망고스틴 과피 에탄올 추출물의 수용성 망고스틴 유도체, 보골지 열매 및 감초 뿌리 에탄올 추출물의 치근관 감염 원인균에 대한 항균 효과

서 론

치수염은 구강 세균과 그의 부산물들이 치수(dental pulp)를 자극하여 진행되고 비가역적인 과정을 거쳐 발생하고, 이러한 치수염이 치근단까지 진행되어 치근단 질환을 유발시키게 된다(1). 그러므로, 치수 및 치근단 질환 치료는 치수 및 치근단 조직을 손상 및 통증 유발에 관여하는 감염된 세균이나 화학적 및 물리적 자극을 유발하는 물질을 제거하는 것이 필수적이다. 하지만, 근관 상아세관 내 세균을 완벽히 제거 또는 사멸하지 못하면, 근관 치료의 실패뿐만 아니라 치근단 치주염의 주요한 원인이 되기도 한다(2–4). 현재, 항균능이 부여된 근관 치료에 사용되는 세척제로 차아염소산나트륨(NaOCl), 과산화수소수(H₂O₂), 클로르헥시딘 및 요오드-칼륨-요오다이드 등을 사용하고 있다(5, 6). 하지만, 이들 화학제제들은 구강 조직에 대한 부작용을 가지고 있어 사용이 제한적이다(7, 8). 그러므로, 광범위한 항균력을 가지면서, 구강조직에 대한 세포 독성이 없는 근관 세척제를 개발하는 것이 필요하다.

현재 항균능을 갖는 식물 유래 천연물 연구들이 활발히 진행되고 있다(9, 10). 망고스틴(Garcinia mangostana L., mangosteen) 과피 에탄올 추출물에는 사포닌, 탄닌, 폴리페놀, 플라보노이드, 알칼로이드 및 크산톤이 포함되어 있고, 진통, 항종양, 항염, 항산화 작용 및 항균 효능이 있다고 보고되었다(11, 12). 본 연구팀의 선행 연구에서 망고스틴 과피 에탄올 추출물이 치수 및 치근단 질환의 주요한 원인균종인 Enterococcus faecalis를 비롯한 Staphylococcus aureus, Cutibacterium acnes에 대해 우수한 항균능이 있음을 확인하였다(13, 14). 또한, “망고스틴 과피 에탄올 추출물에 함유된 알파-망고스틴(α-mangostin)을 아르기닌(L-arginine)을 첨가시켜 수용성을 부여한 알파-망고스틴 유도체”(“수용성 망고스틴 유도체”)를 MTA에 혼합하여, 항균능이 부여된 MTA 복합체를 개발하였다(15). 보골지(Psoralea corylifolia L.)는 콩과에 속하는 식물로 항균 및 항돌연변이 등 여러가지 생리활성을 갖는 것으로 알려져 있다(16, 17). 감초 (Glycyrrhiza uralensis, Licorice) 뿌리는 항산화, 항염증, 항균 및 항바이러스 등의 활성을 가지고 있어 약용으로 많이 사용되고 있다(18–20). 본 연구는 항균능이 있다고 알려진, 수용성 망고스틴 유도체, 보골지 열매 및 감초 뿌리 에탄올 추출물의 구강 조직 세포에 대한 세포독성이 없는 농도에서 한국인 유래 구강에서 분리된 치수염 및 치근단질환에 관련된 구강 세균 23종(species) 35개 균주를 대상으로 항균능을 조사하여, 이들 천연추출물을 근관 세척제로 사용이 가능한지를 알아보기 위해 시행하였다.

재료 및 방법

결 과

1. HEK 293 세포주에 대한 세포 독성

수용성 망고스틴 유도체와 보골지 열매 및 감초 뿌리 에탄올 추출물들의 HEK 293 세포주에 대한 세포독성 실험 결과는 Figure 1에 정리하였다. 수용성 망고스틴 유도체의 HEK 293 세포에 대한 세포독성 시험 결과, 20 µg/ml 농도까지 87% 이상의 세포 생존율을 보였다(Figure 1). 보골지 열매 에탄올 추출물 400 µg/ml 이하의 농도에서, 감초 뿌리 에탄올 추출물은 320 µg/ml 이하의 농도에서 HEK 293 세포에 대해 98% 또는 그 이상의 세포 생존율을 보였다(Figure 1).

Figure 1.

Viability of human embryonic kidney 293 (HEK 293) cells after treatment with the water-soluble mangostin derivatives of the ethanol extract of the peel of Garcinia mangostana L. (A), the ethanol extracts of the fruit of Psoralea corylifolia L. (B), and the root of Glycyrrhiza uralensis (C). The data of all experimental groups are expressed as a percentage compared to the control group.

