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Induction of Phase I, II and III Drug Metabolism/Transport by Xenobiotics

  • Xu Chang Jiang;Li Christina YongTao;Kong AhNg Tony
    • Archives of Pharmacal Research
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    • 제28권3호
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    • pp.249-268
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    • 2005
  • Drug metabolizing enzymes (DMEs) play central roles in the metabolism, elimination and detoxification of xenobiotics and drugs introduced into the human body. Most of the tissues and organs in our body are well equipped with diverse and various DMEs including phase I, phase II metabolizing enzymes and phase III transporters, which are present in abundance either at the basal unstimulated level, and/or are inducible at elevated level after exposure to xenobiotics. Recently, many important advances have been made in the mechanisms that regulate the expression of these drug metabolism genes. Various nuclear receptors including the aryl hydrocarbon receptor (AhR), orphan nuclear receptors, and nuclear factor-erythoroid 2 p45-related factor 2 (Nrf2) have been shown to be the key mediators of drug-induced changes in phase I, phase II metabolizing enzymes as well as phase III transporters involved in efflux mechanisms. For instance, the expression of CYP1 genes can be induced by AhR, which dimerizes with the AhR nuclear translocator (Arnt) , in response to many polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs). Similarly, the steroid family of orphan nuclear receptors, the constitutive androstane receptor (CAR) and pregnane X receptor (PXR), both heterodimerize with the ret-inoid X receptor (RXR), are shown to transcriptionally activate the promoters of CYP2B and CYP3A gene expression by xenobiotics such as phenobarbital-like compounds (CAR) and dexamethasone and rifampin-type of agents (PXR). The peroxisome proliferator activated receptor (PPAR), which is one of the first characterized members of the nuclear hormone receptor, also dimerizes with RXR and has been shown to be activated by lipid lowering agent fib rate-type of compounds leading to transcriptional activation of the promoters on CYP4A gene. CYP7A was recognized as the first target gene of the liver X receptor (LXR), in which the elimination of cholesterol depends on CYP7A. Farnesoid X receptor (FXR) was identified as a bile acid receptor, and its activation results in the inhibition of hepatic acid biosynthesis and increased transport of bile acids from intestinal lumen to the liver, and CYP7A is one of its target genes. The transcriptional activation by these receptors upon binding to the promoters located at the 5-flanking region of these GYP genes generally leads to the induction of their mRNA gene expression. The physiological and the pharmacological implications of common partner of RXR for CAR, PXR, PPAR, LXR and FXR receptors largely remain unknown and are under intense investigations. For the phase II DMEs, phase II gene inducers such as the phenolic compounds butylated hydroxyanisol (BHA), tert-butylhydroquinone (tBHQ), green tea polyphenol (GTP), (-)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG) and the isothiocyanates (PEITC, sul­foraphane) generally appear to be electrophiles. They generally possess electrophilic-medi­ated stress response, resulting in the activation of bZIP transcription factors Nrf2 which dimerizes with Mafs and binds to the antioxidant/electrophile response element (ARE/EpRE) promoter, which is located in many phase II DMEs as well as many cellular defensive enzymes such as heme oxygenase-1 (HO-1), with the subsequent induction of the expression of these genes. Phase III transporters, for example, P-glycoprotein (P-gp), multidrug resistance-associated proteins (MRPs), and organic anion transporting polypeptide 2 (OATP2) are expressed in many tissues such as the liver, intestine, kidney, and brain, and play crucial roles in drug absorption, distribution, and excretion. The orphan nuclear receptors PXR and GAR have been shown to be involved in the regulation of these transporters. Along with phase I and phase II enzyme induction, pretreatment with several kinds of inducers has been shown to alter the expression of phase III transporters, and alter the excretion of xenobiotics, which implies that phase III transporters may also be similarly regulated in a coordinated fashion, and provides an important mean to protect the body from xenobiotics insults. It appears that in general, exposure to phase I, phase II and phase III gene inducers may trigger cellular 'stress' response leading to the increase in their gene expression, which ultimately enhance the elimination and clearance of these xenobiotics and/or other 'cellular stresses' including harmful reactive intermediates such as reactive oxygen species (ROS), so that the body will remove the 'stress' expeditiously. Consequently, this homeostatic response of the body plays a central role in the protection of the body against 'environmental' insults such as those elicited by exposure to xenobiotics.

