KR101485162B1 - 소듐 로바레이트를 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물 - Google Patents

소듐 로바레이트를 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 남극 지의류인 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum) 추출물에서 분리된 로바릭산의 염인 소듐 로바레이트를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물과 기능성 식품에 관한 것이다. 본 발명에 따른 소듐 로바레이트는 수용성 화합물로서 적용이 용이하며, 단백질 타이로신포스파타제 1B 저해활성이 매우 뛰어나며, 단백질타이로신탈인산화효소 family 중 PTP1B에만 선택적으로 작용하는바, 실질적인 PTP1B 저해제로 이형당뇨치료에 이용가능한바, 당뇨병 및 비만의 예방 또는 치료에 효과적이다.

Description

소듐 로바레이트를 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물 {Pharmaceutical Composition for Preventing or Treating Diabetes or Obesity Containing Sodium lobarate}
본 발명은 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 남극 지의류인 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum) 추출물에서 분리된 로바릭산의 염인 소듐 로바레이트를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물과 기능성 식품에 관한 것이다.
지의류는 고등 식물과 다른 독특한 이차대사 산물을 생산하는 것으로 알려져 있으며 (Ingolfsdottir, K., Phytochemistry, 61:729, 2002), 이들 지의류가 생산하는 이차 대사산물은 대부분 뎁시드(depside), 뎁시돈(depsidone) 및 디벤즈푸란(dibenzfurane)에 속하고, 이러한 화합물들은 지의류의 낮은 성장률과 관련이 있는 것으로 추측된다 (Kumar, K.C.S. et al ., J. Nat . Prod., 62:817, 1999; Huneck, S., Naturwissenschaften, 86:559, 1999). 또한, 항생제, 항마이코박테리아, 항바이러스, 진통 효과 및 해열작용 등을 포함하는 지의류 대사산물의 다양한 생물학적 활성이 스크리닝 과정에 의해 확인되었다 (Ingolfsdottir, K., Phytochemistry, 61:729, 2002; Kumar, K.C.S. et al ., J. Nat . Prod., 62:817, 1999). 따라서, 지의류의 대사산물을 이용한 의약품 개발에 대한 관심이 증가하고 있다.
한편, 당뇨병은 인슐린 작용, 인슐린 분비 또는 이러한 두 가지 모두의 결함으로 발생하는 고혈당을 비롯한 대사장애 증후군으로 장래 혈관합병증 가능성이 높은 질환으로, 크게 1형 당뇨병과 2형 당뇨병으로 나누어질 수 있다. 제1형(인슐린 의존성)당뇨병은 면역에 의한 췌도의 베타세포 파괴와 이에 따른 인슐린의 절대적 부족이 원인이며, 제2형(인슐린 비의존성) 당뇨병은 인슐린이 분비되기는 하지만, 양이 충분하지 않거나 우리 몸이 분비되는 인슐린을 효과적으로 활용하지 못하여 발생하는 것이다. 몸의 세포가 효과적인 작용을 못하는 '인슐린 내성 (Insulin resistance)'이라는 상태에서는, 몸속의 에너지원 특히 당분의 이용이 잘 되지 않아 필요한 에너지가 부족하게 되며, 사용되지 못한 당분은 혈액 중에 필요 이상으로 많이 쌓여 결국은 소변으로 배출되는 질환으로서 근본적인 치유가 되지 않는 만성퇴행성 질환 중의 하나이다.
세계보건기구(World health organization: WHO)와 국제연합(United Nations: UN)은 2007년 말에는 전 세계 당뇨병 환자가 약 2억 4600만 명이 될 것이며, 당뇨병으로 인한 사망도 해마다 점차 증가하고 있어 당뇨병의 발병예방, 엄격한 혈당 조절과 합병증의 예방이 중요하다고 강조하고 있다. 아울러, 대한당뇨병학회와 건강보험심사평가원에서 조사한 바에 따르면, 우리나라에서 2003년에 전체 당뇨병 환자가 401만 명이었으며, 2030년에는 당뇨병 환자가 720만 명에 이르러 국민 7명당 1명이 될 것이라고 보고하고 있다. 특히 급격한 의료비 증가는 당뇨병 환자 수의 폭발적 증가와 더불어 당뇨병으로 인한 합병증의 지속적 증가, 당뇨병 환자의 평균수명 증가와도 밀접한 연관성을 지니고 있다. 급속한 경제 발전에 따른 식생활의 변화로 평균수명은 연장되는 것에 반하여 당뇨병 등의 만성퇴행성질환은 증가하는 현상을 보이고 있다.
