우리나라는 급속한 경제 성장과 생활 수준의 향상으로 식생활 패턴이 고지방 위주로 서양화되고 있으며, 다양한 사회 환경적 요인에 의해 인체의 에너지 소비량이 감소하면서 비만 인구가 꾸준히 증가하고 있다(Malik 등, 2013). 세계보건기구(World Health Organization)는 체질량지수(body mass index, BMI) 25 kg/m² 이상을 비만으로 진단하고 있다(WHO, 2000). 이를 기준으로 2022년 대한민국에서 약 38%의 성인이 비만으로 진단받았으며, 유병률은 지속적으로 증가할 것으로 예측된다(Kang, 2022). 특히 성인 남성의 경우 49% 수준의 높은 비만율이 보고되었으며, 이는 당뇨 및 심혈관계 질환의 증가로 이어질 가능성이 높아 국민 건강에 큰 위협으로 인식되고 있다(MOHW와 KDCA, 2021).

체내 지방 축적은 지방전구세포(preadipocyte)에서 지방세포(adipocyte)로의 분화(adipogenesis) 과정을 통해 이루어지며, 비만은 지방세포의 비대화 및 중성지방의 과형성에 의해 발생한다(Kim과 Song, 2002). 지방 합성은 CCAAT/enhancer-binding protein(C/EBP) 및 peroxisome proliferator-activated receptor-γ(PPAR-γ)와 같은 전사 인자(transcriptional factors)들이 활성화되어 지방산 합성 및 수송을 촉진하고, 이에 따라 트라이글리세라이드 축적이 유도되어 이뤄진다(Rojas 등, 2018; Shie 등, 2020). 또한 이러한 전사 인자의 활성화는 fatty acid-binding protein 및 adipose triglyceride lipase와 같은 지질 대사 조절과 관련된 주요 유전자의 발현 상승을 유도하여 지질 축적을 촉진한다(Rosen과 MacDougald, 2006).

현재 우리나라에서는 비만 치료를 위해 식사, 운동, 행동 수정 요법을 먼저 제안하고 있으며, 약물 요법은 이를 보조하는 역할로 제안하고 있다(Rhee, 2022). 현재 4종의 약물[제니칼(orlistat), 콘트라브(naltrexone-bupropion), 삭센다(liraglutide), 큐시미아(phentermine-topiramate)]이 국내 인증을 받아 사용되고 있지만, 치료제에 의한 두통, 구토, 불면증 등과 같은 안전성 문제는 끊임없이 제기되고 있다(Kakkar와 Dahiya, 2015; Yoo, 2008). 한편, 생활 수준의 질적 향상으로 인해 웰빙(well-being) 및 안전에 대한 소비자들의 관심과 요구가 지속적으로 높아지고 있으며, 이는 안전하게 장기적으로 이용할 수 있는 비만 억제 소재 발굴의 필요성으로 이어지고 있다(Lee 등, 2012). 따라서 장기간 섭취에도 부작용이 적고 생리 활성 효과를 기대할 수 있는 천연 식품 소재의 항비만 연구가 많은 주목을 받고 있다.

무(Raphanus sativus)는 대표적인 십자화과(Brassicaceae) 채소 중 하나로, 우리나라에서는 여러 요리의 주재료로 널리 사용되고 있는 식품 소재이다(Gamba 등, 2021). 십자화과 채소에는 황화합물이자 강력한 항산화 및 항암 물질인 글루코시놀레이트(glucosinolates)라는 성분이 다량 함유되어 있으며, 글루코시놀레이트의 꾸준한 섭취는 간암, 폐암, 위암 등의 암 질환에 효과적이라고 보고된 바 있다(Wu 등, 2023). 이러한 글루코시놀레이트의 생리 활성은 isothiocyanates, thiocyanates 등과 같은 이차 대사물에 의한 것으로 판단되고 있다(Wu 등, 2023). 이 외에도 무에는 페놀성 화합물(phenolics), 플라보노이드(flavonoids), 테르펜(terpenes) 및 테르펜 유도체와 같은 다양한 생리 활성 물질들이 함유되어 있어 항산화, 간 기능, 면역, 고혈압, 장 기능 개선 등 다양한 생리 활성 효과가 기대되고 있다(Gamba 등, 2021; Shin 등, 2015). 일부 연구에서는 무 추출물이 위장병 완화, 간질환 개선 및 콜레스테롤 저하 등에 효과가 있다고 보고되어 대사 장애 완화 천연 소재로 활용이 기대되고 있으나(Gilani와 Ghayur, 2004), 아직 무(R. sativus)에 의한 항비만 효능에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 무 열수 추출물(R. sativus water extract, RSWE)이 고지방식이 유도 마우스 모델과 3T3-L1 지방전구세포 모델에서 지질 축적 및 분화 억제 효과를 평가함으로써 비만 예방 소재로서의 활용 가능성을 평가하고자 하였다.

