Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
Ex) Article Title, Author, Keywords
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(1): 22-33
Published online January 31, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.22
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Ye-Lim You1, Ha-Jun Byun1 , Ji-Yun Lee1, Na-Kyeong Cho1, Chungho Choi2, Jin-Soo Youk3, and Hyeon-Son Choi1
1Department of Food and Nutrition, Sangmyung University
2Gyeonggi-do Forestry Research Center
3Department of Food & Beverage Management, Hanyang Women’s University
Correspondence to:Hyeon-Son Choi, Department of Food and Nutrition, Sangmyung University, 20, Hongjimun 2-gil, Jongno-gu, Seoul 03016, Korea, E-mail: hsc1970@smu.ac.kr
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This study aimed to investigate and compare the physicochemical properties, antioxidant and anti-inflammatory effects of five wild edible plants: chamchwi (Aster scaber), kkuchippong (Cudrania tricuspidata), koryeo-ungkungkwi (Cirsium setidens), pochun-gucheolcho (Chrysanthemum zawadskii var. tenuisectum), and minari-naeng-i (Cardamine leucantha). Among these, minari-naeng-i exhibited the highest carbohydrate content (148.52 mg/g), while koryeo-ungkungkwi had the lowest (68.42 mg/g). Chamchwi had the highest protein (1,071 mg/g) and lipid content (18.12%), whereas minari-naeng-i had the lowest content, at 321.50 mg/g and 7.81%, respectively. Pochun-gucheolcho had the highest ash content (16.95%), while kkuchippong had the lowest (5.37%). Koryeo-ungkungkwi showed the highest total polyphenol (94.13 mg GE/g) and flavonoid (39.93 mg CAE/g) content, as well as the most potent 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzithioazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging activities, with the lowest half-maximal inhibitory concentration (IC50) values (341.35 μg/mL and 962.41 μg/mL, respectively). It also demonstrated the greatest inhibition of lipopolysaccharide-induced nitric oxide production (53.7%) and significantly suppressed inflammatory gene expression, particularly inducible nitric oxide synthase (57.1%), cyclooxygenase-2 (57.8%), interleukin-6 (IL-6, 64.2%), and IL-1β (70.4%). Furthermore, koryeo-ungkungkwi effectively reduced the level of protein encoded by nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB), a key inflammatory master gene. Overall, koryeo-ungkungkwi emerged as the most potent plant in terms of antioxidant and anti-inflammatory effects, highlighting its potential as an effective functional edible agent for controlling inflammatory responses.
Keywords: wild edible plants, Cirsium setidens, antioxidant, anti-inflammatory, NF-κB
야생 식용식물은 자연에서 자생하고 과거부터 생존을 위해 또는 식량부족 시 이용되어 왔으며 전통 의학 시스템에서 혈액순환 개선, 해독, 통증개선 등 다양한 건강 문제를 다스리는 데 중요한 역할을 해 왔다(Motti, 2022). 현대에서는 야생 채취나 산나물과 같은 형태로 활용되고 있지만 이들의 질병 개선 작용 등에 대한 과학적 근거가 아주 부족한 상황이다. 또한, 야생 식용식물은 재배가 어려운 환경에서도 자생할 수 있는 특성이 있어 생물 다양성의 중요한 요소로, 자연 생태계의 균형을 유지하는데 기여하기 때문에 이러한 식물들을 보존하고 연구하여 이용하는 것은 생물 다양성을 보호하는 데 중요하며, 지속 가능한 자원을 확보하는 데 도움을 줄 수 있다(Fassil 등, 2024). 더 나아가 식물의 재배와 활용은 지역 사회의 경제적 이익을 증진 시킬 수 있다. 참취는 국화과에 속하는 여러해살이풀로 어린잎은 식용하며 전초는 약용하는 것으로 알려져 있다(Lim과 Lee, 1997). 참취는 동풍채라고도 불리며 한방에서는 활혈, 청열해독, 해독, 거풍지통의 약효가 있어 타박상, 인후종통, 감위 등의 치료에 사용되어 왔다(Lim과 Lee, 1997). 또한, 참취는 혈액과 간의 지방과 콜레스테롤 수준을 낮추는 데 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Kim과 Kim, 1999; Lim과 Lee, 1997). 꾸지뽕나무는 뽕나뭇과에 속하는 낙엽성 소교목 또는 관목으로 자목백피라고도 하며 보신 고정, 양혈, 서근의 효능이 있고, 요통, 유정, 객혈, 구혈, 질타손상을 주로 치료하는 것으로 알려져 있다(Kim, 2012). 꾸지뽕나무의 줄기 껍질과 뿌리는 여성질환에 좋다고 기록되어 있고(Choi 등, 2009) 열매는 잼을 만들어 먹거나 술을 담그는데 이용되며 잎은 주로 누에의 먹이로 사용해 왔다. 자양, 강장 효능이 있고 신체 허약증, 정력 감퇴, 불면증, 시력 감퇴 등에 효과가 크다고 기록되어 있다(Choi 등, 2009). 고려엉겅퀴는 국화과에 속하는 여러해살이 식물이고 우리나라에서만 자라는 종으로 주로 강원도에서 발견되며 어린잎을 식용한다. 봄에 돋아나는 연한 어린잎과 부드러운 줄기는 살짝 데쳐서 나물 및 국으로 섭취하기도 하며, 줄기와 껍질은 무침, 튀김, 볶음, 데침 등으로 요리하여 특유의 향미를 느끼기 위해 차로도 이용된다(Lee 등, 2006). 전국 각지에 분포하는 우리나라 특산물의 하나로 지혈, 토혈, 비혈 및 고혈압 치료에 이용되어 왔다(Lim 등, 1997). 고려엉겅퀴 주정 추출물이 함유된 시료는 인체 적용 시험에서 지방 축적억제 효능 및 지방세포 분화, 지질대사 관련 유전인자들을 유의적으로 변화시켜 체지방 개선에 우수한 효과가 있는 것으로 나타났다(Cho 등, 2018). 포천구절초는 국화과에 속하는 여러해살이풀로 전초를 약용한다. 구절초는 신경통, 중풍 치료제나 보혈 강장제로 쓰이며, 머리비듬 제거, 두통 완화로 베개 속으로 사용하면 머리를 맑게 해준다. 또한 단전을 따뜻하게 하거나 생리 조절, 소화 기능 촉진 등 효능이 있다(Kim, 2017). 포천구절초를 포함한 6종의 국화과 추출물은 암세포의 성장을 억제하는 것으로 알려져 있다(An 등, 2012). 미나리냉이는 십자화과에 속한 여러해살이풀로 어린순을 식용하고 뿌리줄기는 약재로 사용한다. 뿌리를 채자칠이라고 하여 백일해, 타박상일 때 물을 넣고 달여서 복용해 온 것으로 알려져 있다(Lee, 2015).
염증반응은 몸이 감염, 부상, 자극 등에 반응하여 나타나는 자연스러운 방어시스템으로 급성일 때는 치유의 한 과정으로 작용하지만, 만성염증으로 진행되면 면역세포로부터 사이토카인과 같은 염증성 매개물질이 지속적으로 생산되고 정상적인 세포와 조직에 계속 작용하여 손상시킬 수 있으며, 이러한 염증성 매개물질의 만성적인 노출은 심혈관 질환, 암, 당뇨병, 관절염과 같은 다양한 만성질환의 원인이 되는 것으로 알려져 있다(Furman 등, 2019). 최근에는 이러한 만성염증을 억제하는 약들이 있지만 적지 않은 부작용들이 동반되는 것으로 알려져 있다(Huang 등, 2012). 산화스트레스는 체내에서 자유라디칼인 reactive oxygen species(ROS) 등의 활성산소가 과도하게 생성되어 이를 중화할 항산화물질이 부족할 때 발생하며, 과도하게 생성된 활성산소는 높은 반응성을 갖고 세포와 DNA, 단백질, 지질 등을 손상시킨다(Reddy, 2023). 몸은 정상적인 대사 과정에서도 이러한 자유라디칼을 생성하지만, 흡연, 오염, 방사선 등의 환경적 요인, 고지방 식단, 과도한 음주 등의 생활 습관에 의해 그 생성이 증가하여 세포손상, 노화, 다양한 질병의 발병에 기여하는 것으로 알려져 있다(Reddy, 2023). 염증반응과 산화스트레스는 서로 밀접한 관련이 있으며 각각 서로 염증반응과 산화스트레스를 더욱 악화시키는 악순환의 고리로 연결되어 있다(Ramos-González 등, 2024).
야생 식용식물에는 강력한 항산화제와 항염증제가 포함된 종들이 많이 있다. 이러한 식물들은 각종 질환의 원인으로 지목되는 염증반응과 산화스트레스를 조절함으로써 현대 사회에서 만연한 심혈관 질환, 당뇨병, 암 등 만성질환의 예방 및 치료에 기여할 수 있는 잠재성을 지니고 있다(Ravipati 등, 2012). 야생 식용식물에서 추출된 성분들은 부작용 부담이 있는 합성 화학물질보다 안전하고 부작용이 적으며, 자연 유래의 천연 건강 보조제로 사용될 가능성이 계속 제기되어 왔고(Lourenço 등, 2019), 이러한 가치를, 연구를 통해 명확히 규명할 필요가 있다. 위의 야생 식용식물들은 국내 자생 야생식물 중에서 산림자원으로의 활용 가능성을 발굴하고 확대하기 위한 연구를 위하여 선정되었다. 이들 식물은 문헌조사를 통해 전통적으로 안전성이 입증된 식물 중에서 생리활성 물질과 효능이 보고된 사례가 있는 것들을 중심으로 선별하였으며(Cho 등, 2018; Kim, 2012; Kim, 2017; Lee, 2015; Lim과 Lee, 1997) 비교적 쉽게 접근할 수 있는 자원을 우선 선택하였다. 본 연구의 목적은 이들 야생 식용식물의 이화학적 성분을 분석하고, 항산화 및 항염증 효과를 관련 메커니즘과 함께 검증, 비교함으로써 우수한 야생 식용식물을 발굴하는 데 도움을 주고 산림자원 및 건강기능 식품으로의 이용 가능성을 높이는 것은 물론 관련 산업의 발전에 기여할 수 있는 토대를 마련하는 것이다.
본 실험에 사용한 야생 식용식물 본잎 5종은 참취(
야생식물 본잎 5종을 핸드블렌더(MQ775, Braun)로 곱게 분쇄하였다. 분쇄된 야생식물 본잎에 70% 에탄올(Duksan)을 1:20의 비율로 섞고 80°C의 환류추출기(DAIHAN)에서 2시간씩 2회 추출한 후 Whatman No. 1(Whatman International Ltd.) 여과지를 사용하여 여과액을 얻었다. 이후 감압농축기(rotary evaporator, BŰCHI)로 농축한 후 동결건조기(LP03, ilShinBioBase Co., Ltd.)에서 건조시키고 -20°C에서 보관하면서 이화학적 분석 및 항산화 실험 시 증류수에 녹여서 사용하였으며 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 라디칼 소거 활성 실험을 위해서는 에탄올(Duksan)에 녹여서 사용하였다. 그 밖에 세포 실험에서는 dimethyl sulfoxide(DMSO, Duksan)에 적정 농도로 녹여 사용하였다.
총당량은 페놀-황산법을 이용해 정량하였다(Masuko 등, 2005). 표준물질로 dextrose(Crown Guaranteed Reagents, Yakuri Pure Chemicals Co.)와 각 시료를 준비한 뒤 시료 0.2 mL에 5% 페놀 용액(Sigma Co.) 0.2 mL를 넣고 섞어준 후 황산(Samchun Pure Chemical) 1.0 mL를 넣고 섞어준 뒤 상온에서 20분 식힌 후 microplate에 200 μL씩 분주하고 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 dextrose를 사용하였으며 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 표준곡선에 대입하여 각 시료의 총당량을 계산하였다.
