포도의 섭취가 카드뮴을 공급받은 흰쥐의 노화과정중 항산화능과 항혈전능에 미치는 영향

Abstract

In this study, the freeze-dried powders from whole grape, pomace and juice of Campbell Early(Vitis labruscana Bailey) were prepared to determine the amount of total flavonoids, vitamins A, C, and E, and dietary fibers. The experiment I(Exp I) was performed to see the age-related changes of antioxidative and antithrombogenic capacity in 4, 8, 12, 16, 20, and 24 months old Sprague-Dawley male rats. Peroxidized lipid(thiobar- bituric acid reactive substances, TBARS) concentrations in plasma and liver, the antioxidant enzyme activities in erythrocyte and liver, degree of oxidative DNA damage(8-hydroxy-2 -deoxyguanosine, 8OHdG) in kidney, and eicosanoid contents in plasma were measured. In the experiment II(Exp II), effects of whole grape, pomace, or juice intakes on antioxidative and antithrombogenic capacity were investigated in Sprague-Dawley male rats. Total of 120 rats of 13 months old and weighing 549±4 g were blocked into 8 groups according to body weight and raised for 3, 5, or 7 months with diets containing 2%(w/w) dry powders of three different parts of grapes and 0.02%(w/w) CdCl_2. Contents of flavonoids, antioxidant vitamins A and E, and dietary fibers in freeze-dried powder were highest in grape pomace, but vitamin C content was similar among three powders. In Exp I, both body weight(BW) and epididymal fat pad(EFP) weight per BW increased with age until 16 month and then decreased slightly from 20 to 24 months. However, liver, kidney and spleen weights per BW decreased with age. TBARS levels in plasma and liver were shown to increase with age, and were lowest in 4 months old group and highest in 24 months old group. Superoxide dismutase(SOD) activitiy in erythrocyte increased with age, catalase activitiy in erythrocyte increased from 4 to 16 month and then decreased from 20 to 24 month, and glutathione peroxidase(GSH-px) activity in erythrocyte showed no age-related change. Liver SOD activity decreased with age, remarkably from 16 to 20 month but catalase and GSH-px activities in liver showed no significant changes. Concentrations of 8OHdG in kidney increased with age, slightly from 4 to 16 month and then markedly from 16 to 24 month. Plasma thromboxane B_2(TXB_2) and 6-keto-prostaglandin F_1α(6-keto- PGF_1α) contents did not change with age, but the ratio of TXB_2/6-keto -PGF_1α increased with age, especially from 8 to 12 month. In Exp II, rate of BW change was not influenced by both grape intake and age but influenced by Cd administration, and