무 열수 추출물의 제조

실험에 사용된 무 열수 추출물(RSWE)은 한국식품연구원 농산물우수관리 인증(1004899호) 농식품 추출물은행으로부터 제공받아 사용하였다. 무는 이물질을 물로 깨끗하게 세척한 후 건조하였다. 건조된 무는 분쇄하여 중량 20배의 증류수를 넣고 50°C에서 3시간 동안 환류냉각추출법을 통해 2회 반복 추출하였다. 이후 추출물은 여과하여 동결 건조하였으며, -20°C에서 보관하면서 실험에 사용하였다.

동물실험

5주령의 수컷 C57BL/6 마우스(20~22 g)를 오리엔트 바이오에서 구입하여 마우스를 군별 시작 평균 체중이 유사하도록 실험군을 배정하였다. 마우스는 자유롭게 물과 일반 사료를 섭취하도록 하여 1주일간 환경에 적응시킨 후 본 실험에 사용하였다. 본 실험은 동물실험의 윤리를 준수하기 위해 한국식품연구원 동물실험윤리위원회(Institutional Animal Care and Use Committee, IACUC)의 승인(승인번호: KFRI-M-23007)을 받아 진행하였다. 사육 환경은 명암 주기 12시간 기준으로 조절하였으며, 온도는 22±2°C, 습도는 50±5%로 유지하였다. 1주일간의 환경 적응 후 마우스를 정상식이 대조군(normal diet, ND군), 고지방식이 대조군(high fat diet, HFD군), 고지방식이와 무 열수 추출물(RSWE군)을 식이하는 실험군으로 나누었다. 고지방식이는 60% kcal high fat diet(D12492, Research Diets, Inc.)를 사용하였다. RSWE는 음용수에 녹여 경구 투여(100 mg/kg of body weight)하였다. 마우스의 체형 및 체지방량은 InAlyzer(Medikors)를 이용하여 측정하였다.

Adipocyte 크기 측정

적출한 부고환 주변 지방조직은 formalin에 고정 및 탈수하였다. 탈수된 조직은 paraffin 투과 과정을 거쳐 약 3 μm 두께로 박절하였다. 박절한 조직은 hematoxylin과 eosin(H&E)으로 염색하였다. 염색된 지방조직은 카메라가 부착된 광학 현미경으로 촬영한 후 컴퓨터 영상 분석 프로그램인 ImageJ를 활용하여 분석하였다.

3T3-L1 지방전구세포의 분화

실험에 사용된 3T3-L1 preadipocyte는 ATCC(CL-193)에서 분양받았으며, 세포 증식은 10% bovine calf serum이 함유된 Dulbecco’s modified Eagle medium(DMEM)을 이용하였다. 분화 유도 및 성숙 배지로는 10% FBS가 함유된 DMEM(FBS-DMEM)을 사용하였다. Preadipocyte를 24-well plate에 0.5×10⁵ cells/well의 농도로 seeding 한 뒤 세포가 적정 confluent stage에 도달하면 MDI(0.5 mM IBMX, 1 μM dexamethasone, 10 μg/mL insulin)를 첨가한 FBS-DMEM을 사용하여 3일간 분화를 유도하였다. 분화 유도 후 2일 간격으로 2회 insulin만 첨가한 배지로 교환하여 지방세포 내 지방 축적을 유도하였다.