단백질은 BCA(bicinchoninic acid) 법을 이용해 정량하였다(Kim 등, 2024). 표준물질로 bovine serum albumin(BSA)과 각 시료, BCA 용액을 준비하였다. BCA 용액은 BCA reagent(Thermo Fisher Scientific Inc.) A와 B를 50:1 비율로 희석하여 준비하였다. Microplate에 시료 5 μL와 BCA 용액 200 μL를 넣고 섞어준 뒤 37°C incubator에서 30분간 반응시킨 후 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 562 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각 BSA의 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 표준곡선에 대입하여 각 시료의 단백질 함량을 계산하였다.
수분함량은 105°C 상압 가열건조법을 이용해 분석하였다(Chung 등, 2013). 알루미늄 접시의 무게를 잰 후 시료 0.5~0.6 g을 측량해 담고 105°C의 정온 건조기에서 1시간 건조하고 데시케이터에 옮겨 30분간 방랭 후 무게를 측정하였으며 무게의 차이가 없을 때까지 반복하였다. 건조 전의 시료 무게와의 차이를 계산하여 기록하였다.
조지방은 Soxhlet 추출법을 이용하여 분석하였다(Virot 등, 2007). Thimble에 시료 1~1.5 g을 측량하여 담고 boiling flask의 무게를 잰 후 diethyl ether(Duksan)를 200 mL 넣은 후 Soxhlet 장치를 조립하고 히터를 켜 4시간 추출하였다. 추출 후 에테르 냄새가 나지 않을 때까지 증발시킨 후 냉각하여 무게를 재고 추출 전 무게와의 차이를 계산하였다.
조회분은 550°C 직접회화법을 이용하여 분석하였다(Chung 등, 2013). 도가니 접시를 미리 건조시켜 무게를 잰 후 시료를 0.5~0.6 g 측량해 담아 550~600°C의 회화로에 넣고 시료가 회색이 될 때까지 2시간 태우고 데시케이터에 옮겨 30분간 방랭 후 무게 차이를 측정하여 계산하였다.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis의 방법을 응용하여 측정하였다(Velioglu 등, 1998). Gallic acid(Sigma-Aldrich)와 각 시료를 준비한 뒤 시료 0.01 mL에 3차 증류수 0.79 mL를 가하여 섞어준 뒤 20% sodium carbonate solution(Sigma-Aldrich) 0.15 mL를 첨가해 섞어주고 0.9 N Folin-Ciocalteu(Sigma-Aldrich) 0.05 mL를 첨가하고 상온 암실에서 30분간 반응시킨 후 microplate에 200 μL씩 분주하여 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 gallic acid 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 그래프로 나타내 표준곡선을 그려 각 시료의 총 폴리페놀 함량을 계산하였다.
총 플라보노이드 함량은 알루미늄 비색법에 근거하여 측정하였다(Zhishen 등, 1999). Catechin(Sigma-Aldrich)과 각 시료를 준비한 뒤 microplate에 각 시료를 50 μL씩 분주하고 5% NaNO2(Sigma-Aldrich) 30 μL를 분주하여 섞어준 후 암실에서 5분간 반응시켰다. 2% AlCl3(Sigma-Aldrich) 60 μL를 추가로 분주하여 섞은 후 암실에서 6분간 반응시키고, 4% NaOH(Sigma-Aldrich) 100 μL를 넣어 섞고 암실에서 11분간 반응시켰다. 반응이 완료되면 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 catechin 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 표준곡선에 대입하여 각 시료의 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
DPPH assay 200 μM DPPH reagent(Sigma-Aldrich)는 에탄올에 희석한 후 암실에서 보관하였다. 시료는 에탄올을 이용하여 녹인 후 96-well plate에서 DPPH reagent를 분주해 혼합하였다. 암실에서 30분간 반응시킨 후 520 nm에서 반응액의 흡광도를 측정하였다. 대조군은 ascorbic acid를 사용하였으며 DPPH 라디칼 소거 활성은 반응용액과 대조군의 흡광도 차이를 백분율로 환산하여 계산하였다(Kim 등, 2002). 7 mM ABTS(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazaline-6-sulfonic acid) diammonium salt)(Sigma-Aldrich)는 2.45 mM 과황산칼륨 용액에 희석한 후 암실에서 보관하였다. 시료는 DW에 녹인 후 96-well plate에서 ABTS를 분주해 혼합하였다. 암실에서 60분간 반응시킨 후 414 nm에서 반응액의 흡광도를 측정하였다. 대조군은 ascorbic acid를 사용하였으며 ABTS 라디칼 소거 활성은 시료의 반응용액과 시료를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도 차이를 백분율로 환산하여 확인하였다(van den Berg 등, 1999). 라디칼 소거 활성은 다음 식에 의해 산출하였다.
RAW264.7 cells의 배양은 6-well plate 또는 12-well plate에서 1.0×105 cells/mL의 농도로 진행하였다. 1.5 g/L sodium bicarbonte, 10% bovine serum, 1% PS가 포함된 DMEM 배지에 RAW264.7 cells를 접종하여 37°C, 5% CO2 조건에서 배양하였다. 세포가 70~80% 이상 밀집되면 시료 또는 1 μg/mL LPS를 처리하였다. 정상군(NOR)은 시료 대신 증류수를 처리하였으며 대조군(CON)은 LPS만 처리하였고 실험군은 시료 처리 2시간 후 LPS를 처리하였다.
세포 생존을 측정하기 위해 96-well plate에 RAW264.7 cells를 1.0×104 cells/mL의 농도로 분주하고 24시간 배양하였다. LPS(100 ng/mL)와 시료를 0, 12.5, 25, 50, 100, 200, 400, 800 μM의 농도로 24시간 동시 처리하였다. 이후 기존의 배양액을 MTT 시약(0.5 mg/mL)이 포함된 무혈청 배양액으로 교체하고, 37°C, 5% CO2 조건에서 60분 동안 배양하였다. 배양 종료 후 배양액을 제거하고 DMSO로 용해시킨 다음 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다.
세포로부터 생성된 NO의 양을 측정하기 위하여 세포배양액에 존재하는 NO의 농도를 측정하였다. 6-Well plate에 2.0×106 cells/mL의 농도로 분주하며, 24시간 또는 48시간 동안 배양 후 시료를 0, 3.125, 6.25, 12.5, 25, 50, 100, 200 μM의 농도로 처리하고 2시간 동안 반응시켰다. 이후 100 ng/mL LPS를 첨가하여 24시간 배양하고 상등액을 100 μL 회수하여 동량의 그리스 시약(Sigma-Aldrich)을 새 96-well plate에서 10분 동안 반응시켰다. 세포배양액 중에 존재하는 NO의 농도는 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다.
RAW264.7 cells에서 염증 유발인자인 iNOS, COX2, IL-6, IL-1β 발현량에 대한 각 시료의 효과를 알아보기 위해 real-time PCR을 진행하였다. RAW264.7 cells를 100 mm dish에 각 시료를 50, 100, 200 μg/mL의 농도로 처리하며 배양시켰다. PBS를 이용해 2회 세척한 후 Trizol을 1 mL씩 처리하여 RNA를 추출하였으며, cell lysate는 scrapper를 이용해 세포를 긁어모아 1.5 mL microtube에 옮겨 주고 chloroform 용액 0.2 mL를 첨가하여 섞은 뒤 15,000×
시료 또는 LPS를 처리하고 24시간 배양한 후 배지를 제거하고 aprotinin, leupeptin, phenylmethylsulfonyl fluoride(PMSF)(Thermo Fisher Scientific Inc.)의 단백질 분해 효소 및 인산 가수분해 효소를 함유하는 lysis buffer를 첨가하여 세포를 용해시켜 회수하였다. 세포 용해액을 10,000×
실험 결과는 평균±표준편차로 나타냈으며, IBM SPSS statistics 27을 이용하여 일원배치 분산분석을 한 후 유의한 차이가 있는 경우 Duncan 법을 이용해
5종류 야생 식용식물의 총당, 단백질, 지방을 비롯한 이화학적 특성을 측정한 결과(Table 1), 총당 함량은 미나리냉이가 가장 많은 149.52 mg/g의 함량을 보였고 다음으로 포천구절초(142.86 mg/g), 꾸지뽕(128.92 mg/g), 참취(92.28 mg/g)의 순으로 총당 함량을 보였으며, 고려엉겅퀴가 68.42 mg/g으로 가장 낮은 함량을 보였다. 단백질 함량은 참취가 1,071.83 mg/g으로 가장 높게 나왔고 고려엉겅퀴가 831.83 mg/g, 꾸지뽕이 824.50 mg/g, 포천구절초가 653.83 mg/g의 함량을 보였으며, 미나리냉이가 가장 낮은 321.50 mg/g의 함량을 보였다. 지방함량은 참취가 18.12%로 가장 높았으며 미나리냉이가 7.81%로 가장 낮았다. 회분은 포천구절초가 16.95%로 가장 높았고 꾸지뽕이 5.37%로 가장 낮은 함량을 보였다. 수분함량은 전체적으로 8.97~12%의 함량을 보였다. 폴리페놀 함량은 미나리냉이가 47.36 mg GE/g으로 가장 낮게 나왔으며, 고려엉겅퀴가 94.13 mg GE/g, 꾸지뽕 92.58 mg GE/g, 참취와 포천구절초가 각각 76.69 mg GE/g, 75.24 mg GE/g의 함량을 보였다(Table 2). 플라보노이드 함량은 폴리페놀과 다른 경향을 보였는데 고려엉겅퀴가 39.93 mg CAE/g으로 가장 높았으며 참취(30.73 mg CAE/g)가 뒤를 이었다. 포천구절초와 꾸지뽕은 각각 26.24 mg CAE/g, 19.04 mg CAE/g의 플라보노이드 함량을 보였고 가장 낮은 폴리페놀 함량을 보였던 미나리냉이는 8.49 mg CAE/g으로 가장 낮은 함량을 보였다. 폴리페놀은 색소나 쓴맛을 나타내는 주된 성분으로 식물의 특성을 결정지을 수 있으며 구조적으로 여러 개의 히드록실기가 2개 이상의 페닐기 그룹에 결합하여 있는 방향성 알코올 물질로 알려져 있다(Lee와 Park, 2022). 플라보노이드는 폴리페놀의 한 종류로 2개의 방향족 고리 A와 B로 구성되며, 1개의 산소와 3개의 탄소원자가 선형으로 연결된 3개의 탄소사슬(C6-C3-C6) 구조로 되어 있고 중심 탄소 사슬에는 닫힌 Pyran 고리 C가 형성된다(Mutha 등, 2021). C 고리의 화학적 구조 차이에 따라 플라바놀, 플라본, 이소플라본 등의 세부 그룹으로 나뉜다(Mutha 등, 2021). 대체로 이러한 폴리페놀 및 플라보노이드는 식물이 외부환경으로부터 자신을 보호하기 위해 생산하는 식물 내 당의 이차대사산물로, 식물의 생존, 성장, 환경에 대한 적응력을 높이는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 작용은 사람을 비롯한 동물의 몸에서도 활성산소를 중화하는 기능을 발휘하여 산화스트레스를 제어하고 세포손상을 방지하여 여러 질병의 발생 위험을 낮추는 데 기여하는 것으로 보고되고 있다(Kim 등, 2015; Mutha 등, 2021). 또한, 폴리페놀과 플라보노이드는 염증을 유발하는 다양한 경로를 제어하여 조절함으로써 항염증 효과를 발휘하는 것으로 알려져서 건강기능 식품소재의 기능성을 나타내는 주요 성분으로 알려져 있다(González 등, 2011; Grosso 등, 2014).
