생약제 황금은 꿀풀 속의 다년생 초본으로, 뿌리를 건조한 것을 활용한다. 동의보감에 따르면, 성한, 미고, 무독의 특성을 가지고 있으며, 열독, 골증, 한열왕래, 열갈, 황달, 장벽설리, 담열, 위열 등을 치료하는 데 활용된다. 이와 함께, 사실화, 제습열, 지혈 등의 효능이 있어 풍열이나 습열로 인한 상초질환 치료에 쓰인다. 본 연구에서는 이 황금이 저산소증에서 항산화효소인 HO-1의 발현을 증가시켜 세포 손상을 방지할 수 있음을 보여주었다. 이어서, IC라는 기법을 이용해 황금의 세포내 효과를 확인하였으며, 이는 항원과 항체 반응 원리를 활용하며, 형광항체법을 통해 의학이나 생물학 분야에서 널리 사용되고 있다. 또한, 본 연구에서는 항산화효소인 superoxide dismutase와 catalase 등에 대한 황금의 영향도 추가적으로 연구해볼 필요성을 제시하였다.
<h1>고 찰</h1> <p>생약제 황금은 꿀풀(Labiatae)에 속한 다년생 초본인 황금(Scutellaria baicalensis GEORGI)의 뿌리를 분간하여 건조한 것으로 동의보감에서는 “성한, 미고, 무독하며 열독, 골증, 한열왕래, 열갈, 황달, 장벽설리, 담열, 위열을 다스린다" 고 하였으며 사실화, 제습열, 지혈의 효능이 있어 풍열, 습열로 인한 상초질환에 사용된다. 또한 담연옹성, 졸중 등 습담, 풍열로 인한 중풍 급성기에 다용되는 방풍통성산, 우황청심원, 대시호탕, 열다한소탕 등의 중요 구성 약재이며 약리학적인 효능으로는 항염증작용, 항미생물작용, 해열작용, 강압작용, 신경안정작용 등이 있다. 황금에 관한 실험적 연구로 이 등은 황금이 면역기능, 미생물 증식 및 세균변이에 미치는 영향을, 김은 황금의 혈관이완효과에 관한 연구를, 박 등은 ROS의 유해작용에 대한 황금 성분의 생체 보호작용에 관한 연구 등을 보고하였다. 특히 이 등은 흰쥐의 전뇌허혈 모델에서 황금의 신경방어효과를 보고하였으며, 김 등은 황금이 정상산소 환경에서 세포사망 보호효과, 저산소증 모델에서 apop-tosis 기전 중 Bcl-2의 발현 증가, caspase-3의 activity 감소에 유효하게 작용하여 뇌졸중 발병 후 발생되는 대뇌신경 세포사에 예방 효과가 있는 것으로 보고하였다.</p> <p>뇌졸중은 허혈◦저산소증에 의한 신경세포사망으로 야기된다. 산소분자는 세포 생존에 필수적 요소로 mitochondria의 에너지 생산과정인 산화적 인산화(oxidative phosphor-ylation)에서 전자수용체로 작용한다. 신경세포는 산소결핍에 가장 민감한 세포로 여겨져 왔다. 뇌로 공급되는 산소가 심각한 수준으로 떨어지면 에너지 고갈이 일어나 세포막의 탈분극이 일어나고 이로써 \( \mathrm{Ca}^{2+} \) influx, \( \mathrm{Na}^{+} \)농도구배의 소실, 세포외 glutamate 농도의 증가가 야기된다. 이런 손상에 따른 신경세포의 사망은 팽창과 용해에 의해 즉시 일어나는 과정(necrosis)과, 수 일을 두고 천천히 일어나는 programmed cell death 과정(apoptosis)으로 구분된다.</p> <p>저산소증에서는 특히 ROS가 많이 생성된다. 인체 내 가장 큰 영향을 미치는 자유기인 ROS는 생체 내 산소가 유입되어 세포내에서 이용될 때의 부산물로, superoxide radical(\( \mathrm{O}_{2}^{-}\cdot\)), hydrogen peroxide (\(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\)), nitric oxide (NO), peroxynitrite (\(\mathrm{ONOO}^{-}\))등이 있다. 이들은 세포 내에 존재하는 Super Oxide Dismutase(SOD), catalase, 여러 종류의 peroxidase 등의 항산화효소계와 vitamin E, vitamin C, glutathione과 같은 항산화물질에 의해 제거된다. 허혈·저산소증의 재산소화 기간에 nitric oxide (NO)와 superoxide anion (\(\mathrm{O}_{2}^{-}\))은 서로 반응하여 매우 반웅성이 높은 peroxyni-trite (\(\mathrm{ONOO}^{-}\))를 형성하는데 , 이 ROS는 신경세포에 독성 이 있는 것으로 알려졌다. ROS가 저산소증에서 세포사의 주요 원인임이 밝혀지면서, 최근 한약물의 항산화효과 및 신경세포보호에 대한 연구들이 이루어지고 있다. 