MTT assay를 이용한 세포독성 평가

3T3-L1 세포주의 시료에 대한 세포독성 평가는 MTT 시험법을 사용하였다. 96-Well plate에 1.5×10³ cells/mL의 농도로 세포를 분주하고, 적정 confluence에 도달한 후 실험을 진행하였다. 세포에 시료를 농도별로(0, 10, 20, 50, 100, 200, 400 μg/mL) 처리하였다. 48시간 후 MTT stock 용액(5 mg/mL)을 첨가하여 2시간 동안 반응시켰다. 이후 배지를 제거하고 형성된 MTT formazan을 dimethyl sulfoxide에 20분간 녹인 후 microplate reader를 이용하여 570 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ORO assay를 이용한 지질축적 억제 효능 평가

지질 축적 억제 효과는 Oil-Red-O 시약(Sigma-Aldrich)을 사용하여 확인하였다. 분화된 3T3-L1 세포는 Dulbecco’s phosphate buffered saline으로 세척하고 3.7% paraformaldehyde로 20분간 상온에서 고정했다. 이후 60% isopropyl alcohol(IPA)로 세척한 후 0.2 μm polyvinylidene difluoride 필터를 사용하여 여과한 60% ORO 용액(ORO:H₂O=3:2, v/v)을 가하여 20분간 반응시켰다. 염색 후 잔류한 시약은 증류수로 3회 세척하였고 현미경으로 염색된 세포를 촬영하였다. 염색된 세포는 100% IPA로 녹여 490 nm에서 microplate reader로 흡광도를 측정하였다.

단백질 발현량 측정

단백질 발현은 western blot 방법을 이용하여 확인하였다. 분화된 3T3-L1 세포는 phosphate inhibitor와 protease inhibitor를 혼합한 cell lysis buffer(Cell Signaling Technology, Inc.)를 사용하여 단백질을 추출하고 4°C에서 13,000×g로 15분간 원심분리한 상층액을 분석에 사용하였다. 추출한 단백질의 농도는 BCA assay(iNtron Biotechnology, Inc.)를 사용하여 정량하였으며, 10% SDS-PAGE gel에서 전기영동을 통해 단백질을 분리하였다. 이후 PVDF 멤브레인으로 단백질을 전이시킨 후 blocking buffer를 사용하여 blocking을 실시하였다. 1차 항체는 4°C에서 12시간 이상 반응시켰고, 2차 항체는 상온에서 1시간 동안 반응시켰다. 항체가 결합된 단백질은 Pierce ECL Western Blotting Substrate(Thermo Scientific)를 이용하여 검출하였다.

총 페놀성 화합물 함량 분석

총 페놀성 화합물 함량 분석은 Folin-Ciocalteu 용액을 사용하였으며(Gutfinger, 1981), 표준물질로는 gallic acid를 사용하여 비교 환산하였다. 시료와 표준물질 각각 0.1 mL를 0.1 mL Folin-Ciocalteu 시약과 혼합한 후 5분간 실온에서 반응시켰다. 그 후 1 mL 7% NaCO₃ 용액과 증류수 0.4 mL를 혼합하여 빛이 차단된 상온에서 2시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 혼합액의 흡광도는 microplate reader를 이용하여 760 nm에서 측정하였다. 시료의 건조중량 1 mg당 gallic acid equivalent 함량(μg GAE/mg of dried weight)으로 나타내었다.

총 플라보노이드 화합물 함량 분석

총 플라보노이드 화합물 함량 분석은 선행 문헌(Moreno 등, 2000)을 참고하여 시료 0.1 mL에 diethylene glycol 1 mL와 1N-NaOH 0.1 mL를 첨가하여 혼합하고, 이를 30°C에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료된 후 반응물의 흡광도를 microplate reader를 사용하여 420 nm에서 측정하였다. 표준물질로는 quercetin을 사용하였으며, 이를 이용하여 시료의 측정 결과를 quercetin equivalent 단위(μg QE/mg of dried weight)로 계산하였다.

총 다당류(polysaccharide) 함량 분석

총 다당류 함량 분석은 Phenol-sulfuric acid 법을 사용하여 수행하였다(DuBois 등, 1956). 시료 0.1 mL에 5% phenol 용액을 0.1 mL 첨가하여 혼합하였다. 이후 혼합물에 sulfuric acid 0.5 mL를 0.1 mL 첨가하여 상온에서 10분간 반응을 유도하였다. 반응물의 흡광도는 microplate reader를 이용하여 490 nm에서 측정하였다. 이 흡광도는 시료 내의 다당류 양을 나타내며, 이를 glucose 표준물질을 사용하여 glucose equivalent 단위(μg GE/mg of dried weight)로 계산하였다.