염지제가 훈연오리의 육색 특성에 미치는 영향 (Effect of Curing Additives on Color Property of Smoked Duck Meat)

  • 강근호;조수현;성필남;박경미;강선문;박범영
    • 한국가금학회지
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    • 제40권3호
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    • pp.179-185
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    • 2013
  • 본 연구는 다양한 염지제가 훈연오리의 육색 특성에 미치는 영향을 알아보고자 수행하였다. 대조구는 염지과정 없이 훈연 가열만 실시하였으며, 처리구는 소금 2.43%(T1), 소금 2.43% + 인산염 0.49%(T2), 소금 2.43% + 인산염 0.49% + 아질산염 0.002%(T3), 상업용 오리시즈닝 4.76%(T4) 및 소금 1.47% + 인산염 0.24% + L-ascorbic acid 0.2%(T5) 혼합처리 후 훈연 가열을 실시하였다. 그 결과, 기계적인 측정에 의한 육색의 경우 적색도는 훈연오리의 가슴살과 다리살 모두 T4가 다른 처리구보다 유의의적으로(p<0.05) 높게 나타났다. 반면, 황색도에 있어서는 L-ascorbic acid를 혼합한 T5 처리구가 훈연오리의 가슴살과 다리살 모두에서 다른 처리구에 비해 유의적으로(p<0.05) 높게 나타났다. 염지육색소에 있어서 훈연오리의 가슴살은 L-ascorbic acid를 혼합한 T5 처리구가 다른 처리구에 비해 유의적으로(p<0.05) 높게 나타났으며, 훈연오리의 다리살에서는 T3 및 T5의 염지육색소가 다른 처리구에 비해 유의적으로(p<0.05) 높게 나타났다. 총 힘색소 함량에 있어서는 훈연오리의 가슴살은 대조구 및 T5 처리구가 다른 처리구에 비해 유의적으로 (p<0.05) 높게 나타났다. 관능평가에 의한 육색은 아질산염을 처리한 T3 처리구가 다른 처리구에 비해 유의적으로 (p<0.05) 붉은 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합해 볼때, 훈연 오리고기 제조 시 아질산염 또는 발색제를 사용하지 않고, L-ascorbic acid만 첨가하더라도 훈연오리의 분홍색 발현에 효과적인 것으로 사료된다.

Conjugated Linoleic Acid(CLA)가 축적된 돈육의 저장기간중 이화학적 특성변화 (Changes of Physicochemical Properties of Conjugated Linoleic Acid(CLA) Accumulated Pork during Storage Time)