우리나라 당뇨병의 특징은 제2형 당뇨병이 99%이상을 차지하며, 제1형 당뇨병의 발병 확률이 약 1% 이하로, 외국에서 보고된 제2형 당뇨병이 90% 정도이고, 10%정도의 제1형 당뇨병인 것과는 다르다. 당뇨병의 발병 원인은 다양한 요인들이 복합적으로 얽혀져 있으며 중요한 요인으로는 유전(가족력이 약 20%)과 환경, 나이(40-49세 사이 약 60% 내외), 비만, 신체의 저항력 저하, 약물남용, 그리고 스트레스에 의한 자극 등이 있다. 당뇨병의 발병 기전은 아직 상세하게 밝혀지지 않고 있으나 몇 가지 특별한 당뇨병(예 MODY 등)을 제외하고는 다유전자적인 원인으로 발병되는 질환으로 일관성 있는 연관 유전자를 찾기에 한계성이 있다. 즉, 당뇨병의 발병은 여러 가지 유전자들이 복잡하게 연관되어 있으며 현재도 많은 수의 새로운 유전자들이 계속 밝혀지고 있다.
당뇨병은 다양한 발병 기전에 의하여 발병되므로 그 치료법 또한 다양할 수밖에 없으며, 더구나 기존의 고식적인 치료법만으로 만족할 만한 효과를 보지 못하는 경우도 많기에 새로운 치료법이 요구된다. 당뇨병 치료제 연구는 당뇨병 환자의 90%이상을 차지하는 제 2형 당뇨병 치료제를 중심으로 기술개발이 활발히 이루어지고 있다 (표 1, 2).
국내 당뇨병 관련 의약품 개발 현황
회사명 개발테마명 개발단계 비고
삼진제약(주) 천연물로쿠터 당뇨병 치료제 개발 전임상 신약개발
배아줄기 세포로부터 췌장 베타세포로의 분화 탐색 신약개발
SK 주식회사 Diabetes 응용 신약개발
(주)유유 YYGG 탐색 신약개발
(주)유한양행 바이오칩 응용 개량, 진단
(주)종근당 유전자 재조합 사람 인슐린 Phases Ⅲ 개량신약
네오마릴정 제품출시 개량신약
한미약품(주) HM 80200 개발진행 원료의약품
자료 : 2004-백서 의약품 산업, 한국보건산업진흥원, 2004, 12
인슐린분비 촉진물질 (pirogliride, linogliride, 2,4-디아미니노-5-시안-브로모리피딘, incretin, repaglinide, nateglinide), 인슐린 작용증강제 (troglitazone), 인슐린 저항성 개선제, 표적조직에서 인슐린 유사 효과를 나타내는 약물 (pirogliride, linogliride, dichloroacetate, insulin lispro, insulin aspart), 포도당신합성 억제제 (지방분해억제제, 카르니틴 전이효소 억제제, 베타산화억제제), 탄수화물 흡수를 지연시키는 약제 (식이성 섬유, 알파글루코시테이즈 억제제), amylin 유사체 (pramlintide)에 대한 많은 연구가 수행되고 있다.
이들 중 일부는 현재 시판되고 있으나, 상당수가 아직도 인체에 사용하기에는 미흡한 실험단계에 있거나 독성 검사단계에 있다. 특히, 생체리듬을 고려한 속효성 인슐린 분비촉진제와 인슐린 저항성 개선제는 당뇨병 치료수단에서 유효한 방법 중의 하나가 될 것이며, 향후 이러한 약제 개방이 더욱 활기를 띨 것으로 예상된다.
또한, 이제까지의 당뇨병 병인에 관한 연구는 인슐린 저항성의 원인이 인슐린 수용체에 문제가 있을 것으로 추정하고 지난 10여 년간 연구를 계속해 왔으며, 현재는 인슐린의 신호전달 체계 쪽으로 연구방향이 전환되고 있다.
당뇨병 치료제 신약 개발현황
작용기전 임상단계 선두기업
L Ⅲ Ⅱ Ⅰ P
α-Glucosidase inhibitor 3 1 Bayer, Takeda, Chong Kun Dang
Insulin agonist 13 5 11 4 27 Chiron, Eli Lilly, IDEAZymo-Genet ics, Aventis, Novo Nordisk, Akzo Nobel, Biobras, Alkermes, Merk KGaA
Glucagon like peptide-1 agonist 1 4 1 4 Amylin, Eli Lilly, Novo Nordisk, Restoragen, Zealand Pharmaceuticals
β3-Adrenoreceptor agonist 1 2 1 Dainippon, Asahi Kasei, GlaxoSmithKline
Dipeptidyl peptide Ⅳinhibitor 2 1 Bristol-Myers Squibb, Novatis
Peroxisome proliferator activated receptorα agonist 2 2 6 Novatis, Kyorin, BMS, GlaxoSmithKline
Protein tyrosine phosphatase-1B inhibitor 1 7 Wyeth, ISIS Pharmaceutical
Leptin stimulator 1 1 Amgen, Tularik
Melanocortin-4 agonist 1 Neurocrine Biosciences
AMPKstimulant 2 2 1 1 Andrx, Merck KGaA, Flamel Technologies
Peroxisome proliferator activated receptor γagonist 3 4 9 GlaxoSmithKline, Samchundang, BMS, Japan Tabacco, Dr Reddy's, Kyorin
자료 : 보건산업기술동향, "당뇨병 치료제의 최근 연구동향", 2003.
