KR102570073B1 - 2'-푸코실락토오스를 포함하는 치매 개선 또는 치료용조성물 - Google Patents

2'-푸코실락토오스를 포함하는 치매 개선 또는 치료용조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2'-푸코실락토오스를 포함하는 치매 개선 또는 치료용 조성물에 관한 것으로, 2'-FL은 아밀로이드 베타의 축적을 억제 또는 방지하여 아밀로이드 베타에 의한 뇌손상을 개선하며, 신경염증을 개선함에 따라 우수한 치매 예방, 개선 및 치료 효능을 갖는다.

Description

2'-푸코실락토오스를 포함하는 치매 개선 또는 치료용 조성물 {Composition for improvement or treatment of dementia with 2'-fucosyllactose}
본 발명은 2'-푸코실락토오스를 포함하는 치매 개선 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
우리나라뿐 아니라 전 세계적으로 고령화 사회가 되어가면서 노인성 질환에 많은 관심이 생기고 있고 그에 따라 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 알츠하이머병 또는 알츠하이머성 치매는 이상 단백질(아밀로이드 베타 단백질, 타우단백질 등)이 뇌 속에 쌓이면서 뇌신경세포가 서서히 파괴되는 퇴행성 신경질환으로서 노인들에게서 가장 많이 나타나는 대표적인 치매 중 하나이다. 알츠하이머병은 65~74세 10%, 75~84세 19%, 85세 이상에서는 47%가 발병하며 그 발병률이 해마다 늘어나 커다란 사회문제로 떠오르고 있으며, 질병의 특성상 환자 본인뿐만 아니라 가족의 정신적, 육체적 부담이 매우 심각하다.
현재까지 알츠하이머병의 예방은 물론 확립된 조기 진단 방법에 대해서는 알려진 바가 없다. 단지, 의사들의 임상적 소견과 신경심리 검사에만 의존하여 진단해온 실정이며 이러한 결과로 질병이 상당히 진행된 후에야 진단을 받고 있어 치료에 큰 어려움이 있었다. 또한, 치료제 역시 아직 개발된 것이 없으며 단지 증상을 완화하는 약물들만 사용되고 있을 뿐이다.
알츠하이머병의 주요증상으로는 기억력 감퇴, 언어능력저하, 시공간파악능력 저하, 판단력 장애, 행동증상이나 정신증적 증상, 우울증, 심한 감정변화, 야간 착란, 환청이나 환시 등이 있다. 알츠하이머병의 정확한 발병원인 및 기전이 밝혀지지는 않았으나, 현재까지는 아포지단백 E4 대립유전자 등 몇 가지 관련 유전자와 신경전달물질의 경로 및 분비저하, 고령, 다운증후군, 저학력, 80세 이상의 여성 등이 알츠하이머병의 발병 위험인자로 알려져 있다. 또한 고혈압, 당뇨, 고지혈증, 비만 등 심혈관계질환이나 대사증후군을 유발하는 주요 인자인 인슐린 저항성이 알츠하이머병의 위험인자로 대두되고 있다. 이러한 다양한 원인에 의해 알츠하이머병 환자의 뇌에서는 노인반점(Senile plaque)과 신경섬유 덩어리(Neurofibrillary tangle), 아밀로이드 베타(amyloid β, Aβ)와 APP-C 단백질(Anti-amyloid Precursor Protein)과 같은 독성 단백질에 의한 신경세포 사멸, 시냅스 손실 및 타우(Tau) 단백질 변성 및 과인산화에 의한 신경섬유 덩어리 형성 등이 진행되며 이와 관련된 기전이 밝혀진 바 있다.
아밀로이드 베타(Abeta or Aβ)는 알츠하이머병 환자의 뇌에서 발견되는 아밀로이드 플라크(amyloid plaque)의 주요 성분으로서, 36 내지 43의 아미노산으로 이루어진 펩타이드이고, 아밀로이드 전구 단백질(amyloid precursor protein, APP)로부터 만들어진다고 알려져 있다. 또한, 신경염증은 알츠하이머 치매 및 자가면역 반응으로 인한 다양한 병증의 원인으로 지목되고 있다.