Table 1 . Physicochemical properties of five wild edible plants
Samples | Total carbohydrates (mg/g) | Protein (mg/g) | Moisture (%) | Lipid (%) | Ash (%) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Chamchwi Kkuchippong Koryeo-ungkungkwi Pochun-gucheolcho Minari-naeng-i | 92.28±2.89c1)2) 128.92±1.15b 68.42±3.09d 142.86±6.44a 149.52±2.81a | 1,071.83±108.15a 824.50±89.79b 831.83±8.02b 653.83±31.88c 321.50±1.53d | 10.57±0.01b 8.97±0.55d 9.67±0.10c 9.58±0.00c 12.00±0.29a | 18.12±0.10a 16.04±0.10c 17.58±0.10b 9.37±0.10d 7.81±0.10e | 13.22±1.43b 5.37±0.14c 14.96±0.48b 16.95±1.06a 14.37±0.24b |
1)All assays were performed in triplicate and the results are presented as the mean and standard deviation (mean±SD).
2)Different letters indicated statistically significant differences among the groups according to Duncan’s multiple range test (
Table 2 . Antioxdiantproperties of five wild edible plants
Samples | Total polyphenol content (mg GE1)/g) | Total flavonoid content (mg CAE2)/g) | DPPH | ABTS |
---|---|---|---|---|
IC503) (μg/mL) | ||||
Chamchwi Kkuchippong Koryeo-ungkungkwi Pochun-gucheolcho Minari-naeng-i Ascorbic acid | 76.69±0.84b4)5) 92.58±0.88a 94.13±1.84a 75.24±0.88b 47.36±1.39c - | 30.73±0.65b 19.04±0.43d 39.93±0.55a 26.24±0.20c 8.49±0.04e - | 429.39 1,136.49 341.35 1,439.62 1,931.62 25.937 | 1,458.44 1,559.38 962.41 1,797.34 3,792.29 58.814 |
1)GE: gallic acid equivalent.
2)CAE: catechin equivalent.
3)IC50: concentration required to inhibit DPPH or ABTS radicals by 50%.
4)All assays were performed in triplicate and the results are presented as the mean and standard deviation (mean±SD).
5)Different letters indicate statistically significant differences among the groups (
5가지 야생 식용식물에 대한 DPPH, ABTS 라디칼 소거 활성을 비교한 결과는 Table 2와 Fig. 1에 나타내었다. DPPH 소거 활성은 0.625 mg/mL의 농도에서 비교했을 때 고려엉겅퀴가 80% 소거 활성으로 가장 높은 DPPH 라디칼 억제 효과를 보였으며, 참취가 70%의 DPPH 소거 활성을 보였고 꾸지뽕이 35%, 포천구절초가 22%, 미나리냉이가 17%의 소거 활성을 각각 나타내었다. 1.25 mg/mL 농도에서의 ABTS 소거 활성 비교도 DPPH 라디칼 소거 활성 결과와 같이 고려엉겅퀴의 소거 활성이 가장 높아 62%의 ABTS 라디칼 억제 활성을 보였으며, 꾸지뽕과 참취의 소거 활성이 각각 44%, 43%로 비슷했고 포천구절초와 미나리냉이가 각각 39%, 21%의 ABTS 라디칼 억제 효과를 나타내었다. 대조비교군으로 사용된 단일 화합물 비타민 C(70~100 μg/mL)에서는 85~90%의 억제 효과를 보여 야생식물과는 비교적 큰 차이를 보였다. IC50값으로 계산된 DPPH와 ABTS 라디칼의 소거 활성도 고려엉겅퀴가 각각 341.35 μg/mL와 962.41 μg/mL의 가장 낮은 값(Table 2)을 보여 5종의 야생식물 중 라디칼 소거 활성이 가장 큰 것으로 관찰되었다. 다른 식용식물의 경우 쑥잎과 감나무잎 에탄올 추출물(Ji와 Joo, 2021)의 DPPH 라디칼에 대한 IC50값이 각각 504.77 μg/mL, 553.42 μg/mL를 보인 것과 비교해 보면 본 연구에서 341.35 μg/mL의 IC50값을 보인 고려엉겅퀴의 DPPH 라디칼 소거 활성이 더 우수한 것으로 판단된다. 반면 ABTS 라디칼 소거 활성에서 Ji와 Joo(2021)는 찔레나무순이 470.10 μg/mL, 감나무잎이 854.60 μg/mL의 IC50값을 보고한 반면, 본 연구에서 고려엉겅퀴의 IC50값(962.41 μg/mL)이 다소 높게 분석되어 찔레나무순이나 감나무잎보다는 고려엉겅퀴의 ABTS 소거 활성이 다소 낮은 경향을 보였다. 고려엉겅퀴는 몇몇 연구에서도 DPPH와 ABTS 라디칼 소거 활성을 보고하였는데 Cho 등(2017)은 고려엉겅퀴 80% 에탄올 추출물 1 mg/mL의 농도에서 64%의 DPPH 라디칼 소거 활성을 보인다고 하였고, 0.625 mg/mL의 농도에서 80%의 DPPH 소거 활성을 보인 본 연구의 결과와 다소 다른 결과를 보였다.
ABTS의 경우에서는 국내 자생 4종 고려엉겅퀴의 ABTS 라디칼 소거 활성이 63~76%의 범위를 보고한 Jang 등(2012)의 연구와 비슷한 결과를 나타내었다. 이러한 라디칼의 종류에 따른 소거 활성의 차이는 식물체 내 성분의 반응 정도가 다르게 나타날 수 있기 때문으로 생각한다. DPPH와 ABTS 소거 활성에서 기인하는 항산화 활성은 폴리페놀과 플라보노이드의 함량과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져있다. 고려엉겅퀴는 폴리페놀(Table 2, 94.13 mg GE/g)과 플라보노이드(39.93 mg CAE/g)의 함량에서 가장 높은 값을 나타내었으며 DPPH, ABTS 소거 활성에서도 가장 높은 항산화 효과를 나타내었다. 또한 미나리냉이의 경우 가장 낮은 폴리페놀(47.36 mg GE/g)과 플라보노이드(8.49 mg CAE/g) 함량을 나타내었으며 DPPH와 ABTS 소거 활성도 가장 낮게 측정되었다. 따라서 본 연구에서도 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량이 항산화 활성과 일치하는 경향을 나타내었다. 고려엉겅퀴에는 chlorogenic acid, hyperoside, 3,4-di-O-caffeoylquinic acid, caffeic acid methyl ester 등의 phenolic 화합물이 있는 것으로 보고되어 있으며(Nugroho 등, 2011). 플라보노이드 성분으로는 linarin, 5-O-E-p-coumarolyquinic acid methyl ester, syringin, pectolinarin이 보고되어 있다(Cheriet 등, 2020; Jeong 등, 2018). 이 중 pectolinarin은 고려엉겅퀴가 속해있는
세포실험에서 항염증 효과를 측정하기 위한 농도를 결정하기 위해 5종의 야생 식용식물을 대상으로 대식세포에 대한 MTT assay를 실시하였다. 참취의 경우 LPS가 처리되지 않은 세포에서 6.25 μg/mL와 12.5 μg/mL 처리로 대조군에 비해 15~20%가량 MTT formazan 형성이 증가하여 세포증식을 오히려 증가시키는 것으로 보였고, 그 이후의 농도인 50, 100, 200 μg/mL에서는 대조군에 비해 95~100%의 세포 증식률을 보여 주목할 만한 세포독성은 발견되지 않았다(Fig. 2A). LPS가 처리된 세포 조건에서는 전체적으로 세포 증식률이 약간 감소하는 경향이 있었으나 큰 차이는 보이지 않았다. 꾸지뽕의 경우 6.25~200 μg/mL의 농도 범위에서 LPS 처리/비처리 조건 모두 대조군에 비해 세포 증식률에서 유의적인 차이가 보이지 않았고 400 μg/mL에서 20~25%의 세포증식이 감소하여 유의적인 세포독성이 관찰되었다(Fig. 2B). 고려엉겅퀴에서도 200 μg/mL까지는 대조군에 비해 세포 증식률이 10% 내외로 감소하였으나 유의적인 차이를 보이지 않은 반면, 400 μg/mL는 38%의 세포증식 감소가 관찰되었다(Fig. 2C). 포천구절초와 미나리냉이도 100, 200 μg/mL에서 6~9%의 세포 증식률 감소가 관찰되었으나 대조군과 비교하여 유의적인 차이는 없었다. 400 μg/mL에서만 각각 34%와 30%의 세포 증식률의 감소가 관찰되었다(Fig. 2D, 2E). 이상의 결과를 볼 때 5종의 야생 식용식물은 대식세포에 대해 200 μg/mL의 농도까지는 세포 증식률에서 대조군과 유의적인 차이가 관찰되지 않아 세포독성이 없는 것으로 판단되고 400 μg/mL에서는 유의적인 세포독성이 있는 것으로 보인다. 따라서 이후의 세포실험은 400 μg/mL의 농도를 제외한 200 μg/mL의 농도 이하에서 진행하였다.
염증반응에 대한 5종의 야생 식용식물의 영향을 관찰하기 위해 LPS로 유도된 대식세포의 산화질소 생성량을 비교하였다. LPS 처리는 대식세포의 산화질소 생성량을 대조군에 비해 2.5~3.5배로 증가시켰으며 염증반응의 유도가 정상적으로 일어난 것이 확인된다(Fig. 3). 참취는 25 μg/mL의 농도부터 산화질소 생성에 대한 억제 효과(21.2%)가 나타나기 시작하여 농도 의존적으로 산화질소 생성이 억제되었다. 참취는 50, 100, 200 μg/mL 농도에서 각각 33.2%, 37.7%, 42.9%의 산화질소 생성 저해율을 나타냈다(Fig. 3A). 꾸지뽕은 12.5, 25, 50, 100, 200 μg/mL 농도에서 산화질소 생성이 대조군에 비해 각각 18.1%, 26.1%, 29.0%, 40.3%, 47.2% 저해되었다(Fig. 3B). 고려엉겅퀴도 측정한 전체 농도(12.5~200 μg/mL)에서 모두 산화질소 생성을 억제하였는데 12.5 μg/mL 농도에서 32.3%의 저해율을 비롯해 100 μg/mL와 200 μg/mL에서는 51.7%와 53.8%의 산화질소 생성 억제율을 보여 가장 높은 억제율을 보였다(Fig. 3C). 포천구절초와 미나리냉이도 전체 농도에서 산화질소 생성의 억제를 보였으나 각각 억제율이 19.2~28.3%와 6.9~21.1%를 보였다(Fig. 3D, 3E). 200 μg/mL의 같은 농도에서 야생 식용식물 간의 산화질소 생성에 미치는 효과를 비교한 결과(Fig. 3F), 고려엉겅퀴가 56.8%의 저해율을 보였으며 꾸지뽕이 46.5%, 참취는 44.6%, 포천구절초가 30.8%, 미나리냉이가 21.8%의 순으로 산화질소 생성에 대한 저해 효과를 나타내었다. 이상의 결과에서 5종의 야생 식용식물 중 고려엉겅퀴가 가장 우수한 산화질소 생성 억제 효과를 보였다.
