• BMB Reports
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• 제52권2호
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• pp.145-150
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• 2019

Endothelial dysfunction-induced lipid retention is an early feature of atherosclerotic lesion formation. Apoptosis of vascular smooth muscle cells (VSMCs) is one of the major modulating factors of atherogenesis, which accelerates atherosclerosis progression by causing plaque destabilization and rupture. However, the mechanism underlying VSMC apoptosis mediated by endothelial dysfunction in relation to atherosclerosis remains elusive. In this study, we reveal differential expression of several genes related to lipid retention and apoptosis, in conjunction with atherosclerosis, by utilizing a genetic mouse model of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) deficiency manifesting endothelial dysfunction. Moreover, eNOS deficiency led to the enhanced susceptibility against pro-apoptotic insult in VSMCs. In particular, the expression of aggrecan, a major proteoglycan, was elevated in aortic tissue of eNOS deficient mice compared to wild type mice, and administration of aggrecan induced apoptosis in VSMCs. This suggests that eNOS deficiency may elevate aggrecan expression, which promotes apoptosis in VSMC, thereby contributing to atherosclerosis progression. These results may facilitate the development of novel approaches for improving the diagnosis or treatment of atherosclerosis.

• Nutrition Research and Practice
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• 제10권3호
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• pp.265-273
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• 2016

BACKGROUND/OBJECTIVES: The inhibitory effect of Hijikia fusiforme (HF) extracts on degenerative osteoarthritis was examined in primary cultured rat cartilage cells and a monosodium iodoacetate (MIA)-induced osteoarthritis rat model. MATERIALS/METHODS: In vitro, cell survival and the expression of matrix metalloproteinases (MMPs), collagen type I, collagen type II, aggrecan, and tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs) was measured after $H_2O_2$ ($800{\mu}M$, 2 hr) treatment in primary chondrocytes. In vivo animal study, osteoarthritis was induced by intra-articular injection of MIA into knee joints of rats, and then RH500, HFE250 and HFE500 were administered orally once a day for 28 days. To determine the anti-inflammatory effects of HFE, nitric oxide (NO), prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$) expression were measured. In addition, real-time PCR was performed to measure the genetic expression of MMPs, collagen type I, collagen type II, aggrecan, and TIMPs. RESULTS: In the in vitro assay, cell survival after $H_2O_2$ treatment was increased by HFE extract (20% EtOH). In addition, anabolic factors (genetic expression of collagen type I, II, and aggrecan) were increased by HFE extract (20% EtOH). However, the genetic expression of MMP-3 and 7, known as catabolic factors were significantly inhibited by treatment with HFE extract (20% EtOH). In the in vivo assay, anabolic factors (genetic expression of collagen type I, II, aggrecan, and TIMPs) were increased by oral administration of HFE extract. However, the genetic expression of MMP-3 and 7, known as catabolic factors, and production of NO and $PGE_2$ were significantly inhibited by treatment with oral administration of HFE extract. CONCLUSION: HFE extract inhibited articular cartilage degeneration through preventing extracellular matrix degradation and chondrocyte injury.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제47권1호
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• pp.26-29
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• 2010

Objective: Recurrent lumbar disc herniation has been reported to occur in 5% to 15% of surgically treated primary lumbar disc herniation cases. We investigated the molecular biologic characteristics of primary herniated discs and recurrent discs to see whether the recurrent discs has the similar biological features with primary herniated discs. Methods: Primary hemiated disc and recurrent disc cells were obtained by discectomy of lumbar disc patients and cells were isolated and then taken through monolayer cultures. We compared chondrogenic and osteogenic mRNA gene expression, and western blot between the two groups. Results: The mRNA gene expression of recurrent disc cells were increased 1.47* times for aggrecan, 1.38 times for type I collagen, 2.04 times for type II collagen, 1.22 times for both Sox-9 and osteocalcin, and 1.31 times for alkaline phosphatase, respectively, compared with the primary herniated lumbar disc cells (*indicates p < 0.05). Westem blot results for each aggrecan, type I collagen, type II collagen, Sox-9, osteocalcin, and alkaline phosphatase were similar between the primary herniated disc cells and recurrent disc cells. Conclusion: These results indicate that the recurrent disc cells have similar chondrogenic and osteogenic gene expression compared to primary herniated disc cells. Therefore, we assumed that the regeneration of remaining discs could fill the previous discectomy space and also it could be one of the factors for disc recurrence especially in the molecular biologic field.