generally Cd-groups generally showed negative rates. Food intake slightly decreased with age but was not influenced by both grape intake and Cd administration. Organ and tissue weights per BW were significantly different between Cd and non-Cd group. Liver, kidney, and spleen weights of Cd groups were higher than non-Cd groups but EFP weight was just the opposite. Only the liver weight was affected by grape intake, and three of Cd+grape groups were higher than other groups. Spleen and EFP weights were affected significantly by age, and spleen weight increased with age but EFP weight was the highest in 18 months old groups. In all the 16, 18, and 20 months old animals, plasma TBARS level in grape-containing groups was lower than control and animals with same age in Exp I, and plasma TBARS level in Cd groups was higher than non-Cd groups. However, Cd+grape groups were lower than Cd-control group and Cd+grape pomace group showed similar level with non-Cd control group. Liver TBARS level of grape-containing groups was lower than control and especially that of grape pomace group was lowest among groups. Cadmium administration increased liver TBARS level remarkably, however, Cd+grape groups were lower than Cd-control group. Erythrocyte SOD activitiy of 18 and 20 months old rats was higher than 16 month, showing age-related increase. Grape diets promoted SOD activity, and among three parts grape pomace increased most remarkably among three parts of grape and Cd decreased SOD activity, however Cd+grape groups showed similar SOD activity with non-Cd control group. Erythrocyte catalase activity in grape groups was higher than control group, and Cd groups tended to be lower than non-Cd groups. Erythrocyte GSH-px activity decreased with age, in all three age groups, grape diets increased GSH-px activitiy and Cd decreased activity but Cd+pomace group recovered the activity to the similar level of non-Cd control group. Liver SOD activity decreased with age, increased with grape intake, but did not change by Cd administration. Liver catalase activity of 18 months old rats was higher than 16 and 20 months old groups, and grape intake increased the activity and Cd decreased the activity. Liver GSH-px activity of 16 and 18 months old groups was similar but that of 20 months old groups decreased remarkably, more significantly with Cd administration. However, Cd+grape pomace group recovered to the similar level of non-Cd control group. Concentration of kidney 8OHdG in 18 and 20 months old rats was higher than 16 months old