2. 수용성 망고스틴 유도체와 보골지 열매 및 감초 뿌리 에탄올 추출물의 항균활성 효과

수용성 망고스틴 유도체에 대한 항균능 시험 결과, 본 연구에서 사용된 35 균주(23종)에 대해서 1.25–20 µg/ml 범위에서 MIC 값을, 2.5–20 µg/ml 범위에서 MBC 값을 보였다(Table 1). 보골지 열매 에탄올 추출물의 경우, D. invisus KCOM 1973 균주를 제외한 모든 균주에 대해 25–200 µg/ml 범위에서 MIC 값을, 50–200 µg/ml 범위에서 MBC 값을 나타냈다(Table 1). 감초 뿌리 에탄올 추출물의 경우, E. faecalis 5균주에 대한 항균능은 전혀 갖지 못하였고, S. aureus KCOM 1025, S. anginosus KCOM 1467, S. mutans KCOM 2084 균주들에서 320 µg/ml 농도에서 MIC 값을 가졌지만, 세균 살균능은 갖지 못하였다(Table 1). 감초 뿌리 에탄올 추출물은 상기한 8균주를 제외하고는 20–320 µg/ml 범위에서 MIC 값을, 40–320 µg/ml 범위에서 MBC 값을 보였다(Table 1).

Table 1.

Summary of the antimicrobial activity of water-soluble mangostin derivatives of the ethanol extract of the peel of Garcinia mangostana L. and ethanol extracts of the fruit of Psoralea corylifolia L. and the root of Glycyrrhiza uralensis against the pulpitis- and periapical disease-causative bacteria

고 찰

본 연구에서 수용성 망고스틴 유도체와 보골지 열매 및 감초 뿌리 에탄올 추출물들의 HEK 293 세포주에 대한 세포생존율을 조사한 결과, 망고스틴 과피 에탄올 추출물의 수용성 망고스틴 유도체는 20 µg/ml 농도 이하에서, 보골지 열매 에탄올 추출물은 400 µg/ml, 감초 뿌리 에탄올 추출물은 320 µg/ml 이하의 농도에서 각각 87%, 98%, 108% 이상의 생존율을 보였다(Figure 1). 이러한 세포독성 시험의 결과를 토대로 항균능 실험에서 수용성 망고스틴 유도체, 보골지 열매 에탄올 추출물 및 감초 뿌리 에탄올 추출물의 최고 농도를 각각 20, 400 및 320 µg/ml을 정하여 치수 및 치근단 질환과 관련이 있다고 알려진 35균주(23종)의 구강 세균을 대상으로 항균 시험을 진행하였다. 그 결과, 수용성 망고스틴 유도체는 본 연구에서 사용한 모든 균주에서 항균능을 보였다(Table 1). 보골지 열매 에탄올 추출물은 D. invisus 균주를 제외하고 항균능을 보였다. 반면에, 감초 뿌리 에탄올 추출물은 E. faecalis 5균주를 제외한 모든 균주에서 최소성장억제농도 값을 보였으며, E. faecalis, S. aureus 한 균주(KCOM 1025), S. anginosus, S. mutans 균주들을 제외하고 최소살균농도 값을 가졌다(Table 1). 대표적인 치근단 치주염 유발 및 치료 실패 주요 원인세균으로 알려진 E. faecalis는 치료된 치아에서 가장 흔하게 잔존하며 검출율이 90%에 이른다(21). 본 연구에서 수용성 망고스틴 유도체와 보골지 열매 에탄올 추출물은 모두 E. faecalis에 대해 항균능을 보였다. 반면에 감초 뿌리 에탄올 추출물은 세포독성이 없는 농도에서는 항균능이 없었다. 선행연구 결과에서 망고스틴 과피 에탄올 추출물 자체에서도 한국인에서 분리된 E. faecalis 균주들에 대해서 항균효과가 우수한 것으로 확인되었다(13). 수용성 망고스틴 유도체는 망고스틴 과피 에탄올 추출물에 존재하는 알파-망고스틴에 L-아르기닌을 치환시킨 것으로, 이로 인해 수용성 특성을 갖게 된다. 그러므로, 수용성 망고스틴 유도체는 근관 및 치근단 조직에 더 잘 용해되어, 비수용성인 알파-망고스틴보다 향상된 항균력을 보일 것으로 생각된다. 이러한 연구 결과, 망고스틴 과피 에탄올 추출물의 수용성 망고스틴 유도체, 보골지 열매 에탄올 추출물, 감초 뿌리 에탄올 추출물 순으로 치수 및 치근단 질환 치료 시 근관세척제로 사용이 가능할 것으로 생각된다.

