Protein tyrosine phosphatase 1B and α-glucosidase inhibitory activities of Pueraria lobata roots and its constituents

Abstract

Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B)는 인슐린 신호경로의 부정적인 조절자로 작용하고 α-glucosidase는 탄수화물이 단당으로 분해되어 혈류로 흡수되는 작용에 중요한 역할을 한다. 그러므로, PTP1B와 α-glucosidase 의 저해제를 찾는 것은 당뇨병을 예방하는 것에 있어서 중요하다. 천연물로부터 저해제를 찾기 위한 계속된 연구 중에, 콩과식물에 속하는 갈근이 해열 작용과 알코올 중독에 대한 치료 효과로 전통적으로 천연 약재로 이용되어 왔으며, 특히 한방에서 소갈의 치료에 사용되었음에 주목하여 이번 연구에서는 갈근과 그 구성성분의 PTP1B와 α-glucosidase 억제 효과를 통해서 항당뇨 효과를 확인하였다. 갈근의 70 % 에탄올 추출물, 그 분획물 그리고 분리된 화합물들의 PTP1B와 α-glucosidase 저해 활성을 측정하였고 효소반응속도 연구와 분자적 도킹 시뮬레이션을 통해서 갈근으로부터 분리된 화합물들의 PTP1B와 α-glucosidase 저해제로서 이용될 가능성을 확인하였다. 여러가지 분획물들 중에서 n-hexane 분획물과 EtOAc 분획물이 높은 PTP1B 저해 활성을 보였고, CH2Cl2 분획물에서는 α-glucosidase 저해 활성이 가장 높게 나타났다. 특히, n-hexane 분획물에서 분리된 triterpenoids인 lupeol과 lupenone이 PTP1B를 효과적으로 저해하였고, 이들의 IC50값은 각각 38.89 ± 0.17 그리고 15.11 ± 1.23 μM이였으며, 효소반응속도 연구를 통해 Ki 값이 각각 13.88 μM 그리고 21.24 μM인 비경쟁적 저해제임이 증명되었다. 게다가, 분자적 도킹 시뮬레이션에서 lupenone은 -8.53 kcal/mol의 결합 에너지를 가지고 lupenone의 케톤기의 산소원자가 PTP1B의 활성 자리에 위치하는 CYS215와 ALA217 잔기와 상호작용하여 2개의 수소 결합을 형성하였고, 표준 리간드인 compound 23과 lupenone 모두 ALA217 잔기와 수소 결합을 형성함으로써 상호작용한다는 것은 주목할 만 하다. 반면에, lupeol은 -8.03 kcal/mol의 결합 에너지를 가지고, lupeol의 수산기의 산소원자가 PTP1B의 SER205 잔기와 하나의 수소 결합을 형성하였다. 이 결과를 통해서 수산기를 가지는 lupeol에 비해서 케톤기를 가지는 lupenone이 더 강한 PTP1B 저해 활성을 가진다는 것을 설명할 수 있다. EtOAc 분획물에서 분리된 daidzein과 genistein 그리고 CH2Cl2 분획물에서 분리된 calycosin에서 양성대조군인 acarbose보다 상당히 높은 α-glucosidase 저해 효과가 관찰되었고, 이들 화합물의 IC50값은 각각 8.58 ± 0.94, 2.37 ± 0.52 그리고 6.84 ± 1.58 μM이였으며, 효소반응속도 연구를 통해 Ki 값이 각각 17.64, 5.03 그리고 13.83 μM인 비경쟁적 저해제로 조사되었다. 그리고, 분자적 도킹 시뮬레이션 결과는 이들 화합물이 각각 -7.16, -7.42 그리고 -7.31 kcal/mol의 결합 에너지 값을 가짐을 보여주었고, 표준 리간드인 α-D-glucose (-6.74 kcal/mol)보다 α-glucosidase와 더 많은 소수성 상호작용을 형성함으로써, 더 높은 결합 친화도를 가짐을 보여주었다. 결론적으로, triterpenoid인 lupenone과 lupeol은 강력한 PTP1B 저해 활성을 가지는 반면 isoflavone에 속하는 daidzein, genistein 그리고 calycosin은 두드러진 α-glucosidase 저해 활성을 나타냈으며, 효소반응속도 연구와 효소와 활성 화합물 간의 분자적 도킹 시뮬레이션은 이들 화합물에 대한 in vitro 실험 결과를 증명해 준다. 따라서, 이번 연구의 결과는 갈근과 그 구성 성분이 PTP1B와 α-glucosidase 억제 활성을 보여줌으로써, 항당뇨 효과를 가짐을 확인하였고, 갈근이 당뇨병 예방을 위한 기대되는 치료적 전략으로 이용될 가능성을 제시한다.