피코시아닌의 이점은 무엇인가요?

피코시아닌 (Phycocyanin, 줄여서 PC, 흡수 스펙트럼 615-640 nm)은 광합성을 위해 시아노박테리아에서 흔히 발견되는 빛을 가두고 있는 색소 단백질이다 [1].Phycocyanin은 항염증, 항종양, 항알레르기, 항상성 유지, 그리고 독성 감소 및 전위 등과 같은 많은 약리학적 활성을 가지고 있으며 [2], 생물체 내 활성산소의 대사를 조절하는 중요한 역할을 한다는 것이 약리학적 실험을 통해 증명되었다.활성산소는 염증, 동맥경화증, 암, 재관류로 인한 손상, 산화 스트레스 [3]로 유발된 기타 기능 저하 등 많은 질병 발생에 관여한다.본 논문에서는 phycocyanin의 항산화 활성과 약리학적 효과를 요약하고, phycocyanin의 약리학적 활성과 항산화 기작과의 관계를 유추하여 phycocyanin의 약리학적 연구에 참고가 될 것이다.

Phycocyanin의 구조와 기능 1

해조류는 조류가 매우 낮은 수준의 햇빛을 흡수하도록 돕는 수천 개의 광선 가두는 색소 분자를 포함하는 자체 광선 가두는 색소 복합체의 밧줄 같은 구조를 사용하여 빛을 가둡니다.Spirulina obtusususus 담낭의 C-Phycocyanin (C-PC)과 Allophycocyanin (APC)은 코넥신 단백질에 의해 비공유적으로 교반되며, CPC에서 APC로 에너지가 전달된 후, 광합성 반응 센터로 이동하여 광합성을 촉진한다 [4].phycocyanin의 항산화 효과는 독특한 구조와 관련이 있다 (그림 1). phycocyanin 에서는 빛을 가둘 수 있는 색소, 트립토판 잔기 및 발색체 [5] 사이에 들뜬 에너지 전달 현상이 일어나는데, 이들은 바닥 상태에서 들뜬 상태로 전이하는 능력을 가지고 있으며, 전자를 전달하는 능력을 가지고 있어 산화 환원 과정을 수반한다.

또한, Stocker 등 7)은 빌리루빈이 퍼옥시기 라디칼을 제거하는 효과가 있음을 보여주었으며, 그 기작은 빌리루빈이 C-10위치에 있는 테트라피롤 분자의 수소 원자 하나에 퍼옥시기 라디칼을 결합하여 활성산소가 중심 탄소 원자와의 공명 안정화를 형성하고, 최종적으로 전체 빌리루빈 분자로 확장될 수 있다는 것이다.phycocyanin의 chromophore (phycocyanin)에서 열린 tetrapyrrole chain은 (Fig 2A) 빌리루빈의 경우와 매우 유사하며 (Fig 2B), 항산화 활성에 기여할 수 있다.

Romay[10]는 우선 alginate의 항산화 특성을 보고하고, in vitro 및 in vivo에서 alginate의 항산화제로서의 가능성을 평가하였으며, 실험 결과는 alginate 가 hydroxyl 및 alkyl 라디칼들을 효과적으로 제거할 수 있음을 보여주었으며, 이는 alginate 가 in vitro 및 in vivo에서 항산화제로 사용될 가능성이 있음을 보여주었다.Halliwell[11]은 alginate 가 간 미세somal 지질과산화에도 억제 효과가 있음을 확인하였고, superoxide dismutase (SOD)의 양은 본 실험보다 3배 높았으나 SOD의 양을 증가시켜도 alginate의 항산화 활성은 변화하지 않았다.할리웰 (Halliwell) [11]은 알긴산 (alginate)도 간 미세솜의 지질과산화를 억제한다는 것을 발견하였다.본 실험에서 superoxide dismutase (SOD)의 항산화능은 phycocyanin보다 3배 높았으나, SOD의 양을 증가시켜도 phycocyanin의 항산화능에는 변화가 없어 서로 다른 항산화기전을 가지고 있음을 알 수 있었다.