비만형 (obese type)및 비비만형 (non-obese type) 제 2형 당뇨병을 갖는 사람의 지방세포에 있는 PTP-1B의 활성을 검사한 결과, 정상군과 비교하여 단백질의 발현은 각각 3배, 5.5배로 증가하고, 활성은 71%, 88%로 나타나는 것으로 보고되었다. 또한, 최근 protein tyrosine phosphatase-1B (PTP1B)를 knock-out시킨 마우스를 통하여 인슐린에 대한 감수성의 증가와 고지방식에 대한 저항성을 보인다는 실험결과가 보고되었다. 아울러, 최근 발표된 다수의 연구에 위하면 PTP-1B의 활성을 억제하는 물질이 표적세포에서 인슐린의 감수성의 증가시켜 인슐린 저항성을 극복할 수 있을 것으로 보인다. 국내에서도 한국화합물 은행에서 아직 약물로 개발되지 않은 수만 개의 화합물로부터 PTP1B 활성 저해제 개발을 위하여 무작위로 대량 스크리닝을 수행하고 있다.
한편, 렙틴(Leptin)은 지방세포에서 혈중으로 방출되어 뇌혈액막을 통과한 후 중추 신경계내의 수용체에서 작용하며, 음식물의 섭취를 억제하고, 체중을 감소시키며 에너지 소비를 촉진한다. 이에 PTP1B가 렙틴활성 자체를 조절한다는 새로운 발견이 나오면서 PTP1B가 렙틴 효능제와 함께 사용할 때 상승적 작용을 가져올 것으로 기대되고 있다 (Koren, S., Best Pract . Res . Clin . Endocrinol . Metab ., 21:621, 2007).
따라서, 비만 및 비만형 당뇨의 치료개발에 있어서 PTP-1B에 대한 억제제에 대한 중요성이 증가하고 있으며, 최근 HTS (hight throughput screening)를 통하여 발견된 선도물질에 대한 보고가 있다. 현재까지 PTP-1B에 대한 연구와 그 저해제의 개발은 임상적으로 성공한 예는 없으나 표 3에 나타난 바와 같이, 많은 연구단체와 기업에서 관심을 가지고 진행중에 있는 것으로 알려져 있다.
개발 중인 PTP-1B 억제제
기전 의약품명 개발회사 단계 기타
protein tyrosine phosphatase 1B inhibitor Ertiprotafib Wyeth phase Ⅱ Benzenepropanoic acid (discontinued)
SIS-113718 ISIS Pharmaace uticals preclinical 2nd-generation antisense PTP-1B inhibitor
OC-86839 Ontogen preclinical selective non-peptide inhibitor of PTP-1B
PTP1B inhibitor Abbott preclinical phosphatase-1B inhibitor
PTP1B inhibitor Array BioPharma preclinical PTP-1B inhibitor
PTP1B inhibitor Structural Bioinformatics preclinical orally-active selective PTP-1B inhibitor
PTP1B inhibitor Kaken Pharmaceutical preclinical orally-active PTPase inhibitor
자료 : Pharmaproject, 2002
그러나, 대부분의 PTP1B의 억제제는 양전하로 충진된 PTP1B의 활성 부위를 타겟으로 하는 비가수분해성 포스포티로신 모방체로 개발되었기 때문에 선택성과 생물학적 이용가능성에 어려움이 있었다 (Liu, S. et al ., J. Am . Chem . Soc ., 130:17075, 2008).
이에, 본 발명자들은 당뇨병 및 비만 치료에 효과적인 치료제를 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 남극 지의류인 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum) 추출물에서 분리된 로바릭산의 염인 소듐 로바레이트가 수용성으로 적용이 용이할 뿐 아니라, 로바릭산보다도 효과적으로 PTP1B를 저해하며, 단백질타이로신탈인산화효소 family 중 PTP1B에만 선택적으로 작용하며 질환모델동물 투여시 항당뇨효과를 보임을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum) 추출물에서 분리된 화합물로부터 합성한 소듐 로바레이트를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물 및 기능성 식품을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 로바레이트 (sodium lobarate)를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010064766510-pat00001
본 발명은 또한, 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 로바레이트를 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 개선용 기능성 식품을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010064766510-pat00002
본 발명에 따른 소듐 로바레이트는 수용성 화합물로서 적용이 용이하며, 단백질 타이로신포스파타제 1B 저해활성이 매우 뛰어나며, 단백질타이로신탈인산화효소 family 중 PTP1B에만 선택적으로 작용하는바, 실질적인 PTP1B 저해제로 이형당뇨치료에 이용가능한바, 당뇨병 및 비만의 예방 또는 치료에 효과적이다.
도 1은 HPLC에 의한 소듐 로바레이트(sodium lobarate)의 정제도를 나타낸다.
도 2는 소듐 로바레이트의 1H NMR 스펙트럼(400MHz, DMSO-d 6 )을 나타낸다.
도 3은 소듐 로바레이트의 13C NMR 스펙트럼(100MHz, DMSO-d 6 )을 나타낸다.
도 4는 소듐 로바레이트의 HSQC 데이터(400MHz, DMSO-d 6 )을 나타낸다.
도 5는 소듐 로바레이트의 HMBC 데이터(400MHz, DMSO-d 6 )을 나타낸다.