이후 염증성 매개인자인 inducible nitric oxide synthase(iNOS), cyclooxygenase-2(COX-2)와 사이토카인인 interleukin-6(IL-6)와 IL-1β의 유전자 발현에 미치는 영향을 측정한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 참취는 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 유전자 발현을 농도 의존적으로 억제하였다. 특히, 200 μg/mL 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β mRNA 수준이 각각 47.8%, 58.2%, 57.7%, 67.2% 감소하여 참취가 LPS로 유도된 염증성 매개인자 및 사이토카인들의 유전자 발현 증가를 효과적으로 억제하였음을 보여주었다(Fig. 4A). 꾸지뽕은 COX-2, IL-6, IL-1β의 유전자 발현을 농도 의존적으로 감소시켰다. 200 μg/mL 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 mRNA 수준이 대조군에 비해 각각 54.7%, 48.6%, 48.3%, 52.7% 감소하여 항염증 효과를 나타내었다(Fig. 4B). 고려엉겅퀴의 경우 50 μg/mL의 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 유전자 발현감소가 각각 34.1%, 40.5%, 42.9%, 48.6%였고 100 μg/mL에서는 각각 56.2%, 52.1%, 44.5%, 64.9%의 감소폭을 나타냈으며, 200 μg/mL의 농도에서는 56.8%, 48.2%, 63.7%, 71.1%의 저해율을 보였다(Fig. 4C). 포천구절초는 50 μg/mL의 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 mRNA 수준이 각각 34.5%, 29.3%, 27.8%, 27.3%였고 100 μg/mL 농도에서는 각각 44.6%, 33.1%, 54.0%, 55.8%의 억제 효과를 나타냈으며, 200 μg/mL의 농도에서는 51.1%, 48.6%, 55.6%, 67.3%의 저해 활성을 보였다(Fig. 4D). 미나리냉이는 50 μg/mL의 농도에서 mRNA 수준이 각각 41.8%, 8.0%, 40.3%, 55.4%였고 100 μg/mL 농도에서는 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 mRNA 수준이 각각 55.5%, 21.0%, 41.0%, 66.4%의 억제 효과를 나타냈으며, 200 μg/mL의 농도에서는 각각 56.2%, 34.1%, 41.7%, 69.8%의 저해 활성을 보였다(Fig. 4E). iNOS는 산화질소를 생성하는 주된 효소로 5종의 야생 식용식물의 산화질소 생성 억제 효과가 iNOS의 유전자 발현에서 기인하는 것으로 사료된다. 200 μg/mL의 농도를 기준으로 같은 조건에서 시료 간 효과를 비교한 결과(Fig. 4F), iNOS는 고려엉겅퀴가 57.9%의 저해율을 보였고 미나리냉이가 57.0%, 꾸지뽕이 52.5%, 포천구절초가 52.2%, 참취가 48.7%의 저해율을 나타냈으며, COX-2의 유전자 발현에서는 참취가 61.5%, 고려엉겅퀴가 59.5%, 꾸지뽕이 50.5%, 포천구절초가 49.7%, 미나리냉이는 41.4%의 저해율을 보였다. IL-6에서는 고려엉겅퀴, 참취, 포천구절초, 꾸지뽕, 미나리냉이가 각각 64.7%, 59.7%, 56.8%, 51.8%, 44.9%의 저해율을 보였다. IL-1β에서는 고려엉겅퀴가 73.8%, 참취가 68.5%, 미나리냉이가 68.2%, 포천구절초가 66.8%, 꾸지뽕이 53.2%의 저해율을 보였다. 이상의 결과를 종합해 보면 5종의 야생 식용식물 중에서 참취와 고려엉겅퀴가 비슷한 저해 활성을 보인 COX-2를 제외하면 고려엉겅퀴가 iNOS, IL-6, IL-1β 유전자 발현에 대해 가장 높은 저해 활성을 나타내었다. 따라서 실험 결과, 야생 식용식물 중 고려엉겅퀴가 가장 우수한 항염증 효과를 나타내는 것으로 사료된다(Fig. 4F).
고려엉겅퀴를 대상으로 염증인자들을 유전자 수준에서 조절하는 인자인 nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells(NF-κB)의 단백질 수준을 분석하였다(Fig. 5). LPS에 의해 NF-κB의 단백질 수준은 2배 이상 증가하여 염증성 매개인자 및 사이토카인과 산화질소의 유도작용과 일맥상통하였다(Fig. 5A). 고려엉겅퀴를 100 μg/mL와 200 μg/mL 처리했을 때 대조군보다 NF-κB의 단백질 수준이 각각 47.7%와 50.8% 감소하였다(Fig. 5B). 이는 고려엉겅퀴의 염증성 매개인자 및 사이토카인들의 발현 억제와 일맥상통하며 고려엉겅퀴의 항염증 효과가 NF-κB의 단백질을 억제하는 것에서 기인한 것임을 보여준다.
NF-κB는 세포 내 다양한 유전자의 발현을 조절하는 신호전달경로에서 중요한 역할을 하는 전사인자(transcription factor)로 특히 면역반응과 염증반응에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Gasparini와 Feldmann, 2012). NF-κB는 세포가 스트레스, 사이토카인, 미생물 감염 등 다양한 자극에 노출이 될 때 활성화되며, 염증성 사이토카인 및 여러 염증 관련 유전자들의 발현을 조절한다. 염증성 사이토카인인 IL-6, IL-1β, TNF-α, 산화질소 생성 효소인 iNOS, 염증 매개물질인 프로스타글란딘의 합성에 관여하는 COX-2는 모두 전사인자인 NF-κB의 타겟 유전자로 NF-κB가 활성화되면 핵 안으로 이동해 이들 유전자 프로모토에 결합하여 유전자 발현을 증가시키는 것으로 알려져 있다(Zhang 등, 2021). 그뿐만 아니라 세포 생존과 관련 있는 BCL-2, 면역세포들의 이동과 관련 있는 케모카인인 MCP-1, 염증반응에서 기질 단백질 분해와 관련 있는 matrix metalloproteinases도 모두 NF-κB의 통제를 받는 유전자들이다(Li 등, 2016; Zhang 등, 2021). 따라서 NF-κB는 염증 및 세포 생존과 관련하여 체내 항상성 유지와 병리학적 상태에서 광범위하게 중요한 작용을 하는 전사인자로 알려져 있다. NF-κB는 활성화되지 않은 상태에서는 주로 세포질에서 Iκ-Bα와 결합한 상태로 존재하는데 NF-κB의 과도한 발현이 Iκ-B의 합성을 유도하여 NF-κB의 핵으로의 이동을 차단함으로써 과도한 염증반응이 필요 이상으로 지속되지 않도록 하는 메커니즘이 작동하는 것으로 알려져 있다(Gasparini와 Feldmann, 2012). 고려엉겅퀴를 비롯하여 5종의 야생 식용식물들의 항염증 효과는 몇몇 연구들에서도 보고되어 있다. 참취가 미세아교세포에서 LPS로부터 유도된 염증성 사이토카인의 생성을 감소시킬 뿐만 아니라 mitogen-activated protein kinase의 신호전달체계의 활성화를 억제하는 것으로 보고되었으며(Kim 등, 2022), 뇌신경 세포의 보호 효과를 나타내는 활성물질로 isoquercitrin이 제시되었다(Lee 등, 2019). Jo 등(2017)은 꾸지뽕으로부터 분리된 31가지의 가용성 성분 중 10가지의 성분이 RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된 산화질소의 생성을 유의적으로 억제함을 보고하였고, Kim 등(2016)은 메탄올 추출물에서 분리한 cudraflavanone D가 iNOS와 COX-2의 단백질 발현을 억제하는 것을 보고하였다. 고려엉겅퀴와 포천구절초 또한 LPS로 유도한 IL-6, TNF-α 등의 사이토카인과 산화질소의 과다 생성을 억제하는 것이 확인되었다(Kwon 등, 2019; Lee 등, 2008). 5종의 야생 식용식물 중 4종에 대한 기존의 연구들은 본 연구에서 보인 항염증 효과와 비슷한 결과를 보여주면서 이들 야생 식용식물의 항염증 기능성을 강하게 뒷받침하고 있는 것으로 보이며, 본 연구에서 이들의 항염증 효과에 대한 비교를 통해 상대적 차이를 알 수 있었다. 그러나 미나리냉이는 항염증 효과를 비롯한 다른 기능성에 대해 알려진 바가 거의 없다. 본 연구에서 미나리냉이도 다른 5종의 야생 식용식물과 함께 상당한 항염증 효과를 보이는 것으로 보인다(Fig. 4E). 따라서 미나리냉이도 항염증 효과와 관련된 추가적인 연구가 요구된다.
항염증과 항산화 효과는 밀접하게 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 각각 염증반응과 산화스트레스를 억제하는 것에 관여하며 각각의 현상들이 서로 보완 또는 증폭시키는 것으로 알려져 있다(Ramos-González 등, 2024). 염증반응 동안 면역세포들이 활성화되면 다량의 ROS를 생성하게 되고 이러한 ROS의 과도한 생성은 산화스트레스를 유발하면서 정상세포와 조직의 손상을 유도하는 주요 원인이 된다. 산화스트레스는 또한 염증반응을 증폭시키는 것으로 알려져 있는데 ROS는 NF-κB와 같은 염증 관련 전사인자를 활성화하고 염증성 사이토카인의 발현을 증가시켜 염증반응을 악화시키며 세포막, 단백질, DNA를 손상시켜 추가적인 염증반응을 유도한다(Mahmoud 등, 2021; Ramos-González 등, 2024). 이러한 산화스트레스와 염증반응의 악순환은 식용식물들의 항산화와 항염증의 효과에 의해서 제어할 수 있다. 항산화 효과가 강한 소재는 산화스트레스에 의해 유발되는 염증반응을 억제할 수 있으며, 또한 항염증 효과가 있는 식품소재들도 염증반응을 억제하여 과도한 ROS의 생성을 줄임으로써 산화스트레스 역시 감소시킬 수 있다. 이러한 효과는 서로 상호보완적인 작용을 나타내며 많은 천연 또는 식용식물 내 물질들은 항염증과 항산화 효과를 동시에 갖고 있는 것이 많은 것으로 알려져 있다(Roy 등, 2022). 본 연구에서 살펴본 고려엉겅퀴를 비롯한 5종의 야생 식용식물들도 항산화와 항염증 효과가 있는 식용 소재로의 이용 가치가 높다고 할 수 있다. 하지만 야생 식용식물은 자연환경에 적응한 특성 때문에 농업 환경에서 재배하려면 품종 개량과 기술 개발에 많은 시간과 비용이 소요된다. 또한, 수작업에 의존해야 하는 경우가 많아 기계화가 어려우며, 생산성과 유통 효율이 낮아 상업화에 한계가 있다(Lee 등, 2015). 대량 채취는 생태계를 파괴하거나 특정 종의 멸종 위험을 초래할 수 있어 환경적 부담도 클 수 있다(Yoon 등, 2021). 더불어 높은 생산 비용에 비해 소비자 수요가 제한적이라 수익성 확보도 어려울 수 있다(Yoon 등, 2021). 이러한 가능한 문제를 해결하려면 품종 개량과 친환경 재배 기술을 도입하고 가공・유통 체계를 개선하며, 소비자에게 야생식물의 가치를 홍보하는 등의 노력이 필요해 보인다. 먼저 대규모보다는 소규모의 지속 가능한 상업화 모델이 더 적합할 것으로 보인다.
본 연구에서는 다섯 가지 야생 식용식물인 참취(
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(1): 22-33
Published online January 31, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.22
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
유예림1․변하준1․이지윤1․조나경1․최충호2․육진수3․최현선1
1상명대학교 식품영양학과
2경기도산림환경연구소
3한양여자대학교 외식산업과
Ye-Lim You1, Ha-Jun Byun1 , Ji-Yun Lee1, Na-Kyeong Cho1, Chungho Choi2, Jin-Soo Youk3, and Hyeon-Son Choi1
1Department of Food and Nutrition, Sangmyung University
2Gyeonggi-do Forestry Research Center
3Department of Food & Beverage Management, Hanyang Women’s University
Correspondence to:Hyeon-Son Choi, Department of Food and Nutrition, Sangmyung University, 20, Hongjimun 2-gil, Jongno-gu, Seoul 03016, Korea, E-mail: hsc1970@smu.ac.kr
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This study aimed to investigate and compare the physicochemical properties, antioxidant and anti-inflammatory effects of five wild edible plants: chamchwi (Aster scaber), kkuchippong (Cudrania tricuspidata), koryeo-ungkungkwi (Cirsium setidens), pochun-gucheolcho (Chrysanthemum zawadskii var. tenuisectum), and minari-naeng-i (Cardamine leucantha). Among these, minari-naeng-i exhibited the highest carbohydrate content (148.52 mg/g), while koryeo-ungkungkwi had the lowest (68.42 mg/g). Chamchwi had the highest protein (1,071 mg/g) and lipid content (18.12%), whereas minari-naeng-i had the lowest content, at 321.50 mg/g and 7.81%, respectively. Pochun-gucheolcho had the highest ash content (16.95%), while kkuchippong had the lowest (5.37%). Koryeo-ungkungkwi showed the highest total polyphenol (94.13 mg GE/g) and flavonoid (39.93 mg CAE/g) content, as well as the most potent 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzithioazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging activities, with the lowest half-maximal inhibitory concentration (IC50) values (341.35 μg/mL and 962.41 μg/mL, respectively). It also demonstrated the greatest inhibition of lipopolysaccharide-induced nitric oxide production (53.7%) and significantly suppressed inflammatory gene expression, particularly inducible nitric oxide synthase (57.1%), cyclooxygenase-2 (57.8%), interleukin-6 (IL-6, 64.2%), and IL-1β (70.4%). Furthermore, koryeo-ungkungkwi effectively reduced the level of protein encoded by nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB), a key inflammatory master gene. Overall, koryeo-ungkungkwi emerged as the most potent plant in terms of antioxidant and anti-inflammatory effects, highlighting its potential as an effective functional edible agent for controlling inflammatory responses.
