Acute toxicological analysis and anti-inflammatory effect of turanose or leucrose in vivo and in vitro

Abstract

튜라노스와 류크로스는 설탕의 이성질체로써 꿀과 같은 식품에 자연적으로 존재하는 이당류다. 튜라노스와 류크로스는 충치를 유발하지 않는 기능성 당류로 알려져 있는데, 정확한 열량은 알려져 있지 않으나 사람의 장내에서 설탕에 비해 천천히 그러나 완전히 분해되고 흡수되는 것으로 추정된다. 두 물질 모두 설탕에 비해 약 반 정도의 단맛을 지닌다고 알려져 있다. 현재까지 류크로스의 경우 쥐 (rat)에서 만성독성 시험이 시행된 적 있으나, 용량 10 g/kg b.w.을 적용한 급성 경구 독성 시험은 실시된 적이 없다. 이번 연구에서는, ICR 마우스 암수 각 5마리를 이용하여 단회 경구 투여를 실시하였으며, 경구 투여한 당일로부터 14일간 임상증상을 관찰하고 몸무게와 식이 및 식수 섭취를 기록한 후 희생하였다. 두 물질 모두에서 실험동물의 사망은 관찰되지 않았으며, 따라서 반수치사량 (LD50)은 두 물질 모두에서 10 g/kg b.w. 이상으로 계산되었다. 혈액분석결과 튜라노스에서는 유의적인 항목들이 관찰되었으나 독성 반응과는 무관하다고 판단하였다. 류크로스에서는 암컷 폐의 무게가 대조군보다 유의적으로 큰 차이를 보였기 때문에 추가적인 장기의 조직 병리학적 검사가 필요하다 판단하였다. 독성 시험이 완료된 후, 튜라노스와 류크로스의 항염증 기능을 확인하기 위한 실험을 in vitro 상에서 실시하였다. 염증 실험에 널리 사용되는 Raw 264.7 세포를 이용하였고, LPS로 세포를 자극하였다. 세포 성장 주 영양원인 포도당을 튜라노스 또는 류크로스로 대체했을 때 나타나는 세포 생존율과 염증 감소 효과를 측정하였다. 튜라노스는 세포 성장에 영향을 미치지 않으면서 염증 감소 효과를 나타낸 반면, 류크로스는 포도당을 대체했을 때 세포가 제대로 성장하지 않았다. 이는 세포 성장 주기를 측정하는 방법을 통하여 독성 때문이 아니라 단지 세포가 류크로스는 성장원으로 이용하지 못하기 때문인 것으로 판단하였다. 염증의 감소 효과를 볼 수 있는 nitric oxide (NO)의 생성이 튜라노스 혹은 류크로스로의 대체 비율이 높을수록 감소하였다. 또한 염증이 유도되면 발현이 증가하는 iNOS와 COX-2 단백질의 발현이 모두 감소하는 것을 확인하였고, 대식세포가 면역 반응을 활성화 시킬 때 증가하는 면역 사이토카인의 일종인 interleukin (IL)-1β와 IL-18의 mRNA 발현이 용량 반응 단계에 따라 감소하는 것을 발견하였다. 두 물질 모두 같은 결과를 확인했지만, 류크로스의 경우 세포 수 자체가 대조군과 달라 객관적인 판단이 어려우므로 해석에 주의가 요구된다. 튜라노스는 정확한 대사과정이 알려져 있지 않지만 팔라티노스와 류크로스의 알려진 대사과정을 참고했을 때, 완전히 흡수된다 가정되므로 분해되지 않은 상태에서 세포에 적용한 실험을 해석하는 데 주의가 요구되고, 보다 정확한 물질 파악을 위한 탄수화물 부하 실험 혹은 방사성 동위원소를 통한 in vivo 연구가 수행되면 보다 정확한 해석이 가능해질 것으로 보인다.;Turanose, an isomer of sucrose (α-D glucopyranosyl-(1→3)-α-D-fructopyranose), is a substance naturally existing in honey. Leucrose is an isomer of sucrose (5-O-α-D-glucopyranosyl-D-fructose) known to be enzymatically hydrolyzed into glucose and fructose in human, rats, and dogs. The acute toxicity of turanose and leucrose was evaluated following single oral administration to male and female ICR mice (n=5 per group) at a single dose of 10 g/kg b.w. No abnormal behavior, adverse effects, and mortality were found by turanose or leucrose during 14 d in all mice. LD50 was calculated as greater than 10 g/kg b.w for both turanose and leucrose. There was no body weight change, and food and water consumption. In leucrose, the average weight of lung in female test group was significantly higher than female control group. These results suggested that turanose has no acute toxicity in ICR mice. But, further examinations, chronic oral toxicity test and histopathological analysis of lung in females with oral leucrose administration, are recommended. The objective of the second study was to investigate the anti-inflammatory effect of turanose and leucrose Lipopolysaccharide (LPS)-stimulated Raw 264.7 cells for 24 h were used in this study. Total glucose concentration (25 mM) was substituted to turanose by 50% (T50), 75% (T75), and 100% (T100), and to leucrose by 25% (L25), 50% (L50), 75% (L75), and 100% (L100), respectively, in the cell media. The cell viability was not affected by turanose, but significantly decreased in leucrose treated groups L75 and L100 compared to glucose control group. This result was reconfirmed by cell cycle analysis, and the cell growth arrest by leucrose was discovered. Nitric oxide (NO) production, the protein expression levels of iNOS and COX-2, and the mRNA levels in IL-1β and IL-18 significantly decreased in turanose or leucrose treated groups compared to glucose control group. These results showed that turanose exerts anti-inflammatory effect in in vitro, but the effect from leucrose should be studied in future and further study related to anti-inflammatory effect is recommended in vivo.