또한 alginate의 항산화 메커니즘은 tocopherol 및 ascorbic acid와 같은 일반적으로 사용되는 항산화 제와 유사하며 2, 2-azobis(2-squintylpropane) dihydrochloride에 의해 유도된 적혈구의 용혈을 억제 할 수 있습니다.12Hirata 등 13)은 methyl linoleate와 phosphatidylcholine의 liposomal 방식에서 alginate 가 소수계에 미치는 항산화 효과를 연구하였다.그들은 다는 것을 보여주는 항 산화 phycocyanin의 활동 (두더지 당 phycocyanin)의 구성 요소보다 더 높은 것으로나 타 났 α-tocopherol 같은 양을 어금니에 있다.게다가 스프레이 건조된 스피룰리나에서 추출한 phycocyanin은 신선한 스피룰리나와 유사한 항산화 활성을 보였다.건조과정에서 phycocyanin의 탈조직화된 단백질의 일부가 변성되기 때문에 이러한 결과는 phycocyanin의 항산화능력에 크게 기여함을 의미한다.이러한 결과는 phycocyanin이 phycocyanin의 항산화 활성에 크게 기여함을 시사한다.본 연구를 통해 phycocyanin은 항산화 활성이 우수하며, 건조된 phycocyanin은 안정성이 우수하여 상업적 가치가 있음을 알 수 있었다.

Phycocyanin의 항산화 활성 2 그리고 관련된 약리학적 활동

2.1 Phycocyanin의 항산화 활성 및 항염증 효과

우선 알기닌은 알칼리성 조건 [14]에서 요철의 산화적 발광을 억제할 수 있는데, 이는 파골세포의 호흡 폭발에 작용하며 활성산소 (-OH, H2O2, RO-)와 과도한 과산화물을 감소시켜 억제 효과를 얻을 수 있다.증거 [15] superoxide 음이온, hydrogen peroxide 및 hydroxyl radical과 같은 반응성 산소 종이 arachidonic acid를 cascade 하여 mast cell 탈과립 및 히스타민, 5-hydroxytryptamine, 종양 괴사 인자 및 기타 염증 매개체의 분비를 초래할 수 있음을 시사한다.피코시아닌은 과산화물, 히드록시기, 알킬 라디칼을 제거할 수 있다.Spillert 등 16)은 H2O2와-OH에 대한 phycocyanin의 잠재적 청소능력을 이해하기 위하여 in vitro 모델에서 과산화수소로 유발된 염증에 대한 phycocyanin의 억제효과를 조사하였다.그 결과 alginate 가 생쥐발에서 glucose oxidase에 의해 유도된 부종을 감소시켰다.따라서,-OH에 대한 alginate의 청소 효과는 항염증 효과를 준다.

동일한 용량 범위에서 alginate는 쥐에서 carrageenan으로 유발된 뒷발 부종과 [17] 쥐에서 면구 granuloma에서 항염증 활성을 보였다.Alginin은 생쥐에서 arachidonic acid 매개귀 부종과 carrageenan-induced foot 및 plantar 부종을 유의적으로 감소시켰으며, 이는 반응성 산소종의 제거와 arachidonic acid 대사 억제에 의한 것으로 사료된다.Gonzalez와 Fretland 등 (18-19)은 phycocyanin을 아세트산 유발 궤양성 대장염 동물모델에 적용하였고, 결장조직을 분석하고 myeloperoxidase의 활성을 측정하였다.그 결과, phycocyanin의 투여시 대장염 손상 동물모델의 결장점막으로의 호산구의 침윤을 현저히 감소시켰으며, 질병을 유발하는 myeloperoxidase 활성에 있어 활성산소의 생성과 다양한 반응성 물질들이 현저히 낮아지는 것을 알 수 있었다.그 결과 phycocyanin은 쥐에서 아세트산 유발 대장염의 발생을 감소시키는데 효과적이었으며, 항염증 기전은 항산화 활성과 관련이 있음을 알 수 있었다.