망고스틴 과피 에탄올 추출물 중 크산톤 성분은 진통, 항종양, 항염, 및 항산화 등의 약리작용을 하는 활성성분을 갖고 있을 뿐만 아니라 S. aureus, E. coli, Shigella dysentriae, Flavobacterium, 및 Enterobacter에 대해 항균 효과가 있음이 보고되었다(11, 12). 여러 크산톤 성분 중 알파-망고스틴은 항균능이 우수함이 입증되었다(22). 본 연구에서 수용성 망고스틴 유도체의 항균능은 주로 L-아르기닌으로 치환된 알파-망고스틴에 의한 것으로 생각된다. 이러한 근거는 수용성 망고스틴을 물에 녹일 때, 완전히 물에 녹지 않는 성분들이 있어, 이를 원심분리시켜 제거한 다음 항균실험을 실시할 때에도 동일한 MIC/MBC 값이 조사되었기 때문이다(data not shown). 하지만, 이를 최종 증명하기 위해서는 향후 연구에서 순수한 L-아르기닌으로 치환된 알파-망고스틴을 이용하여 항균능을 측정하는 실험이 필요하다.

보골지(Psoralea corylifolia L.)는 콩과에 속하는 한해살이 개암풀로 P. corylifolia에는 여러 플라보노이드 및 페놀성 물질들을 함유하여 항균 및 항돌연변이 등 여러가지 생리활성을 갖는 것으로 알려져 있다(16, 17). 이러한 성분 중에서 바쿠치올(bakuchiol)은 S. mutans, S. sanguis, S. salivarius, S. sobrinus, E. faecalis, E. faecium, L. acidophilus, L. casei, L. plantarum, A. viscosus, 및 P. gingivalis에 대한 MIC 값이 1–4 µg/ml로 항균활성이 높음이 조사되었다(23). 이러한 연구 결과에 의하면, 보골지 열매 에탄올 추출물의 주요한 항균능을 갖는 물질은 바쿠치올이라고 생각된다. 하지만, 향후 실험에서 보골지 열매 에탄올 추출물의 크로마토그래피 등의 방법을 이용하여 항균능을 갖는 순수한 화합물을 분리 정제하는 연구가 필요할 것이라 판단된다.

감초 뿌리에는 liquiritigenin 및 사포닌 계통의 감미성분인 glycyrrhizin이 표준 물질이며, 항염증, 항균, 항산화 및 항바이러스 등 다양한 활성을 보여 약용으로 많이 사용되고 있다(18, 19). 본 연구에서 감초 뿌리 에탄올 추출물은 그람 양성균인 S. mutans와 E. faecalis에서 MIC 값이 320 µg/ml 이상으로 항균활성이 낮게 나타난 것에 비해, 그람 음성균인 P. endodontalis, P. micra, P. gingivalis 균주에서 20–40 µg/ml으로 항균활성이 높게 나타났다. 하지만, 다른 연구에서는 95% 에탄올로 상온에서 12시간 추출하여 조제한 유럽산 감초 에탄올 추출물은 그람 음성균에 대해서 250 µg/ml 이상으로 항균활성이 낮았으나, S. mutans, S. aureus, L. monocytogenes, 및 B. subtilis 균주에 대한 MIC 값이 25 µg/ml으로 그람 양성균에 대한 탁월한 항균활성을 가진다고 보고 하였다(24). 이는 감초 추출물의 원산지와 추출하는 방법에 따라 차이가 나타난 것이라 생각된다.

결 론

본 연구는 수용성 망고스틴 유도체, 보골지 열매, 및 감초 뿌리 에탄올 추출물을 이용하여 치수 및 치근단 질환 원인균에 대해 항균효과를 조사하여 근관세척제로 사용 가능한지 평가하기 위해 시행하였다. 수용성 망고스틴 유도체, 보골지 열매 에탄올 추출물, 감초 뿌리 에탄올 추출물은 각각 20, 400, 320 µg/ml 이하의 농도에서 87%, 98%, 108% 이상의 세포생존율을 보였다. 천연추출물 3종에 대한 항균활성 결과, 수용성 망고스틴 유도체 및 보골지 열매 에탄올 추출물은 D. invisus KCOM 1973 균주를 제외하고, 감초 뿌리 에탄올 추출물은 8균주를 제외한 모든 치수 및 치근단 질환 원인균 35 균주에 대해 항균 활성을 가졌다. 즉, 3종의 천연추출물 중 수용성 망고스틴 유도체가 가장 높은 항균활성을 보였으며, 본 연구에서 사용된 3개 천연물 중 근관세척제로 사용 가능성이 가장 높았다.

Acknowledgments

본 연구는 (주)메디바이오랩의 연구지원비(2020-0535)에 의해 수행한 결과임.

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