Keywords: wild edible plants, Cirsium setidens, antioxidant, anti-inflammatory, NF-κB
야생 식용식물은 자연에서 자생하고 과거부터 생존을 위해 또는 식량부족 시 이용되어 왔으며 전통 의학 시스템에서 혈액순환 개선, 해독, 통증개선 등 다양한 건강 문제를 다스리는 데 중요한 역할을 해 왔다(Motti, 2022). 현대에서는 야생 채취나 산나물과 같은 형태로 활용되고 있지만 이들의 질병 개선 작용 등에 대한 과학적 근거가 아주 부족한 상황이다. 또한, 야생 식용식물은 재배가 어려운 환경에서도 자생할 수 있는 특성이 있어 생물 다양성의 중요한 요소로, 자연 생태계의 균형을 유지하는데 기여하기 때문에 이러한 식물들을 보존하고 연구하여 이용하는 것은 생물 다양성을 보호하는 데 중요하며, 지속 가능한 자원을 확보하는 데 도움을 줄 수 있다(Fassil 등, 2024). 더 나아가 식물의 재배와 활용은 지역 사회의 경제적 이익을 증진 시킬 수 있다. 참취는 국화과에 속하는 여러해살이풀로 어린잎은 식용하며 전초는 약용하는 것으로 알려져 있다(Lim과 Lee, 1997). 참취는 동풍채라고도 불리며 한방에서는 활혈, 청열해독, 해독, 거풍지통의 약효가 있어 타박상, 인후종통, 감위 등의 치료에 사용되어 왔다(Lim과 Lee, 1997). 또한, 참취는 혈액과 간의 지방과 콜레스테롤 수준을 낮추는 데 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Kim과 Kim, 1999; Lim과 Lee, 1997). 꾸지뽕나무는 뽕나뭇과에 속하는 낙엽성 소교목 또는 관목으로 자목백피라고도 하며 보신 고정, 양혈, 서근의 효능이 있고, 요통, 유정, 객혈, 구혈, 질타손상을 주로 치료하는 것으로 알려져 있다(Kim, 2012). 꾸지뽕나무의 줄기 껍질과 뿌리는 여성질환에 좋다고 기록되어 있고(Choi 등, 2009) 열매는 잼을 만들어 먹거나 술을 담그는데 이용되며 잎은 주로 누에의 먹이로 사용해 왔다. 자양, 강장 효능이 있고 신체 허약증, 정력 감퇴, 불면증, 시력 감퇴 등에 효과가 크다고 기록되어 있다(Choi 등, 2009). 고려엉겅퀴는 국화과에 속하는 여러해살이 식물이고 우리나라에서만 자라는 종으로 주로 강원도에서 발견되며 어린잎을 식용한다. 봄에 돋아나는 연한 어린잎과 부드러운 줄기는 살짝 데쳐서 나물 및 국으로 섭취하기도 하며, 줄기와 껍질은 무침, 튀김, 볶음, 데침 등으로 요리하여 특유의 향미를 느끼기 위해 차로도 이용된다(Lee 등, 2006). 전국 각지에 분포하는 우리나라 특산물의 하나로 지혈, 토혈, 비혈 및 고혈압 치료에 이용되어 왔다(Lim 등, 1997). 고려엉겅퀴 주정 추출물이 함유된 시료는 인체 적용 시험에서 지방 축적억제 효능 및 지방세포 분화, 지질대사 관련 유전인자들을 유의적으로 변화시켜 체지방 개선에 우수한 효과가 있는 것으로 나타났다(Cho 등, 2018). 포천구절초는 국화과에 속하는 여러해살이풀로 전초를 약용한다. 구절초는 신경통, 중풍 치료제나 보혈 강장제로 쓰이며, 머리비듬 제거, 두통 완화로 베개 속으로 사용하면 머리를 맑게 해준다. 또한 단전을 따뜻하게 하거나 생리 조절, 소화 기능 촉진 등 효능이 있다(Kim, 2017). 포천구절초를 포함한 6종의 국화과 추출물은 암세포의 성장을 억제하는 것으로 알려져 있다(An 등, 2012). 미나리냉이는 십자화과에 속한 여러해살이풀로 어린순을 식용하고 뿌리줄기는 약재로 사용한다. 뿌리를 채자칠이라고 하여 백일해, 타박상일 때 물을 넣고 달여서 복용해 온 것으로 알려져 있다(Lee, 2015).
염증반응은 몸이 감염, 부상, 자극 등에 반응하여 나타나는 자연스러운 방어시스템으로 급성일 때는 치유의 한 과정으로 작용하지만, 만성염증으로 진행되면 면역세포로부터 사이토카인과 같은 염증성 매개물질이 지속적으로 생산되고 정상적인 세포와 조직에 계속 작용하여 손상시킬 수 있으며, 이러한 염증성 매개물질의 만성적인 노출은 심혈관 질환, 암, 당뇨병, 관절염과 같은 다양한 만성질환의 원인이 되는 것으로 알려져 있다(Furman 등, 2019). 최근에는 이러한 만성염증을 억제하는 약들이 있지만 적지 않은 부작용들이 동반되는 것으로 알려져 있다(Huang 등, 2012). 산화스트레스는 체내에서 자유라디칼인 reactive oxygen species(ROS) 등의 활성산소가 과도하게 생성되어 이를 중화할 항산화물질이 부족할 때 발생하며, 과도하게 생성된 활성산소는 높은 반응성을 갖고 세포와 DNA, 단백질, 지질 등을 손상시킨다(Reddy, 2023). 몸은 정상적인 대사 과정에서도 이러한 자유라디칼을 생성하지만, 흡연, 오염, 방사선 등의 환경적 요인, 고지방 식단, 과도한 음주 등의 생활 습관에 의해 그 생성이 증가하여 세포손상, 노화, 다양한 질병의 발병에 기여하는 것으로 알려져 있다(Reddy, 2023). 염증반응과 산화스트레스는 서로 밀접한 관련이 있으며 각각 서로 염증반응과 산화스트레스를 더욱 악화시키는 악순환의 고리로 연결되어 있다(Ramos-González 등, 2024).
야생 식용식물에는 강력한 항산화제와 항염증제가 포함된 종들이 많이 있다. 이러한 식물들은 각종 질환의 원인으로 지목되는 염증반응과 산화스트레스를 조절함으로써 현대 사회에서 만연한 심혈관 질환, 당뇨병, 암 등 만성질환의 예방 및 치료에 기여할 수 있는 잠재성을 지니고 있다(Ravipati 등, 2012). 야생 식용식물에서 추출된 성분들은 부작용 부담이 있는 합성 화학물질보다 안전하고 부작용이 적으며, 자연 유래의 천연 건강 보조제로 사용될 가능성이 계속 제기되어 왔고(Lourenço 등, 2019), 이러한 가치를, 연구를 통해 명확히 규명할 필요가 있다. 위의 야생 식용식물들은 국내 자생 야생식물 중에서 산림자원으로의 활용 가능성을 발굴하고 확대하기 위한 연구를 위하여 선정되었다. 이들 식물은 문헌조사를 통해 전통적으로 안전성이 입증된 식물 중에서 생리활성 물질과 효능이 보고된 사례가 있는 것들을 중심으로 선별하였으며(Cho 등, 2018; Kim, 2012; Kim, 2017; Lee, 2015; Lim과 Lee, 1997) 비교적 쉽게 접근할 수 있는 자원을 우선 선택하였다. 본 연구의 목적은 이들 야생 식용식물의 이화학적 성분을 분석하고, 항산화 및 항염증 효과를 관련 메커니즘과 함께 검증, 비교함으로써 우수한 야생 식용식물을 발굴하는 데 도움을 주고 산림자원 및 건강기능 식품으로의 이용 가능성을 높이는 것은 물론 관련 산업의 발전에 기여할 수 있는 토대를 마련하는 것이다.
본 실험에 사용한 야생 식용식물 본잎 5종은 참취(
야생식물 본잎 5종을 핸드블렌더(MQ775, Braun)로 곱게 분쇄하였다. 분쇄된 야생식물 본잎에 70% 에탄올(Duksan)을 1:20의 비율로 섞고 80°C의 환류추출기(DAIHAN)에서 2시간씩 2회 추출한 후 Whatman No. 1(Whatman International Ltd.) 여과지를 사용하여 여과액을 얻었다. 이후 감압농축기(rotary evaporator, BŰCHI)로 농축한 후 동결건조기(LP03, ilShinBioBase Co., Ltd.)에서 건조시키고 -20°C에서 보관하면서 이화학적 분석 및 항산화 실험 시 증류수에 녹여서 사용하였으며 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 라디칼 소거 활성 실험을 위해서는 에탄올(Duksan)에 녹여서 사용하였다. 그 밖에 세포 실험에서는 dimethyl sulfoxide(DMSO, Duksan)에 적정 농도로 녹여 사용하였다.
총당량은 페놀-황산법을 이용해 정량하였다(Masuko 등, 2005). 표준물질로 dextrose(Crown Guaranteed Reagents, Yakuri Pure Chemicals Co.)와 각 시료를 준비한 뒤 시료 0.2 mL에 5% 페놀 용액(Sigma Co.) 0.2 mL를 넣고 섞어준 후 황산(Samchun Pure Chemical) 1.0 mL를 넣고 섞어준 뒤 상온에서 20분 식힌 후 microplate에 200 μL씩 분주하고 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 dextrose를 사용하였으며 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 표준곡선에 대입하여 각 시료의 총당량을 계산하였다.
단백질은 BCA(bicinchoninic acid) 법을 이용해 정량하였다(Kim 등, 2024). 표준물질로 bovine serum albumin(BSA)과 각 시료, BCA 용액을 준비하였다. BCA 용액은 BCA reagent(Thermo Fisher Scientific Inc.) A와 B를 50:1 비율로 희석하여 준비하였다. Microplate에 시료 5 μL와 BCA 용액 200 μL를 넣고 섞어준 뒤 37°C incubator에서 30분간 반응시킨 후 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 562 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각 BSA의 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 표준곡선에 대입하여 각 시료의 단백질 함량을 계산하였다.
수분함량은 105°C 상압 가열건조법을 이용해 분석하였다(Chung 등, 2013). 알루미늄 접시의 무게를 잰 후 시료 0.5~0.6 g을 측량해 담고 105°C의 정온 건조기에서 1시간 건조하고 데시케이터에 옮겨 30분간 방랭 후 무게를 측정하였으며 무게의 차이가 없을 때까지 반복하였다. 건조 전의 시료 무게와의 차이를 계산하여 기록하였다.