글루코시놀레이트 분석

십자화과 식물에 존재하는 주요 생리활성물질인 글루코시놀레이트 분석은 SCIEX ExionLC와 결합한 Q-TOF 질량분석기(X500R, AB SCIEX)를 사용하여 분석하였다. Hypersil GOLD^TM VANQUISH^TM C18 UHPLC column(2.1 mm×150 mm, 1.9 μm; Thermo Scientific)을 사용하여, electro-spray ionization 방식으로 negative ion MS scan mode에서 분석하였다. 이동상은 용매 A(0.1% formic acid in water) 및 용매 B(0.1% formic acid in methanol)를 사용하였으며, 0.45 mL/min 유속으로 9분간 다음과 같은 조건으로 분석하였다(0~1분, 5.0% B; 1~3분, 5.0~25.0% B; 3~4.8분, 25.0~35.0% B; 4.8~5.8분, 35.0% B; 5.8~6.8분, 35.0~45.0% B; 6.8~7.8분, 45.0% B; 7.8~8.8분, 45.0~60.0% B; 8.8~9.0분, 100.0% B). MS 분석 조건은 mass range 50~1,100 m/z, collision energy -10 V, ion spray voltage: -4,500 V gas temperature 500°C, declustering potential -90 V, curtain gas 30 psi, nebulizing gas 50 psi, drying gas 60 psi의 조건으로 분석하였다. MS/MS 분석은 information dependent acquisition 방법을 사용하여, 주요 물질을 collision energy -30 eV 조건에서 조각화하는 방법으로 분석하였다.

통계 처리

모든 실험 결과는 3회 이상 반복하여 수행하였으며, 평균±표준편차(mean±SD)로 나타내었다. 결과의 통계 처리는 GraphPad Prism(ver 8.0, GraphPad Software)을 사용하였고, 일원 분산분석(one-way ANOVA) 후 실험군 간의 유의성 검정은 Tukey’s multiple range test 또는 두 집단 간 비교는 unpaired two-tailed Student’s t-test를 이용하여 수행하였다.

체중 변화 및 체지방량 변화

RSWE의 항비만 효과를 평가하기 위해 고지방식이로 유도된 비만 마우스를 사용하여 RSWE 섭취 후 체중 변화를 확인하였다. 8주간의 실험 과정에서 체중 변화를 측정한 결과(Fig. 1), ND군에 비해 HFD군에서는 현저히 높은 체중 증가가 관찰되었다. 그러나 HFD군에 RSWE를 투여한 실험군에서는 유의적으로 낮은 체중 증가가 관찰되었다. 특히 HFD 섭취 8주 후의 체중 변화를 비교한 결과, HFD군에서는 16.62±1.08 g의 체중 증가가 관찰되었으나, RSWE군에서는 5.95±2.79 g으로 낮은 증량이 관찰되었다(Fig. 1B). 또한 InAlyzer를 사용하여 측정한 체지방량 결과에서도 ND군(19.69±2.28%) 대비 HFD군(53.14±2.11%)에서는 체지방량이 현저히 증가했지만, RSWE군에서는 유의적으로 낮게 증가한 체지방량(44.13±5.72%)이 관찰되었다.

Fig 1. Anti-obesity effect of Raphanus sativus water extract (RSWE) intake on high fat diet-induced obese mice. Alteration in body weight over 8 weeks (A), weight gain after 8 weeks (B), body image (C), and body fat contents (D) on high fat-induced obese model with or without RSWE intake. All results are express as the mean±SD (n=3). Asterisks (*) indicates a statistical difference compared to only high fat supplementary mice (^*P<0.05, ^**P<0.01, and ^***P<0.001).

