된 양파 추출물이 장내 sucrase의 억제를 통해 탄수화물 흡수를 억제하여 혈당 증가를 감소시킴으로서 당뇨병 예방효과가 있을 것이라 하였고, 또한 고지혈증도 예방한다고 보고하였다[31].

Fig. 3. Levels of (A) TG, (B) TC, (C) HDL-cholesterol, (D) glucose, (E) serum protein, and (F) liver protein after ACE intake for 2 weeks. Control; water only, ACE; Allium cepa extract treated group. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).

혈액 내 세포 수준 변화

혈액 세포 변화를 통해 개체의 건강상태에 대한 정보를 접할 수 있다. 특히, 적혈구는 호흡 및 체내 대사에 대한 이상 여부, 백혈구는 염증 면역 등과 관련하여 질병 등의 진행 여부, 그리고 혈소판은 외상 등에 대비한 체내 보호 능력에 대한 상태를 알 수 있다[1]. 분석결과 ACE의 음용은 단위 혈액 당 적혈구(RBC)의 수에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다(Fig. 4A). 헤모글로빈의 농도(HGB), 헤마토크릿(HCT) 역시 비처리군과 비교시 ACE 음용에 의한 영향을 받지 않는 것으로 나타났다(Fig. 4B, Fig. 4C). 단위 혈액 내 혈소판(PLT) 수준 역시 ACE를 음용한 시험군과 비처리군 간에 차이가 없었으며(Fig. 4D), 혈중 백혈구(WBC) 수준에도 영향을 미치지 않았다(Fig. 4E). 상기의 결과들과 연계하여, ACE 음용에 따른 백혈구내 주요 5종 세포(림프구, 단구, 호중구, 호산구, 호염기구)의 증감변화를 확인하였다. 림프구는 기능상 T세포, B세포의 구별이 있어 세포성 및 유혈항체의 생산을 담당하고, 단구는 조직 내에서 대식세포가 되어 면역에 관여하며, 호중구는 탐식살균작용, 호산구는 기생충, 알러지 등 과민증 등에서 증가하고 ACTH (부신피질자극호르몬) 등에 의해 소실되며, 호염기구는 헤파린, 히스타민을 포함하는 과립으로 주로 과민반응에 작용하는 것으로 알려져 있다[33]. 전반적으로 0.3%에 해당하는 호산구(Eos)가 차지하는 비율이 증가되는 것을 제외하면 백혈구내 구성 세포들간(림프구, 단핵구, 호중구, 호염기구)의 비율은 양파 음용에 따른 영향이 없는 것으로 보여지며 이는 국소적 염증반응 활성화에 의한 것이라 사료된다(Fig. 5). 본 자료에는 나타내지 않았지만, 단위 혈액당 백혈구 구성 세포의 절대값의 증가는 호산구에서만 확인되었다(0.03×10^{3​​​​​​​} cell/ul → 0.06×10³ cell/ul).

Fig. 4. Levels of (A) red blood cell, (B) hematocrit, (C) hemoglobin, (D) white blood cell, and (E) platelet after ACE intake for 2 weeks. Control; water only, ACE; Allium cepa extract treated group. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).​​​​​​​

Fig. 5. Levels of (A) lymphocyte, (B) monocyte, (C) neutrophile, (D) eosinophile, and (E) basophile after ACE intake for 2 weeks. Control; water only, ACE; Allium cepa extract treated group. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).​​​​​​​

주요 대사 기능 및 이상 평가

천연물 유래 식품의 섭취에 따라 일반적으로 가장 먼저 영향을 받는 체내 장기는 간과 신장이며 이는 간의 해독 기능, 신장의 뇨배출 기능과 깊은 연관성을 가진다[10]. 따라서, 간기능 및 신장기능의 일반적인 지표로서 잘 알려진 GOT (AST), GPT (ALT)와 BUN의 혈중 수준 변화를 측정하여 관련 기능성을 확인하였다. ACE 음용에 따른 혈중 BUN의 수준이 50.91 mg/dl로서 비처리군과 비교했을 때 약 16% 감소하는 것을 확인하였고, 이러한 결과는 신장 기능의 개선효과를 가지고 있는 것으로 사료된다(Fig. 6A). 또한, ACE 음용에 따라 혈중 GPT의 수준이 정상군에 비해 약 14% 감소되는 것을 확인하여 간기능 개선 효과도 예상된다(Fig. 6B, Fig. 6C). 그러나, GOT의 수준은 절대 평균값은 감소된 것으로 보였지만 통계적으로는 차이가 나지 않은 것으로 나타났다. GOT와 GPT는 간세포 내에 존재하는 효소들로서 간세포의 사멸 또는 손상에 따라 혈중으로 배출되는 관계로 혈중 농도의 감소는 곧 간세포 손상의 저하를 의미하며 다른 의미로 간기능의 개선을 의미한다[30]. 따라서, ACE 음용은 간기능의 개선 효능을 가질 것으로 사료된다.