groups, and grape intakes showed protecting effect of DNA from age-related or Cd-induced oxidative damage. Plasma TXB_2 concentration showed age-related increase but was not influenced by both grape intake and Cd administration. Plasma 6-keto-PGF_1α concentration showed no significant change with grape intake, Cd administration, and age. The ratio of TXB_2/6-keto-PGF_1α in 16 months old rats was significantly different between Cd and non-Cd groups. It was thought from theses data that grape did not affect on the age-related increase of plasma TXB_2 in vivo. In conclusion, grape intakes, especially grape pomace with highest contents of flavonoids, β-carotene, tocopherols and dietary fibers among three parts, showed the prominent antioxidative capacity of inhibiting age- related or Cd-induced increase of lipid peroxidation and DNA damage effectively, promoting liver and erythrocyte antioxidant enzyme activities. ; 본 연구에서는 국내산 Campbell Early(Vitis labruscana Bailey) 품종 포도의 부위별(총포도, 포도박, 그리고 포도즙) 항산화 성분들의 함량을 분석하였다. 실험 I에서는 생후 4, 8, 12, 16, 20, 24개월 된 Sprague-Dawley종 수컷 흰쥐를 각 월령당 7마리씩 총 42마리를 희생하여 혈장과 간의 과산화 지질 함량, 적혈구와 간의 항산화계 효소활성, 신장조직의 DNA 손상정도를 측정하여 노화과정중의 항산화능의 변화를 알아보았고 혈장 eicosanoids 함량을 측정하여 항혈전능의 변화를 파악하고자 하였다. 또한 실험 II에서는 포도식이와 카드뮴 공급 여부가 항산화능과 항혈전능의 변화에 미치는 영향을 알아보고자 평균체중이 549±4 g인 생후 1년이 지난 Sprague-Dawley종 수컷 흰쥐 120마리를 카드뮴 공급여부와 포도시료의 부위별로 나누고, 이를 다시 희생시기(생후 16, 18, 20개월)에 따라 세 군으로 나누어 총 7개월간 사육하였다. 실험 II의 포도시료들은 동결 건조한 것으로 실험식이에 2% 수준으로 첨가하였고, 카드뮴은 CdCl_2의 형태로 식이내 0.02% 수준으로 첨가하였다. 동결 건조된 시료 분말 1 g에 들어있는 총 flavonoids, β-carotene, toco- pherols 및 식이섬유소의 함량은 포도박 시료내의 함량이 각각 6 ㎎, 13 ㎍, 138 α-TE ㎍, 324 ㎎으로 총포도나 포도즙 시료보다 월등히 높았고, 그 다음은 총포도의 순이었다. 한편 비타민 C는 세가지 시료에서 서로 비슷한 수준(0.5∼0.6 ㎎)으로 함유되어 있어서 결국 포도껍질과 씨가 농축되어 있는 포도박 시료내에 가장 많은 항산화 성분이 존재하는 것으로 나타났다. 실험 I에서 흰쥐의 체중과 단위체중당 부고환지방의 무게는 가령에 따라증가하는 경향을 보이다가 20∼24개월에서 약간 감소하였고, 단위체중당 간과 신장, 비장의 무게는 연령이 증가함에 따라 감소하였다. 항산화능의 변화를 살펴보면, 혈장과 간의 과산화지질 수준은 4개월에서 가장 낮았다가 가령에 따라 증가하여 24개월에서 최고치를 보이는데, 혈장의 지질 과산화물 함량은 12∼16개월 사이에, 간의 경우는 16∼20개월 사이에 가장 큰 폭으로 증가하였다. 적혈구 superoxide dismutase(SOD) 활성은 4개월에서 가장 낮았고 24개월에서 가장 높게 나타나 가령에 따라 증가하였고, 적혈구 catalase 활성은 4∼16개월까지 증가하다가 20, 24개월에서 저하되었으며, glutathione peroxidase(GSH-px)는 가령에 따른 변화를 보이지 않았다. 한편, 간의 SOD 활성은 가령에 따라 감소하였는데, 특히 16∼20개월 사이에 가장 큰 폭으로 감소하였고, 간 catalase나 GSH-px 활성은 가령에 따른 변화가 없었다. 신장 조직내 DNA 손상의 지표인 8-hydroxy-2 -deoxyguanosine(8OH dG)의 농도는 4∼16개월까지는 완만하게 증가하다가 20, 24개월에서 큰 폭으로 증가되어 가령에 따른 증가 경향이 뚜렷하였다. 항혈전능의 변화를 보면, 혈장내 thromboxane B_2(TXB_2)와 6-keto- prostaglandin F_1α(6-keto-PGF_1α)의 함량은 가령에 따른 변화가 보이지 않았으나 TXB_2/6-keto-PGF_1α의 비율은 가령에 따라 증가하였는데, 특히 8∼12개월 사이의 증가폭이 가장 컸다. 