조직 무게 변화 및 adipocyte 크기 측정

HFD 유도 8주 후 마우스로부터 획득한 부고환 지방조직(epididymal white adipose tissue; eWAT), 신장 지방조직(perirenal white adipose tissue; pWAT), 간 조직(liver tissue)의 무게를 측정한 결과(Fig. 2), eWAT의 무게는 ND군(0.49±0.25 g) 대비 HFD군(2.17±0.13 g)에서 약 4.43배 증가했지만(Fig. 2A), RSWE군에서는(1.48±0.18 g) HFD군 대비 약 32% 감소하는 경향이 관찰되었다. pWAT에서 ND군(0.16±0.13 g) 대비 HFD군(1.12±0.17 g)에서 약 6.93배 증가한 무게 변화를 나타냈으나, RSWE군(0.78±0.06 g)에서는 HFD군 대비 약 30% 낮은 증량을 나타내었다(Fig. 2B). 간 중량은 ND군(0.97±0.02 g) 대비 HFD군(1.68±0.26 g)에서 약 1.73배 증가하였으나, RSWE군(0.92±0.09 g)에서는 HFD군 대비 약 45% 낮은 증량이 관찰되었다(Fig. 2C). eWAT 내 adipocyte 크기 측정을 위하여 H&E 염색을 수행한 결과(Fig. 2D), ND군(1,524.71±358.25 μm²)에 비해 HFD군(7,177.25±2,736.93 μm²)에서 크기가 약 4.70배 과대해진 지방세포가 관찰되었다. 한편, RSWE군에서는 1,480.00±414.38 μm² 수준으로 관찰되어 HFD에 의한 지방세포 과대화가 약 79% 감소하였다. 이러한 결과들을 종합하여 볼 때 RSWE의 제공은 HFD에 의해 유도되는 체중 증가 및 조직 내 지방 축적을 매우 효과적으로 억제하는 것으로 판단된다.

Fig 2. Effect of Raphanus sativus water extract (RSWE) intake in tissue mass and morphological changes by high fat diet. Alteration in tissue mass of epididymal white adipose tissue (A), perirenal white adipose tissue (B), and liver tissue (C). H&E staining image (D) and adipocyte size (E) of epididymal white adipose tissue on high fat diet-induced obese model with or without RSWE intake. All results are express as the mean±SD (n=3). Asterisks (*) indicates a statistical difference compared to only high fat supplementary mice (^*P<0.05, ^**P<0.01, and ^***P<0.001).

세포독성 평가

고지방식이로 유도된 비만 마우스에서 체중 감소 효능을 나타낸 RSWE의 지방세포 분화 과정에서의 영향을 분자 수준에서 평가하기 위해, 3T3-L1 지방전구세포를 이용한 RSWE의 지방세포 분화 과정 조절 및 지질 축적 억제 효능을 분석하였다.

먼저 3T3-L1 지방전구세포에서 RSWE의 세포독성을 평가한 결과, 48시간 동안 RSWE를 400 μg/mL 수준으로 처리한 실험군에서 어떠한 독성도 관찰되지 않았다(Fig. 3A). 또한, 분화 과정 동안 RSWE를 400 μg/mL 수준까지 농도 의존적으로 노출한 결과, 최고 처리 농도(400 μg/mL) 실험군에서도 90% 이상의 생존율을 보였다(Fig. 3B). 따라서 본 연구에서는 RSWE 처리 실험 농도를 400 μg/mL를 최고 농도로 설정하여 실험을 진행하였다.

Fig 3. Effect of Raphanus sativus water extract (RSWE) on cytotoxicity and lipid accumulation in 3T3-L1 cells. Cell viability of RSWE in 3T3-L1 preadipocytes (A) 3T3-L1 adipocytes (B), cell images by microscopy (C), and lipid accumulation (D) after Oil Red O staining in 3T3-L1 adipocytes with or without RSWE treatment. All results are expressed as the mean±SD (n=3). Asterisks (*) indicates a statistical difference compared to MDI-induced 3T3-L1 differentiated adipocytes (^*P<0.05, ^**P<0.01, and ^***P<0.001).

지질축적 억제 효능 평가

이어, ORO 염색법을 통해 지질 축적 억제 효능을 평가하였다(Fig. 3C, 3D). MDI로 지방세포 분화 및 지질 축적을 유도한 결과 대조군(23.11±0.35%)에 비하여 지방 분화 유도 실험군에서 약 4.3배 지방 축적이 증가하였다. 반면 RSWE를 처리한 지방 분화 세포에서는 효과적으로 지질 축적이 억제되는 것이 관찰되었으며, RSWE 400 μg/mL 처리군(79.73±1.48%)에서는 미처리군 대비 약 20% 수준의 지질 축적 억제 효과를 나타냈다.