• 분석과학
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• 제28권6호
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• pp.361-369
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• 2015

골관절염에 대한 참당귀 추출분말 (AGE)의 치료효과를 검토하고자 토끼연골세포와 흰쥐의 monosodium iodoacetate (MIA)로 유발된 골관절염 부위에서 시료를 채취하여 MMPs의 발현에 대한 AGE의 억제 효능을 검토하였다. 고 농도의 AGE (50 μg/mL) 투여에서 세포독성은 관찰되지 않았으며 면역 및 염증반응과 관련된 여러 인자의 전사인자인 NF-κB 활성화를 효과적으로 억제시켰다. 토끼연골 세포에서 MMP-2와 MMP-9의 활성을 확인해본 결과 AGE는 MMP-9의 활성을 효과적으로 억제시키는 것을 확인하였다. AGE를 토끼연골세포에 처리하여 분석한 결과, 주요성분인 decursin과 decursinol angelate가 3.62±0.47 μg/mg protein와 2.14±0.36 μg/mg protein으로 검출되었다. 동물실험을 위하여, 골관절염은 MIA를 흰쥐 무릎관절에 처리하여 동물모델을 만들었으며, 매일 25, 50와 100 mg/kg의 AGE를 3주 동안 먹인 결과 흰쥐의 연골 조직에서 MMPs가 억제되는 것을 확인하였다. 연골조직으로부터 RT-PCR을 통해 collagen Type I, collagen Type II, aggrecan 및 MMPs (MMP-3, MMP-9, MMP-13)의 mRNA를 확인해본 결과 AGE는 collagen Type I, collagen Type II, aggrecan은 증가시키며 MMPs는 감소시키는 효과를 얻었다. 결론적으로 AGE는 MMPs 억제를 통하여 골관절염의 발생을 억제한다.

• Journal of Acupuncture Research
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• 제27권4호
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• pp.39-53
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• 2010