  • 이정일;정재두;이진우;이제룡;정진연;양한술;주선태
    • 한국축산식품학회지
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    • 제23권3호
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    • pp.236-249
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    • 2003
  • Conjugated linoleic acid(CLA)를 비육돈에 급여하여 비육돈체조직내에 CLA를 축적시키고, CLA가 축적된 돈육의 품질 특성에 대한 연구를 수행하였다. 대조구는 80∼110 kg 까지는 일반사료회사에서 생산하는 사료를 급여하였으며, 처리구 1은 출하(출하체중: 110 kg) 2주전부터 일반사료회사에서 생산하는 사료에 CLA를 1.25% 첨가하여 급여하였으며, 처리구2는 출하 2주전부터 사료함량에 CLA를 2.5% 첨가하여 급여하였다. 처리구 3은 사료함량에 1.25% CLA를 첨가하여 4주간 급여하였으며, 처리구 4는 2.5% CLA를 4주간 급여하였다. 급여기간이 끝난 후 일괄적으로 함양도축장에서 도축하여 돈육의 등심부위를 함기포장하여 냉장온도(4'E)에서 14일간 저장하면서 각 실험항목을 조사하였다 저장기간에 따른 돈육등심의 일반성분, 이화학적 특성 및 관능평가등을조사하여 CLA가 축적된 돈육의 저장기간에 따른 품질특성을 규명하고자 하였다. pH변화를 보면 전 저장기간동안 대조구에 비하여 CLA 급여 처리구가 유의적으로 높은 pH를 보여(p<0.05) CLA 급여가 PH 변화에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 저장기간에 따른 pH 변화에서 모든 처리구가 저장기간이 경과함에 따라 pH가 증가하는 경향을 보였다. CLA급여 수준과 급여기간이 등심근내 조지방 함량에는 유의적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며(p<0.05), 대조구와 CLA 급여처리구간에는 대조구에 비하여 CLA급여 처리구가 높은 조지방 함량을 보였다(p<0.05). 보수성은 대조구에 비하여 CLA 급여 처리구가 높은 경향을 보였다. 저장 초기에는 대조구에 비하여 CLA 급여 처리구가 유의적으로(p<0.05) 낮은 육즙손실을 보였으며, 모든 처리구가 저장기간이 경과함에 따라 육즙손실이 유의적으로 감소하는 경향을 보였다. CLA 급여수준과 급여기간이 육색과 총육색소 함량에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 관능적 특성평가 중 육색과 육즙참출은 대조구와 비교하여 CLA급여 처리구가 유의적인 차이가 없었으나, 근내지방 축적 정도와 전체적인 기호성은 대조구에 비하여 CLA 급여 처리구가 유의적으로 높은 평가를 받았다(p<0.05).

실크 세리신 단백질을 이용한 유기 철분제의 제조 및 철분 결핍쥐에서의 생물학적 유용성 (Manufacturing of Iron Binding Peptide Using Sericin Hydrolysate and Its Bioavailability in Iron Deficient Rat)

  • 조혜진;이현순;정은영;박소연;임우택;이정용;연성호;이진채;서형주
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제39권10호
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    • pp.1446-1451
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    • 2010
  • 세리신을 철분과 결합력이 우수한 가수분해물을 제조하기 위하여 다양한 효소 처리를 실시하였으며 세리신 가수분해물을 이용하여 철분과 결합력을 검토하였다. 고분자인 세리신 단백질 분말을 효소 처리하지 않은 control과 비교한 결과 Flavourzyme(16.2 mg/mL)을 처리한 경우 유리 아미노산의 함량이 유의적으로 증가하였다. Flavourzyme 세리신 가수분해물에 각각 1,000 ppm과 2,000 ppm의 $FeSO_4$을 넣어 교반한 후 80%에탄올 침전 후 얻은 상등액과 침전물을 Fe 함량을 측정한 결과 유기철분 1,000 ppm의 철분의 양은 상등액($7.8\;{\mu}g/mL$)에 비해 침전($191.5\;{\mu}g/mL$)이 높은 값을 나타내며 유기철분 2,000 ppm 역시도 상등액($8.5\;{\mu}g/mL$)에 비해 침전($411.0\;{\mu}g/mL$)이 유의적으로 증가하였다. 2주간 철분 결핍 식이를 투여한 쥐를 4군으로 분리한 후 형태가 다른 3종의 철분을 1주간 투여한 결과 체중증가량이나 식이섭취율 및 식이효율을 측정한 결과 모든 투여군에서 군 간에 유의적인 차이가 없었다. 그러나 체내 흡수된 철분의 농도를 측정한 결과 혈청($2.0\;{\mu}g/mL$)과 간($47.9\;{\mu}g/mL$) 모두 무처치 대조군(DD)에서 가장 낮은 철분 농도가 관찰되었다. 형태를 달리한 철분을 투여한 모든 군에서 무처치 대조군보다 철분의 농도가 혈청 및 간에서 모두 유의적으로 증가하였다. 세리신을 이용하여 제조한 유기철분 투여군은 간에서 $80.1\;{\mu}g/mL$, 혈청에서 $4.2\;{\mu}g/mL$의 철분 농도가 관찰되었으며, 양성 대조군인 헴철 투여군에서는 간에서 $70.6\;{\mu}g/mL$, 혈청에서 $3.2\;{\mu}g/mL$의 철분 농도가 관찰되었으나 두 투여군 간의 유의적 차이는 없었다. 무기철분을 투여한 군(DD+II)보다는 간에서의 철분 함량($67.9\;{\mu}g/mL$)이 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었으나 유기철분이나 헴철보다는 유의적인 수준에서 낮게 관찰되었다. 혈중 헤모글로빈 농도는 무처치 대조군(8.9 g/dL)에 비해 철분 처치군(DD+HI: 12.2 g/dL, DD+OI: 12.6 g/dL, DD+II: 12.0 g/dL)이 유의적으로 높았으나 철분의 형태에 따른 유의적 차이는 관찰되지 않았다.