도 6은 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 PTP1B 저해활성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 PTP1B, PTPN2, PTPN5, PTPN6, PTPN7, PTPN13에 대한 억제활성을 620nm에서 흡광도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 복강 투여 후 혈당 변화를 측정한 그래프이다.
도 9는 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 복강 투여에 따른 6시간 공복 후 혈당 측정 결과 그래프이다.
도 10은 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 복강 투여에 따른 몸무게 변화를 측정한 그래프이다.
도 11은 소듐 로바레이트(Sodium lobarate) 복강 투여 28일 후 혈당 변화를 측정한 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서는 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum)의 추출물에서 분리한 로바릭산(lobaric acid)의 염인 소듐 로바레이트가 로바릭산에 비하여도 매우 뛰어난 PTP1B의 활성 억제능을 가지고 있어, 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료에 효과적임을 확인하였다. 따라서, 본 발명은 일 관점에서, 소듐 로바레이트를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다. 아울러, 본 발명에 따른 소듐 로바레이트는 이를 유효성분으로 함유하는 기능성 식품으로 제공될 수 있으며, 따라서 본 발명은 다른 관점에서, 소듐 로바레이트를 유효성분으로 함유하는 당뇨병 또는 비만의 예방 또는 개선용 기능성 식품에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 지의류 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum (Hedw.) G.L. Sm.)은 2003년 1월 남극 킹조지섬의 세종기지(S 62°13.3', W58°47.0') 주위의 바튼 반도(Barton Peninsular)에서 채취하여 사용하였다.
본 발명의 일 실시예에서 로바릭산은 건조된 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum)을 24시간 동안 메탄올로 추출한 후, 용매를 증류시켜 추출물을 수득하고, 상기 추출물은 실리카겔(C18)이 충진된 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(flash column chromatography, 5×25㎝)에 로딩하고, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 및 100%(v/v) 메탄올(MeOH)을 순차적으로 주입시키고, 각각의 분획물을 수득한 다음, 상기 분획물 중 PTP1B 억제 활성이 뛰어난 분획을 선택하여 PTP1B 억제 활성이 뛰어난 화합물로서 하기 화학식 2의 로바릭산을 분리하였다.
[화학식 2]
Figure 112010064766510-pat00003
로바릭산은 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum)을 메탄올로 추출하여, 수득된 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum) 추출물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 메탄올 수용액에서 용출하고, 용출된 분획물을 역상 고속 액체 크로마토그래피를 이용하여 아세토니트릴(CH3CN) 수용액으로 용출시켜 수득할 수 있다. 그 다음, 수득한 로바릭산(Lobaric acid)을 아세톤에 녹이고 NaHCO3를 첨가하여 교반함으로써, NaHCO3 첨가와 동시에 생성되는 고체를 여과한 후 바로 rotary evaporator로 완전 농축시킴으로써 하기 화학식 1의 소듐 로바레이트 (Sodium lobarate)를 수득할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112010064766510-pat00004
상기 소듐 로바레이트의 PTP1B의 억제 활성도에 관하여 보고된 적은 없으며, 아울러 당뇨 및 비만 치료 효능도 보고된 바가 없다.
본 발명의 일 양태에서, 소듐 로바레이트의 PTP1B에 대한 억제 활성도를 로바릭산과 비교 분석한 결과, 로바릭산의 IC50 이 870nM인데 반해, 소듐 로바레이는 IC50 =350nM로 매우 뛰어난 PTP1B 억제효과를 보였으며, 이에 소듐 로바레이트는 당뇨병 및 비만에 대한 약학적인 치료 및 예방이 가능한 물질임을 확인하였다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에서는 소듐 로바레이트의 단백질타이로신탈인산화효소족에 대한 선택성을 조사한 결과, 아미노산 서열 및 3D 구조에서 PTP1B와 가장 유사하며, embrionic lethal이고, PTP1B와 유사한 효소특성을 가지고 2nd aryl-phosphate binding site를 포함한 활성화 부위(active site)가 유사한 것으로 알려져 있는 TC-PTP(PTPN2)를 포함한 단백질타이로신탈인산화효소 족 중 PTP1B에만 선택적으로 작용함을 보임을 확인하였으며, 이러한 실험결과는 본 발명에 따른 화합물인 소듐 로바레이트가 PTP1B 저해제로 이형당뇨치료에 이용 가능함을 제시한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 소듐 로바레이트를 질환동물모델인 db/db 마우스에 투여하여 식이섭취량 변화, 체중 변화, 혈중 포도당 농도, 혈중 인슐린 농도 변화를 측정함으로써 체중과 혈당, 인슐린 저항성과의 상관관계를 확인하여 항당뇨 효과를 검증하였다.
본 발명에 따른 화합물을 포함하는 약학 조성물은, 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 화합물을 포함하는 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈,수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다.
제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 화합물에 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 60, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 화합물의 바람직한 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 그러나, 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 화합물은 1일 0.1~1000㎍/kg으로, 바람직하게는 1~100㎍/kg으로 투여하는 것이 좋다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 경구 투여할 수도 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 기능성 식품은, 예를 들어, 각종 식품류, 캔디, 초콜릿, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 건강보조 식품류 등이 있고, 분말, 과립, 정제, 캡슐 또는 음료인 형태로 사용할 수 있다.
