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Role of adenosine A1 receptor in the sleep- promoting effect of fermented Perilla frutescens

아데노신 A1 수용체를 통한 차즈기 추출 발효물의 수면개선 효능

초록/요약

The growth for the demand of fermented natural products in the general population is increasing because of the associated health benefits. Perilla frutescens var. acuta (PF) is a natural product with various biologic activities, such as antioxidant, antidepressant, and anti-inflammatory; however, the efficacy of its fermented product has not been evaluated. Herein, we evaluated the potential sleep-promoting efficacy and underlying mechanisms of PF fermented with Bacillus subtilis (FPF). Electroencephalogram/electromyogram revealed that oral FPF administration improved non-rapid eye movement (NREM) sleep and slow wave activity (SWA). Additionally, through pentobarbital-induced sleep study, FPF improved sleep through reduction of sleep onset latency and increased total sleep time, and the effects were inhibited by the adenosine A1 receptor (A1R) antagonist–DPCPX. c-Fos-immunostaining revealed that FPF increased and decreased the brain neuronal activity in the sleep- and wake-promoting regions, respectively, all of which were remarkably suppressed by DPCPX. Furthermore, in this study, FPF showed a direct binding affinity and agonistic activity for A1R. Uracil, protocatechuic acid, apigenin-7-O-diglucuronide, and luteolin-7-O-glucuronide in FPF are likely to be the major active compounds responsible for its sleep-promoting effect. These results suggest that FPF possesses a novel A1R agonistic activity, which may be crucial in mediating its sleep-promoting effect. These results provide insight into the potential of FPF as a candidate for nutraceuticals or therapeutics for sleep disturbance with a novel mechanism targeting A1R.

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초록/요약

건강증진과 관련하여 발효된 천연물 제품의 일반인들의 수요가 증가하고 있다 . 차조기 Perilla frutescens var. acuta 는 항염증 , 항산화 그리고 항우울 효과를 포함한 다양한 생물학적 활성을 지니는 천연물이다. 하지만 차조기 발효물의 수면개선 효능과 기전에 대한 연구는 진행되지 않았다 . 이번에 우리는 Bacillus subtilis 로 발효된 차조기의 잠재적 수면촉진 효과와 그 기전을 확인하였다 . 차조기 발효물의 경구투여는 EEG검사에서 NREM 수면 및 서파수면 시간을 증가시켰다 . 또한 , pentobarbital 유도 수면 모델에서 차조기 발효물은 입면 시간을 단축시키고 총수면시간을 증가시켰으며 , 이 효과는 아데노신 A1 수용체의 길항제인 DPCPX 에 의해서 억제되었다 . 면역조직화학법에 의한 c fos 단백질 염색에서 차조기 발효물은 뇌의 수면촉진 영역의 신경활성을 증가시키고 , 각성촉진 영역의 신경활성은 감소시켰으며 , 이러한 효과들은 모두 DPCPX 에 의해서 억제되었다 . 차조기 발효물의 수면개선에 대한 작용기전을 더 명확이 규명하기 위하여 수용체 결합능을 확인한 결과, 차조기 발효물이 A1 수용체에 직접적인 결합친화도를 갖는다는 것을 입증하였다 . 차조기 발효물의 성분 중 uracil, protocatechuic acid, apigenin 7 O diglucuronide, 그리고 luteolin 7 O glucuronide 가 수면 개선 효과를 담당하는 주요 활성 화합물일 가능성이 높았다 . 이러한 결과들을 종합해 보면 차조기 발효물은 A1 수용체의 길항제로 작용하여 수면을 유도할 수 있으며 , 이는 A1 수용체를 타겟으로 하는 새로운 기전을 가진 수면 개선 기능식품이나 치료제의 후보로서 차조기 발효물의 가능성을 제시한다.

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목차

I. INTRODUCTION 1
A. Sleep 1
B. Sleep-wake regulation 2
C. Sleep disorders 5
D. Insomnia 6
E. Fermentation 7
F. Fermented Perilla frutescens 7
G. Aims of study 8

II. MATERIALS AND METHODS 9
A. Materials and chemical reagents 9
B. Extraction and fermentation of P. frutescens 9
C. Isolation and fractionation 10
D. HPLC analysis and structural determination of isolated compounds 11
E. Animals 11
F. Drug administration 12
G. Pentobarbital-induced sleep model 12
H. Measurement of EEG/EMG 13
I. Radioligand binding assay and agonistic activity for A1R 14
J. c-Fos immunohistochemistry (IHC) 14
K. c-Fos immunofluorescence (IF) 15
L. Statistical analysis 15

Ⅲ. RESULTS 17
A. FPF improved sleep in pentobarbital-induced sleep model 17
B. FPF improved the sleep-wake profile and power density 21
C. FPF mediates its sleep-promoting activity through the A1R pathway 25
D. FPF regulates the activity of sleep-wake neurotransmitters in the brain 28
E. FPF has a direct binding affinity and agonistic activity for A1R 35
F. Compounds of FPF improved sleep in pentobarbital-induced sleep model 38

IV. DISCUSSION 43

V. CONCLUSION 49

REFERENCES 50

국문요약 57

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