지방세포 분화 및 지질축적 관련 단백질 발현

RSWE의 지방세포 분화 및 지질 축적에 관여하는 필수 단백질들의 발현 조절을 western blot 방법을 이용하여 측정하였다(Fig. 4). MDI 처리에 따른 분화 및 지질 축적을 유도한 결과, 분화 과정에서 분화 조절 필수 단백질(PPAR-γ)과 지질 합성 필수 단백질(FASN)의 발현량이 모두 현저히 증가하였다. 반면, RSWE를 처리한 지방 분화 세포에서는 저농도(100 μg/mL) 처리군에서 단백질 발현 억제 효과가 관찰되지 않았지만, 고농도 처리군(200 및 400 μg/mL)에서는 농도 의존적으로 PPAR-γ 및 FASN 단백질 발현을 억제하였다. 이상의 결과로부터 RSWE가 3T3-L1 지방 분화 세포 모델에서 독성을 유발하지 않으면서도 세포의 분화 과정을 조절하고 지질 축적을 억제할 수 있음이 확인되었다.

Fig 4. Effect of Raphanus sativus water extract (RSWE) on adipogenesis-associated protein expression in 3T3-L1 adipocytes. Band images (A), quantification of PPARγ1/2 (B), and FASN (C) by western blot assay in 3T3-L1 adipocytes with or without RSWE treatment. All results are expressed as the mean±SD (n=3). Asterisks (^*) indicates a statistical difference compared to MDI-induced 3T3-L1 differentiated adipocytes (^*P<0.05, ^**P<0.01, and ^***P<0.001). Statistical significance (P value) was determined using unpaired two-tailed Student’s t-test.

주요 화합물 분석

무에는 다양한 페놀성 화합물, 플라보노이드, 테르펜 및 기능성 다당류 등의 다양한 생리활성 물질들이 함유된 것으로 보고되었다(Gamba 등, 2021). 이 중 페놀성 화합물과 플라보노이드는 식물에 존재하는 생리활성을 나타내는 물질로, 대표적인 항비만 소재로 잘 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 RSWE에 함유된 페놀성 화합물, 플라보노이드 및 다당류 함량을 colorimetric 분석법을 통해 분석하였다. 페놀성 화합물 및 플라보노이드 실험 결과에서는 양자 모두 검출되지 않았다(Table 1). 반면 다당류 함량을 분석한 결과에서는 869.55 μg GE/mg dried weight 수준의 함량이 RSWE에 함유되어 있음이 확인되었다.

Table 1 . Total phenolic acid, total flavonoid, and total polysaccharide contents of Raphanus sativus water extract.

	Raphanus sativus water extract
Total phenolic content (μg GAE1)/mg dried weight)	Not detected
Total flavonoid content (μg QE2)/mg dried weight)	Not detected
Total polysaccharide content (μg GE3)/mg dried weight)	869.55±2.45

¹⁾GAE: gallic acid equivalents..

²⁾QE: quercetin equivalents. ³GE: glucose equivalents..

이어, 십자화과 식물의 주요 생리활성 물질로 알려진 글루코시놀레이트 분석을 위하여 LC/MS 분석을 수행하였다(Fig. 5). Based peak chromatogram 상에서 m/z 418.03 fragment ion(m/z 274.99, 259.01, 195.03, 176.02, 96.96, 95.95, 74.99)이 관찰되었으며, 이는 glucoraphasatin(분자량 419.5 g/mol)의 예상 fragment ion과 일치함에 따라 retention time 3.316분의 피크는 글루코시놀레이트 계열의 glucoraphasatin으로 동정 되었다(Ediage 등, 2011).