이에, 본 발명자는 2'-FL이 아밀로이드 베타의 축적을 억제 또는 방지하여 아밀로이드 베타에 의한 뇌손상을 개선 및 신경염증을 개선함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
한국공개특허 제10-2019-0130720호 (2019.11.25)에는, 2'-푸코실락토오스를 포함하는 손상 예방용 조성물에 관하여 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 포함하는 치매 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 포함하는 치매 방지 또는 개선용 식품 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 포함하는 치매 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.
이때, 상기 약학 조성물은, 바람직하게는 3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose)를 더 포함하는 것이 좋다.
이때, 상기 치매는, 바람직하게는 아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 것이다.
본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 포함하는 치매 방지 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.
이때, 상기 식품 조성물은, 바람직하게는 3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose)를 더 포함하는 것이 좋다.
이때, 상기 치매는, 바람직하게는 아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 것이다.
2'-FL은 아밀로이드 베타의 축적을 억제 또는 방지하여 아밀로이드 베타에 의한 뇌손상을 개선하며, 신경염증을 개선함에 따라 우수한 치매 예방, 개선 및 치료 효능을 갖는다.
도 1은 수중 미로 시험법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 2'-FL의 투여가 수중미로 훈련을 통해 형성되는 공간기억력에 미치는 영향을 날짜별 도피대 도착시간 변화 추이를 측정함으로써 확인한 결과이다.
도 3은 2'-FL의 투여가 수중미로 훈련을 통해 형성되는 공간기억력에 미치는 영향을 수중 미로 훈련 5일째 도피대가 포함된 구역(zone)의 도착시간을 측정함으로써 확인한 결과이다.
도 4는 2'-FL의 투여가 수중미로 훈련을 통해 형성되는 공간기억력에 미치는 영향을 수중 미로 훈련 5일째 도피대 도착 경로를 측정함으로써 확인한 결과이다.
도 5는 Y-미로 시험법을 나타낸 모식도이다 (1): 인지기능 및 기억력 정상 행동군, 2): 인지기능 및 기억력 이상 행동군).
도 6은 Y 미로 시험을 통한 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 단기 기억에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 7은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 피질에 축적된 아밀로이드 베타의 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 8은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 해마에 축적된 아밀로이드 베타의 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 9는 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 전체에 축적된 아밀로이드 베타의 억제에 미치는 영향을 확인한 결과로서 채취한 3개의 조직 중 첫 번째로 채취한 뇌 조직의 사진이다.
도 10은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 피질에 나타난 타우단백질의 과인산화의 억제에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 11은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 해마에 나타난 타우단백질의 과인산화 억제에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 12는 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 혈중 TNF-α 농도 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 13은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 혈중 IL-6 농도 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 함유하는 치매 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다. 이때, 본 발명의 약학 조성물은 바람직하게 3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose) 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 함유하는 치매 방지 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다. 이때, 본 발명의 식품 조성물은 바람직하게 3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용한 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose) 및 3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose)는 모유에 함유되어 있는 대표적인 모유올리고당(HMO, Human Milk Oligosaccharide)이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose) 투여군에서 아밀로이드 베타 축적이 감소하였고, 신경염증 인자인 혈중 IL-6 및 TNF-α 수치를 감소함을 확인한 바, 모유올리고당(HMO)의 일종인 2'-푸코실락토오스가 치매 예방 또는 치료 그리고 치매 방지 또는 개선에 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 이와 같은 효과가 확인된 본 발명의 조성물은 아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암은 치매 또는 신경염증으로 말미암은 치매에 효과적이라 할 수 있을 것이다.
아밀로이드 베타 (또는 베타 아밀로이드)는 알츠하이머 환자의 뇌에서 발견되는 아밀로이드 플라크의 주성분으로 알츠하이머병에 결정적으로 관여하는데, 36~43개의 아미노산 펩티드로 구성되어 있는 것으로 알려져 있다. 이 펩티드는 베타 세크리타제와 감마 세크리타제에 의해 분해되어 아밀로이드 베타를 생성하는, 아밀로이드 전구체 단백질에서 유도된다.