조지방은 Soxhlet 추출법을 이용하여 분석하였다(Virot 등, 2007). Thimble에 시료 1~1.5 g을 측량하여 담고 boiling flask의 무게를 잰 후 diethyl ether(Duksan)를 200 mL 넣은 후 Soxhlet 장치를 조립하고 히터를 켜 4시간 추출하였다. 추출 후 에테르 냄새가 나지 않을 때까지 증발시킨 후 냉각하여 무게를 재고 추출 전 무게와의 차이를 계산하였다.
조회분은 550°C 직접회화법을 이용하여 분석하였다(Chung 등, 2013). 도가니 접시를 미리 건조시켜 무게를 잰 후 시료를 0.5~0.6 g 측량해 담아 550~600°C의 회화로에 넣고 시료가 회색이 될 때까지 2시간 태우고 데시케이터에 옮겨 30분간 방랭 후 무게 차이를 측정하여 계산하였다.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis의 방법을 응용하여 측정하였다(Velioglu 등, 1998). Gallic acid(Sigma-Aldrich)와 각 시료를 준비한 뒤 시료 0.01 mL에 3차 증류수 0.79 mL를 가하여 섞어준 뒤 20% sodium carbonate solution(Sigma-Aldrich) 0.15 mL를 첨가해 섞어주고 0.9 N Folin-Ciocalteu(Sigma-Aldrich) 0.05 mL를 첨가하고 상온 암실에서 30분간 반응시킨 후 microplate에 200 μL씩 분주하여 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 gallic acid 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 그래프로 나타내 표준곡선을 그려 각 시료의 총 폴리페놀 함량을 계산하였다.
총 플라보노이드 함량은 알루미늄 비색법에 근거하여 측정하였다(Zhishen 등, 1999). Catechin(Sigma-Aldrich)과 각 시료를 준비한 뒤 microplate에 각 시료를 50 μL씩 분주하고 5% NaNO2(Sigma-Aldrich) 30 μL를 분주하여 섞어준 후 암실에서 5분간 반응시켰다. 2% AlCl3(Sigma-Aldrich) 60 μL를 추가로 분주하여 섞은 후 암실에서 6분간 반응시키고, 4% NaOH(Sigma-Aldrich) 100 μL를 넣어 섞고 암실에서 11분간 반응시켰다. 반응이 완료되면 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 catechin 평균 흡광도와 μg/mL 농도를 표준곡선에 대입하여 각 시료의 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
DPPH assay 200 μM DPPH reagent(Sigma-Aldrich)는 에탄올에 희석한 후 암실에서 보관하였다. 시료는 에탄올을 이용하여 녹인 후 96-well plate에서 DPPH reagent를 분주해 혼합하였다. 암실에서 30분간 반응시킨 후 520 nm에서 반응액의 흡광도를 측정하였다. 대조군은 ascorbic acid를 사용하였으며 DPPH 라디칼 소거 활성은 반응용액과 대조군의 흡광도 차이를 백분율로 환산하여 계산하였다(Kim 등, 2002). 7 mM ABTS(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazaline-6-sulfonic acid) diammonium salt)(Sigma-Aldrich)는 2.45 mM 과황산칼륨 용액에 희석한 후 암실에서 보관하였다. 시료는 DW에 녹인 후 96-well plate에서 ABTS를 분주해 혼합하였다. 암실에서 60분간 반응시킨 후 414 nm에서 반응액의 흡광도를 측정하였다. 대조군은 ascorbic acid를 사용하였으며 ABTS 라디칼 소거 활성은 시료의 반응용액과 시료를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도 차이를 백분율로 환산하여 확인하였다(van den Berg 등, 1999). 라디칼 소거 활성은 다음 식에 의해 산출하였다.
RAW264.7 cells의 배양은 6-well plate 또는 12-well plate에서 1.0×105 cells/mL의 농도로 진행하였다. 1.5 g/L sodium bicarbonte, 10% bovine serum, 1% PS가 포함된 DMEM 배지에 RAW264.7 cells를 접종하여 37°C, 5% CO2 조건에서 배양하였다. 세포가 70~80% 이상 밀집되면 시료 또는 1 μg/mL LPS를 처리하였다. 정상군(NOR)은 시료 대신 증류수를 처리하였으며 대조군(CON)은 LPS만 처리하였고 실험군은 시료 처리 2시간 후 LPS를 처리하였다.
세포 생존을 측정하기 위해 96-well plate에 RAW264.7 cells를 1.0×104 cells/mL의 농도로 분주하고 24시간 배양하였다. LPS(100 ng/mL)와 시료를 0, 12.5, 25, 50, 100, 200, 400, 800 μM의 농도로 24시간 동시 처리하였다. 이후 기존의 배양액을 MTT 시약(0.5 mg/mL)이 포함된 무혈청 배양액으로 교체하고, 37°C, 5% CO2 조건에서 60분 동안 배양하였다. 배양 종료 후 배양액을 제거하고 DMSO로 용해시킨 다음 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다.
세포로부터 생성된 NO의 양을 측정하기 위하여 세포배양액에 존재하는 NO의 농도를 측정하였다. 6-Well plate에 2.0×106 cells/mL의 농도로 분주하며, 24시간 또는 48시간 동안 배양 후 시료를 0, 3.125, 6.25, 12.5, 25, 50, 100, 200 μM의 농도로 처리하고 2시간 동안 반응시켰다. 이후 100 ng/mL LPS를 첨가하여 24시간 배양하고 상등액을 100 μL 회수하여 동량의 그리스 시약(Sigma-Aldrich)을 새 96-well plate에서 10분 동안 반응시켰다. 세포배양액 중에 존재하는 NO의 농도는 microplate reader(INNO-M, LTek)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다.
RAW264.7 cells에서 염증 유발인자인 iNOS, COX2, IL-6, IL-1β 발현량에 대한 각 시료의 효과를 알아보기 위해 real-time PCR을 진행하였다. RAW264.7 cells를 100 mm dish에 각 시료를 50, 100, 200 μg/mL의 농도로 처리하며 배양시켰다. PBS를 이용해 2회 세척한 후 Trizol을 1 mL씩 처리하여 RNA를 추출하였으며, cell lysate는 scrapper를 이용해 세포를 긁어모아 1.5 mL microtube에 옮겨 주고 chloroform 용액 0.2 mL를 첨가하여 섞은 뒤 15,000×
시료 또는 LPS를 처리하고 24시간 배양한 후 배지를 제거하고 aprotinin, leupeptin, phenylmethylsulfonyl fluoride(PMSF)(Thermo Fisher Scientific Inc.)의 단백질 분해 효소 및 인산 가수분해 효소를 함유하는 lysis buffer를 첨가하여 세포를 용해시켜 회수하였다. 세포 용해액을 10,000×
실험 결과는 평균±표준편차로 나타냈으며, IBM SPSS statistics 27을 이용하여 일원배치 분산분석을 한 후 유의한 차이가 있는 경우 Duncan 법을 이용해
5종류 야생 식용식물의 총당, 단백질, 지방을 비롯한 이화학적 특성을 측정한 결과(Table 1), 총당 함량은 미나리냉이가 가장 많은 149.52 mg/g의 함량을 보였고 다음으로 포천구절초(142.86 mg/g), 꾸지뽕(128.92 mg/g), 참취(92.28 mg/g)의 순으로 총당 함량을 보였으며, 고려엉겅퀴가 68.42 mg/g으로 가장 낮은 함량을 보였다. 단백질 함량은 참취가 1,071.83 mg/g으로 가장 높게 나왔고 고려엉겅퀴가 831.83 mg/g, 꾸지뽕이 824.50 mg/g, 포천구절초가 653.83 mg/g의 함량을 보였으며, 미나리냉이가 가장 낮은 321.50 mg/g의 함량을 보였다. 지방함량은 참취가 18.12%로 가장 높았으며 미나리냉이가 7.81%로 가장 낮았다. 회분은 포천구절초가 16.95%로 가장 높았고 꾸지뽕이 5.37%로 가장 낮은 함량을 보였다. 수분함량은 전체적으로 8.97~12%의 함량을 보였다. 폴리페놀 함량은 미나리냉이가 47.36 mg GE/g으로 가장 낮게 나왔으며, 고려엉겅퀴가 94.13 mg GE/g, 꾸지뽕 92.58 mg GE/g, 참취와 포천구절초가 각각 76.69 mg GE/g, 75.24 mg GE/g의 함량을 보였다(Table 2). 플라보노이드 함량은 폴리페놀과 다른 경향을 보였는데 고려엉겅퀴가 39.93 mg CAE/g으로 가장 높았으며 참취(30.73 mg CAE/g)가 뒤를 이었다. 포천구절초와 꾸지뽕은 각각 26.24 mg CAE/g, 19.04 mg CAE/g의 플라보노이드 함량을 보였고 가장 낮은 폴리페놀 함량을 보였던 미나리냉이는 8.49 mg CAE/g으로 가장 낮은 함량을 보였다. 폴리페놀은 색소나 쓴맛을 나타내는 주된 성분으로 식물의 특성을 결정지을 수 있으며 구조적으로 여러 개의 히드록실기가 2개 이상의 페닐기 그룹에 결합하여 있는 방향성 알코올 물질로 알려져 있다(Lee와 Park, 2022). 플라보노이드는 폴리페놀의 한 종류로 2개의 방향족 고리 A와 B로 구성되며, 1개의 산소와 3개의 탄소원자가 선형으로 연결된 3개의 탄소사슬(C6-C3-C6) 구조로 되어 있고 중심 탄소 사슬에는 닫힌 Pyran 고리 C가 형성된다(Mutha 등, 2021). C 고리의 화학적 구조 차이에 따라 플라바놀, 플라본, 이소플라본 등의 세부 그룹으로 나뉜다(Mutha 등, 2021). 대체로 이러한 폴리페놀 및 플라보노이드는 식물이 외부환경으로부터 자신을 보호하기 위해 생산하는 식물 내 당의 이차대사산물로, 식물의 생존, 성장, 환경에 대한 적응력을 높이는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 작용은 사람을 비롯한 동물의 몸에서도 활성산소를 중화하는 기능을 발휘하여 산화스트레스를 제어하고 세포손상을 방지하여 여러 질병의 발생 위험을 낮추는 데 기여하는 것으로 보고되고 있다(Kim 등, 2015; Mutha 등, 2021). 또한, 폴리페놀과 플라보노이드는 염증을 유발하는 다양한 경로를 제어하여 조절함으로써 항염증 효과를 발휘하는 것으로 알려져서 건강기능 식품소재의 기능성을 나타내는 주요 성분으로 알려져 있다(González 등, 2011; Grosso 등, 2014).
Table 1 . Physicochemical properties of five wild edible plants.
Samples. | Total carbohydrates (mg/g). | Protein (mg/g). | Moisture (%). | Lipid (%). | Ash (%). | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Chamchwi. Kkuchippong. Koryeo-ungkungkwi. Pochun-gucheolcho. Minari-naeng-i. | 92.28±2.89c1)2). 128.92±1.15b. 68.42±3.09d. 142.86±6.44a. 149.52±2.81a. | 1,071.83±108.15a. 824.50±89.79b. 831.83±8.02b. 653.83±31.88c. 321.50±1.53d. | 10.57±0.01b. 8.97±0.55d. 9.67±0.10c. 9.58±0.00c. 12.00±0.29a. | 18.12±0.10a. 16.04±0.10c. 17.58±0.10b. 9.37±0.10d. 7.81±0.10e. | 13.22±1.43b. 5.37±0.14c. 14.96±0.48b. 16.95±1.06a. 14.37±0.24b. |
1)All assays were performed in triplicate and the results are presented as the mean and standard deviation (mean±SD)..
2)Different letters indicated statistically significant differences among the groups according to Duncan’s multiple range test (
Table 2 . Antioxdiantproperties of five wild edible plants.
