Screening of Phenolic Compounds with Inhibitory Activities against HMG-CoA Reductase

Abstract

High level of plasma cholesterol is strongly associated with the development of atherosclerosis and coronary heart disease. Clinical trials designed to reduce plasma cholesterol level by diet or pharmacological intervention have resulted in marked reduction of disease incidence. The enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) reductase which reduces cholesterol biosynthesis in the liver is the key enzyme of the mevalonate pathway that produces cholesterol. In this study, 71 naturally occurring phenolic compounds were tested for inhibitory activities against HMG-CoA reductase. Eleven compounds out of 71 showed inhibitory activities: three hydrolyzable tannin (geraniin, ace-tonyl geraniin and pentagalloyl β-D-glucose), four benzoic acid derivatives (benzoic acid, trans-cin-namic acid, 2,4-dihydroxybenzoic acid and 2,5-dihydroxybenzoic acid), and four naphthoquinone derivatives (1,2-naphthoquinone, 1,4-naphthoquinone, plumbagin and shikonin). At the concentration of 10 μg/ml, 1,4-naphthoquinone inhibited HMG-CoA reductase by 99.4%, and then plumbagin 91.4%, pentagalloyl β-D-glucose 46.6%, 2,4-dihydroxybenzoic acid 40.9%, shikonin 37.7%, 1,2-naphthoquinone 36.6%, trans-cinnamic acid 32.0%, acetonyl geraniin 30.2%, benzoic acid 28.5%, geraniin 28.3% and 2,5-dihydroxybenzoic acid 22.3%, respectively. IC50 values of 1,4-naphthoquinone and plumbagin was 2.1 μg/ml and 5.8 μg/ml, respectively. 심혈관계 질환은 2013년 통계 자료에 따르면 세계적으로 질환별 사망률 순위에 있어서 1위[60]이며 우리나라에서도 사 망률 2위인 질병이다[69]. 심혈관계 질환으로 인한 사망자 수 가 2013년에는 전 세계적으로 1,700만 명, 우리나라에서는 57,182 명으로 알려져 있다[60, 69]. 여러 역학 조사 결과로부터 심혈관계 질환 발생의 주 위험 요인이 콜레스테롤, 혈압, 흡연 그리고 운동 부족인 것으로 알려지면서[4, 20, 21], 식생활을 비롯한 생활 습관의 변화와 함께 약물 요법을 병행하여 혈청 콜레스테롤 수치를 낮추고자 중재하는 노력들이 시행되었고, 그 결과 이들 질환의 발병률도 감소하는 것으로 나타났다[9]. 체내에서 사용되는 콜레스테롤의 70% 이상은 콜레스테롤 신생합성 과정에서 만들어지므로, 콜레스테롤 합성을 억제하 는 것이 혈장 콜레스테롤을 감소시키는 효과적인 방법이다. 현재 임상적으로 고콜레스테롤혈증 치료에 가장 널리 처방되 고 있는 statin [5, 22]은 콜레스테롤 생합성 과정의 율속효소인 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) re-ductase의 경쟁적 억제제이다[17]. Statin에 의해 콜레스테롤 생합성이 억제되면 세포 내 콜레스테롤 농도가 감소하고, 이 에 대해 세포는 sterol regulating binding protein-2 (SREBP-2) 의 활성화와 LDL-receptor 수의 증가를 통해 혈액 콜레스테롤 의 세포 내 유입을 증가시키게 되고 이로 인해 혈중 콜레스테 롤 농도는 낮아지게 된다[74]. 이와 같은 statin의 혈장 콜레스 테롤 저하 효과에도 불구하고 당뇨병 위험성의 증가, 간 손상, 신경계 이상 및 근육통 등의 부작용들이 보고되고 있다. 따라 서 statin의 단독 사용으로 인한 부작용은 감소시키면서 치료 효과는 상승시킬 수 있는 치료제 또는 치료보조제의 개발을 위한 연구가 계속되고 있다. 최근 들어 polyphenol 함량이 높은 식품의 섭취는 심혈관 계 질환 사망률을 감소시키며[19, 54], 또한 polyphenol의 항산 화 작용으로 인해 LDL의 산화가 억제되어 죽상 동맥 경화증 의 진행이 억제된다는 동물실험 결과들이 보고되고 있다[76, 77]. Polyphenol은 화학적 구조에 따라 체내 흡수율, 항산화 활성, 세포 수용체 및 효소와의 상호 작용도 매우 다양한 것으 로 알려져 있다[65]. 따라서 본 연구에서는 식물로부터 혈장 콜레스테롤 감소 활성을 가지는 물질을 발굴하고자 이전의