아밀로이드 베타 분자는 응집되어 여러 형태로 존재할 수 있는 가용성 올리고머를 형성할 수 있다. 잘못 접힌 특정의 올리고머가 다른 아밀로이드 베타 분자의 잘못 접힌 올리고머 형태를 유도하여 프리온 감염과 유사한 연쇄 반응을 유도할 수 있는 것으로 예상하고 있다. 이렇게 생성된 플라크는 신경세포에 대한 독성이 있고, 알츠하이머병에 관여하는 다른 단백질인 타우단백질도 프리온처럼 잘못 접힌 올리고머를 형성하며, 잘못 접힌 아밀로이드 베타가 타우를 잘못 변형시킬 수 있다는 증거가 있기도 하다.
한편, 신경염증은 알츠하이머 치매 및 자가면역 반응으로 인한 다양한 병증의 원인으로 지목되고 있다. 구체적으로, 알츠하이머 환자의 뇌에서 발견된 만성적인 염증반응은 처음에는 신경세포의 소실에 반응하는 기제로 이해되어 왔지만, 최근 광범위한 연구를 통해 증가된 염증반응은 단지 신경세포의 손상뿐 아니라 아밀로이드 베타의 축적과 신경원섬유 얽힘을 증대시킬 수 있음이 밝혀졌다. 반대로 아밀로이드 베타 침착에 의해 신경염증이 증대됨이 알려지기도 했다.
또한 신경염증 및 면역조절 메커니즘을 가진 후보물질을 동물모델에서 평가한 결과, 아밀로이드 베타의 침착 정도에 상관없이 뇌 신경염증을 개선시키고, 인지저하를 늦추는 결과가 나타나, 아밀로이드 베타 또는 타우단백질의 축적에 의해 발병하는 알츠하이머 외에도 신경염증에 따른 알츠하이머의 새로운 치료적 대안으로 신경염증 억제제가 대두되고 있다.
본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose, 2'-FL) 포함하는 치매 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다. 이때, 상기 치매는, 바람직하게는 아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 것일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어, "예방"이란 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여에 의해 치매를 억제하거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어, "치료"란 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여에 의해 치매에 의한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.
본 발명은 상기 2'-FL 성분에 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 2'-FL 외에 약학적으로 허용 가능한 담체를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 담체의 종류는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 담체라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 상기 담체의 비제한적인 예로는, 락토오스, 덱스트로오스, 수크로오스, 솔비톨, 만니톨, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사 용액, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 말토덱스트린, 글리세롤, 에탄올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 약학적 조성물은 필요한 경우, 항산화제, 부형제, 희석제, 완충액 또는 정균제 등 기타 약학적으로 허용 가능한 첨가제들을 첨가하여 사용할 수 있으며, 계면 활성제, 결합제, 충진제, 증량제, 습윤제, 붕해제, 분산제 또는 윤활제 등을 부가적으로 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물에 있어, 2'-FL은 약학적 조성물의 전체의 중량을 기준으로 0.00001 중량％ 내지 99.99 중량％로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 투여 대상의 상태, 구체적인 병증의 종류, 진행 정도 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 필요한 경우, 약학적 조성물의 전체 함량으로도 포함될 수 있다.