Euptelea pleiosperma 에탄올 추출물의 항산화 및 항염증 활성 (Anti-Oxidative and Anti-Inflammatory Activities of Euptelea Pleiosperma Ethanol Extract)

  • 진경숙;박정애;이지영;강지숙;권현주;김병우
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제42권2호
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    • pp.170-176
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    • 2014
  • 본 연구에서는 Euptelea pleiosperma 에탄올 추출물(EPEE)의 항산화능과 항염증 생리활성을 in vitro assay system 및 cell culture model system을 이용하여 분석하였다. 먼저 EPEE의 항산화능을 DPPH radical scavenging activity로 분석한 결과 radical 소거능의 정도가 양성 대조군으로 사용한 ascorbic acid 보다 높은 활성을 보여 매우 강한 항산화능을 보유함을 확인하였다. 또한 RAW 264.7 세포주를 이용한 $H_2O_2$ 및 LPS의 유도에 의해 생성된 ROS에 대한 소거능을 분석한 결과에서도 농도의존적인 강한 소거능을 보였다. 뿐만 아니라 대표적인 항산화효소 중 하나로 천연물에 의한 항산화능 활성에 의해 주로 발현이 유도되는 hemeoxygenase 1 (HO-1) 및 그 전사 인자인 nuclear factor-E2-related factor 2 (Nrf2)의 단백질 발현이 EPEE의 처리에 의해 유의적으로 증가됨을 보였으며 이러한 HO-1 및 Nrf2의 발현 변화는 상위신호전달계인 MAPKs 및 PI3K/Akt 에 의해 조절될 가능성을 보였다. 한편 EPEE가 LPS에 의해 유도된 NO 생성에 미치는 영향을 분석한 결과 농도의존적인 NO 생성 저해능을 보였으며 이는 NO 생성 단백질인 iNOS의 발현 저해에서 기인함을 확인하였다. 이와 같은 EPEE의 NO 생성 억제 효과는 염증 상위신호전달계인 NF-${\kappa}B$ 및 AP-1의 조절을 통해 일어날 가능성을 보였다. 이러한 결과를 통해 EPEE의 높은 항산화능과 항염증 활성을 처음으로 확인하였으며 향후 기능성 소재로서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

망막색소상피세포에서 감초 추출물의 산화적 스트레스에 의한 DNA 손상 및 apoptosis 유발의 차단 효과 (Ethanol Extract of Glycyrrhiza uralensis Protects Against Oxidative Stress-induced DNA Damage and Apoptosis in Retinal Pigment Epithelial Cells)

