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치주질환은 치은연하에 축적된 다양한 치태세균에 의한 감염성 질환이며 주된 원인균 중 그람 음성간균인 Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) 감염 후 염증반응의 결과로 치은출혈과 치은퇴축 그리고 치주낭 형성 및 치조골 파괴와 골흡수로 이어져 궁극적으로 치아 상실을 초래할 수 있다(1). P. gingivalis 세포벽의 외막 구성성분인 지질다당류(LPS)는 interleukin-1β (IL-1β), IL-6 및 종양괴사인자-α (TNF-α)와 같은 염증성 사이토카인의 생성을 유도하여 염증유발에 핵심적인 역할을 한다(2). 따라서 염증의 화학적 매개체를 제어하여 염증 반응을 억제할 수 있는 새로운 물질을 찾는 것이 가장 중요하다. 치주질환의 예방 및 치료를 위해 항생제, 항균제 및 항염제를 사용하지만, 이들에 대한 내성을 갖는 세균 출현이나 과민반응 및 위장장애 등의 부작용을 가지고 있다(3). 그러므로, 이를 대체할 수 있는 천연물에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다(4).

정향(학명: Syzygium aromaticum L.)은 인도의 모루카섬이 원산지이며 브라질, 말레이시아, 아프리카 등에서 많이 재배되고 있는 식물로, 특유의 강한 향 때문에 식품의 향신료, 화장품 및 의약품 등의 분야에서 방향성 소재로서 널리 사용되고 있다(5). 정향의 주된 향기성분으로 정유 성분인 eugenol이 알려져 있으며 항균, 항염, 항산화, 항암, 항진균, 항알레르기 등 여러 생리 활성작용을 하여 천연기능 소재로 보고되고 있다(6-8). 하지만 정향의 꽃봉오리 추출물을 이용한 치주질환에 관한 연구는 다소 미비한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물에 대한 항염능을 조사하여 천연물로서 치주질환 예방 및 치료 보조제로 사용 가능성을 알아보고자 시행하였다.

정향 꽃봉오리 에탄올 추출물의 hTERT-hNOF 세포 주에 대한 독성실험 결과, 10~80 µg/mL 농도에서 음성 대조군에 비하여 약 80% 또는 그 이상의 세포 생존율을 보였다(Figure 2). 따라서 이 결과를 토대로 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물의 항염능 조사 시, 160 µg/mL 이하의 농도로 처리하여 사용하였다. 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물은 마우스 대식세포 RAW 264.7 세포에서 세포 독성 평가 결과, 50 µg/mL 이하의 농도에서 80% 이상 세포 생존율을 보여 세포 독성을 보이지 않았다고 하였다(10). 이러한 두 연구 결과에서 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물에 의한 세포 독성을 보이는 농도의 차이는 실험에 사용된 세포 기원에 따른 차이에 의한 것으로 생각된다.

Figure 2. 
Cell viability hTERT-hNOF cells after treatment with ethanol extracts of the flower buds of Syzygium aromaticum. The data of all experimental groups were expressed as a percentage compared to the control group.

PgLPS로 처리한 hTERT-hNOF 세포에 대한 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물의 항염 효과를 확인하기 위해 염증성 사이토카인 PGE₂, IL-6 및 IL-8 발현량을 측정하였다. PGE₂ 발현 변화를 측정한 실험 결과, PgLPS를 처리한 양성 대조군은 음성 대조군에 비하여 높은 PGE₂ 발현량이 약 33배 증가하였다(Figure 3). 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물 10, 20, 40, 80, 120, 160 µg/mL 농도로 처리 시, 양성 대조군에 비해 모든 실험군에서 PGE₂ 발현이 98% 이상 현저하게 감소하여, 음성대조군과 거의 동일한 발현량을 보였다(Fig. 3). 정향의 주된 향기 성분인 eugenol은 20 µg/mL 농도에서 염증 유발 효소인 cyclooxygenase 2 (COX-2) 발현을 85.35% 강한 저해활성으로 나타냄이 보고되었다(11). 따라서 정향의 eugenol 성분이 COX-2 발현을 억제함으로써 PGE₂의 생합성을 저해하는 것으로 여겨진다. 선행연구에 의하면, 본 연구에 사용된 hTERT-hNOF 세포에서는 PgLPS 투여에 의해 COX-2의 발현량이 차이가 없었다(데이터 제시 생략). 이러한 이유로 본 연구에서는 COX-2의 발현량을 측정하지 않았다. 치주질환원인균에 의한 염증반응에서 주요하게 발현되는 것으로 알려진 염증성 사이토카인인 IL-6 (12) 발현 결과, 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물 40, 80, 120, 160 µg/mL 농도에서 양성 대조군에 비해 IL-6 발현량이 75~86% 감소함을 보였다(Figure 3). 이러한 결과는 LPS로 유도된 RAW 264.7 세포에 대해 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물 50 µg/mL 농도에서 72% 이상의 IL-6 억제 활성을 보였다는 것과 유사하였다(13). 만성염증질환의 시작과 진행에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 염증성 사이토카인인 IL-8 (14) 발현 결과, 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물 40, 80, 120, 160 µg/mL 농도에서 양성대조군에 비해 77~93%의 강한 억제 활성을 보여 IL-6 발현 결과와 비슷한 경향을 나타내었다(Figure 3). 그러므로, 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물은 40~160 µg/mL 범위에서, PgLPS 투여에 의한 hTERT-hNOF 세포에서의 PGE₂, IL-6 및 IL-8의 발현 억제를 통해 항염능을 부여하는 것으로 생각된다. 하지만, 향후 연구에서 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물의 어떤 성분에 의해 항염능이 부여되는 지에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.

Figure 3. 
Effect of ethanol extracts of the flower buds of Syzygium aromaticum on expression change of PGE2 (A), IL-6 (B), and IL-8 (C) in Porphyromonas gingivalis KCOM 2804 LPS-treated hTERT-hNOF cells. The data of all experimental groups were expressed as a percentage compared to the control group. *p<0.05.

본 연구는 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물이 주요한 치주질환원인균으로 알려진 P. gingivalis (KCOM 2804) 균주에서 추출한 LPS를 처리한 사람 유래 치은섬유모세포인 hTERT-hNOF 세포에서 항염능을 갖는지를 평가하기 위해 시행하였다. 그 결과, 정향 꽃봉오리 에탄올 추출물은 10~80 µg/mL 농도에서 세포독성이 없으면서, 구강 세균의 감염에 의해 구강 섬유모세포에서 유도되는 염증성 사이토카인인 PGE₂, IL-6 및 IL-8 등의 발현을 억제하여, 치주질환 예방 및 치료보조제로 사용 가능할 것으로 생각된다.