즉, 본 발명의 약학적 조성물의 약학적 유효량, 유효 투여량은 약학적 조성물의 제제화 방법, 투여 방식, 투여 시간 및/또는 투여 경로 등에 의해 다양해질 수 있으며, 약학적 조성물의 투여로 달성하고자 하는 반응의 종류와 정도, 투여 대상이 되는 개체의 종류, 연령, 체중, 일반적인 건강 상태, 질병의 증세나 정도, 성별, 식이, 배설, 해당 개체에 동시 또는 이시에 함께 사용되는 약물 기타 조성물의 성분 등을 비롯한 여러 인자 및 의약 분야에서 잘 알려진 유사 인자에 따라 다양해질 수 있으며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 목적하는 치료에 효과적인 투여량을 용이하게 결정하고 처방할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 약학적 조성물의 일일 투여량은 약 0.0001 내지 1,000㎎/㎏이고, 바람직하게는 0.001 내지 100㎎/㎏이며, 하루 일회 내지 수회에 나누어 투여할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 투여는 하루에 1회 투여될 수 있고, 수 회에 나누어 투여될 수도 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양으로 투여할 수 있으며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 치매를 예방 또는 치료하기 위하여 추가적으로 호르몬 치료, 약물치료 등의 다양한 방법들과 병용하여 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어, "투여"는 어떠한 적절한 방법으로 환자에게 본 발명의 약학적 조성물을 도입하는 것을 의미하며, 본 발명의 약학적 조성물의 투여 경로 및 투여 방식은 각각 독립적일 수 있으며, 목적하는 해당 부위에 상기 약학적 조성물이 도달할 수 있는 한, 특별한 제한 없이 임의의 투여 경로 및 투여 방식에 따를 수 있다.
상기 약학적 조성물은 경구 투여 또는 비경구 투여 방식으로 투여할 수 있으며, 경구 투여 또는 비경구 투여를 위한 적합하고 다양한 제형으로 제제화되어 사용될 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물을 이용한 경구 투여용 제제의 비제한적인 예로는, 유성 현탁액, 트로키제(troches), 로젠지(lozenge), 정제, 수용성 현탁액, 조제 분말, 과립, 에멀젼, 하드 캡슐, 소프트 캡슐, 시럽 또는 엘릭시르제 등을 들 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물을 경구 투여용으로 제제화하기 위하여, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아밀로펙틴, 셀룰로오스 락토오스, 사카로오스 또는 젤라틴 등과 같은 결합제; 스테아르산 마그네슘, 스테아르산 칼슘, 스테아릴 푸마르산 나트륨 또는 폴리에틸렌 글리콜 왁스 등과 같은 윤활유; 디칼슘 포스페이트 등과 같은 부형제; 옥수수 전분 또는 고구마 전분 등과 같은 붕해제 등을 사용할 수 있으며, 방향제, 시럽제, 감미제 등도 사용할 수 있다. 나아가 캡슐제의 경우에는 상기 언급한 물질 외에도 지방유와 같은 액체 담체 등을 추가로 사용할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 비경구 투여 방법으로는, 근육 내 투여, 경피 투여, 정맥 내 투여, 복강 내 투여 또는 피하 투여 등을 이용할 수 있으며, 상기 조성물을 질환 부위에 도포하거나 분무, 흡입하는 방법 또한 이용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 약학적 조성물을 이용한 비경구용 제제의 비제한적인 예로는, 주사액, 좌제, 연고, 도포용 파우더, 오일, 호흡기 흡입용 분말, 스프레이용 에어로졸제, 크림 등을 들 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물을 비경구 투여용으로 제제화하기 위하여, 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결 건조 제제, 외용제 등을 사용할 수 있으며, 상기 비수성용제, 현탁제로는 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물을 주사액으로 제제화하는 경우, 본 발명의 약학적 조성물을 안정제 또는 완충제와 함께 물에서 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조하고 이를 앰플(ampoule) 또는 바이알(vial)의 단위 투여용으로 제제화할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물을 에어로졸제로 제제화하는 경우, 수분산된 농축물 또는 습윤 분말이 분산되도록 추진제 등이 첨가제와 함께 배합할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물을 연고, 오일, 크림, 도포용 파우더, 피부 외용제 등으로 제제화하는 경우에는, 동물성 유, 식물성 유, 왁스, 파라핀, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 산화 아연 등을 담체로 사용하여 제제화할 수 있다.
한편, 본 발명은 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose) 포함하는 치매 방지 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다. 이때, 상기 치매는, 바람직하게는 아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 것이다.
본 발명의 식품 조성물에 있어, 2'-FL 함량은 특별히 제한되지 않으며, 투여 대상의 상태, 구체적인 병증의 종류, 진행 정도 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 필요한 경우, 식품의 전체 함량으로도 포함될 수 있다.
