Neurotrophic, Cytoprotective, and Anti-inflammatory Effects of St. John's Wort Extract on Differentiated Mouse Hippocampal HT-22 Neurons (2018)

https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00955

 

해당 논문은 세인트 존스 워트가 중추 신경계에 긍정적인 영향을 줄 수 있는지를 검토한 연구이며, 특히 우울증 관련 치료에서의 가능성을 탐색했다.

세인트 존스 워트는 오랜 기간 동안 정신 건강과 신경 장애 치료에 사용되어 왔다. 본 연구에서는 세인트 존스 워트 추출물(STW3-VI)이 신경세포의 성장, 보호 및 염증 억제에 미치는 영향을 마우스 해마 신경세포(HT-22) 모델에서 확인하였다. 우울증은 주로 글루타메이트 대사와 관련이 있는데, 과도한 글루타메이트는 세포 독성을 유발하여 신경세포 손상에 기여할 수 있다.

 

주요 결과 요약

1. 신경영양 효과 및 신경가소성 촉진

STW3-VI는 신경세포의 성장과 분화를 촉진하는 신경영양 효과를 보였다. 구체적으로, STW3-VI를 48시간 동안 처리한 결과 마우스 해마 신경세포(HT-22)에서 가지돌기(neurite) 형성이 25% 증가했다. 이는 신경가소성을 향상시키는 중요한 지표로, 세포가 외부 자극에 적응하고 새로운 연결을 형성하는 능력이 증가했음을 시사한다. 이 신경가소성 촉진 효과는 우울증과 같은 정신 건강 문제에 중요한 역할을 할 수 있다. 우울증의 주요 원인 중 하나는 신경세포 간의 연결성과 가소성 저하인데, STW3-VI가 이를 개선할 수 있는 가능성을 보여준다.

2. 글루타메이트와 NMDA에 의한 세포 독성 보호

• 글루타메이트 독성: 글루타메이트는 중추 신경계의 주요 흥분성 신경전달물질로, 과도하게 축적될 경우 세포 독성을 유발하여 신경세포 손상 및 사망을 초래할 수 있다. 연구에서 STW3-VI는 글루타메이트에 노출된 신경세포의 생존율을 유의미하게 증가시키며 보호 효과를 보였다. 0.1mM 농도의 글루타메이트에 의해 신경세포의 생존율이 약 30.6% 감소했으나, STW3-VI를 10µg/ml 농도로 사전 처리한 세포는 생존율이 25% 회복되었다.

• NMDA 독성: NMDA(N-메틸-D-아스파르트산) 수용체 과활성화도 신경독성을 유발할 수 있으며, 이는 많은 신경 퇴행성 질환의 병리적 요인이다. STW3-VI는 NMDA에 의해 손상된 세포의 생존율을 약 50%까지 회복시켜, NMDA 수용체 과활성화에 의한 신경독성으로부터 보호하는 효과를 확인했다.

3. 항산화 효과: 글루타치온(GSH) 수준 회복

세포 내에서 항산화제로 작용하는 글루타치온(GSH)은 산화 스트레스를 완화하는 중요한 역할을 한다. 글루타메이트에 의해 유발된 산화 스트레스는 세포 내 GSH 수준을 크게 감소시키지만, STW3-VI를 사전 처리한 세포에서는 GSH 수준이 2.3배 증가하여 산화 스트레스에 대한 방어력이 높아졌다. 이는 STW3-VI가 산화적 손상을 줄이고 세포의 항산화 방어 메커니즘을 강화할 수 있음을 보여준다.

4. 항염증 효과

• TNF-a 억제: LPS(리포다당류)로 활성화된 인간 대식세포(THP-1 세포)에서 STW3-VI는 염증성 사이토카인인 TNF-a의 분비를 억제하는 효과를 보였다. 0.01µg/ml의 LPS에 의해 TNF-a 분비가 90.9배 증가했으나, STW3-VI를 24시간 전처리한 세포에서는 TNF-a 분비가 최대 53.8% 감소했다. 48시간 전처리 시 TNF-a 분비 억제 효과는 더 높아져 최대 64.8% 감소했다.

• IL-6 억제: 염증성 사이토카인인 IL-6의 발현도 STW3-VI에 의해 억제되었다. LPS로 활성화된 대식세포에서 IL-6 발현이 111.9배 증가했으나, STW3-VI로 처리한 세포는 IL-6 발현이 절반 이하로 감소했다. 이는 STW3-VI가 염증 반응을 억제하고 면역 체계를 안정화하는 데 기여할 수 있음을 보여준다.