Phycocyanin의 항산화 활성과 간 보호의 역할 2.2

Bhat 등 [20]은 쥐에서 R-(+)-longleaf menthone과 CCl4로 유도된 간독성에 대한 phycocyanin의 약리학적 활성을 조사하였다.그 결과 phycocyanin이 두 화합물에 의해 다량의 활성산소가 생성되면서 유도되는 간독성을 현저히 감소시켰다.2002, Remirez et al.[21]은 phycocyanin이 간병충해 세포에서 산화적 스트레스와 관련된 변수들에 미치는 영향을 조사하였다.2002년, Remirez et al. [21]의 효과를 조사 alginate 세포 매개 변수 간에 산화 스트레스와 관련이 있 병폐에, 그리고 그 결과는 현저하게 줄 일 alginate 다는 것을 보여주는 세균 호흡기 손상 세포의 활동 파열,과 관련 되었다는 사실에 기인 alginate 감소에 의해 생산 된 종양 괴 요인 TNF-α 스트레스와 산화 질소 산화 hyperthyroid 상태에서 생산 된다.따라서 alginate의 간보호 효과는 주로 산화반응에서 반응성 대사산물의 생성을 억제하고 활성산소를 효과적으로 제거하는데 기인한 것으로 생각한다.또한, 알긴산은 또한 일부 시토크롬 P450 매개 반응을 억제 할 수있다, 예를 들어, P450에 관련된 산화 반응의 반응 성 대사 산물의 생성을 억제 할 수있다.또한 Bhat 등 [22]은 alginate 가 쥐에서 ccl4로 유발된 간지질과산화를 억제할 수 있음을 증명하였다.

Phycocyanin의 항산화 효과와 백내장 제거 2.3

Ou et al[23]은 phycocyanin이 미토콘드리아와 전개된 단백질 반응 경로를 통해 인간 수정체 상피세포의 D-galactose-induced apoptosis를 억제한다는 것을 발견하였다.수정체 상피세포의 사멸이 백내장 형성의 중요한 원인이기 때문에 LEC 사멸의 예방이 백내장의 치료 전략이 될 수 있다.Kumari 등 [24]은 또한 쥐에서 phycocyanin의 sodium selenite-induced 백내장에 대한 조절 효과를 조사하였다.실험 결과, phycocyanin은 생체중 및 ex 생체중 내 항산화 효소 수준을 조절함으로써 산화적 스트레스를 감소시켜 sodium selenite에 의해 유발되는 백내장 발생을 감소시킬 수 있었다.

Phycocyanin의 항산화 활성 및 혈관 보호 효과 2.4

Ross[25]는 1999년에 동맥경화증이 만성적인 염증반응을 특징으로 하는 염증성 질환이라고 제시하였다.Riss et al.[26]은 Spirulina의 phycocyanin이 반응성 라디칼과 cyclooxygenase-2의 생성을 억제하고, 생체 내 항산화 효소의 수준을 증가시키며, 죽상경화동물에서 산화적 스트레스로 인한 염증성 손상을 효과적으로 개선하고, 혈중 지질의 효과를 조절할 수 있음을 증명하였다.죽상경화성 병변의 형성은 내피 손상에 대한 동맥의 염증-섬유-증식 반응의 결과이기 때문에 추 등 (27)은 혈관평활근 세포의 과증식, 내피 증식 및 혈관 손상 후 휘경부 협착에 대한 Spirulina obtusususifera alginate의 억제 효과를 in vivo 및 ex vivo 실험을 통해 조사하였다.