본 발명의 식품 조성물은 일 예로, 면류, 껌류, 유제품류, 아이스크림류, 육류, 곡류, 카페인 음료, 일반음료, 초콜릿, 빵류, 스낵류, 과자류, 사탕, 피자, 젤리, 알코올성 음료, 술, 비타민 복합제 및 그 밖의 건강보조식품류 중 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 식품 조성물이 식품 첨가물의 형태로 사용될 경우, 이를 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 "식품 조성물"은 건강기능식품을 포함하는 의미를 포괄하는데, 상기 "건강기능식품"이라 함은 건강기능식품에 관한 법률 제6727호에 따른 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용하여 제조 및 가공한 식품을 의미하며, "기능성"이라 함은 인체의 구조 및 기능에 대하여 영양소를 조절하거나 생리학적 작용 등과 같은 보건 용도에 유용한 효과를 얻을 목적으로 섭취하는 것을 의미한다.
본 발명의 식품 조성물은 통상 사용되어 냄새, 맛, 시각 등을 향상시킬 수 있는 추가 성분을 포함할 수 있다. 예들 들어, 비오틴(biotin), 폴레이트(folate), 판토텐산(pantothenic acid), 비타민 A, C, D, E, B1, B2, B6, B12, 나이아신(niacin) 등을 포함할 수 있다. 또한, 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 구리(Cu), 아연(Zn), 철(Fe), 칼슘(Ca) 등의 미네랄을 포함할 수 있다. 또한, 시스테인, 발린, 라이신, 트립토판 등의 아미노산을 포함할 수 있다. 또한, 방부제(소르빈산 칼륨, 벤조산나트륨, 살리실산, 디히드로초산나트륨 등), 착색제(타르색소 등), 발색제(아질산나트륨, 아초산나트륨 등), 표백제(아황산나트륨), 살균제(표백분과 고도 표백분, 차아염소산나트륨 등), 팽창제(명반, D-주석산수소칼륨 등), 강화제, 유화제, 증점제(호료), 피막제, 산화방지제(부틸히드록시아니졸(BHA), 부틸히드록시톨루엔(BHT) 등), 조미료(MSG 글루타민산나트륨 등), 감미료(둘신, 사이클레메이트, 사카린, 나트륨 등), 향료(바닐린, 락톤류 등), 검기초제, 거품억제제, 용제, 개량제 등의 식품 첨가물(food additives)을 첨가할 수 있다. 상기 첨가물은 식품의 종류에 따라 선별되고 적절한 양으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 구성을 하기 실시예를 통해 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.
[ 실시예 1: 2 '-FL 투여에 따른 뇌 인지기능 및 기억력 개선 효능 평가_동물행동 시험]
실험동물은 24주령 5X FAD(Aβ plaques) 알츠하이머 모델을 이용하였다. 실험동물은 온도 22±3℃, 상대습도 30±10%, 조명시간 12시간 (08:00~20:00) 및 조도 150~300 룩스(Lux)로 설정된 조건에서 사육하였으며, 폴리카보네이트 케이지에 한 케이지당 5마리 이하로 사육하였다.
사료는 실험동물용 고형사료(오리엔트)를 사용하였고, 물은 프리필터한 상수도수를 사용하였으며, 자유 섭취 조건으로 실험을 진행하였다.
증류수(DW) 투여군을 음성대조군(vehicle), 도네페질(donepezil) 투여군을 양성대조군으로 사용하였다. '치매군'은 증류수 투여 5X FAD 마우스를, '정상군'은 증류수 투여 야생형 마우스를 의미한다.
모든 실험 결과의 통계별 유의성 검증은 유의수준 p<0.05에서 분산분석 ANOVA, T-검증(test)을 이용하여 진행하였다.
1. 수중 미로 시험
2'-FL을 농도별로 야생형 (wild type) 마우스와 5X FAD 마우스 군에 8주 동안 경구투여 후, 수중 미로 시험을 수행하였다. 구체적으로, 직경 150 ㎝, 높이 60 ㎝의 원형 수조에 30 ㎝의 높이로 물을 채우고, 수조 4분면의 한 구역에 도피대 (escape platform)를 설치하였다.