Samples. | Total polyphenol content (mg GE1)/g). | Total flavonoid content (mg CAE2)/g). | DPPH. | ABTS. |
---|---|---|---|---|
IC503) (μg/mL). | ||||
Chamchwi. Kkuchippong. Koryeo-ungkungkwi. Pochun-gucheolcho. Minari-naeng-i. Ascorbic acid. | 76.69±0.84b4)5). 92.58±0.88a. 94.13±1.84a. 75.24±0.88b. 47.36±1.39c. -. | 30.73±0.65b. 19.04±0.43d. 39.93±0.55a. 26.24±0.20c. 8.49±0.04e. -. | 429.39. 1,136.49. 341.35. 1,439.62. 1,931.62. 25.937. | 1,458.44. 1,559.38. 962.41. 1,797.34. 3,792.29. 58.814. |
1)GE: gallic acid equivalent..
2)CAE: catechin equivalent..
3)IC50: concentration required to inhibit DPPH or ABTS radicals by 50%..
4)All assays were performed in triplicate and the results are presented as the mean and standard deviation (mean±SD)..
5)Different letters indicate statistically significant differences among the groups (
5가지 야생 식용식물에 대한 DPPH, ABTS 라디칼 소거 활성을 비교한 결과는 Table 2와 Fig. 1에 나타내었다. DPPH 소거 활성은 0.625 mg/mL의 농도에서 비교했을 때 고려엉겅퀴가 80% 소거 활성으로 가장 높은 DPPH 라디칼 억제 효과를 보였으며, 참취가 70%의 DPPH 소거 활성을 보였고 꾸지뽕이 35%, 포천구절초가 22%, 미나리냉이가 17%의 소거 활성을 각각 나타내었다. 1.25 mg/mL 농도에서의 ABTS 소거 활성 비교도 DPPH 라디칼 소거 활성 결과와 같이 고려엉겅퀴의 소거 활성이 가장 높아 62%의 ABTS 라디칼 억제 활성을 보였으며, 꾸지뽕과 참취의 소거 활성이 각각 44%, 43%로 비슷했고 포천구절초와 미나리냉이가 각각 39%, 21%의 ABTS 라디칼 억제 효과를 나타내었다. 대조비교군으로 사용된 단일 화합물 비타민 C(70~100 μg/mL)에서는 85~90%의 억제 효과를 보여 야생식물과는 비교적 큰 차이를 보였다. IC50값으로 계산된 DPPH와 ABTS 라디칼의 소거 활성도 고려엉겅퀴가 각각 341.35 μg/mL와 962.41 μg/mL의 가장 낮은 값(Table 2)을 보여 5종의 야생식물 중 라디칼 소거 활성이 가장 큰 것으로 관찰되었다. 다른 식용식물의 경우 쑥잎과 감나무잎 에탄올 추출물(Ji와 Joo, 2021)의 DPPH 라디칼에 대한 IC50값이 각각 504.77 μg/mL, 553.42 μg/mL를 보인 것과 비교해 보면 본 연구에서 341.35 μg/mL의 IC50값을 보인 고려엉겅퀴의 DPPH 라디칼 소거 활성이 더 우수한 것으로 판단된다. 반면 ABTS 라디칼 소거 활성에서 Ji와 Joo(2021)는 찔레나무순이 470.10 μg/mL, 감나무잎이 854.60 μg/mL의 IC50값을 보고한 반면, 본 연구에서 고려엉겅퀴의 IC50값(962.41 μg/mL)이 다소 높게 분석되어 찔레나무순이나 감나무잎보다는 고려엉겅퀴의 ABTS 소거 활성이 다소 낮은 경향을 보였다. 고려엉겅퀴는 몇몇 연구에서도 DPPH와 ABTS 라디칼 소거 활성을 보고하였는데 Cho 등(2017)은 고려엉겅퀴 80% 에탄올 추출물 1 mg/mL의 농도에서 64%의 DPPH 라디칼 소거 활성을 보인다고 하였고, 0.625 mg/mL의 농도에서 80%의 DPPH 소거 활성을 보인 본 연구의 결과와 다소 다른 결과를 보였다.
ABTS의 경우에서는 국내 자생 4종 고려엉겅퀴의 ABTS 라디칼 소거 활성이 63~76%의 범위를 보고한 Jang 등(2012)의 연구와 비슷한 결과를 나타내었다. 이러한 라디칼의 종류에 따른 소거 활성의 차이는 식물체 내 성분의 반응 정도가 다르게 나타날 수 있기 때문으로 생각한다. DPPH와 ABTS 소거 활성에서 기인하는 항산화 활성은 폴리페놀과 플라보노이드의 함량과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져있다. 고려엉겅퀴는 폴리페놀(Table 2, 94.13 mg GE/g)과 플라보노이드(39.93 mg CAE/g)의 함량에서 가장 높은 값을 나타내었으며 DPPH, ABTS 소거 활성에서도 가장 높은 항산화 효과를 나타내었다. 또한 미나리냉이의 경우 가장 낮은 폴리페놀(47.36 mg GE/g)과 플라보노이드(8.49 mg CAE/g) 함량을 나타내었으며 DPPH와 ABTS 소거 활성도 가장 낮게 측정되었다. 따라서 본 연구에서도 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량이 항산화 활성과 일치하는 경향을 나타내었다. 고려엉겅퀴에는 chlorogenic acid, hyperoside, 3,4-di-O-caffeoylquinic acid, caffeic acid methyl ester 등의 phenolic 화합물이 있는 것으로 보고되어 있으며(Nugroho 등, 2011). 플라보노이드 성분으로는 linarin, 5-O-E-p-coumarolyquinic acid methyl ester, syringin, pectolinarin이 보고되어 있다(Cheriet 등, 2020; Jeong 등, 2018). 이 중 pectolinarin은 고려엉겅퀴가 속해있는
세포실험에서 항염증 효과를 측정하기 위한 농도를 결정하기 위해 5종의 야생 식용식물을 대상으로 대식세포에 대한 MTT assay를 실시하였다. 참취의 경우 LPS가 처리되지 않은 세포에서 6.25 μg/mL와 12.5 μg/mL 처리로 대조군에 비해 15~20%가량 MTT formazan 형성이 증가하여 세포증식을 오히려 증가시키는 것으로 보였고, 그 이후의 농도인 50, 100, 200 μg/mL에서는 대조군에 비해 95~100%의 세포 증식률을 보여 주목할 만한 세포독성은 발견되지 않았다(Fig. 2A). LPS가 처리된 세포 조건에서는 전체적으로 세포 증식률이 약간 감소하는 경향이 있었으나 큰 차이는 보이지 않았다. 꾸지뽕의 경우 6.25~200 μg/mL의 농도 범위에서 LPS 처리/비처리 조건 모두 대조군에 비해 세포 증식률에서 유의적인 차이가 보이지 않았고 400 μg/mL에서 20~25%의 세포증식이 감소하여 유의적인 세포독성이 관찰되었다(Fig. 2B). 고려엉겅퀴에서도 200 μg/mL까지는 대조군에 비해 세포 증식률이 10% 내외로 감소하였으나 유의적인 차이를 보이지 않은 반면, 400 μg/mL는 38%의 세포증식 감소가 관찰되었다(Fig. 2C). 포천구절초와 미나리냉이도 100, 200 μg/mL에서 6~9%의 세포 증식률 감소가 관찰되었으나 대조군과 비교하여 유의적인 차이는 없었다. 400 μg/mL에서만 각각 34%와 30%의 세포 증식률의 감소가 관찰되었다(Fig. 2D, 2E). 이상의 결과를 볼 때 5종의 야생 식용식물은 대식세포에 대해 200 μg/mL의 농도까지는 세포 증식률에서 대조군과 유의적인 차이가 관찰되지 않아 세포독성이 없는 것으로 판단되고 400 μg/mL에서는 유의적인 세포독성이 있는 것으로 보인다. 따라서 이후의 세포실험은 400 μg/mL의 농도를 제외한 200 μg/mL의 농도 이하에서 진행하였다.
염증반응에 대한 5종의 야생 식용식물의 영향을 관찰하기 위해 LPS로 유도된 대식세포의 산화질소 생성량을 비교하였다. LPS 처리는 대식세포의 산화질소 생성량을 대조군에 비해 2.5~3.5배로 증가시켰으며 염증반응의 유도가 정상적으로 일어난 것이 확인된다(Fig. 3). 참취는 25 μg/mL의 농도부터 산화질소 생성에 대한 억제 효과(21.2%)가 나타나기 시작하여 농도 의존적으로 산화질소 생성이 억제되었다. 참취는 50, 100, 200 μg/mL 농도에서 각각 33.2%, 37.7%, 42.9%의 산화질소 생성 저해율을 나타냈다(Fig. 3A). 꾸지뽕은 12.5, 25, 50, 100, 200 μg/mL 농도에서 산화질소 생성이 대조군에 비해 각각 18.1%, 26.1%, 29.0%, 40.3%, 47.2% 저해되었다(Fig. 3B). 고려엉겅퀴도 측정한 전체 농도(12.5~200 μg/mL)에서 모두 산화질소 생성을 억제하였는데 12.5 μg/mL 농도에서 32.3%의 저해율을 비롯해 100 μg/mL와 200 μg/mL에서는 51.7%와 53.8%의 산화질소 생성 억제율을 보여 가장 높은 억제율을 보였다(Fig. 3C). 포천구절초와 미나리냉이도 전체 농도에서 산화질소 생성의 억제를 보였으나 각각 억제율이 19.2~28.3%와 6.9~21.1%를 보였다(Fig. 3D, 3E). 200 μg/mL의 같은 농도에서 야생 식용식물 간의 산화질소 생성에 미치는 효과를 비교한 결과(Fig. 3F), 고려엉겅퀴가 56.8%의 저해율을 보였으며 꾸지뽕이 46.5%, 참취는 44.6%, 포천구절초가 30.8%, 미나리냉이가 21.8%의 순으로 산화질소 생성에 대한 저해 효과를 나타내었다. 이상의 결과에서 5종의 야생 식용식물 중 고려엉겅퀴가 가장 우수한 산화질소 생성 억제 효과를 보였다.
이후 염증성 매개인자인 inducible nitric oxide synthase(iNOS), cyclooxygenase-2(COX-2)와 사이토카인인 interleukin-6(IL-6)와 IL-1β의 유전자 발현에 미치는 영향을 측정한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 참취는 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 유전자 발현을 농도 의존적으로 억제하였다. 특히, 200 μg/mL 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β mRNA 수준이 각각 47.8%, 58.2%, 57.7%, 67.2% 감소하여 참취가 LPS로 유도된 염증성 매개인자 및 사이토카인들의 유전자 발현 증가를 효과적으로 억제하였음을 보여주었다(Fig. 4A). 꾸지뽕은 COX-2, IL-6, IL-1β의 유전자 발현을 농도 의존적으로 감소시켰다. 200 μg/mL 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 mRNA 수준이 대조군에 비해 각각 54.7%, 48.6%, 48.3%, 52.7% 감소하여 항염증 효과를 나타내었다(Fig. 4B). 고려엉겅퀴의 경우 50 μg/mL의 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 유전자 발현감소가 각각 34.1%, 40.5%, 42.9%, 48.6%였고 100 μg/mL에서는 각각 56.2%, 52.1%, 44.5%, 64.9%의 감소폭을 나타냈으며, 200 μg/mL의 농도에서는 56.8%, 48.2%, 63.7%, 71.1%의 저해율을 보였다(Fig. 4C). 포천구절초는 50 μg/mL의 농도에서 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 mRNA 수준이 각각 34.5%, 29.3%, 27.8%, 27.3%였고 100 μg/mL 농도에서는 각각 44.6%, 33.1%, 54.0%, 55.8%의 억제 효과를 나타냈으며, 200 μg/mL의 농도에서는 51.1%, 48.6%, 55.6%, 67.3%의 저해 활성을 보였다(Fig. 4D). 미나리냉이는 50 μg/mL의 농도에서 mRNA 수준이 각각 41.8%, 8.0%, 40.3%, 55.4%였고 100 μg/mL 농도에서는 iNOS, COX-2, IL-6, IL-1β의 mRNA 수준이 각각 55.5%, 21.0%, 41.0%, 66.4%의 억제 효과를 나타냈으며, 200 μg/mL의 농도에서는 각각 56.2%, 34.1%, 41.7%, 69.8%의 저해 활성을 보였다(Fig. 4E). iNOS는 산화질소를 생성하는 주된 효소로 5종의 야생 식용식물의 산화질소 생성 억제 효과가 iNOS의 유전자 발현에서 기인하는 것으로 사료된다. 200 μg/mL의 농도를 기준으로 같은 조건에서 시료 간 효과를 비교한 결과(Fig. 4F), iNOS는 고려엉겅퀴가 57.9%의 저해율을 보였고 미나리냉이가 57.0%, 꾸지뽕이 52.5%, 포천구절초가 52.2%, 참취가 48.7%의 저해율을 나타냈으며, COX-2의 유전자 발현에서는 참취가 61.5%, 고려엉겅퀴가 59.5%, 꾸지뽕이 50.5%, 포천구절초가 49.7%, 미나리냉이는 41.4%의 저해율을 보였다. IL-6에서는 고려엉겅퀴, 참취, 포천구절초, 꾸지뽕, 미나리냉이가 각각 64.7%, 59.7%, 56.8%, 51.8%, 44.9%의 저해율을 보였다. IL-1β에서는 고려엉겅퀴가 73.8%, 참취가 68.5%, 미나리냉이가 68.2%, 포천구절초가 66.8%, 꾸지뽕이 53.2%의 저해율을 보였다. 이상의 결과를 종합해 보면 5종의 야생 식용식물 중에서 참취와 고려엉겅퀴가 비슷한 저해 활성을 보인 COX-2를 제외하면 고려엉겅퀴가 iNOS, IL-6, IL-1β 유전자 발현에 대해 가장 높은 저해 활성을 나타내었다. 따라서 실험 결과, 야생 식용식물 중 고려엉겅퀴가 가장 우수한 항염증 효과를 나타내는 것으로 사료된다(Fig. 4F).