phycocyanin이 G1/S 주기를 억제하고 VSMCs의 과도한 증식과 새로운 내피막의 형성을 억제함으로써 혈관 내 산화적 염증 손상을 감소시키고 요골 협착을 억제하여 phycocyanin 항산화 활성이 혈관 건강에 대한 예방 및 건강 관리 효과가 있음을 증명하였다.Strasky 등 [28]은 heme의 분해를 가능하게 하여 강력한 항산화 빌리루빈을 생성하게 하는 효소인 heme oxygenase-1에 대한 alginate의 활성화 효과를 조사하였다.Strasky et al. [28]은 강력한 항산화 빌리루빈을 생성하기 위해 heme을 대사시키는 효소인 phycocyanin에 의한 heme oxygenase-1의 활성을 연구하였다.실험 결과, Spirulina의 phycocyanin은 산화적 스트레스를 감소시키고 내피세포에서 HMOX1을 활성화시켜 ApoE-deficient mice에서 죽상경화증 병변에서 HMOX1의 발현이 증가하였다.이는 algin이 heme oxygenase-1의 발현을 증가시켜 항산화 효과를 증가시킴으로써 동맥경화증을 감소시키는 새로운 근거를 제공하기도 한다.

Phycocyanin의 항산화 활성 및 신경보호 효과 2.5

항산화 능력의 저하와 질소-산소 반응 라디칼의 증가는 인체 장기의 노화와 신경 퇴행성 질환과 강하게 관련되어 있다 [29-31].특정 동물 모델에 SOD를 주사하면이 모델에서의 염증 반응을 억제하고 동물과 인체 뿐만 아니라 분리된 면역 세포에서 면역 기능의 특정 분자의 발현을 증가시키는 것으로 밝혀졌다 [32].많은 임상 시험에서 뇌 손상이나 경색이 있는 환자의 뇌척수액과 뇌 조직에서 사이토카인 발현이 유의하게 증가한다고 보고되었다 [33-34].alginate의 항산화 특성은 사이토카인에 작용하여 뇌 손상을 회복하고 세포 괴사를 적시에 억제할 수 있습니다.

림바우 등은 [35] alginate 가 쥐의 해마에서 erythrocyanine으로 유발된 간질 반응을 감소시킬 수 있고 뉴런에 대한 보호 효과가 있다는 것을 발견하였다.erythrocyanine이 간질을 일으키는 이유는 산소를 활발하게 하는 활성산소를 많이 생성하기 때문이며, alginate는 활성산소를 감소시켜 신경세포 손상을 보호할 수 있다.본 실험은 alginate 가 Alzheimer&와 같은 신경퇴행성 질환에서 산화적 스트레스로 유발된 신경세포 손상을 치료하는데 사용될 수 있음을 시사한다#39;s 병과 파킨슨 ' s 증후군이 있다.또한, 림바우 등 [36]은 알긴이 산소 활성산소를 감소시켜 체외에서 칼륨 및 혈청이 결핍된 배양된 쥐에서 소뇌 과립 세포 사멸을 보호한다는 것을 발견하였고, 마린 등 [37]은 알긴이 SH-SY5Y 신경세포를 산화적 손상으로부터 보호하며, 쥐의 망막일과성 허혈 및 쥐의 미토콘드리아 미토콘드리아의 Ca2+/인산염 유발 기능적 장애를 감소시킨다는 것을 증명하였다.기능 장애.

Phycocyanin과 신장 및 폐 기관의 항산화 활성 2.6

Shukkur et al[38]은 phycocyanin이 개의 신장세포에서 옥살산에 의해 촉발되는 산화적 스트레스 매개의 세포 손상을 방지하고, 옥살산 유발 반응성 산소종 (ROS)과 지질과산화 (LPO)를 감소시켰으며, 미토콘드리아 막 투과의 현저한 보호 효과가 있음을 발견했다.39Zheng et al.[40]은 Spirulina algal cyanobacterial protein과 phycocyanin이 산화 스트레스를 억제하여 당뇨병성 신증을 예방할 수 있음을, Zeng et al.[39]은 Spirulina cyanobacteria와 phycocyanin이 산소 발생 스트레스를 억제하여 당뇨병성 신증을 예방할 수 있음을 발견하였다.