훈련기간 동안에는 수조에서 도피대를 수면 아래 1 ㎝ 높이에 두고 보이지 않게 설정한 수조에서, 매번 입수하는 위치를 똑같이 하고 하루 3번씩 반복하여 훈련시키며 video tracking system (SMART v3.0 panlab SL)을 이용하여 기록하였다. 실험동물이 60초 안에 도피대에 도달하는 경우에는 15초 동안 도피대에 머물게 하였으며, 도피대를 찾지 못할 경우에는 손으로 위치를 안내해 도피대에 위치하도록 하고 20초 동안 혼자 있도록 훈련시켰다.
6일째 프로브 시험 (probe test)에서는 도피대를 제거하고 실험동물이 60초 동안 자유롭게 헤엄칠 수 있도록 허용하였다. 이때, 도피대가 있었던 위치에 첫 번째로 도달하는 시간 (sec)과 지나는 횟수 (number of target crossings)를 기록하였다 (도 1). 도 1은 수중 미로 시험법을 나타낸 모식도이다.
실험 결과, 치매군은 정상군에 비해 도피대 찾는 시간이 유의적으로 증가하였다. 다만, 정상군과 치매군 모두에서 2'-FL 투여군이 증류수 투여군(vehicle) 대비 수중 미로 훈련(학습) 기간 동안 도피대에 도착하는 시간이 감소됨에 따라, 2'-FL의 투여에 의해 정상군 및 치매군의 학습을 통한 공간기억이 형성되었음을 확인하였다 (도 2 내지 3). 도 2는 2'-FL의 투여가 수중미로 훈련을 통해 형성되는 공간기억력에 미치는 영향을 날짜별 도피대 도착시간 변화 추이를 측정함으로써 확인한 결과이고, 도 3은 2'-FL의 투여가 수중미로 훈련을 통해 형성되는 공간기억력에 미치는 영향을 수중 미로 훈련 5일째 도피대가 포함된 구역(zone)의 도착시간을 측정함으로써 확인한 결과이다. 즉, 도 2의 결과는 정확한 목표지 스폿(spot)에 도착한 시간을 측정한 결과이고, 도 3의 결과는 목표 스폿(spot)이 포함된 반경 얼마정도의 구역(zone)에 들어온 시간을 측정한 결과로, 양 결과 사이에 약간의 시간차가 있을 수 있다.
또한, 수중 미로 훈련 5일째 도피대 도착 경로를 확인한 결과, 특히 2'-FL 투여 치매군에서 치매군 대비 도피대 도착 경로가 단순화되었음을 확인하였다 (도 4). 도 4는 2'-FL의 투여가 수중미로 훈련을 통해 형성되는 공간기억력에 미치는 영향을 수중 미로 훈련 5일째 도피대 도착 경로를 측정함으로써 확인한 결과이다.
이상의 내용을 종합하면, 모든 농도의 2'-FL 투여군, 특히 2'-FL 투여 치매군은 치매군 대비 학습을 통한 공간 기억력이 유의적으로 향상되었음을 확인하였다.
2. Y-미로 시험
2'-FL을 농도별로 야생형 (sild type) 마우스와 5X FAD 마우스 군에 8주 동안 경구투여 후, Y자 미로 시험을 수행하였다. Y자 미로 시험에 이용되는 기구는 3개의 가지로 구성되어 있으며, 각 가지(arm)의 길이는 42 ㎝, 넓이는 3 ㎝, 높이는 12 ㎝이고 세 팔이 접히는 각도는 120°로 설계되었다. 모든 실험 장치는 흰 폴리비닐 플라스틱 (polyvinyl plastic)으로 장치하였다.
구체적으로, Y자 미로의 가지를 임의로 A, B, C로 정한 후, 한쪽 가지에 마우스를 놓고 5분 동안 자유롭게 움직이게 한 다음, 마우스가 들어간 가지를 기록하였다. 본 기록은 꼬리까지 완전히 들어갔을 경우에 한하며, 갔던 가지에 다시 들어간 경우에도 기록하였다 (도 5). 5는 Y-미로 시험법을 나타낸 모식도이다 (1): 인지기능 및 기억력 정상 행동군, 2): 인지기능 및 기억력 이상 행동군).
