Anti-osteoarthritic effects of Lindera obtusiloba leaf extract on the destabilization of medial meniscus-induced mice
- 주제(키워드) osteoarthritis , destabilization of medial meniscus (DMM)-induced mouse , Lindera obtusiloba leaf , anti-inflammatory effect , herbal medicine
- 주제(DDC) 570
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 정선용
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 의생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031478
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Osteoarthritis (OA) is the progressive destruction of articular cartilage with severe symptoms, including pain and stiffness. This study investigated the anti-osteoarthritic effects of Lindera obtusiloba (LO) leaf extract in primary cultured chondrocytes in vitro and the destabilization of medial meniscus (DMM)-induced mice in vivo. Treatment with LO leaf extract did not exhibit any cytotoxicity on the primary-cultured chondrocytes. LO leaf extract significantly reduced the expression levels of catabolic factors involved in OA such as cyclooxygenase 2 (COX2), matrix metalloproteinase 3 (MMP3), MMP13, and phosphorylated nuclear factor-kappa B (NF-κB) in primary cultured chondrocytes induced by interleukin 1 beta (IL-1β). Furthermore, the levels of the destructive mediators including prostaglandin E2 (PGE2) and collagenase were decreased by treatment with LO leaf extract in a dose-dependent manner. Subsequently, the anti-osteoarthritic effects of the LO leaf extract were examined in vivo. After DMM surgery, mice were administered three different concentrations of LO leaf extract (50, 100, and 200 mg/kg/day) for eight weeks using food pellets. Non-administered control DMM mice exhibited osteoarthritic phenotypes. Notably, two groups of LO leaf extract-administered DMM mice extract (100 and 200 mg/kg/day) were significantly reduced in DMM-induced subchondral sclerosis, articular cartilage destruction, and levels of catabolic factors and inflammatory cytokines. Overall, the findings indicate that the LO leaf extract prevented the development of DMM-induced OA, likely by reducing catabolic responses and destructive mediators. These results suggest that LO leaf extract may be a promising candidate as an alternative herbal medicine for the treatment and prevention of OA.
more초록/요약
골관절염(Osteoarthritis)은 외부 요인과 내부 요인에 의해 염증이 발생하고 이에 따라 관절의 연골이 손상되어 발생하는 퇴행성 질환이다. 최근 급속한 고령화의 진전에 따른 골관절염 환자가 급격하게 증가하고 있으나, 골관절염에 대한 근본 치료제는 없으며 외과적인 수술 등의 대증요법만 있는 실정이다. 따라서, 골관절염 개선 또는 치료제로서 천연물에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는, 천연물을 이용한 염증 억제 효능을 탐색한 선행연구에서 발굴된 생강나무(Lindera obtusiloba) 잎 추출물의 골관절염 치료 효능을 규명하는 것을 목표로 하였다. 먼저, 생강나무 잎 추출물의 세포 독성(cytotoxicity)를 조사하였다. 마우스 무릎 연골에서 초대배양(primary culture)한 연골세포(chondrocyte)에 생강나무 잎 추출물을 농도별로 처리한 결과 고농도에서도 세포 독성에 영향이 없는 것을 확인하였다. 다음은, 초대배양 연골세포에서 골관절염에 관여하는 염증인자의 발형량을 조사하였다. 생강나무 잎 추출물 처리 시에 대표적인 이화인자인 cyclooxygenase 2(COX2), matrix metalloproteinase 3(MMP3), MMP13, 인산화nuclear factor-kappa B(NF-κB)의 mRNA 발현량이 농도 의존적으로 감소하였으며, 연골 파괴 매개자인 prostaglandin E2(PGE2)와 collagenase의 발현량도 농도 의존적으로 감소하였다. 끝으로, 생강나무 잎 추출물의 항염증 효과를 in vivo실험을 통해 확인하였다. 골관절염 마우스 모델로 내측 반월판 불안정 유도 마우스 모델(DMM-induced mouse model)을 제작하였다. 수술한 DMM마우스에 생강나무 잎 추출물을 3가지 농도(50, 100, 200 mg/kg/day)로 사료에 혼합하여 8주 동안 사육한 후 골관절염 개선 효과를 조사하였다. 두 가지 농도(100, 200 mg/kg/day)의 생강나무 잎 추출물 투여 마우스 군에서 micro-CT촬영으로 통한 연골하경화(subchondral sclerosis) 정도, Safranin O staining을 통한 연골 파괴 정도, 면역조직화학염색(immunohistochemistry staining)을 통한 연골에서의 이화인자 발현량, 마우스 혈액에서의 염증성 사이토카인 함량에 대한 측정값이 대조군 대비 모두 유의하게 감소하였다. 결론적으로, 본 연구에서 in vitro 및 in vivo 실험을 통하여 생강나무 잎 추출물이 골관절염 개선/치료에 좋은 효과가 있음을 밝혔다. 이러한 결과는 향후 생강나무 잎 추출물이 새로운 골관절염 허브치료제로서 활용될 가능성이 있음을 시사한다.
more목차
I. INTRODUCTION 1
II. MATERIALS AND METHODS 8
A. Extraction and confirmation of Quercitrin from Lindera obtusiloba leaf extract 8
B. ICR mouse chondrocyte primary culture 10
C. Water-soluble tetrazolium salt (WST) assay 10
D. Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and quantitative reverse-transcription PCR (qRT-PCR) 11
E. Western blot 12
F. Prostaglandin E2 (PGE2) and collagenase analysis 13
G. Destabilization of medial meniscus (DMM) mouse model 13
H. Micro-computed tomography (Micro-CT) analysis 14
I. Histology (Safranin O and Immunohistochemistry) 14
J. Cytokine analysis 16
K. Statistical analysis 16
III. RESULTS 17
A. Effect of Lindera obtusiloba (LO) leaf extract on the cytotoxicity of mouse primary chondrocytes 17
B. Effects of LO leaf extract on expression levels of catabolic factors in IL-1β-induced mouse primary chondrocyte inflammation 19
C. Secretory effect of LO leaf extract on the PGE2 and collagenase in IL-1β-induced primary chondrocyte inflammation 22
D. Effect of LO leaf extract on subchondral sclerosis in DMM-induced OA mouse model 24
E. Histological analysis of articular cartilage of knee joint in DMM-induced OA mouse model 26
F. Effect of LO leaf extract on inflammatory cytokines in DMM-induced OA mouse model 28
IV. DISCUSSION 30
V. CONCLUSION 33
REFERENCES 34
국문요약 43