alginate의 구강 관리 10주 동안 proteinuria지 못하게 막고 mesangial 위확장, 종양 성장 요인의 표현-β 및 정상화 fibronectin, 및의 표현 감소 NADPH oxidase, 유형에 따 른 산화 스트레스의 마 커를, 2 당뇨병 쥐 (db/db 쥐) 입니다.또한, Gonzalez 등 [40]은 alginate 가 kanamycin과 병용하여 생쥐의 신관 혈관 충혈 및 염증 침윤을 감소시키고, aminoglycoside 항생제인 kanamycin의 신독성을 감소시킨다는 것을 증명하였다.SOD 활성, 폐조직 내 hydroxyproline (HYP), malondialdehyde (MDA) 및 혈장 MDA를 감소시켰고, paraquat에 취한 쥐에서 폐포자염 및 섬유증의 정도를 감소시켰으며, 쥐에서 paraquat에 유발된 폐포자염 및 폐섬유증에 현저한 억제 효과를 보였다.

Phycocyanin의 항산화 활성과 종양 예방 2.7

o-toluene 적색표백 assay 결과 [42] algin cofactor 가 phycocyanin보다 peroxynitrite 음이온에 대한 소거효과가 강하였으며, phycocyanin이 peroxynitrite 음이온에 의한 DNA 단가선 단절 현상을 용량의존적으로 유의하게 억제하여 세포암 발생을 예방할 수 있는 근거를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.-Gupta 등 43)은 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)에 노출된 생쥐에서 phycocyanin이 피부 암 유전자에 미치는 보호 효과를 조사하였다.phycocyanin의 사용은 tpa 유도 마우스에서 ornithine decarboxylase, cyclooxygenase-2, interleukin 6, phosphorylated signal transducer 및 activator of transcription 3와 같은 주요 종양 발생인자들의 tpa 유도 발현을 용량 의존적으로 억제하였다.역암 등 44)은 phycocyanin의 항산화 특성과 암세포 성장 억제 능력을 조사하였다.형광 및 상조현미경 검사 결과, phycocyanin은 HT-29 (대장암) 및 A549 (폐암) 세포의 성장을 억제하고, G(0)/G(1) phase에서 암세포의 DNA arrest 및 cleavage를 유발하였다.

Fernandez et al[45]은 알긴산이 시스플라틴 유발 신독성에 미치는 영향을 연구하였고, 그 결과 알긴산은 글루타치온 환원효소의 시스플라틴 감소, 과산화수소의 함량 감소, 혈중 요소질소 수준 유지, 산화스트레스 억제가 가능하였으며, 시스플라틴 유발 신독성에 좋은 영향을 미치는 것으로 나타났다.산화 스트레스에 대한 억제 효과가 좋으며 시스플라틴에 의한 신독성을 억제한다.또한 다년간의 암 연구를 통해 약물의 적절한 조합이 치료 프로그램에서 단일 약물의 안전성과 효능을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 증명했다.461998년, Xin Huawen 등 [47]은 alginate에 의한 methotrexate와 cisplatin의 체외 전위에 대해 연구하였다.그 결과 alginate와 methotrexate의 병용투여가 후자의 세포독성을 유의적으로 증진시켰으며, methotrexate 농도가 증가함에 따라 전위효과는 증가하였으며, alginate를 투여하지 않은 세포와 alginate를 투여한 세포의 세포생존력에서 매우 유의적인 차이를 보여 기존의 전위제인 verapamil (칼슘채널억제제)과 유사하였으나 독성은 적은 것으로 나타났다.