세 개의 다른 가지에 차례로 들어간 경우 1점 (실제 변경, actual alternation)씩 부여하였다. 변경 행동력 (alternation behavior)은 3가지 모두에 차례로 들어가는 것으로 정의되며, 하기 수학식 1에 의해 계산하여 결과를 도출하였다 (최대변경: 총 출입횟수-2).
[수학식 1]
실험결과, 치매군은 정상군에 비해 변경 행동력 점수 (spontaneous alteration; SA) 비율이 현저히 낮아, 치매군에서 단기기억이 유의적으로 저하된 것으로 나타났다. 반면, 2'-FL 투여 치매군에서는 SA 비율이 치매군 대비 유의적으로 증가한 것으로 나타나, 모든 농도의 2'-FL 투여 치매군에서 치매군 대비 단기 기억력 및 인지능력이 향상되었음을 확인하였다 (mean ± SEM (n=8~12), 도 6). 도 6은 Y 미로 시험을 통한 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 단기 기억에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
[ 실시예 2: 2 '-FL 투여에 따른 뇌 인지기능 및 기억력 개선 효능 평가_분자 마커 시험]
실험동물은 24주령 5X FAD(Aβ plaques) 알츠하이머 모델을 이용하였다. 실험동물은 온도 22±3℃, 상대습도 30±10%, 조명시간 12시간 (08:00~20:00) 및 조도 150~300 룩스(Lux)로 설정된 조건에서 사육하였으며, 폴리카보네이트 케이지에 한 케이지당 5마리 이하로 사육하였다.
사료는 실험동물용 고형사료(오리엔트)를 사용하였고, 물은 프리필터한 상수도수를 사용하였으며, 자유 십취 조건으로 실험을 진행하였다.
증류수(DW) 투여군을 음성대조군(vehicle), 도네페질(donepezil) 투여군을 양성대조군으로 사용하였다. '치매군'은 증류수 투여 5X FAD 마우스를, '정상군'은 증류수 투여 야생형 마우스를 의미한다.
모든 실험 결과의 통계별 유의성 검증은 유의수준 p<0.05에서 분산분석 ANOVA, T-검증(test)을 이용하여 진행하였다.
1. 아밀로이드 베타 축적 분석
마우스 뇌 조직에 침착된 아밀로이드 베타는 1 ㎜ 이상의 뇌조직을 조직 투명화 기법으로 투명화하고, 티오플라빈(thioflavin)으로 염색하여 3차원으로 이미징한 후, Imaris 프로그램을 활용하여 뇌 영역별 플라크(plaque)를 수치화하였다.
실험 결과, 치매군의 뇌 피질(cortex) 및 뇌 해마(hippocampus) 모두에서 아밀로이드 베타 축적이 관찰되었고, 2'-FL의 투여에 의해 아밀로이드 베타 축적의 감소가 관찰되었다 (scale bar: 100 ㎛; mean ± SEM (n=8~12), 도 7 내지 8). 도 7은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 피질에 축적된 아밀로이드 베타의 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이고, 도 8은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 해마에 축적된 아밀로이드 베타의 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
또한, 각 군별로 1 ㎜ 두께 뇌조직 3개를 채취하여 이의 부피를 측정하고, 축적된 아밀로이드 베타의 전체 개수를 측정한 결과, 치매군에서 뇌 전체에 걸친 아밀로이드 베타의 축적이 2'-FL의 투여에 의해 유의적으로 억제되었음을 확인하였다 (표 1, 도 9). 도 9는 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 전체에 축적된 아밀로이드 베타의 억제에 미치는 영향을 확인한 결과로서 채취한 3개의 조직 중 첫 번째로 채취한 뇌 조직의 사진이다.
이상의 내용을 종합하면, 2'-FL은 아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 치매의 치료 및 개선에 매우 효과적임을 상기의 실험 결과를 통해 알 수 있다.
