면역은 세균이나 바이러스 같은 내부 및 외부 병원성 물질로부터 신체를 보호하는 인체 방어시스템이다 [1]. 최근 전국적으로 메르스, 독감 등과 같은 전염성 질병과 천식, 크론병과 같은 알레르기성 질환이 증가추세에 있어 [2] 연령과 성별의 구분 없이 면역에 대한 관심이 증가하고 있다.

염증은 감염 또는 손상에 대한 숙주의 초기 면역 반응이며 [3] 문제가 된 자극을 제거하고, 회복을 촉진하며 면역계가 기억하게 하여 추후 같은 감염이 일어났을 때 숙주가 빠른 대처를 할 수 있게 한다 [4]. 염증 반응은 대식세포, 림파구 등 면역세포의 활성화를 일으켜 사이토카인 및 케모카인 등을 분비하는 것으로 시작된다 [5]. 염증은 숙주의 건강에 필수적이나, 염증 매개체의 과잉생산은 많은 급성 및 만성 염증성 질환 (관절염, 암, 뇌졸중, 천식 등)의 병인을 유발할 수 있다 [6].

비장은 초기 면역반응을 담당하는 주요 말초 면역기관으로, 가로막 아래 복부의 왼쪽 윗부분에 위치하고 있다[7]. 비장은 혈액 유래 항원에 대한 면역반응을 하며, 노화된 적혈구 및 손상된 세포를 제거하는 역할을 수행 한다[8]. 비장 세포는 주로 T림프구, B림프구, 대식세포와 같은 다양한 면역세포로 구성되어 있어 [8] 항염증 연구에 적합하게 이용되고 있다.

Lipopolysaccharide (LPS)는 그람 음성 박테리아의 외막의 주요 구성요소로 포유류의 면역계에 중대한 영향을 미친다 [9]. LPS는 선천면역 반응을 활성화 시켜 interleukin-6 (IL-6)와 같은 pro-inflammatory cytokine을 방출시키는데, 이는 염증을 촉진하여 숙주에게 큰 이익을 준다 [10]. 하지만 앞서 설명하였듯이 사이토카인의 과다 분비는 천식, 아토피 피부염, 호산구 식도염과 같은 다양한 질병의 주요원인이 될 수 있으므로 [11, 12] LPS는 면역반응의 증폭 메커니즘 연구뿐만 아니라, 다양한 항염증 반응 연구에 사용되어져 왔다 [13]. LPS로 유도된 과도한 염증반응을 조절하기 위하여 기능성을 가진 다양한 천연물들이 연구되고 있다 [5]. 현재 식품의약품안전처 인정을 받은 천연물 유래 과민면역반응 개선에 도움을 주는 건강기능식품은 구아바잎 추출물 등 복합물, 다래추출물, 피카오프레토 분말 등 복합물, 소엽추출물의 4종이다.

도라지는 인삼과 마찬가지로 사포닌 함량이 풍부해 예로부터 항균, 항암 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 중국, 일본, 우리나라에서만 유일하게 자생하는 식물로 전국 각지에서 야생하여 다년생 약용으로 사용되어 왔다 [14, 15]. 도라지의 항염증 효과에 대한 기능성 연구는 미흡한 실정이나, 도라지의 유효성분인 platycodin D는 LPS와 interferon-γ에 의하여 활성화된 RAW 264.7 대식세포에서 nitric oxide (NO)의 생성과 tumor necrosis factor alpha (TNF-α)의 분비를 억제하여 항염증 효과의 가능성을 보였다 [16]. 하지만, 현재까지의 연구에서 비장세포를 활용한 도라지의 항염증 효과를 평가한 연구는 진행된 바 없다.

기능성식품산업에서는 원물 소재의 기능성분을 증가시키기 위한 다양한 가공방법을 시도하고 있다 [17]. 홍도라지는 고려도경의 고 문헌에서 언급된 바와 같이 인삼을 말리고 찌는 과정을 반복한 홍삼의 가공방법과 유사하게 제조하며 붉은 색이 특징이다 [18]. 따라서 본 연구에서는 홍도라지 추출물 (red Platycodon grandiflorum extract, RPGE)의 항염증 효능을 알아보기 위하여 LPS로 활성화된 마우스 비장세포에서 NO 생성 및 염증 관련 사이토카인을 측정하였다.