실험 II의 16, 18, 20월령 모두에서 체중 변화율은 포도식이나 가령에 의한 영향이 없었고, 카드뮴을 공급받지 않은 군에서는 양의 체중 변화율이, 카드뮴을 섭취한 군들에서는 대부분 음의 체중 변화율이 나타났다. 한편 식이섭취량은 가령에 따라 감소하는 경향을 보였으나, 포도식이나 카드뮴 공급여부에는 영향을 받지 않았다. 단위체중당 간, 신장, 비장 무게의 경우 카드뮴 공급시 카드뮴 비공급시에 비하여 증가하였고, 부고환 지방의 무게는 정반대의 경향을 나타냈다. 포도식이에 의한 영향은 간에서만 있어서 카드뮴과 포도시료를 동시에 섭취시켰을 때 단위체중당 간의 무게가 크게 증가하였다. 한편 단위체중당 비장의 무게는 가령과 함께 증가하였으나, 부고환 지방은 18월령에서 가장 높았다가 20월령에서 감소하였다. 실험 II에서 항산화능의 변화를 살펴보면, 16, 18, 20월령 모두 포도식이 섭취군들의 혈장 지질 과산화물 함량은 대조군 및 실험 I의 같은 월령에 비하여 낮게 나타나, 포도내 항산화 성분들이 지질 과산화를 효과적으로 억제하였던 것으로 여겨진다. 카드뮴 공급시 비카드뮴군들과 비교하여 지질 과산화물 함량이 높았는데, 카드뮴과 포도시료를 동시에 섭취한 군들에서는 카드뮴-대조군에 비하여 낮은 수준이었고, 특히 카드뮴-포도박 실험군은 비카드뮴-대조군 수준으로 저하되는 등 포도가 카드뮴으로 인한 혈장의 지질 과산화물 축적을 효과적으로 억제하였다. 세 월령 모두에서 포도시료를 섭취한 군들의 간 지질 과산화물 함량은 대조군에 비하여 낮았는데, 특히 포도박 실험군이 가장 낮았다. 한편, 카드뮴의 공급은 간내 지질 과산화물 함량을 크게 증가시켰고, 특히 18, 20월령의 카드뮴군들의 함량은 실험 I의 20∼24월령보다 높았다. 적혈구의 SOD 활성은 16월령보다 18, 20월령이 높은 활성을 나타내어 가령에 따른 증가를 보여주었고, 포도식이 섭취시 활성이 증진되었는데, 특히 포도박군의 SOD 활성이 가장 높게 나타나 항산화 성분이 많은 포도시료의 섭취가 일차적 항산화 효소인 적혈구 SOD 활성 증가에 크게 기여한 것으로 보인다. 또한 카드뮴 공급으로 적혈구 SOD 활성이 감소하였으나, 카드뮴과 포도시료를 동시에 섭취시킨 경우에는 비카드뮴-대조군과 비슷하거나 더 높은 수준으로 SOD 활성이 회복되었다. 적혈구 catalase 활성은 포도식이 실험군들에서 대조군보다 높았고, 카드뮴군들에서 비카드뮴군에 비해 낮은 경향을 보였다. 적혈구 GSH-px의 활성은 가령에 따라 감소하였고, 세 월령 모두에서 포도시료의 섭취로 활성이 증가하였으며, 카드뮴 공급으로 감소되었으나, 카드뮴-포도박군에서는 비카드뮴-대조군과 비슷한 수준으로 활성이 회복되었다. 간의 SOD 활성은 가령에 의한 감소가 나타났고, 각 월령군 내에서 유의적인 차이는 없었지만 전반적으로 포도시료 섭취시 대조군에 비해 높은 활성을 보였으며, 카드뮴 공급에 따른 변화는 없었다. 간내 catalase 활성은 16, 20월령에서보다 18월령에서 더 높은 수준을 나타냈고, 포도시료를 섭취한 군들에서 활성이 증가하였고, 카드뮴 공급시 활성이 감소하였다. 간내 GSH-px 활성은 16, 18월령간에는 서로 비슷하였으나 20월령에 이르러 감소하였는데, 카드뮴 공급시 더욱 현저히 감소하였고, 카드뮴-포도박군에서는 비카드뮴-대조군 수준으로 활성이 회복되었다. 신장조직의 DNA내 8OHdG의 농도는 16월령에서보다 18, 20월령에서 더 높은 수준이었으며, 포도식이의 섭취시 DNA 손상에 대한 보호적 기능을 수행하여 카드뮴 공급여부에 관계없이 신장 조직내 8OHdG의 축적을 유의적으로 감소시켰는데, 특히 포도박군들에서 가장 크게 감소하였다. 실험 II의 항혈전능의 변화를 보면, 혈장내 eicosanoids의 함량은 TXB_2의 함량이 16월령에서보다 18, 20월령으로 갈수록 증가하는 양상을 보였으며, 포도식이나 카드뮴에 의한 유의적 영향은 나타나지 않았다. 한편 혈장 6-keto- PGF_1α의 함량은 가령, 포도식이, 카드뮴에 의한 영향을 전혀 받지 않았고, TXB_2/6-keto-PGF_1α의 비율은 16월령군들에서만 카드뮴으로 인한 차이가 유의적이어서 카드뮴 공급으로 TXB_2/6-keto-PGF_1α의 비율이 증가하였다. 따라서 포도식이는 in vivo에서 가령으로 인한 TXB_2의 증가를 효과적으로 억제하지 못한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합해 보면 세 가지 포도시료 중 항산화 성분 함량이 가장 높게 나타난 포도박을 섭취시켰을 경우에 혈장과 간내 지질 과산화 및 신장 조직의 DNA 손상이 현저히 억제되었고, 적혈구 및 간내 항산화 효소 활성이 크게 증진되었다. 또한 포도시료의 섭취는 항산화 효소계의 활성을 증진시킴으로써 가령과 카드뮴 공급시에 발생하는 지질 과산화물의 함량 증가와 DNA 손상을 효과적으로 억제시켰다. 이와 같이 포도식이 특히 포도박은 뛰어난 항산화 효과를 가지며, 세포 및 DNA 손상을 막아 노화나 각종 노인성 질환의 발생을 지연시키는데 상당히 효과적일 것으로 기대된다.