자색당근의 대장암 억제 효력시험

자색당근 실험보고서

 

 

자색당근의 대장암 억제 효력시험

사업번호 : MCCM-B 14009

 

 

기관명 : NCEED, 국가지정 소화기질환 의료제품 유효성평가 서비스센터

의료식품 네트워크센터 (부산대학교 식품영양학과)

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자색당근 실험 분석내용

 

자색당근은 우리 주변에서 흔치 않지만, 유전적으로 개량한 종자가 아니라, 우리가 흔히 먹는 당근인 주황색당근과 태생이 같으며, 기원전부터 아프가니스탄 등 중동지방에서 자색당근과 주황색당근이 함께 재배되었지만 고대 그림들과 문헌을 토대로 살펴보았을 때 그 보다 시기가 앞선 것으로 추정할 수 있다. 그 외에도빨간색, 어두운 오렌지색, 오렌지색, 노란색, 흰색 등의 당근이 있다. 자색당근은 주로 아프가니스탄과 같은 중앙아시아에서 재배되고, 있었으며, 서구에 소개된 것은 1920년~1930년 히말라야산맥 일대에서 발견되어 알려지게 되었다.

자색당근은 특히 안토시아닌이 풍부하여 자색을 띠는 것으로 알려졌는데, 자색당근의안토시아닌종류를 분석한 결과cyanidin(씨아니딘) 계열의 안토시아닌이 주를 이루며, cyanidin-3-xylogalactoside(씨아니딘3-자이로갈락토사이드)가 대표적이며, 자색당근에서는 11종의 본 안토시아닌이 발견되었다.

자색당근의 수분함량 등의 일반성분은 당근과 큰 차이가 없었으나, 최근 생리활성물질로 주목받고있는 폴리페놀은1.5배가 더 높았으며, 플라보이노이드는 10배, 안토시아닌은 30배 이상 나타났다. 또한 동결건조 된 자색당근, 당근,블루베리의 안토시아닌은 자색당근이 일반당근보다 20배, 블루베리보다 4배 이상 높았다.

흔히 우리가 활성산소가 많으면 암이 생길 수 있고, 산화와 노화가 진행된다고해서항산화 물질이 인기를 끌고 있는데, 활성산소를 제거하는 능력을 알아보는 실험에서는 자색당근이 당근보다 20배, 블루베리보다 5배 높게 나타났다.

2008년 위스콘신대학에서 LPS(Lipopolysaccharude, 리포폴리사카라이드, 염증유발물질)로 유도된 세포에 염증을 감소시킨다는 결과가 있었는데 이에 착안하여 부산대에서는 대장염, 대장암 실험을 진행한 결과 자색당근이 대장 내의 염증과 대장암을 억제하는데 효과가 있다는 사실을 알게 되었다.

대장염 실험은 2주간 진행되었으며, 2주 동안 자색당근 등 다른 채소(당근, 비트, 적채)를 사료와 배합하여 마우스에게 자유롭게 공급하였으며, 1주 후 대장에 염증을 유발하는 물질(DSS, dextran sodium sulfate)을 식수로 공급하고 해부하여 여러 가지 실험을 하였다. 대장에 염증이 생길 경우 대장 조직에 염증이 자리 잡으면서 대장 길이는 염증으로 인해 짧아지게 되어 대장 길이를 대장염의 발생 척도로삼는데, 자색당근을 식이로 공급한 군이 정상대조군에 가까운 대장길이를 보였다.

 

대장무게/길이의 비에서는 위에서 말한 것과 같이 염증이 생기면 길이는 짧아지고 무게는 무거워지게 된다. 그래서 비율이 낮을수록 염증이 발생되지 않았다고 보거나 염증이 적다고 본다. 본 실험 결과에서도 자색당근 공급군이 다른 군보다도 유의적으로 낮은 수치를나타냈다. 이 외에도 분자 단위의 혈중의 염증 인자 측정을 통해 염증의 억제 효과를 판정하게 되는데, TNF(Tumor necrosis factor, 종양괴사인자)-α는 염증 증상의 발현 및 악화에 영향을 미친다. 따라서 TNF-α의 발현이 클수록 염증 발현이 크다는 것을 알 수 있다. 자색당근 공급군의 경우 TNF-α의 억제 효과가 있었으며, 정상대조군에가까운 수치를 보였다. IL(Interleukin, 인터루킨)-6도 궤양성 대장염 환자에서 현저히 증가하는데, IL-6의 발현이 클수록 염증 발현이 크다는 것을 알 수 있다. DSS로 유도된 대장염 모델에서 실험대조군에 비해 모든 군에서 IL-6의 발현이 감소하였으며, 특히 자색당근 군에서 IL-6의발현이 유의적으로 감소하여 정상대조군에가까운 것을 확인할 수 있었다.

