Anti-Alzheimer’s disease and anti-diabetic potentials of coumarins from Angelica decursiva

Abstract

미나리과의 다양한 당귀속은 진해, 진통, 해열, 소열, 간보호, 항혈소판응집, 항당뇨병, 신경보호 및 항 알츠하이머와 같은 치료제로써 사용되어왔다. 최근, 당귀속은 쿠마린, 크로몬 및 페놀 화합물을 포함하는 다양한 종류의 생리 활성 물질을 함유하고 있기 때문에 알츠하이머병 (AD) 및 당뇨병 치료를 위한 치료제의 원천으로 떠오르고 있다. 항 알츠하이머병, 항 당뇨에 대한 천연물에서 얻은 성분의 지속적인 연구의 일환으로, 최근에 자화전호의 메탄올 추출물은protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B), α-glucosidase, advanced glycation end-products (AGE) 형성 및human recombinant aldose reductase (HRLR)의 억제를 통한 항 당뇨 활성과acetylcholinesterase (AChE), butyrycholinesterase (BChE) 및 β-site amyloid precursor protein (APP)-cleaving enzyme 1 (BACE1) 억제를 통한 항 알츠하이머 활성을 나타내었다. 생리 활성을 바탕으로 컬럼 크로마토그래피를 반복하여umbelliferone 6-carboxylic acid, 6-formyl umbelliferone, 2'-isopropyl psoralene, Pd-C-I, Pd-C-II, decursidin및Pd-C-III와 같은 일곱가지 쿠마린 화합물을 얻었다. 분리된 쿠마린6-formyl umbelliferone, Pd-C-I, Pd-C-II, umbelliferone 6-carboxylic acid,2'-isopropyl psoralene, decursidin, Pd-C-III의 PTP1B 억제활성은양성대조군ursolic acid의 IC50값인 5.65 ± 0.29 µM 과 비교하여 각각1.13 ± 0.12, 4.32 ± 0.12, 6.17 ± 0.31, 7.98 ± 0.91, 10.78 ± 0.17, 11.22 ± 0.39, 11.98 ± 0.43 µM으로 나타났고, α-glucosidase 억제 활성은 양성대조군acarbose의 IC50값인183.29 ± 1.02 µM 과 비교하여 각각58.36 ± 1.02, 17.40 ± 0.33, 24.74 ± 0.89, 172.1 ± 0.19, 85.82 ± 0.99, 79.09 ± 0.11, 36.77 ± 1.04 µM으로 나타났다. PTP1B 억제에 대한 효소 반응 속도 연구에서umbelliferone 6-carboxylic acid, 6-formyl umbelliferone, 2'-isopropyl psoralene, Pd-C-I, 및Pd-C-II는 경쟁적 억제제인 반면에, decursidin과Pd-C-III는 혼합형 억제제로 나타났다. α-Glucosidase억제에서는umbelliferone 6-carboxylic acid, 2'-isopropyl psoralene과Pd-C-III가 비경쟁적 억제제인 반면에, 6-formyl umbelliferone, decursidin, Pd-C-I및Pd-C-II는 혼합형 억제제로 나타났다. 또한umbelliferone 6-carboxylic acid, 6-formyl umbelliferone, 2'-isopropyl psoralene, decursidin, Pd-C-I, Pd-C-II및Pd-C-III의 AGE 형성 억제 활성은 양성대조군aminoguanidine의 IC50값인 516.55 ± 2.07 µM 과 비교하여 각각1.78 ± 0.08, 1.98 ± 0.13, 3.23 ± 0.45, 0.41 ± 0.08, 2.31 ± 0.09, 3.16 ± 0.12,0.77 ± 0.03 µM으로 나타났고, HRAR 억제 활성은 양성대조군 quercetin의 