고려엉겅퀴를 대상으로 염증인자들을 유전자 수준에서 조절하는 인자인 nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells(NF-κB)의 단백질 수준을 분석하였다(Fig. 5). LPS에 의해 NF-κB의 단백질 수준은 2배 이상 증가하여 염증성 매개인자 및 사이토카인과 산화질소의 유도작용과 일맥상통하였다(Fig. 5A). 고려엉겅퀴를 100 μg/mL와 200 μg/mL 처리했을 때 대조군보다 NF-κB의 단백질 수준이 각각 47.7%와 50.8% 감소하였다(Fig. 5B). 이는 고려엉겅퀴의 염증성 매개인자 및 사이토카인들의 발현 억제와 일맥상통하며 고려엉겅퀴의 항염증 효과가 NF-κB의 단백질을 억제하는 것에서 기인한 것임을 보여준다.
NF-κB는 세포 내 다양한 유전자의 발현을 조절하는 신호전달경로에서 중요한 역할을 하는 전사인자(transcription factor)로 특히 면역반응과 염증반응에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Gasparini와 Feldmann, 2012). NF-κB는 세포가 스트레스, 사이토카인, 미생물 감염 등 다양한 자극에 노출이 될 때 활성화되며, 염증성 사이토카인 및 여러 염증 관련 유전자들의 발현을 조절한다. 염증성 사이토카인인 IL-6, IL-1β, TNF-α, 산화질소 생성 효소인 iNOS, 염증 매개물질인 프로스타글란딘의 합성에 관여하는 COX-2는 모두 전사인자인 NF-κB의 타겟 유전자로 NF-κB가 활성화되면 핵 안으로 이동해 이들 유전자 프로모토에 결합하여 유전자 발현을 증가시키는 것으로 알려져 있다(Zhang 등, 2021). 그뿐만 아니라 세포 생존과 관련 있는 BCL-2, 면역세포들의 이동과 관련 있는 케모카인인 MCP-1, 염증반응에서 기질 단백질 분해와 관련 있는 matrix metalloproteinases도 모두 NF-κB의 통제를 받는 유전자들이다(Li 등, 2016; Zhang 등, 2021). 따라서 NF-κB는 염증 및 세포 생존과 관련하여 체내 항상성 유지와 병리학적 상태에서 광범위하게 중요한 작용을 하는 전사인자로 알려져 있다. NF-κB는 활성화되지 않은 상태에서는 주로 세포질에서 Iκ-Bα와 결합한 상태로 존재하는데 NF-κB의 과도한 발현이 Iκ-B의 합성을 유도하여 NF-κB의 핵으로의 이동을 차단함으로써 과도한 염증반응이 필요 이상으로 지속되지 않도록 하는 메커니즘이 작동하는 것으로 알려져 있다(Gasparini와 Feldmann, 2012). 고려엉겅퀴를 비롯하여 5종의 야생 식용식물들의 항염증 효과는 몇몇 연구들에서도 보고되어 있다. 참취가 미세아교세포에서 LPS로부터 유도된 염증성 사이토카인의 생성을 감소시킬 뿐만 아니라 mitogen-activated protein kinase의 신호전달체계의 활성화를 억제하는 것으로 보고되었으며(Kim 등, 2022), 뇌신경 세포의 보호 효과를 나타내는 활성물질로 isoquercitrin이 제시되었다(Lee 등, 2019). Jo 등(2017)은 꾸지뽕으로부터 분리된 31가지의 가용성 성분 중 10가지의 성분이 RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된 산화질소의 생성을 유의적으로 억제함을 보고하였고, Kim 등(2016)은 메탄올 추출물에서 분리한 cudraflavanone D가 iNOS와 COX-2의 단백질 발현을 억제하는 것을 보고하였다. 고려엉겅퀴와 포천구절초 또한 LPS로 유도한 IL-6, TNF-α 등의 사이토카인과 산화질소의 과다 생성을 억제하는 것이 확인되었다(Kwon 등, 2019; Lee 등, 2008). 5종의 야생 식용식물 중 4종에 대한 기존의 연구들은 본 연구에서 보인 항염증 효과와 비슷한 결과를 보여주면서 이들 야생 식용식물의 항염증 기능성을 강하게 뒷받침하고 있는 것으로 보이며, 본 연구에서 이들의 항염증 효과에 대한 비교를 통해 상대적 차이를 알 수 있었다. 그러나 미나리냉이는 항염증 효과를 비롯한 다른 기능성에 대해 알려진 바가 거의 없다. 본 연구에서 미나리냉이도 다른 5종의 야생 식용식물과 함께 상당한 항염증 효과를 보이는 것으로 보인다(Fig. 4E). 따라서 미나리냉이도 항염증 효과와 관련된 추가적인 연구가 요구된다.
항염증과 항산화 효과는 밀접하게 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 각각 염증반응과 산화스트레스를 억제하는 것에 관여하며 각각의 현상들이 서로 보완 또는 증폭시키는 것으로 알려져 있다(Ramos-González 등, 2024). 염증반응 동안 면역세포들이 활성화되면 다량의 ROS를 생성하게 되고 이러한 ROS의 과도한 생성은 산화스트레스를 유발하면서 정상세포와 조직의 손상을 유도하는 주요 원인이 된다. 산화스트레스는 또한 염증반응을 증폭시키는 것으로 알려져 있는데 ROS는 NF-κB와 같은 염증 관련 전사인자를 활성화하고 염증성 사이토카인의 발현을 증가시켜 염증반응을 악화시키며 세포막, 단백질, DNA를 손상시켜 추가적인 염증반응을 유도한다(Mahmoud 등, 2021; Ramos-González 등, 2024). 이러한 산화스트레스와 염증반응의 악순환은 식용식물들의 항산화와 항염증의 효과에 의해서 제어할 수 있다. 항산화 효과가 강한 소재는 산화스트레스에 의해 유발되는 염증반응을 억제할 수 있으며, 또한 항염증 효과가 있는 식품소재들도 염증반응을 억제하여 과도한 ROS의 생성을 줄임으로써 산화스트레스 역시 감소시킬 수 있다. 이러한 효과는 서로 상호보완적인 작용을 나타내며 많은 천연 또는 식용식물 내 물질들은 항염증과 항산화 효과를 동시에 갖고 있는 것이 많은 것으로 알려져 있다(Roy 등, 2022). 본 연구에서 살펴본 고려엉겅퀴를 비롯한 5종의 야생 식용식물들도 항산화와 항염증 효과가 있는 식용 소재로의 이용 가치가 높다고 할 수 있다. 하지만 야생 식용식물은 자연환경에 적응한 특성 때문에 농업 환경에서 재배하려면 품종 개량과 기술 개발에 많은 시간과 비용이 소요된다. 또한, 수작업에 의존해야 하는 경우가 많아 기계화가 어려우며, 생산성과 유통 효율이 낮아 상업화에 한계가 있다(Lee 등, 2015). 대량 채취는 생태계를 파괴하거나 특정 종의 멸종 위험을 초래할 수 있어 환경적 부담도 클 수 있다(Yoon 등, 2021). 더불어 높은 생산 비용에 비해 소비자 수요가 제한적이라 수익성 확보도 어려울 수 있다(Yoon 등, 2021). 이러한 가능한 문제를 해결하려면 품종 개량과 친환경 재배 기술을 도입하고 가공・유통 체계를 개선하며, 소비자에게 야생식물의 가치를 홍보하는 등의 노력이 필요해 보인다. 먼저 대규모보다는 소규모의 지속 가능한 상업화 모델이 더 적합할 것으로 보인다.
본 연구에서는 다섯 가지 야생 식용식물인 참취(
Table 1 . Physicochemical properties of five wild edible plants.
Samples. | Total carbohydrates (mg/g). | Protein (mg/g). | Moisture (%). | Lipid (%). | Ash (%). | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Chamchwi. Kkuchippong. Koryeo-ungkungkwi. Pochun-gucheolcho. Minari-naeng-i. | 92.28±2.89c1)2). 128.92±1.15b. 68.42±3.09d. 142.86±6.44a. 149.52±2.81a. | 1,071.83±108.15a. 824.50±89.79b. 831.83±8.02b. 653.83±31.88c. 321.50±1.53d. | 10.57±0.01b. 8.97±0.55d. 9.67±0.10c. 9.58±0.00c. 12.00±0.29a. | 18.12±0.10a. 16.04±0.10c. 17.58±0.10b. 9.37±0.10d. 7.81±0.10e. | 13.22±1.43b. 5.37±0.14c. 14.96±0.48b. 16.95±1.06a. 14.37±0.24b. |
1)All assays were performed in triplicate and the results are presented as the mean and standard deviation (mean±SD)..
2)Different letters indicated statistically significant differences among the groups according to Duncan’s multiple range test (
Table 2 . Antioxdiantproperties of five wild edible plants.
Samples. | Total polyphenol content (mg GE1)/g). | Total flavonoid content (mg CAE2)/g). | DPPH. | ABTS. |
---|---|---|---|---|
IC503) (μg/mL). | ||||
Chamchwi. Kkuchippong. Koryeo-ungkungkwi. Pochun-gucheolcho. Minari-naeng-i. Ascorbic acid. | 76.69±0.84b4)5). 92.58±0.88a. 94.13±1.84a. 75.24±0.88b. 47.36±1.39c. -. | 30.73±0.65b. 19.04±0.43d. 39.93±0.55a. 26.24±0.20c. 8.49±0.04e. -. | 429.39. 1,136.49. 341.35. 1,439.62. 1,931.62. 25.937. | 1,458.44. 1,559.38. 962.41. 1,797.34. 3,792.29. 58.814. |
1)GE: gallic acid equivalent..
2)CAE: catechin equivalent..
3)IC50: concentration required to inhibit DPPH or ABTS radicals by 50%..
4)All assays were performed in triplicate and the results are presented as the mean and standard deviation (mean±SD)..
5)Different letters indicate statistically significant differences among the groups (
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