  • 김소영;김정환;김성옥;박세광;정지원;김미영;이혜숙;정재훈;최영현
    • 생명과학회지
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    • 제29권11호
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    • pp.1273-1280
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    • 2019
  • 고령층 인구에서 노인성 황반변성(AMD)은 실명의 주요 원인 중 하나이며, 망막 항상성을 유지하는 망막색소상피(RPE) 세포의 산화적 스트레스에 의한 손상은 AMD의 발달에 기여한다. 감초는 한국을 포함한 아시아 국가의 다양한 질병 치료에 가장 널리 사용되는 약초 중 하나이다. 비록 감초는 다양한 실험 모델에서 항산화 효능이 있는 것으로 알려져 있지만, 망막색소상피세포의 손상에 대한 보호 기전은 알려진 바 없다. 본 연구에서는 ARPE-19 인간 망막색소상피에서 과산화수소($H_2O_2$)에 의해 유도된 산화적 손상에 대한 감초 에탄올 추출물의 효능을 평가하였다. 본 결과에 의하면 감초 추출물은 Nrf2 및 HO-1의 발현을 유도하면서 $H_2O_2$에 의한 ROS의 생성을 유의적으로 차단하였다. 또한 감초 추출물은 $H_2O_2$에 의해 유도된 DNA 손상을 억제하였으며, 미토콘드리아막 전위의 소실을 약화시켰다. 그리고 감초 추출물 $H_2O_2$에 의한 caspase-3의 활성을 억제하면서 apoptosis 유도를 차단하였다. 이러한 결과는 감초 추출물이 DNA 손상을 억제하고 apoptosis를 감소시킴으로써 산화적 손상으로부터 망막색소상피세포를 보호할 수 있음을 의미한다. 비록 감초 추출물에 함유된 생리활성 성분들의 분석과 Nrf2-매개 HO-1 발현의 조절에 대한 추가 연구가 수행되어야 하지만, 감초 추출물은 AMD의 위험을 감소시킬 잠재력을 지니고 있음을 시사한다.

테레프탈알데하이드의 전자전달 강화효과에 따른 헴 단백질 모방 촉매의 성능 향상 및 이를 이용한 비분리막형 과산화수소 연료전지 (Effect of Terephthalaldehyde to Facilitate Electron Transfer in Heme-mimic Catalyst and Its Use in Membraneless Hydrogen Peroxide Fuel Cell)

  • 전시은;안희연;정용진
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제60권4호
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    • pp.588-593
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    • 2022
  • 본 논문에서는 hemin, 폴리에틸렌이민(PEI) 및 탄소나노튜브(CNT)를 이용하여 제조 CNT/PEI/hemin/PEI 복합재에 가교제인 테레프탈알데하이드(TPA)를 첨가하여 전자전달이 개선된 과산화수소 환원 반응(HPRR) 촉매를 합성하였다. 합성된 촉매(CNT/PEI/hemin/PEI/TPA)를 과산화수소 10 mM 농도에서 HPRR 반응성을 확인한 결과, 0.2 V (vs. Ag/AgCl)에서 0.2813 mA cm-2의 전류 밀도로 나타났으며, 이는 가교하지 않은 촉매(CNT/PEI/hemin/PEI)와 범용 가교제인 글루타르알데하이드(GA)에 의해 가교된 촉매(CNT/PEI/hemin/PEI/GA)에 비해 각각 2.43 및 1.87배 증가하였다. CNT/PEI/hemin/PEI/TPA의 HPRR 개시전위는 0.544 V로서 CNT/PEI/hemin/PEI와 CNT/PEI/hemin/PEI/GA의 0.511 및 0.471 V에 비하여 원활한 전자전달에 의해 개선되었음을 확인할 수 있었다. 이는 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 이용한 분석 결과에서도 확인되었는데, CNT/PEI/hemin/PEI/GA의 경우, 전자전달을 방해하는 가교제의 도입에 따라 CNT/PEI/hemin/PEI에 비하여 높은 전자전달저항을 나타낸 반면, CNT/PEI/hemin/PEI/TPA는 6.2% 감소하여, 가장 낮은 전자전달저항을 나타냈다. 막이 없는 흐름형 과산화수소 연료전지를 이용한 평가에서도, CNT/PEI/hemin/PEI/TPA를 환원극으로 활용한 전지의 최대 출력 밀도가 36.34±1.41 μWcm-2로, CNT/PEI/hemin/PEI (27.87±0.95 μWcm-2)와 CNT/PEI/hemin/PEI/GA(25.57±1.32 μWcm-2) 보다 높게 측정되어, TPA는 전자전달을 개선 성능을 확인할 수 있었다.