Group vehicle donepezil 2'-FL 300
1 st brain tissue 2 nd brain tissue 3 rd braintissue Avr . SEM 1 st brain tissue 2 nd brain tissue 3 rd braintissue Avr . SEM 1 st brain tissue 2 nd brain tissue 3 rd braintissue Avr . SEM
Volume
(㎣) 		2.6E+10 2.6E+10 2.6E+10 2.6E+10 0.00 2.6E+10 2.7E+10 2.7E+10 2.7E+10 3.33E+8 2.8E+10 2.8E+10 3.4E+10 3.0E+10 2.0E+9
Ab number 44800 64900 59600 56433 6015 20000 50500 40500 37000 8977 23900 26900 42000 30933 5601
Ab number/
volume 		17034 19489 18226 18250 709 7547 18364 14945 13618 3192 8628 9642 12174 10148* 1054
Group 2'-FL 600 2'-FL 1200
1 st brain tissue 2 nd brain tissue 3 rd braintissue Avr . SEM 1 st brain tissue 2 nd brain tissue 3 rd braintissue Avr . SEM
Volume
(㎣) 		2.7E+10 3.2E+10 3.6E+10 3.2E+10 2.6E+9 3.2E+10 4.1E+10 3.1E+10 3.5E+10 3.18E+9
Ab number 32000 38400 20800 30400 5143 34300 31900 37000 34400 1473
Ab number/
volume 		11722 11852 5762 9778* 2009 10719 7800 12092 10203* 1266
- * p≤0.05, Vehicle vs.
- Avr. = Average (Mean)
- SEM = Standard Error of the Mean
2. 타우단백질 과인산화 분석
마우스 뇌조직에서 발현된 타우단백질 및 인산화된 타우단백질을 검출하는 항체를 사용하여 면역염색 기법(IHC)을 활용한 이미징 관찰을 통해 타우단백질의 과인산화(p-tau)를 분석하였다.
실험 결과, 치매군의 뇌피질(cortex) 및 뇌 해마(hippocampus) 모두에서 타우단백질의 과인산화가 관찰되었다. 다만, 상기 아밀로이트 베타 축적 분석에서와는 달리 2'-FL의 투여가 타우단백질의 과인산화 억제에 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다 (scale bar: 100 ㎛; mean ± SEM (n=8~12), 도 10 내지 11). 도 10은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 피질에 나타난 타우단백질의 과인산화의 억제에 미치는 영향을 확인한 결과이고, 도 11은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 뇌 해마에 나타난 타우단백질의 과인산화 억제에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
3. 신경염증 마커 분석
마우스 뇌조직 균질액으로부터 효소면역분석법(ELISA)을 통해 신경염증 사이토카인인 TNF-α 및 IL-6의 농도를 분석하였다.
실험 결과, 치매군의 혈중 TNF-α 및 IL-6 농도가 유의적으로 증가한 반면, 2'-FL 투여 치매군은 치매군 대비 TNF-α 및 IL-6 농도가 유의적으로 감소하는 것으로 나타나, 2'-FL이 신경염증을 효과적으로 개선함을 확인할 수 있었다 (도 12 내지 13). 도 12는 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 혈중 TNF-α 농도 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이고, 도 13은 2'-FL의 투여가 치매가 유도된 쥐의 혈중 IL-6 농도 감소에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
이상의 내용을 종합하면, 2'-FL은 신경염증으로 말미암아 유발되는 치매의 치료 및 개선에 매우 효과적임을 상기의 실험 결과를 통해 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 포함하는 치매 예방 또는 치료용 약학 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 약학 조성물은,
    3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치매 예방 또는 치료용 약학 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 치매는,
    아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 것을 특징으로 하는 약학 조성물.
  4. 2'-푸코실락토오스 (2'-fucosyllactose)를 포함하는 치매 방지 또는 개선용 식품 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 식품 조성물은,
    3-푸코실락토오스 (3-fucosyllactose)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치매 방지 또는 개선용 식품 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 치매는,
    아밀로이드 베타(amyloid β)의 축적으로 말미암아 유발되는 것을 특징으로 하는 식품 조성물.
KR1020230087978A 2022-11-17 2023-07-06 2'-푸코실락토오스를 포함하는 치매 개선 또는 치료용조성물 KR102570073B1 (ko)

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