Immunomodulatory Effects of β-sitosterol and Daucosterol Isolated from Dioscorea batatas on LPS-stimulated RAW 264.7 and TK-1 Cells

Although many studies on immune modulatory materials have used RAW 264.7 cells, few have used T cell-derived TK-1 cell lines. Moreover, although some studies have investigated the efficacy of plant-derived β-sitosterol, few have examined the immunomodulatory activity of its analogue, daucosterol. In this study, β-sitosterol and daucosterol were isolated from D. batatas and identified by nuclear magnetic resonance spectroscopy. To evaluate the immune-enhancing or inhibitory effects of the isolated phytosterols, the expression levels of the inflammatory response genes COX-2, TNF-α, IL-6, and iNOS were analyzed by RT-PCR. The relative expression levels of TNF-α and iNOS in RAW 264.7 cells were increased more than threefold with β-sitosterol treatment comparing to those of untreated control. In the case of TK-1 cells, the expression level of TNF-α was decreased and the expression level of iNOS was increased in a β-sitosterol concentration-dependent manner. The expression levels of COX-2, TNF-α, and IL-6 increased by approximately 0.7-1.2 times in RAW 264.7 cells treated with daucosterol compared to those of untreated control, but iNOS expression decreased by 0.8-0.18 times. In the case of daucosterol-treated TK-1 cells, the expression levels of TNF-α, IL-6, and iNOS were markedly reduced from those of TK-1 cells treated only with lipopolysaccaride. As a conclusion, β-sitosterol treatment increased TNF-α and iNOS expression levels in RAW 264.7 cells, thus exerting an immune- boosting effect. However, in TK-1 cells, iNOS expression increased while TNF-α expression decreased, indicating an immunosuppressive activity of β-sitosterol. Daucosterol appears to exert an immunosuppressive effect in both macrophages and T cell lines by inhibiting iNOS expression in RAW 264.7 cells and greatly inhibiting the expression of TNF-α, IL-6, and iNOS in TK-1 cells.

산약에서 분리한 β-sitosterol과 daucosterol의 RAW 264.7 세포와 TK-1 세포에서의 면역 활성 조절 효능

많은 면역 소재 연구에서 RAW 264.7 세포를 이용한 결과는 많이 보고되어 있으나 T 세포 유래 TK-1 세포를 활용한 연구결과는 거의 보고되어 있지 않다. 또한 식물 유래 성분인 β-sitosterol의 효능 연구에 비하여 그 유사체인 daucosterol의 면역 활성 조절 기능에 관한 연구도 매우 부족하다. 본 연구에서는 산약, D. batatas, 에서 β-sitosterol과 daucosterol을 추출하여 분리하고 NMR 방법으로 동정하였다. 이후 분리된 phytosterols의 면역 증강 또는 억제 효능을 규명하기 위해 lipopolysaccharide로 염증반응이 유도된 RAW 264.7 세포와 TK-1 세포에 β-sitosterol과 daucosterol을 각각 농도별로 12시간 동안 처리한 후에 염증관련 유전자인 COX-2, TNF-α, IL-6, iNOS의 상대적인 발현양을 RT-PCR 방법으로 분석하였다. 대식세포주인 RAW 264.7에 β-sitosterol을 처리하였을 때, LPS만을 처리한 대조군의 발현 증가량과 비교하여 TNF-α와 iNOS의 상대적인 발현양이 3 fold 이상 증가하였다. TK-1 세포의 경우에서는 β-sitosterol의 처리 농도의존적으로 TNF-α의 발현양은 감소하고 iNOS의 발현양은 증가하였다. Daucosterol을 RAW 264.7 세포에 처리한 경우 COX-2, TNF-α, IL-6의 발현양이 0.7~1.2 fold 정도로 변화하였으며 iNOS의 경우는 특이하게 0.8~0.18 fold로 발현양이 농도의존적으로 감소하였다. TK-1 세포에 daucosterol을 처리한 경우에는, 놀랍게도 LPS만 처리된 경우와 비교하여 상대적으로 TNF-α, IL-6, iNOS의 발현량이 급격하게 감소하는 것을 확인하였다. 결과적으로, β-sitosterol의 처리는 RAW 264.7 세포에서 TNF-α, iNOS의 발현증가를 유도하여 면역 상승 효과에 관여하였다. TK-1 세포에서는, iNOS 발현 수준이 증가하였고, 반면에 TNF-α 발현수준은 감소하여, β-sitosterol의 면역 억제 활성을 보여주었다. Daucosterol은 RAW 264.7 세포의 iNOS 발현양을 억제하고 TK-1 세포에서 TNF-α, IL-6, iNOS의 발현을 크게 억제함으로써, 대식세포와 T 세포주에서 모두 면역 억제 효능을 보이는 것으로 판단된다.