목적 : 퇴행성 관절염은 염증성 사이토카인인 IL-$1\beta$에 의해 연골관절이 파괴되고 이로 인해 염증성 사이토카인이 더욱 증가하는 질환이다. 퇴행성 관절염을 치료하기 위해서는 연골 파괴를 가속화시키는 catabolic cytokines의 활성을 줄이고, 성장인자인 anabolic factor의 활성을 증가시는 연골 보호 작용이 있어야 한다. 본 연구에서는 독활 승마 처방(OAH19T)이 catabolic/anabolic 대사 조절에 어떤 영향을 미치는지와 그 신호 전달 기전에 대해 연구하였다. 또한 OAH19T를 구성하는 단미재 및 임상에서 사용되는 COX-2 inhibitor인 Celebrex(CEL)와 효능을 비교 실험하였다. 방법 : 배양된 세포에 IL-$1\beta$로 자극한 후 (1) glycosaminoglycan(GAG)의 분해 억제 정도, (2) OAH19T와 CEL에 대하여 MMP-1과 MMP-3의 유전자 발현 및 활성 억제, (3) Aggrecan 및 Aggrecanases의 유전자 발현 및 활성 억제, (4) OAH19T의 growth factor의 조절 능력, (5) MAPK pathway 등을 RT-PCR(reverse transcriptase-polymerase chain reaction), ELISA(Enzyme-linked immunosorbent assay), western blot, viability 측정을 통해 검증했다. 결과 : 사람 관절 세포에서 (1) 독활 승마 각각의 단미재, 임상에서 사용중인 셀레콕시브(CEL), 조인스보다 실험 약물(OAH19T)이 저농도에서 GAG 분해 억제 효과가 우수하였고, 부탄올로 분획한 OAH19B와는 동등한 효과를 보였다. (2) OAH19T는 IL-$1\beta$에 의하여 활성화된 MMP-1과 MMP-3의 발현을 모두 억제하였으나, CEL은 MMP-1의 발현은 억제하였으나 MMP-3의 발현은 억제하지 못하였다. (3) OAH19T는 IL-$1\beta$에 의하여 손상된 Aggrecan을 회복시켰으며 이는 활성화된 Aggrecanase-1과 Aggrecanase-2를 억제시킴으로써 나타난 결과이다. 그러나 CEL의 경우, 손상된 Aggrecan을 회복시키지 못하였다. (4) 배양된 세포는 IL-$1\beta$에 의하여 TGF-$\beta$II및 TGF-$\beta$ receptor II의 발현이 억제되었으나, OAH19T는 TGF-$\beta$II및 TGF-$\beta$ receptor II의 발현을 회복시켜 OAH19T가 anabolic한 조절능력이 있음을 시사한다. 그러나 CEL의 경우 growth factor에 대한 조절 능력이 없었다. (5) 대사 조절 작용에 대한 기전으로서 MAPK pathway에 대해서 연구한 결과 IL-$1\beta$에 의하여 유도된 pERK, pp38 kinase의 활성은 억제하였고, pJNK의 활성은 변하지 않았다. 또한 OAH19T는 연골 세포에 독성이 없었으며 IL-$1\beta$에 의해 유도된 세포 증식만을 억제시켰다. 이 결과로, OAH19T가 OA chondrocyte의 탈분화 및 세포 고사를 억제하여 연골보호 및 회복 효과가 있음을 알 수 있었다. 결론 : OAH19T는 이를 구성하는 단미재 및 CEL보다 연골보호 효과가 월등하였고, 이러한 연골보호 효과는 catabolic cytokines/growth factors의 균형으로 대사조절을 통해 연골세포의 탈분화 및 세포 고사를 억제하여 연골보호 및 회복 효과가 있음을 알 수 있었다.

• Preventive Nutrition and Food Science
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• 제21권4호
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• pp.310-316
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• 2016

In this study, the anti-osteoarthritis effects of Cynanchum wilfordii, Phlomis umbrosa, and Angelica gigas extract (CPAE), observed and confirmed in previously clinical studies were further investigated by in vitro and in vivo studies. Anabolic biomarkers related to healthy cartilage maintenance, such as aggrecan, type II collagen ${\alpha}$-1 (Col2a1), sex determining region Y-box-9 (Sox-9), and catabolic biomarkers related to osteoarthritis, such as cyclooxygenase-2 (Cox-2), matrix metalloproteinase-13 (Mmp13), and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells ($Nf{\kappa}b$), were evaluated by quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction and reporter gene assay. In vitro study results showed significant changes in both anabolic and catabolic biomarkers. For anabolic factors, significant changes in the level of aggrecan (P<0.05), Col2a1 (P<0.05), and Sox-9 (P<0.01) activation were shown after treatment of cartilage cells with CPAE (50 ng/mL) with similar efficacy compared to insulin growth factor, the positive control (100 ng/mL). For catabolic factors, significant changes in the inhibition activity of Cox-2 (P<0.05), Mmp13 (P<0.01), and $Nf{\kappa}b$ (P<0.05) were shown for CPAE (50 ng/mL) with similar efficacy compared to Celecoxib, the positive control ($10{\mu}M$). In the in vivo carrageenan-induced paw edema model study results showed that CPAE-treated groups (100 mg/kg) and Celecoxib-treated groups (60 mg/kg) showed comparably significant efficacy of inhibition by 37.1% and 52.1%, respectively. Furthermore, CPAE (200 mg/kg) showed similar effect to Celecoxib (60 mg/kg) with an inhibition rate of 54.3%. This result confirms that CPAE effectively inhibited the inflammation-induced osteoarthritis symptoms.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제15권6호
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• pp.1299-1303
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• 2005