Fig 5. LC-Q-TOF-MS analysis of Raphanus sativus water extract (RSWE) for the identification of glucosinolate. Based peak chromatogram of RSWE (A) and MS/MS fragment chromatogram for the peak (retention time, 3.316 min) of glucoraphasatin (B) by the LC-Q-TOF-MS system

비만은 체내 지방이 축적됨에 따라 체중 증가의 특성을 나타내며, 단순히 외형상의 문제뿐만 아니라 당뇨 및 고지혈증 등의 대사질환과 수면 중 호흡 장애 등을 야기하여 생활의 질을 급격히 떨어뜨리게 된다(Guglielmi 등, 2023). 따라서 비만에 대한 명확한 기전을 규명하기 위한 연구가 현재까지 매우 활발히 진행되고 있으며, 효과적인 표적 치료제를 개발하기 위해 많은 자원이 투자되고 있다(Kakkar와 Dahiya, 2015). 특히, 천연식품의 꾸준한 섭취가 비만 및 관련 합병증 예방과 관련이 있다는 연구 결과가 보고되고 있어 이에 대한 관심도 지속적으로 증가하고 있다(Shaik 등, 2023). 그중 십자화과 채소류인 갓(Brassica juncea), 브로콜리(Brassica oleracea var. italica) 잎 등은 항비만에 효과적인 것으로 보고되었으며(Lim 등, 2024; Martins 등, 2018; Ranaweera 등, 2022), 이 십자화과 식물에 함유된 글루코시놀레이트, carotenoids, chlorophylls, ascorbic acid, sinigrin, gluconapin, glucobrassicanapin, progoitrin, hydroxycinnamic acids, quercetin 및 kaempferol과 같은 다양한 생리활성 화합물들이 다양한 생리활성 효능을 나타내는 것으로 판단된다. 특히, 십자화과 식물의 항비만 효과를 나타내는 화합물로는 글루코시놀레이트가 보고된 바 있으며, 이는 장내 세균에 의해 isothiocyanate, nitriles 및 indoles 등의 이차 대사물을 생산하여 항비만 효과를 기대하게 한다(Williams 등, 2013; Wu 등, 2023). 최근 브로콜리 잎 추출물의 sulforaphane과 glucoraphanin은 3T3-L1 지방 분화 세포에서 triglyceride의 생성을 효과적으로 억제할 뿐만 아니라, 비만 마우스의 지방 조직 내 AMPK 기전의 활성화를 통해 지방 세포의 크기를 효과적으로 감소시키는 것으로 보고되었다(Ranaweera 등, 2022). 또한 무청(radish green) 추출물은 고지방식이로 유도된 비만 마우스에서 효과적인 체중감소 효과를 나타냈으며, 이는 간 조직과 지방조직 내 지질대사 관련 단백질들의 발현 조절에 의한 것으로 확인되었다(Oh 등, 2022). 이러한 결과들을 종합하여 볼 때 RSWE의 항비만 효과는 본 연구에서 확인되지 못한 다양한 생리활성 화합물들이 관여하여 나타났을 것으로 생각된다. 따라서 앞으로 추가 연구를 통해 RSWE에 함유된 다양한 생리활성 화합물들의 성분 연구와 이들의 생리활성 기전을 규명한다면 RSWE의 항비만 효과를 더욱 효과적으로 활용할 수 있을 것이다.

지방전구세포가 지방세포로 분화하는 과정은 다양한 전사인자 및 단백질 등이 관여한다(Kopchick 등, 2020). 특히 PPAR-γ, C/EBPα 및 SREBP-1 등은 지방 분화 과정에 관여하는 중요한 전사인자이며, 이 중 PPAR-γ는 지방 분화 과정을 먼저 조절할 뿐만 아니라 지방세포 분화 상태를 유지하는 기전에도 매우 중요한 역할을 수행한다(Park 등, 2014). 지방 분화 세포는 인슐린에 지속적으로 노출되면 PPAR-γ 단백질이 활성화되어 FASN을 포함한 지질합성 인자들의 전사 및 단백질 수준에서 발현을 증가시켜 지방세포 내 중성지방의 축적을 유도한다(Oger 등, 2014). 이러한 이유로 천연식품 기반 항비만 효능 분석에서 PPAR-γ의 발현 감소 여부는 매우 중요한 활성 지표로 활용되고 있다(Ahn 등, 2007). 특히 식약처에서는 ‘체지방 감소에 도움을 줄 수 있는 건강기능식품 소재’로써 우뭇가사리 추출물을 지방 분화와 관련된 주요 유전자인 PPAR-γ 및 지방 합성과 관련된 유전자의 발현 억제 기전을 통하여 비만 환자의 체지방 개선 및 체중 감소에 도움을 줄 수 있는 기능성 소재로 인정한 바 있다(Ahn 등, 2007; Choi 등, 2018). 따라서 RSWE의 PPAR-γ 및 FASN의 발현 억제를 통한 지방분화세포의 지질 합성 및 축적 억제 효과는 잠재적으로 항비만 소재 개발을 위한 중요한 기초자료라 판단된다.