Fig. 6. Levels of (A) BUN, (B) GOT, and (C) GPT after ACE intake for 2 weeks. Control; water only, ACE; Allium cepa extract treated group. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).​​​​​​​

혈액 및 간의 사이토카인 변화 측정

사이토카인은 면역, 감염병, 조혈기능, 조직회복, 세포의 발전 및 성장에 중요한 기능을 하며, 항원에 대해 항체의 생성을 유도하고 외부의 침입에 대해서 인체의 방어체계를 제어하고 자극하여 항원 분자에 대해 중성화 작용 및 면역인자를 생성하는 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 세포간 정보전달에 관여한다[26]. 기능적으로 염증 발생과 연관성을 가지는 염증성 사이토카인은 IL-1, IL-6, TNF-α이고, 염증의 억제에 관여하는 항염증성 사이토카인은 IL-10, TGF-β등 이며, 호중구를 활성화시키는 IL-8, 항바이러스 활성을 띄는 INF-α, T세포의 활성화와 증식분화에 관여하는 IL-2, 대식세포의 활성/증식/분화에 관여하여 항바이러스 활성을 가지는 INF-γ, 종양세포의 apoptosis를 유도하는 TNF-β, B세포의 증식/분화 면역글로불린 G, E 생산을 촉진하는 IL-4, B세포의 증식/분화 면역글로불린A 생산을 촉진하는 IL-5, B세포의 증식/분화 면역글로불린 E 생산을 촉진하는 IL-13, 섬유아세포나 감염세포에서 항바이러스 활성을 증가시키는 INF-β, 호중구와 대식세포의 증식/분화를 자극하는 G-CSF, GM-CSF, M-CSF, 림프구의 활성화를 유도하는 L-selectin, 혈관신생 촉진과 세포증식에 관여하는 VEGF, 혈관내 염증세포부착에 관여하는 ICAM-1 등이 있다. 기존의 연구모델 자체가 질환유도 등과 같은 면역/염증을 활성화시킨 모델이 아니므로 사이토카인의 수준이 높아지는 것을 기대하기는 어려우나 면역글로불린생성관련, T-cell 활성화 관련, 세포 증식 등과 관련된 사이토카인의 변화는 면역 포텐셜에 대한 가능성을 확인할 수 있는 지표가 되는 까닭에 본 연구에서 확인을 진행하였다[26]. 본 연구에서는 염증성(인터루킨 1알파(IL-1α), 인터루킨 1베타(IL-1β), 인터루킨 6(IL-6), 종양괴사인자알파(TNF-α)), 항염증성(인터루킨 10(IL10)), T-cell 및 항바이러스 연계(인터페론감마 (INF-γ), 인터루킨 18(IL-18), 인터루킨 2(IL-2), 과립구 대식구 집락자극인자 (GM-CSF), 면역글로불린 및 염증세포유도 및 세포증식(인터루킨 4(IL-4), 인터루킨 13(IL-13), 백혈구 분비 셀렉틴(L-selectin), 세포내접착분자-1(ICAM-1), 혈관내피성장인자(VEGF))로 구분하여 면역/염증 연계 기능성을 확인하였다. ACE를 음용한 설치류의 간에서는 IL-1α의 수준이 감소된 것을 제외하면 염증 유발성 사이토카인과 항염증성 사이토카인 모두 통계적인 차이를 보이지 않아 염증과 관련하여서는 영향을 받지 않음을 확인하였고(Fig. 8), 혈액 중 염증관련 사이토카인들 역시 영향을 받지 않는 것으로 사료된다(Fig. 7). T-cell 활성화 및 항바이러스 기능과 연계된 사이토카인의 경우에도 간조직에서는 ACE를 음용한 시험군과 비처리군 간에 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않음을 확인하였다(Fig. 8). 면역글로불린 생성, 림프구 활성화 유도, 혈관내 염증세포부착인자, 그리고 혈관신생 및 세포증식관련 인자 또한 양파 음용에 영향을 받지 않음을 확인하였으며 전반적으로 해당 동물은 면역/염증 안정화 상태에 있음을 확인하였다.

Fig. 7. Levels of (A) IL-1α, (B) IL-1β, (C) IL-6, (D) ICAM-1, (E) L-selectin, and (F) VEGF in blood after ACE intake for 2 weeks. Control; water only, ACE; Allium cepa extract treated group. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).​​​​​​​

Fig. 8. Levels of IL-1α, IL-1β, TNF-α, IL-6, IL-10, INF-γ, IL-18, IL-2, GM-CSF, IL-4, IL-13, ICAM-1, L-selectin, VEGF in liver after ACE intake for 2 weeks. Control; water only, ACE; Allium cepa extract treated group. All the values were expressed as means ± SD. Significant difference from control value with *(p<0.05).​​​​​​​

감사의 글

이 논문은 농림기술기획평가원의 고부가가치 식품개발사업(과제번호 317067-3, 2017. 11. 1. ~ 2020. 10. 31.) 연구비 지원으로 수행된 연구결과이며 이에 감사 드립니다.

The Conflict of Interest Statement

The authors declare that they have no conflicts of interest with the contents of this article.