본 발명의 소듐 로바레이트는 당뇨 및 비만 예방을 목적으로 식품 또는 음료에 첨가될 수 있다. 이때, 식품 또는 음료 중의 상기 소듐 로바레이트의 양은 일반적으로 본 발명의 건강 기능 식품 조성물은 전체 식품 중량의 0.01 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%로 가할 수 있으며, 건강 음료 조성물은 100 ㎖를 기준으로 0.02 내지 10 g, 바람직하게는 0.3 내지 1 g의 비율로 가할 수 있다.
본 발명의 건강 음료 조성물은 지시된 비율로 필수 성분으로서 소듐 로바레이트를 함유하는 외에는 액체성분에는 특별한 제한점은 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등, 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 슈크로스 등, 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알코올이다. 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖당 일반적으로 약 1 내지 20g, 바람직하게는 약 5 내지 12g이다. 상기 외에 본 발명의 기능성 식품은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그밖에 본 발명의 기능성 식품은 천연 과일 쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 그렇게 중요하진 않지만 본 발명의 조성물 100 중량부 당 0 내지 약 20 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
소듐 로바레이트(sodium lobarate)의 합성
1-1: 지의류 스테레오카울론 알피넘 ( Stereocaulon alpinum ) 추출물의 제조
지의류 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum (Hedw.) G.L. Sm.)은 2003년 1월 남극 킹조지섬의 세종기지(S 62°13.3', W58°47.0') 주위의 바튼 반도(Barton Peninsular)에서 채취하였으며, 바튼반도에서 용이하게 채취할 수 있는 지의류이다.
건조된 스테레오카울론 알피넘(Stereocaulon alpinum) 50g을 24시간 동안 메탄올 1L로 2번 추출하여, 메탄올 추출물 3.6g을 수득하였다. 상기 수득한 추출물을 실리카겔(C18)이 충진된 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(flash column chromatography, 5×25㎝)에 로딩하고, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 및 100%(v/v) 메탄올(MeOH)으로 계단식으로 농도구배를 주어, 각각의 분획물을 수득하였다.
1-2: 지의류 스테레오카울론 알피넘 ( Stereocaulon alpinum ) 추출물로부터 lobaric acid 의 제조
실시예 1-1에서 수득한 80% 메탄올로 용출하여 얻은 분획물 204.6㎎을 다시 실리카겔(C18)이 충진된 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(flash column chromatography, 2.5×30㎝)에 로딩하여, TLC분석에 의해 수득한 8개의 주요한 분획을 수득하기 위해 각각 200㎖의 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% 및 10%의 메탄올(in CH2Cl2)용액 및 100%(v/v) 메탄올을 주입시켜 각각의 분획물을 수득하였다.
9% 메탄올로 용출한 분획 59mg을 다시 반-분취 역상(semi-preparative reverse-phase) HPLC에 주입한 후, 0.1% 포름산(formic acid)을 함유하는 아세토니트릴(CH3CN)수용액을 75 내지 83%의 농도 그래디언트를 주면서 30분 이상 용출시켜 화학식 2의 로바릭산(lobaric acid)을 분리하였다(22.9mg; tR=39분).
[화학식 2]
Figure 112010064766510-pat00005

1-3: 로바릭산으로부터 소듐 로바레이트의 제조
실시예 1-2에서 수득한 로바릭산(Lobaric acid) 10mg (22umol)을 아세톤(Acetone) 3 ml에 녹이고 1M NaHCO3 50ul를 첨가한 후 1~2분간 교반하였다. NaHCO3 첨가와 동시에 생성되는 고체를 여과한 후 바로 rotary evaporator로 완전 농축시켰다. 농축이 완료되면 흰색 고체인 Sodium lobarate (<10mg)를 얻을 수 있다. 그 다음, 여분의 염을 제거하여 순도를 높이기 위하여 Agilent Eclipse XDB-C18 컬럼(4.6 x 150mm, 미국)를 사용하여 역상(reverse phase) HPLC로 분석하였다. 사용한 용매 시스템은 0.1% 포름산이 섞인 물(A Line)과 0.1% 포름산이 섞인 아세토나이트릴(B line)을 사용하였다. 시작은 아세토나이트릴 40%에서 50%까지 5분, 50%에서 80%까지 15분, 80%에서 90%까지 10분으로 분석을 진행하여 최종 순도는 92.1%이었다 (도 1). 수득된 소듐 로바레이트 (Sodium lobarate)는 100% 물에 용해되어 수용성을 확보하였다.
[화학식 1]
Figure 112010064766510-pat00006

1-3: 소듐 로바레이트(sodium lobarate)의 구조분석
소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 구조는 화합물의 NMR 데이터를 로바릭산(lobaric acid)의 NMR 데이터와 비교함으로써 확인하였다. 각 NMR 데이터는 시료를 DMSO-d6 용매에 용해한 후 JEOL ECP-400 spectrometer (JEOL, 일본)를 사용하여 측정하였으며, 화학적 이동값은 용매로 사용한 DMSO-d6의 화학적 이동값 (dC/dH = 40.0/2.50 ppm)을 기준으로 표시하였다. HMQC(1H-Detected heteronuclear Multiple-Quantum Coherence) 경우 1JCH = 140Hz로 설정하고 측정하였으며, HMBC(Heteronuclear Multiple-Bond Coherence) 실험은 nJCH = 8Hz로 설정한 후 실행하였다.