 

연구 방법

1. 세인트존스워트 추출물(STW3-VI)

   • 출처: 독일 Steigerwald Arzneimittelwerk GmbH에서 제공한 세인트 존스 워트 추출물(STW3-VI) 사용
   • 성분 특성: 하이퍼포린, 플라보노이드 등 항우울 작용과 항염증 작용이 있는 주요 성분을 함유
   • 농도 설정: 0.1, 0.5, 1.0µg/ml의 다양한 농도로 신경세포에 처리하여 효과를 분석

2. 세포 배양 및 분화

   • 사용 세포주: 마우스 해마 신경세포(HT-22)
   • 배양 조건: Dulbecco's Modified Eagle Medium(DMEM)에서 10% FBS, 항생제를 첨가하여 배양
   • 분화 과정: 24시간 배양 후 신경성장 인자(NGF-β)와 cAMP 등을 이용해 48시간 동안 분화 유도

3. 신경영양 효과 측정

   • 가지돌기(neurite) 형성 평가: 세포 분화 후 가지돌기의 수와 길이를 측정하여 신경가소성에 대한 영향을 분석
   • 세포 보호 효과 평가
     • 글루타메이트와 NMDA 처리: 신경세포에 글루타메이트 및 NMDA를 다양한 농도로 처리하여 세포 독성을 유발
     • 세포 생존율 측정: PrestoBlueTM 시약을 사용하여 세포 생존율을 평가하고, STW3-VI가 독성으로부터 보호하는 정도 분석

4. 항산화 효과 분석

   • 글루타치온(GSH) 측정: 세포 내 항산화 방어 기작을 평가하기 위해 Glutathione(GSH) 함량을 측정
   • 처리 조건: 글루타메이트 및 NMDA 처리 전후에 STW3-VI로 사전 처리하여 GSH 수준 변화를 비교

5. 항염증 효과 평가

   • LPS 활성화 인간 대식세포(THP-1) 모델 사용: 염증 유발물질인 LPS로 대식세포를 활성화하여 염증 반응 유도
   • 사이토카인 측정: TNF-a와 IL-6의 발현을 ELISA 및 qRT-PCR로 측정하여 STW3-VI의 항염증 효과를 평가
   • TLR4 경로 활성 억제 실험: LPS-RS를 통해 TLR4 특이적 경로 억제 효과를 검증

 

 

그래프 설명

1. Neurite Outgrowth with STW3-VI Treatment

• 신경 가지돌기(neurite) 형성은 신경세포의 성장과 연결을 보여주는 중요한 지표이다.  STW3-VI 처리로 신경세포의 가지돌기 형성이 얼마나 증가했는지를 보여준다.

• Control 그룹에 비해, STW3-VI 처리 후 48시간 동안 신경세포의 가지돌기 형성이 25% 증가했다. 이는 STW3-VI가 신경세포 간 연결을 촉진하고, 신경가소성(neuroplasticity)을 향상시킬 수 있음을 나타낸다. 신경가소성의 증가는 우울증 및 기타 신경정신질환의 치료에 긍정적인 역할을 할 수 있다.

2. Cell Viability under Glutamate Toxicity

• 글루타메이트는 과도하게 축적되면 신경세포에 독성을 유발하여 세포 생존율을 감소시킨다. STW3-VI가 글루타메이트에 의해 감소된 세포 생존율을 회복시키는 효과를 보여준다.

• Glutamate 그룹에서 세포 생존율은 약 69.4%로 크게 감소했지만, STW3-VI 처리를 통해 생존율이 94.4%로 증가했다. 이는 STW3-VI가 글루타메이트 독성으로부터 신경세포를 보호하는 능력이 있음을 시사하며, 신경세포 손상을 방지하여 뇌 건강에 긍정적인 영향을 줄 수 있다.

3. Cell Viability under NMDA Toxicity

• NMDA(N-메틸-D-아스파르트산) 수용체는 과도하게 활성화될 경우 신경독성을 유발한다. NMDA 독성 환경에서도 STW3-VI가 신경세포 생존율을 개선하는 효과를 보여준다.