IC50값인 2.78 ± 0.02 µM과 비교하여 각각10.68 ± 0.07, 9.12 ± 0.18, 3.56 ± 0.03, 3.43 ± 0.08, 3.81 ± 0.09, 7.26 ± 0.23, 14.31 ± 0.39 µM으로 나타났다. HRAR억제에 대한 효소 반응 속도 연구에서umbelliferone 6-carboxylic acid, Pd-C-I, Pd-C-II는 경쟁적 억제제인 반면에, 6-formyl umbelliferone, 2'-isopropyl psoralene, decursidin은 혼합형 억제제, Pd-C-III는 비경쟁적 억제제로 나타났다. 이러한 쿠마린이 인슐린 저항성 HepG2 세포에서 농도 의존적으로 포도당 흡수를 촉진시키고, ONOO- 매개 티로신 나이트로화를 효과적으로 억제시키는 것을 확인하였다. 항 알츠하이머 활성의 경우에, umbelliferone 6-carboxylic acid, 6-formyl umbelliferone, 2'-isopropyl psoralene, decursidin, Pd-C-I, Pd-C-II및Pd-C-III의AChE억제 활성은 양성대조군berberine의0.91 ± 0.02 µM 과 비교하여 각각104.12 ± 0.11, 1.87 ± 0.71, 173.89 ± 1.19, 3.47 ± 0.24, 1.84 ± 0.11, 4.01 ± 0.38, 3.71 ± 0.33 µM으로 나타났고, BChE억제 활성은 양성대조군berberine의 IC50값인 7.44 ± 0.57 µM과 비교하여 각각27.19 ± 1.20, 29.38 ± 0.98, 179.22 ± 0.91, 9.37 ± 0.77, 7.34 ± 0.49, 13.91 ± 0.98, 9.18 ± 1.01 µM으로 나타났다. BACE1 억제 활성에 대해서는umbelliferone 6-carboxylic acid, 6-formyl umbelliferone, decursidin, Pd-C-I, Pd-C-II 및Pd-C-III 의 IC50값이 양성대조군인 quercetin (8.19 ± 0.59 µM)과 비교하여 각각0.34 ± 0.01, 1.19 ± 0.11, 1.99 ± 0.31, 7.34 ± 0.56, 14.56 ± 1.03, 2.65 ± 0.44 µM으로 뛰어난 억제 활성을 보였다. AChE 억제에 대한 효소 반응 속도 연구에서umbelliferone 6-carboxylic acid는 비경쟁적 억제제인 반면에, 6-formyl umbelliferone, decursidin, Pd-C-I, Pd-C-II및Pd-C-III는 혼합형 억제제로 나타났다. BChE 억제에서는umbelliferone 6-carboxylic acid, 6-formyl umbelliferone, Pd-C-I가 비경쟁적 억제제 형태를 가지고 있으며, decursidin은 경쟁적 억제제, Pd-C-II와Pd-C-III는 혼합형으로 나타났다. BACE1억제에 대해서는, umbelliferone 6-carboxylic acid, decursidin, Pd-C-I및Pd-C-II이 혼합형 억제제이고, 6-formyl umbelliferone과Pd-C-III는 경쟁적 억제제로 나타났다. 이 쿠마린들은 분자적 도킹 시뮬레이션에서, 활성부위에 대한 높은 접근성과 이들 효소에 단단히 결합됨을 나타내는 음의 결합에너지를 보였다 (Autodock 4.2 = –7.80 ~ –5.73 kcal/mol (PTP1B); AutodockVina = –10.3 ~ –7.6 kcal/mol (HRAR); Autodock 4.2 = –8.61 ~ –4.58 kcal/mol (BACE1); AutodockVina = –9.9 ~ –7.8 kcal/mol (AChE)). 따라서, 이러한 결과는 자화전호로부터 분리한 쿠마린의α-glucosidase, PTP1B, HRAR, AChE, BChE, BACE1, nitrotyrosine과 인슐린 유발 포도당 흡수에 대한 잠재력을 시사하며, 당뇨병 및 AD의 예방 및 치료를 위한 새로운 천연물 개발 연구가 될 수 있다.