[화학식 3]
Figure 112010064766510-pat00007
1: Lobaric acid, 2: Sodium Lobarate
로바릭산과 소듐 로바레이트의 NMR 데이터는 표 4와 같다.
로바릭산과 소듐 로바레이트의 NMR 데이터 (400MHz, DMSO-d6)
position Lobaric acid (1) Sodium Lobarate (2)
δC δH, mult. (J in Hz) δC δH, mult. (J in Hz)
1 112.0 -- 112.1 --
2 163.2 -- 163.7 --
3 106.6 6.99, d (2.2) 106.5 6.90, d (2.2)
4 164.6 -- 164.4 --
5 111.5 7.11, d (2.2) 111.6 7.05, d (2.2)
6 141.1 -- 139.4 --
7 162.5 -- 163.1 --
8 203.6 -- 203.7 --
9 41.5 2.86, t (7.3) 41.6 2.83, t (7.0)
10 25.9 1.48 - 1.57, m 25.9 1.48 - 1.59, m
11 22.4 1.28 - 1.36, m 22.7 1.25 - 1.37, m
12 14.3 0.89, t (6.9) 14.3 0.882, t (6.9)
1' 120.9 -- 116.1 --
2' 153.1 -- 163.7 --
3' 106.3 6.70, s 105.9 6.42, s
4' 149.0 -- 148.9 --
5' 144.7 -- 145.4 --
6' 134.4 -- 139.3 --
7' 168.6 -- 170.1 --
8' 27.7 2.79, m 26.7 3.38, m
9' 30.8 1.47 - 1.54, m 31.5 1.39 - 1.46, m
10' 31.7 1.34 - 1.43, m 32.4 1.39 - 1.46, m
11' 21.9 1.28 - 1.36, m 22.0 1.25 - 1.37, m
12' 14.3 0.88, t (6.9) 14.5 0.878, t (6.9)
4-OCH3 57.0 3.90, s 56.9 3.89, s
비교 결과, 특히 C-7'의 작용기가 carboxylic acid에서 carboxylate 음이온으로 변함에 따른 화학적 이동 값의 변화 및 그 주변 탄소의 화학적 이동 값의 변화가 관찰되었고, 이는 화합물 2(sodium lobarate)의 구조를 규명하는 중요한 자료이다. 도 2 내지 5는 각각, 소듐 로바레이트의 1H NMR 스펙트럼(400MHz, DMSO-d 6 ), 13C NMR 스펙트럼(100MHz, DMSO-d 6 ), HSQC 데이터(400MHz, DMSO-d 6 ) 및 HMBC 데이터(400MHz, DMSO-d 6 )를 나타낸다.
소듐 로바레이트의 PTP1B 억제 활성 분석
단백질 타이로신 탈인산화 효소 1B(PTP1B) 억제 활성을 분석하기 위하여, 분광학적으로 효소 활성을 측정하였다.
즉, 0.5㎎/㎖농도의 PTP1B (바이오니아, 한국), PTP1B 완충용액 (20 mM Tris-Hcl, pH 8.0, 0.75 mM NaCl, 0.5 mM EDTA, 5 mM β-mercaptoethanol, 50% Glycerol)에 화합물 (Sodium lobarate) 0, 1, 3, 10, 30, 100, 300, 1000, 3000 nM과 기질 [pTyr1146]Insulin Receptor (1142-1153, 산타크루즈, 미국)를 첨가한 다음 상온에서 10~30분 동안 반응시킨 후 Malachite Green-Molybdate Dye Solution (1142-1153, 산타크루즈, 미국)을 첨가하여 상온에서 10분간 반응시켜 PTP1B, 화합물 (Sodium lobarate) 및 기질과의 반응을 종료 시킨 후 620 nm에서 흡광도를 측정하였다.
그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 소듐 로바레이트 (Sodium lobarate)의 PTP1B에 대한 억제 활성도를 분석한 결과, IC50 = 350 nM로 뛰어난 PTP1B 억제효과를 보이며, 농도의존적으로 저해율이 증가함을 확인하였다.
한편, 대조군으로서 로바릭산(Lobaric acid)의 단백질 타이로신 탈인산화 효소 1B(PTP1B) 억제 활성을 측정하여 비교하였다. 단백질 타이로신 탈인산화 효소 1B(PTP1B)는 BIOMOL (미국)사에서 제조한 제품을 구입하여 실험에 사용하였으며, 분광학적으로 효소활성을 측정하기 위하여 약 0.2㎍/㎖농도의 단백질 타이로신 탈인산화 효소 1B, 단백질 타이로신 탈인산화 효소 1B 완충용액 (50 mM citrate, pH 6.0, 0.1M NaCl, 1 mM EDTA, 1mM DTT), 저해제 (lobaric acid), 4 mM pNPP를 첨가하고 가볍게 흔들어 준 다음 30 분 동안 37℃에서 반응시킨 후 405 nm에서 흡광도를 측정하였으며, IC50 =0.87μM, 즉 870nM임을 확인하였다.