• NMDA 그룹에서는 세포 생존율이 53.8%로 낮아졌으나, STW3-VI 처리 후 생존율이 80%로 증가했다. 이는 STW3-VI가 NMDA로 인한 신경독성으로부터도 세포를 보호하며, 신경퇴행성 질환 예방에 기여할 수 있음을 나타낸다.

4. Intracellular Glutathione Levels with STW3-VI

• 글루타치온(GSH)은 신경세포에서 산화 스트레스를 방어하는 주요 항산화제이다. STW3-VI가 글루타메이트 처리로 감소된 GSH 수준을 회복시키는 효과를 보여준다.

• Glutamate 그룹에서 GSH 수준이 약 30%로 감소했으나, STW3-VI 처리를 통해 GSH 수준이 70%로 회복되었다. 이는 STW3-VI가 산화 스트레스를 억제하여 신경세포의 항산화 방어 체계를 강화할 수 있음을 시사하며, 장기적인 뇌 건강 유지에 기여할 수 있음을 나타낸다.

 

연구 결과

1. 신경영양 효과 및 신경가소성 촉진

   • 가지돌기 형성 증가: STW3-VI로 처리한 신경세포에서 가지돌기 형성이 25% 증가하여 신경세포 간 연결과 가소성이 촉진됨
   • 신경 성장 촉진: 세포 분화 후 STW3-VI가 신경세포 성장에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 관찰됨

2. 글루타메이트 및 NMDA 독성으로부터의 세포 보호 효과

   • 글루타메이트 독성 보호: 0.1mM 글루타메이트 처리로 생존율이 약 30.6% 감소했으나, STW3-VI 사전 처리로 생존율이 25% 증가함
   • NMDA 독성 보호: 0.1mM NMDA 처리로 생존율이 약 46.2% 감소했으나, STW3-VI 사전 처리로 생존율이 50% 증가함
   • 효과 요약: STW3-VI가 글루타메이트와 NMDA로 인한 신경세포 손상을 예방하며 세포 생존율을 높임

3. 항산화 효과: 글루타치온(GSH) 수준 회복

   • GSH 감소 억제: 글루타메이트 처리로 인해 감소한 GSH 수준을 STW3-VI 사전 처리를 통해 2.3배 회복
   • 산화 스트레스 완화: GSH 수준 회복을 통해 글루타메이트로 유도된 산화 스트레스로부터 세포를 보호하는 효과를 보임
   • 결론: STW3-VI가 산화 스트레스에 대한 방어 기작을 강화하여 신경세포의 건강을 유지함

4. 항염증 효과

   • TNF-a 억제: LPS로 활성화된 대식세포에서 TNF-a 분비가 90.9배 증가했으나, STW3-VI 사전 처리로 TNF-a 분비가 최대 64.8% 억제됨
   • IL-6 억제: LPS로 활성화된 대식세포에서 IL-6 발현이 111.9배 증가했으나, STW3-VI 처리로 IL-6 발현이 절반 이하로 감소함
   • 특이적 경로 억제: STW3-VI가 TLR4 경로를 통한 염증 반응을 억제하여 항염증 효과를 발휘함

5. 연구 결과의 중요성

   • 신경세포 보호 및 성장 촉진: STW3-VI는 신경세포의 생존과 성장 촉진, 항산화 방어를 통해 뇌 건강에 기여
   • 우울증 및 신경정신질환 예방: STW3-VI의 염증 억제 및 신경 보호 효과는 우울증 및 관련 질환의 치료에 도움을 줄 수 있음
   • 잠재적 치료제: STW3-VI는 천연 항우울제로서 우울증 및 신경염증 완화에 긍정적인 역할을 할 가능성을 지님

 

연구 결론

세인트 존스 워트 추출물은 신경 보호, 신경 성장 촉진 및 항염증 효과를 통해 우울증과 같은 신경정신질환에 효과적일 가능성을 보였다. 특히, 스트레스나 염증 반응으로 인해 발생하는 우울증 증상에 대해 천연 치료제 역할을 할 수 있다. 개인이 우울증 및 스트레스 관리를 위해 세인트 존스 워트와 같은 천연 추출물을 사용하는 것이 도움이 될 수 있음을 시사한다. 다만 세인트 존스 워트는 일반적으로 안전하지만, 다른 약물과의 상호작용이 발생할 수 있으므로 사용 전에 전문가와 상담이 필요하다.

 

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