기존 연구에 따르면 천연물 유래 다당류가 고지방식이로 유도된 비만 모델에서 체중 감량에 효과적이라는 다양한 연구 결과들이 보고된 바 있다(Tang 등, 2023; Zhu 등, 2018). 특히 무청 열수 추출물 유래의 다당류는 고지방식이로 유도된 비만 마우스의 장내 미생물 균총을 개선하여 장 기능을 향상시키고, 이는 지방 조직의 지방 합성 및 축적을 억제하는 것으로 보고되었다(Do 등, 2021). 또한, 무 열수 추출물 유래의 3~10 kDa 수준의 다당류 분획물은 장 기능 개선 효과가 더욱 뛰어나다는 연구 결과도 있다(Baik 등, 2004).

글루코시놀레이트는 십자화과 식물의 대표적인 2차 대사산물로서, 구조적으로 황산염을 포함하는 β-D-glucoside를 지니고 있다(Ishida 등, 2014). 십자화과 채소는 종류에 따라 다양한 글루코시놀레이트를 함유한 것으로 알려져 있다(Hwang, 2010). 특히 다량의 글루코시놀레이트(β-carotene, glucoraphanin, glucoraphenin)를 함유하는 콜라비는 3T3-L1 지방분화 세포 모델에서 지방세포 분화를 억제하는 것으로 보고되었다(Lee 등, 2014). 또한, 글루코시놀레이트 고함유 갓(Brassica juncea L.) 잎 추출물은 고지방 식이로 유도된 비만 쥐(rat) 모델에서 지방 및 간 조직 내 지방 축적을 효과적으로 억제하였다(Lee 등, 2018). 본 연구에서 동정된 glucoraphasatin은 무(R. sativus)의 전체 글루코시놀레이트 중 80% 이상을 차지하는 대표적인 화합물로 분석되었다(Ishida 등, 2014). 비록 비만과의 직접적인 관련 연구는 아직 보고된 바 없지만, in vitro 모델에서 glucoraphasatin의 활성산소종 및 콜레스테롤 합성 억제 효과가 보고되어 비만 모델에서 잠재적인 활성이 기대되고 있다(Castro-Torres 등, 2014). 따라서 RSWE의 항비만 효과는 기능성 다당류 및 glucoraphasatin을 포함한 글루코시놀레이트에 기인한다고 판단할 수 있다. 그러나 보다 명확한 활성 기전을 파악하기 위해서는 단일 화합물 수준에서 추가적인 분석이 필요할 것이다.

본 연구에서는 3T3-L1 지방세포와 고지방 식이 유발 비만 마우스 모델을 이용하여 무 열수 추출물(RSWE)의 항비만 효과를 평가하였다. 고지방 식이 비만 마우스 모델에서 8주간 RSWE를 섭취한 결과, 체중 증가와 지방 축적이 효과적으로 예방되었다. 특히, RSWE 섭취 군에서는 백색 지방 조직의 지방세포 크기가 유의하게 감소하였다. 또한 RSWE 처리는 3T3-L1 지방세포의 지질 축적을 효과적으로 억제하였다. RSWE의 지질 축적 억제 효과는 PPAR-γ 및 FASN을 포함한 지방 생성 관련 단백질 발현의 하향 조절과 밀접한 관련이 있었다. 또한 RSWE는 다량의 기능성 다당류를 함유하고 있으며, glucoraphasatin을 포함하고 있다는 분석 결과를 제시하였다. 이러한 연구 결과는 다양한 생리 활성 화합물을 함유한 RSWE가 항비만 치료를 위한 잠재적인 천연 소재로서의 활용 가능성을 시사하며, 이는 천연 항비만 치료제 개발에 중요한 기초 자료가 될 수 있다.

본 연구는 한국식품연구원 사업연구비(과제번호: E0210601-04)의 지원을 받아 수행한 연구 결과로 이에 감사드립니다.