Human articular chondrocytes (HAC) were cultivated as a monolayer in a serum-free medium for primary culture (SFM-P). An optimized SFM-P provides $95\%$ proliferation rate of that obtainable from primary and secondary chondrocyte cultures grown in a control medium with serum. The gradual decrease in the amounts of synthesized glycosaminoglycan and type II collagen was improved by coating the culture dishes with type IV collagen and fibronectin. A significant improvement in the expression of type II collagen and aggrecan mRNA could be achieved. In addition, the monolayer cultures showed better synthesis of the extracellular matrices than alginate-bead cultures in SFM-P.

• 한국식품영양과학회지
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• 제43권5호
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• pp.631-640
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• 2014

본 실험에서는 primary culture된 연골세포 in vitro 실험모델과 MIA로 유발한 골관절염 in vivo 실험모델을 이용하여 보스웰리아 추출물의 골관절염 예방 효과를 확인하였다. 먼저 MTT 시험법을 통해 세포 사용 적정농도를 $20{\mu}g/mL$ 이하로 결정하여 연골세포 사멸 억제를 확인하고, 이를 근간으로 골관절염 동물실험 모델에서 골관절염 예방 효과를 확인하였다. $H_2O_2$ 처리에 따른 산화적 독성으로 연골세포 사멸을 유도한 실험에서 보스웰리아 추출물은 유의적으로 세포사멸을 억제하였으며 이러한 효과는 $5{\sim}20{\mu}g/mL$ 사이농도에서 비교적 높게 나타났다. 세포실험에서는 골관절염 발병에 따라 관절연골에 영향을 미치는 염증인자에 대한 기전연구를 진행하였으며, 연골세포에 LPS를 처리하여 염증을 유도한 후 보스웰리아 추출물의 효과를 확인한 실험 결과 면역과 염증반응을 조절하는 nuclear transcription factor ${\kappa}B(NF{\kappa}B)$, 염증관련 cytokine IL-6, TNF-${\alpha}$의 발현이 모두 보스웰리아 추출물 처리 시 유의적으로 감소하는 것으로 나타났으며 특히 $20{\mu}g/mL$ 농도에서 가장 효과가 뚜렷하고 일관되게 확인되었다. 또한 이들 cytokine에 의해 생성되는 COX-2 발현과 COX-2에 자극 받아 생성이 촉진되는 PGE2 생성을 확인한 결과 역시 $20{\mu}g/mL$ 농도에서 가장 효과적으로 생성이 억제되어 염증을 조절하는 것으로 나타났다. 특히 보스웰리아의 기능성분으로 알려진 보스웰릭산(boswellic acids)에 의해 억제되는 5-LO의 경우, 염증반응 유발의 핵심인자를 생성하는 효소로 알려져 있으며 이를 직접적으로 저해하는 것으로 알려진 보스웰리아의 효능을 확인 하고자 실험을 진행하였다. 실험 결과 염증을 유도한 연골세포에서 보스웰리아 추출물의 처리에 따라 5-LO 활성이 감소하였으며, 이는 곧 보스웰리아 추출물이 염증을 유발 핵심효소인 5-LO 활성을 효과적으로 억제함으로써 연골세포 보호 효과를 나타낸 것이다. 세포실험에서의 기전 결과를 바탕으로 골관절염을 유발한 동물모델에서의 보스웰리아 추출물의 섭취에 따른 효과가 나타날 것으로 기대되어 관절염 유발 동물모델에서 보스웰리아 추출물의 효능검증 실험을 진행하였으며, 세포실험 결과 및 기존의 연구내용을 참고하여 동물에서 보스웰리아의 섭취 농도를 50 mg/kg, 100 mg/kg 및 200 mg/kg으로 결정하고 AIN-93G diet에 보스웰리아 추출물 분말을 섞어 보스웰리아 diet를 제작하여 실험기간 동안 제공하였다. 골관절염 유발 동물모델을 만들기 위해 SD rat의 관절강에 MIA를 injection 하였으며, 보스웰리아 추출물 섭취에 따른 관절염 예방 효과를 관찰하기 위해 관절염 유발 2주일 전부터 제작된 식이를 제공하고 유발 후 3주간 지속적으로 식이 제공 및 관찰하였다. 연골의 주요 구성 성분인 collagen 및 aggrecan은 골관절염 발병 시 여러 인자에 의해 분해되는 것으로 알려져 있으며, 골관절염 유발동물모델에서 collagen type I, collagen type II 및 aggrecan 유전자 발현을 실시간 정량 PCR로 측정하여 변화를 살펴보았다. 그 결과 골관절염 유발 sham군에 비해 보스웰리아 추출물 섭취군에서 유의적으로 collagen type I, collagen type II 및 aggrecan 발현이 증가하였으며, 특히 BW200군에서 CLX 약물대조군과 비슷한 수준으로 발현이 증가하여 관절연골의 보호 효과가 가장 좋은 것으로 확인되었다. 교원질 합성을 억제하고 분해를 촉진시키는 MMPs(MMP-3, MMP-9, MMP-13)의 발현을 실시간 정량 PCR로 측정하여 발현 변화를 살펴보았다. 그 결과 앞선 다른 실험 결과와 마찬가지로 보스웰리아 섭취군에서 MMPs 유전자 발현이 유의적으로 낮아졌음을 살펴볼 수 있었다. 특히 BW200군에서 MMPs 발현이 유의적으로 감소하였으며, 관절염에 효과적으로 사용되는 약물인 CLX 투여 양성대조군과 비슷한 수치를 나타내었다. 이상의 결과를 통하여 보스웰리아 추출물은 골관절염에서 관절연골의 보호 효과가 있으며, 이는 골관절염 발생 시 나타나는 염증발현의 기전적인 측면뿐만 아니라 골관절염 유발 동물에서 섭취 효능까지 모두 일관되게 나타나 골관절염에서의 기능성 소재로써 개발가능성이 충분할 것으로 생각된다. 또한 추후 실험을 통해 골관절염이 유발된 동물에서 보스웰리아 추출물 섭취 시 관절연골의 형태학적인 변화 및 골상태의 분석과 더불어 관절염 유발 동물의 관절연골 및 혈액학적 분석을 진행하여 동물에서 기전적 측면을 보완하고 보스웰리아 추출물 효능에 대한 추가적인 검증을 하고자 한다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제41권12호
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• pp.1663-1670
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• 2012