김 등에 의하면 저산소증에서 황금은 SOD 유전자 발현을 증가시키는 것으로 나타났다. 또한 윤 등은 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{DCF}\)-\(\mathrm{DA} \) 염색을 이용하여 ROS 가운데 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \), peroxyl radical, perox-ynitrite anion을 측정한 결과 황금은 이들의 세포내 농도를 현저히 낮추며, mitochondria의 막전위 유지에도 효능이 있음을 보고하였다.</p> <p>최근 산소부족 상태에 대한 신경세포 방어 능력이 보고되고 있다. 세포는 산소압(oxygen tension)의 변화에 반응할 수 있는 유전자 프로그램과 다수의 산소감지자(\( \mathrm{O}_{2} \) sen-sor)가 있어 이들은 신경세포가 저산소 상태를 받아들이는데 중요한 역할을 한다. 예로서 저산소증에서 산소민감성 \( \mathrm{Na}^{+} \) 이온통로와 \( \mathrm{K}^{+} \)이온통로는 산소분자와 직접 결합하여 흥분성 이온통로를 억제하고 억제성 이온통로를 활성화시켜 세포가 덜 흥분되게 만든다. 또한 NADPH oxidase는 산화환원상태 (redox state)에 따라 다른 이온통로 단백질의 이온유입을 조절하거나 다른 영향을 나타낸다. 이러한 영향들 가운데 가장 잘 알려진 산소감지경로는 산소에 민감한 전사인자 (transcription factor)인 HIF-1일 것이다. HIF-1은 저산소증에서 활성화되며, 이 단백질은 저하된 산소에 적응하는데 필요한 다양한 유전자를 발현시킨다. 이러한 유전자들 가운데는 VEGF, EPO, 해당효소(glycolytic enzymes), 포도당 수송단백질(glucose transporters), 세포주기조절단백질(cell cycle regulators), transferrin, HO-1, 그리고 iNOS 등이 있다.</p> <p>IC는 항원항체반응의 원리를 이용하여 특정 물질의 세포내 소재를 검색하는 기법으로 형광항체법(immunofluorescence) 특이성이 높고 감도가 예민하므로 의학이나 생물학분야에 광범위하게 응용되어 왔다. 한편 PCR 기법과 함께 분자생물학기법 중의 하나인 ISH 기법은 세포나 조직에 존재하는 특정한 핵산부위를 검출해 낼 수 있는 첨단기법이다. 본 연구에서는 배양한 흰쥐 대뇌신경세포의 저산소증 모델에서 IC 기법과 ISH 기법으로 항산화스트레스효소인 HO-1의 발현을 관찰하여 황금이 세포사 억제에 관여하는 단백질 및 유전자 발현에 미치는 영향을 조사하였다.</p> <p>HO-1은 단백질과 mRNA가 모두 정상산소 환경 및 저산소증에서 황금에 의하여 발현이 증가되었다. HO-1 유전자 발현의 유도는 대뇌허혈과 저산소증에서에서 보고되었다. HO-1은 heme을 biliverdin, CO 및 iron으로 분해한다. CO는 강력한 혈관확장제이며, biliverdin과 그 산물인 bilirubin은 강력한 항산화제이다. 또한 HO-1을 과발현시킨 생쥐는 허혈에 더 잘 견디는 것으로 나타났다. 그리고 저산소증에서 transcription factor인 HIF-1이 활성화되는데 이 단백질은 저하된 산소에 적응하는데 필요한 다양한 유전자를 발현시키며 여기에는 HO-1도 포함된다. 따라서 황금에 의한 HO-1 증가는 저산소증에서 신경세포의 보호에 매우 합리적이라 해석된다. 특이한 점은 HO-1은 정상산소 환경 및 저산소증에서 별아교세포에서 신경세포에 비하여 매우 많이 발현되었는데, 이는 별아교세포가 HO-1을 주로 발현하는 세포로서 저산소증에서 신경조직을 보호하는 주된 역할을 담 당함을 시사한다.</p> <p>본 연구는 황금이 저산소증에서 HO-1과 같은 항산화효소의 발현을 증가시켜 세포손상을 방지하는 것으로 추정되며, 향후 다른 항산화효소인 superoxide dismutase, catalase 등에 대한 영향을 조사해보는 것도 흥미로울 것으로 사료된다.</p>