Nitric oxide synthases(iNOS)는 염증시에 동반되는 질소생성에 관여하는 효소로, 체내 염증을 제거하는 과정에서 대식세포에 의해 발생된다.

COX(cyclooxygenase)-2는 염증을 만드는 물질로 이 두 물질의 발현 역시 클수록 염증상태가 크다는 것을 알 수 있는데, 자색당근 공급군에서 이들의 발현이 감소되어 염증억제 효과가 있었음을 알 수 있었다.

대장염 실험에서 결론적으로 자색당근은 대장의 길이 축소, 부종을 억제하였으며, 특히 대장염에 관여하는 전염증성 cytokines 인 IL-6, TNF-α농도와iNOS, COX-2의 유전자 발현을 감소시켰다. 대장염 염증 억제효과는 자색당근이 당근보다 우수하였을 뿐 아니라 자색을 띄는 채소인 적체와 비트 보다 더 우수한 것으로 나타났다.

 

2014년에 발표된 2012년 암등록 통계조사에 따르면 남자의 경우 위암, 대장암, 폐암 순이었으며, 여자의 경우 갑상선암, 유방암, 대장암 순으로 남녀 불문하고, 대장암은 높은 발생율을 보이고 있었다. 선행 조사에 따르면 대장암 발생의 식이적인 원인으로 붉은 육류의 과잉섭취와 과채류의 낮은 섭취를 지목하고 있는데, 특히 2013년 국민건강통계조사에 따르면 우리 나라 국민들의 육류 섭취가 20-30대 남성에서 권장량의 1.8배 증가하였다는 결과가 발표되었고, 4기 국민건강영양조사 결과에서는 국민의 채소, 과일 섭취가 권장량 미만으로 섭취한 다는 것을 확인하였다.채소나 과일의 파이토케미컬의 암 예방 효과는 수 많은 연구들에서 효과가 밝혀진바 있다. 특히 안토시아닌의암예방 효과가 밝혀졌던 선행연구 결과를 토대로 안토시아닌이 풍부한 자색당근의 대장암 예방효과를 확인하기 위해 마우스에 azoxymethane(AOM)/ dextran sodium sulfate(DSS)를이용하여대장암을유발해 대장암의 억제 효과를 평가하였다.

AOM/ DSS로 유도된 마우스 대장암 실험모델에서 체중감소는 일반적인 현상으로, 본 실험에서 모든 AOM+DSS를 처리한 control군(실험대조군)을 비롯한 샘플 공급군은 normal군에 비하여 체중 감소가 컸다. 통상적으로 대장에 암이 발생하게 되면 대장조직은 염증과 암 발생으로 길이가 짧아지게 되고, 염증과 종양 형성으로 조직이 경직되어 무게가 증가하게 된다. 따라서 대장 무게/ 길이비율이 낮을수록 대장 손상이 적고, 대장암 유발이 억제되었음을 알수 있었다. 샘플 종류별(자색당근, 당근, 비트, 적채) 비교에서는 군 사이에 유의적인 차이는 크지 않았지만 적채(RC5군), 자색당근(PC5군), 비트(BT5군), 당근(YC5군)의 순으로 나타났다. 대장 내의 종양 개수는 자색당근(PC5군)에서 가장 낮은 종양 개수를 나타내 대장암 종양 억제 효과가 가장 우수한 것으로 나타났으며, RC5군, BT5군, YC5군의 순으로 나타났다.

Serum pro-inflammatory cytokines(혈중 전염증성사이토카인 측정) 수준 및 대장 조직의 염증관련 유전자의 RT-PCR(분자수준의 염증관련 인자 측정) 결과 normal군에 비해 control군의 발현이 높게 나타났다.