Primary culture된 연골세포 in vitro 실험모델을 이용하여 칠레와 덴마크 두 지역으로부터 생산된 로즈힙 추출물의 관절염 관련 효과를 비교 확인하였다. 먼저 MTT 시험법을 통해 세포 사용 적정농도를 600 ${\mu}g/mL$ 이하로 결정하였고 이를 근간으로 연골세포사멸억제, 염증관련인자(TNF-${\alpha}$, NO, Cox-2) 및 연골세포조직의 이화작용과 동화작용에 관여하는 인자의 유전적 발현을 측정하였다. $H_2O_2$ 처리에 따른 산화적 독성으로 연골세포 사멸을 유도한 실험에서 로즈힙 추출물은 정상세포 수준으로 사멸을 억제하였으며 이러한 효과는 칠레산에서 비교적 높게 나타났다. TNF-${\alpha}$의 생성 억제는 로즈힙 추출물 처리 시 27.4~31.9% 정도의 저해효과가 나타났지만 농도 의존적이지는 않았으며 두 지역 간의 유의성도 나타나지 않았다. NO의 생성 억제의 경우 농도의존적인 감소를 보였으며 고농도에서는 덴마크산이 보다 효과적인 것으로 확인되었다. Cox-2의 발현억제는 농도의존적인 경향을 나타내었으며 칠레산에서 다소 효과적인 것으로 여겨졌다. 연골세포조직의 동화작용과 이화작용에 관여하는 인자들 중 동화작용 인자인 collagen type I의 경우 고농도에서 정상세포 수준으로 발현을 촉진시킨 것으로 나타났지만 collagen type II의 발현에는 영향이 없었음을 확인하였다. 특히 aggrecan의 경우는 정상세포군에 비해서는 미비하였지만 $H_2O_2$ 처리군에 비해서는 유의적으로 증가한 것으로 나타났다. 하지만 측정하였던 동화작용 인자들 중에서는 지역적인 차이를 나타내지는 않았다. 이화작용에 관여하는 인자로서 MMP3, 7, 13의 유전자 발현을 측정한 결과 $H_2O_2$ 처리군에 비해 유의적으로 감소시킨 것으로 확인되었는데, 특히 MMP13에서 가장 큰 감소 효과를 나타내었다. 두 지역 간의 비교에서는 MMP3의 경우 고농도에서 덴마크산이 다소 효과가 높은 것으로 인지된 반면, MMP7, 13의 경우는 지역적인 차이가 유의적으로 나타나지는 않았다. 실험한 결과를 종합해 보면 로즈힙 추출물은 primary culture된 in vitro 실험모델에서 관절염 형성 억제효과가 있을 것으로 확인되었지만 지역적인 차이는 크지 않은 것으로 생각된다. 본 실험의 한계점으로는 기존에 사용되던 관절염 치료제 또는 건강기능식품을 양성대조군으로 사용하지 못하였기 때문에 로즈힙 추출물의 효과를 정량화하여 비교하지 못한점이 있음으로 향후 이 점을 보완할 필요성이 있을 것으로 생각된다.