이에 본 발명에 따른 소듐 로바레이트의 경우 PTP1B 억제효과가 더 우수함을 확인할 수 있었으며, 이러한 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)는 당뇨병 및 비만에 대한 약학적인 치료 및 예방이 가능한 물질임을 확인하였다.
소듐 로바레이트(sodium lobarate)의 단백질타이로신인산화효소 ( Protein tyrosin phosphatase)에 대한 선택성 분석
소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 단백질 타이로신 탈인산화 효소의 family에 대한 선택성을 조사하기 위하여 PTP1B, PTPN2, PTPN5, PTPN6, PTPN7, PTPN13에 대한 억제활성을 분광학적으로 효소 활성을 측정을 통하여 조사하였다.
먼저, 0.5/농도의 PTP1B, PTPN2, PTPN5, PTPN6, PTPN7, PTPN13 (바이오니아, 한국)와 단백질타이로신탈인산효소 완충용액 (20 mM Tris-Hcl, pH 8.0, 0.75 mM NaCl, 0.5 mM EDTA, 5 mM β-mercaptoethanol, 50% Glycerol)에 화합물 소듐 로바레이트(Sodium lobarate) 0, 50, 100, 200nM과 기질 [pTyr1146]Insulin Receptor (1142-1153, 시그마, 미국)를 첨가한 다음 상온에서 10~30 분 동안 반응시킨 후 Malachite Green-Molybdate Dye Solution (시그마, 미국)을 첨가하여 상온에서 10분간 반응시켜 기질과의 반응을 종료시킨 후 620 nm에서 흡광도를 측정하였다.
소듐 로바레이트(Sodium lobarate)의 단백질타이로신탈인산화효소족에 대한 선택성을 조사한 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)는 PTP1B에 대한 IC50 200uM에서 저해율은 50.004%이었음에 반하여, 특히 PTP1B와 가장 유사한 인산화효소로 알려진 TC-PTP(PTPN2)에 대한 저해율은 83.7%임을 확인할 수 있었다.
아미노산 서열 및 3D 구조에서 PTP1B와 가장 유사한 인산화효소로 알려진 TC-PTP(PTPN2)는 embrionic lethal이며 PTP1B와 유사한 효소특성을 가지고 2nd aryl-phosphate binding site를 포함한 활성화 부위(active site)가 유사한 것으로 알려져 있다. 따라서 757개 물질이 PTP1B를 타겟으로 등록되어 있으나 PTP1B를 주타겟으로 임상에 진입한 화합물은 하나도 없고 PTP1B를 포함하여 여러 타겟에 작용하는 식물 추출물만이 출시되었거나 임상 중에 있는 상태이다.
이에, 단백질타이로신탈인산화효소 family 중 PTP1B에만 선택적으로 작용함을 보이는 상기 실험결과는 본 발명에 따른 화합물인 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)가 PTP1B 저해제로 이형당뇨치료에 이용가능함을 제시한다.
질환모델동물에 대한 소듐 로바레이트의 효능 검증
4-1: 화합물 ( sodium lobarate )을 복강 투여한 후 혈당 변화 관찰
소듐 로바레이트에 대한 예비실험, 효력실험, 독성실험, 자료를 바탕으로 투여량 (실험 물질(mg)/실험동물의 체중(Kg)으로 표시함)을 결정하였다. 7주령된 수컷 db/db 마우스 (제 2형 당뇨 모델 동물, C57/BLKS/J-db/db, 한국생명공학연구원)에 대조군으로 PBS 200㎕를, 실험군으로 PTP1B 활성 억제 물질인 소듐 로바레이트 10mg/kg를 매일 복강투여하여, 일주일에 두 번씩 혈당을 측정하였다.
7주령 된 수컷 db/db 마우스 (제 2형 당뇨 모델 동물, C57/BLKS/J-db/db, 한국생명공학연구원)에 PTP1B 활성 억제 물질 소듐 로바레이트의 복강 주사에 따른 혈당 변화를 측정한 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, 소듐 로바레이트 10mg/kg를 복강 주사한 실험군(n=6)에서는 평균 0일 267 mg/dL, 3일 276 mg/dL, 7일 378 mg/dL, 10일 378 mg/dL, 14일 407 mg/dL, 17일 415 mg/dL, 21일 459 mg/dL로 대조군에 비하여 낮은 혈당 증가 현상이 나타남을 확인할 수 있었다.
4-2: 소듐 로바레이트를 복강 투여한 후 6시간 공복 후 혈당 변화 관찰
화합물 (sodium lobarate)에 대한 보다 정확한 항당뇨 효과 측정을 위하여, 7주령된 수컷 db/db 마우스 (제 2형 당뇨 모델 동물, C57/BLKS/J-db/db, 한국생명공학연구원)에 대조군으로 PBS 200㎕를, 실험군으로 소듐 로바레이트 10mg/kg을 매일 복강주사후, 일주일에 두 번씩 혈당을 측정하였다. 이때, 복강 주사 후 6시간 동안 금식시킨 후 혈당을 측정하였다.