특히 PC5군은 혈청 중 TNF-α, IL-1β, IL-6의 발현에 관여하여 혈액 중에서 염증을 억제하며, 대장 조직에서는 pro-inflammatory cytokine (IL-6)과 염증 관련 효소(iNOS, COX-2)의 발현을 조절하여 대장암을 억제하는 역할을 하는 것으로 사료된다. 그 뿐 아니라 세포 증식에 직접적으로 작용하는 p53 와 caspase-3의 수준을 높여 암세포의 세포자멸을 유도할 뿐 아니라, cyclin-D1의 발현을 낮춰 암세포의 증식을 억제하는 것으로 사료된다. 본 실험의 종합적인 결과 당근의 종류별로는 자색당근이 당근보다 대장암을 억제하는 효과가 우수하였으며, 샘플 종류별 비교에서도 자색당근, 적채, 비트, 당근 순으로 나타나, 보라색을 띄는 채소자색당근의 대장암 억제 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었다.

 

 

 

 

 

선행연구에서도 밝혀진 바와 같이 자색당근의 대장염 예방 및 대장암 억제 효과는2013년 국가지정 소화기질환 의료제품 유효성평가 서비스센터(NCEED) 보고서에 보고된 자색당근의 높은 폴리페놀 즉, 안토시아닌 함량과 깊은 관련성이 있을 것으로 사료된다.

 

이러한 안토시아닌은 염증은 물론, 종양을 억제하는 효과 외에도 대사증후군 예방효과가 있다는 연구결과가 있었는데, 대사증후군은 인슐린 저항성과 깊은 관련이 있으며, 고혈당, 복부비만, 고중성지방, 고혈압, 낮은 HDL 혈 증 중 3가지 이상일 때 대사증후군으로 진단되는데, 최근 낮은 연령층(청소년)에게도 나타나 사회적으로 큰 이슈가 되고 있다. 가장 큰 원인으로는 내장지방을 지목하고 있으며, 당뇨, 고혈압 등의 만성질환은 물론 심뇌혈관 질환 발병과 깊은 연관성이 있어 예방 및 치료가 중요한 질환 중의 하나로 알려져 있다.

특히 일본의 Takanoritsuda 교수에 의해안토시아닌의 대사증후군 예방 효과 즉, 안토시아닌의 인슐린 저항성 억제 효과를 발표한바 있다.이를 토대로 본 연구에서는 마우스를 이용하여 식이 중 45% 고지방식이를 공급하며 자색당근의 대사증후군 예방효과를 연구하였다. 그 결과, 자색당근군에서 혈중 중성지방과 인슐린 및 포도당 수치를 떨어뜨리고, HDL(고밀도콜레스테롤) 수치를높였으며, 신장지방과 정소지방을 감소시켰다. 또한 지방간과 밀접한 간의 병리학적 관찰에서는 간의 지방구가 정상대조군의 수준과 비슷한 것을 알 수 있었다.

 

이러한 자색당근의 대장염, 대장암, 대사증후군의 효과를 연구한 결과 자색당근은항산화작용이 우수할 뿐 아니라항염증효과 및 종양 억제 효과가 높아 대장염과 대장암을 억제하는 것으로 나타났으며, 특히 대사증후군과 깊은 관계가 있는 인슐린 수치를 낮추며, 혈당조절작용에 도움이 되는 것으로 나타났다.

이러한 자색당근의 다양한 효과는 자색당근에 풍부하게 함유되어있는 안토시아닌이 큰 역할을 하는 것으로 사료되며, 특히 많은 함량을 차지하고 있는 cyanidin-3-xylogalactoside(씨아니딘3-자이로갈락토사이드)가 이러한 역할을 하는 것으로 추론하고 있다.

안토시아닌은 약간의 산성과 같이 존재할 때 안정적인 효과를 나타낼 수 있다. 따라서 자색당근은 당근과 다르게 빛이나열이 가해지면 안토시아닌이 줄어들고, 효과가 떨어질 수 있다. 이에 빛이 차단된 상태에서 급속건조하거나,신맛이나 단맛 성분의 식품과 함께 조리할 때 안토시아닌을야생 상태 그대로 유지할 수 있으며, 냉장보관(4°C 이하) 시 1년 가까이 안토시아닌 성분을 유지 할 수 있다.