Miroslav 등 [48]은 10%의 conventional dose topotecan을 phycocyanin과 병용하여 다량의 cysteine aspartate proteinase-9 (caspase-9)과 cysteine aspartate proteinase-3 (caspase-3)을 활성화시키는 것이 conventional dose topotecan 단독 투여보다 효과적임을 보여주었다.토포텍칸의 효과는 늘어난 반면 부작용 발생은 줄었다.Saini 등 [49]도 같은 해 전통적인 NSAID인 piroxicam과 phycocyanin을 병용하였을 때 단일 사용시 대비 70% 이상 효과가 증가함을 입증하였고, cyclooxygenase 2 (COX-2)의 발현 및 prostaglandin E2 (PGE-2)의 수준이 크게 감소하였으며, DNA의 파손 억제 효과도 입증하였다.alginate의 항산화 효과는 면역력을 향상시키고 손상된 장기를 보호하는 역할을 한다는 것을 어렵지 않게 알 수 있으며, 광감작제로 alginate를 기존 임상 항암제와 함께 병용하면 항암화학요법의 효능을 높이는데 중요한 역할을 할 것이다.

요약 및 전망 3

우리 실험실 [50-51]에서 재조합 알록시알라닌의 항산화 활성을 확인한 결과 재조합 알록시알라닌은 활성산소를 제거하는 능력이 있으나 활성산소의 종류에 따라 그 제거 효과는 매우 다양하다.알부민의 구조조성이 알록산과 유사하기 때문에 알부민의 보조단백질들도 비슷한 항산화 작용을 한다 [52].이어서 DPPH 라디칼에 대한 phycocyanobilin (PCB)의 소거 효과가 일정한 정량적 효과 관계를 보인다는 것을 추가로 확인하였다 [53];Pleonsil 등 [54]의 최신 결과는 천연 phycocyanobilin의 항산화 활성이 재조합 phycocyanobilin보다 크다는 것을 보여주었다.phycocyanin의 항산화 활성은 부분적으로 phycocyanin에 기인하며 [13], 보조단백질은 phycocyanin 과는 다른 항산화 효과를 가져야하며 [52], 이는 phycocyanin이 탈공분해된 단백질과 phycocyanin의 수준에서 활성산소를 제거한다는 것을 간접적으로 확인한 것이다.

요즘은 정교한 화학 및 생물 공학 기술을 통해 고순도의 phycocyanins을 얻을 수 있습니다.하지만, 그 활성은 원료와 추출 과정에 따라 다릅니다.알조류 cyanoproteins의 양호한 항산화 활성은 nutraceuticals 및 약물 후보물질을 위한 응용의 기초가 될 수 있으며, 이의 성공은 좋은 품질 관리에 달려 있습니다.

기존의 알조시아노박테리아의 개방배양이 일정한 품질을 얻기 위해서는 많은 조절작용이 필요한 반면, 공업용 재조합 발현은보다 제어 가능하나 phycocyanin이 중합체의 단백질 아단위로 조립되는 것을 생물공학적으로 연구하기는 어려우며, 그 결과 알조시아노박테리아 단백질의 활성과 품질을 규명하기 위한 추가적인 연구가 필요하다.또한, phycocyanin의 대사 산물과 유도체는 복합적이다.phycocyanin의 활성 효과가 대사 산물 전체에 기인하는지 또는 경구 또는 주사 가능한 투여 경로를 통하는지 확인하는 것이 우리 연구의 다음 목표입니다.alginate 가 여러 질병 기관에서 항산화 역할을 할 수 있다는 것이 논문에서 언급되었는데, alginate 가 어떻게 세포에 들어가고 어떻게 작용하는지가 연구의 핵심이다.스피룰리나의 대규모 재배는 녹조 시아노단백질의 개발과 이용에 기초를 마련했고, 기능성 식품은 그 응용을 모색했다.따라서 향후 녹조 cyanobacterial protein의 활성 및 메커니즘에 대한 심도 있는 연구와 임상시험이 이루어진다면 이를 응용할 수 있는보다 많은 공간이 열릴 것이다.

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