그 결과, 도 9에 나타난 바와 같이, 소듐 로바레이트 10 mg/kg를 복강 주사한 실험군 (n=6)에서는 평균 0일 141 mg/dL, 3일 142 mg/dL, 7일 185 mg/dL, 10일 206 mg/dL, 14일 232 mg/dL, 17일 236 mg/dL, 21일 313 mg/dL로 실시예 4-1과 마찬가지로 대조군에 비하여 낮은 혈당 증가 현상을 보였다.
4-3: 화합물 ( sodium lobarate )을 복강 투여한 후 몸무게 변화 관찰
7주령 된 수컷 db/db 마우스 (제 2형 당뇨 모델 동물, C57/BLKS/J-db/db, 한국생명공학연구원)에 대조군으로 PBS 200㎕를, 실험군으로 소듐 로바레이트 10mg/kg을 매일 복강주사후, 복강 주사 후 몸무게 변화를 조사하기 위하여, 일주일에 두 번씩 일정한 시간에 동물용 체중계를 사용하여 몸무게를 측정하였다.
그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 대조군(n=6)에서는 평균 0일 30.8 g, 3일 35.1 g, 7일 38.7 g, 10일 39.4 g, 14일 40.3 g, 17일 41.1 g, 21일 41.3 g의 몸무게 변화를 나타내었으며, 화합물(Sodium lobarate) 10mg/kg를 복강 주사한 실험군(n=6)에서는 평균 0일 28.8g, 3일 33.4g, 7일 36.7g, 10일 37.8g, 14일 38.9,g, 17일 39.0g, 21일 39.0g의 몸무게 변화를 보이는 것으로 나타났다.
이는 화합물(Sodium lobarate)을 처리 한 2형 당뇨동물에서 몸무게가 대조군과 비교하여 유의적인 변화가 없음을 나타낸다.
4-4: 화합물( sodium labarate ) 처리 28일 후 포도당 내성 검사 ( IPGTT ) 검증
화합물(Sodium Lobarate)의 동물모델에서의 복강 내 포도당 내성 검사(IPGTT, Intraperitoneal glucose tolerance test)를 측정하기 위하여, 다음과 같은 실험을 수행하였다.
7주령 된 수컷 db/db 마우스 (제 2형 당뇨 모델 동물, C57/BLKS/J-db/db, 한국생명공학연구원)에 대조군으로 생리식염수를, 실험군으로 소듐 로바레이트 10mg/kg을 매일 28일간 복강주사후, 생리식염수 및 소듐 로바레이트(Sodium lobarate)를 각각 투여하지 않은 상태에서 16시간 공복 후 포도당(500 ㎎/㎖, 투여 부피 200㎕)을 복강 주사의 방법으로 주입 한 후 0, 15, 30, 60, 90, 120분에 꼬리 정맥에서 채취한 혈액 샘플에서 혈당 변화를 관찰하였다.
제 2형 당뇨동물에서 글루코오즈 피하 투여에 따른 포도당 내성 변화를 측정한 결과, 도 11에 나타난 바와 같이, 대조군(생리식염수 주사)의 경우 포도당의 투여 후 0분 293 mg/dL, 15분 429 mg/dL, 30분 558 mg/dL, 60분 553 mg/dL, 90분 539 mg/dL, 120분 568 mg/dL을 나타내며 급격한 혈당증가 경향 및 매우 느린 혈당 강하 거동을 보이는 반면, 화합물(Sodium Lobarate, 10 mg/kg)을 28일 간 복강 투여한 실험군에서는 각각 0분 172 mg/dL, 15분 327 mg/dL, 30분 488 mg/dL, 60분 450 mg/dL, 90분 317 mg/dL, 120분 290 mg/dL로 약물 농도 의존성으로 낮은 혈당증가 및 빠른 혈당 강하를 통한 혈당 정상화를 확인할 수 있었다.
이러한 실시예 4의 1 내지 4의 결과는 본 발명에 따른 소듐 로바레이트(sodium lobarate)가 매우 우수한 항당뇨 효과를 가짐을 나타낸다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
부호 없음

Claims (4)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 로바레이트(Sodium Lobarate)를 유효성분으로 함유하는 당뇨병의 예방 또는 치료용 약학 조성물
    [화학식 1]
    Figure 112014088196438-pat00008
    .
  2. 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 로바레이트(Sodium Lobarate)를 함유하는 당뇨병의 예방 또는 개선용 기능성 식품
    [화학식 1]
    Figure 112014088196438-pat00009
    .
  3. 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 로바레이트(Sodium Lobarate)를 유효성분으로 함유하는 비만의 예방 또는 치료용 약학 조성물
    [화학식 1]
    Figure 112014088196438-pat00021
    .
  4. 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 로바레이트(Sodium Lobarate)를 함유하는 비만의 예방 또는 개선용 기능성 식품
    [화학식 1]
    Figure 112014088196438-pat00022
    .
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