• 대한예방한의학회지
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• 제21권3호
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• pp.87-98
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• 2017

Objectives : The objective of present study is to evaluate anti-arthritic effects of dried pomegranate concentrate powders (PCP), Eucommiae Cortex aqueous (EC) and ethanolic (ECe) extracts, Achyranthis Radix aqueous (AR) and ethanolic (ARe) extracts on the primary cultured rat articular chondrocytes. Methods : MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazolium Bromide) assay was performed cytotoxic effect of test substances. In addition, anti-inflammatory effects were also observed on the lipopolysaccaride (LPS) treated chondrocytes through prostaglandin $E_2\;(PGE_2)$ production and 5-lipoxygenase (LPO) activities, and inhibitory effects on metalloproteinase (MMP)-2 and MMP-9 activities were observed on the recombinant human interleukin $(rhIL)-1{\alpha}$ treated chondrocytes with their extracellular matrix (ECM) related mRNA expressions - collagen type II, SOX9 and aggrecan. Results : As results, ECe and ARe showed obvious cytotoxicity against primary cultured rat articular chondrocytes at a dose level of 10 mg/ml, respectively. However, no obvious cytotoxic effects of PCP, EC and AR were demonstrated at a dose level of 10 mg/ml, on the primary cultured rat articular chondrocytes. In addition, treatment of LPS $50{\mu}g/ml$ induced significant increases of $PGE_2$ contents and 5-LPO activities indicating inflammatory responses of the primary cultured rat articular chondrocytes, and also decreases of cell viabilities, increases of MMP-2 and MMP-9 activities with decreases of extracellular matrix (ECM) related collagen type II, SOX9 and aggrecan mRNA expressions were observed by treatment of $rhIL-1{\alpha}$ 50 ng/ml, suggesting damages on the primary cultured rat articular chondrocytes and related ECM degradations. However, these inflammatory responses and related ECM degradations were inhibited by pretreatment of all test substances, in order of PCP > ECe > ARe > EC > AR, and $rhIL-1{\alpha}$ induced chondrocytes deaths are inhibited by treatment in order of PCP > EC > AR > ECe > ARe. Conclusions : Taken together, it is expected that mixed formulation of PCP as main components with appropriate proportion of EC and AR as additional components will be achieved a potent alternative medicinal food for osteoarthritis.