본 연구의 목적은 ex vivo 조건에서 비장세포를 이용하여 홍도라지 추출물의 항염증 효과를 평가하는 것이다. 도라지(Platycodon grandiflorum)는 초롱꽃과 (Campanulaceae)의 다년생 작물로 섬유질이 풍부하고 칼륨 및 마그네슙 등 무기질에 많이 함유되어 오래전부터 식용 및 약용으로 널리 이용되어 왔다 [19]. 항균, 항암 및 감기 예방 효과가 있는 소재로 알려져 있으나 [20] 비장세포에서 항염증 효과를 평가한 연구는 진행된 바 없다. 도라지의 유효성분은 대표적으로 platycodin D가 있으며, 그 이외에도 약 30여 종의 사포닌을 함유하고 있다 [21].

홍삼이 인삼에 비하여 제조과정에서 유효성분이 증가하는 것과 같이 [22], 홍도라지 역시 도라지를 아홉 번 증숙하고 건조시켜 유효성분 함량을 증가시켰고 도라지 특유의 아린 맛을 완화시킴으로써, 홍도라지 추출물은 기능뿐만 아니라 관능적으로 도움이 될 것으로 사료된다.

조혈모세포는 백혈구, 적혈구, 혈소판 등의 림프구를 생산하고, 림프구는 비장으로 들어가 분화되고 성숙하여 방출된다 [23]. 이러한 림프구 중 하나인 T세포는 선천면역과 적응면역에서 매우 중요한 역할을 하는데, 특히 사이토카인 분비를 통해서 면역반응을 활성화 시키는 보조 (Helper) T세포는 주변 자극에 의해서 Th1 세포와 Th2 세포로 나누어진다 [24]. Th1 세포는 세포매개성 (cell-mediated) 면역반응 활성화 시키고, Th2 세포는 주로 체액성 (humoral) 면역반응에 관여한다 [25]. 단핵구는 골수에서 성숙되는데 조직에서는 대식세포로 분화하게 된다 [26]. 대식세포는 환경 신호에 따라 전통적 방법으로 활성화되는 M1, 대체방법으로 활성화 되는 M2 등으로 나뉘는데, M1 대식세포는 IL-6 등의 사이토카인, 케모카인, NO등을 분비하여 Th1 세포나 자연살해 (NK)세포를 끌어들여 감염된 세포를 공격하게 하는 반면 M2 대식세포는 항염증 반응으로 Th2 세포를 통해 세포독성 T세포의 기능 억제 및 신생혈관 촉진 등의 작용으로 알레르기 반응이나 암세포의 성장을 돕게 된다 [26, 27]. IL-10은 수지상세포와 대식세포에 작용하여 Th1 세포의 염증유발 사이토카인인 IL-6 등의 생성을 억제하는 면역 억제 사이토카인으로 알려져 있다[28], 또한 IL-10은 IL-10을 생산하는 Treg 세포의 발달을 촉진한다 [29]. 이로 인해 IL-10은 만성 염증질환의 치료제로 이용할 수 있다. 예를 들어, in vivo에서 증식시킨 FOXP3-expressing CD4+ Treg 세포는 효과 (effector) T 세포의 빈도를 감소시켜 알레르기성 염증으로부터 보호 기작을 유도한다 [30].

본 연구에서 LPS로 유도된 마우스 비장세포에서 NO의 생성 및 IL-6의 분비에 대한 홍도라지 추출물의 효과를 확인한 결과, 홍도라지 추출물 100 µg/mL 이상 농도에서 LPS에 의해 증가한 NO 생성 및 IL-6 분비가 억제되었다. 이는 홍도라지 추출물이 염증성 인자 및 사이토카인의 억제를 통해 항염 효과를 나타내는 것으로 생각된다. 또한 같은 조건에서 홍도라지 추출물에 의한 IL-10의 분비에는 변화가 없었는데, 이로 인하여 염증성 사이토카인인 IL-6의 생성이 억제 되었을 것으로 생각된다. 이러한 결과는 비장세포에서 red cabbage juice의 항염증의 효과로 측정된 IL-6, IL-10의 분비양상과 비슷하였다 [31]. 이상의 결과는 LPS로 활성화된 비장세포에서 홍도라지 추출물의 항염증 효과를 처음으로 확인한 것이며, 도라지의 항염증 관련 사이토카인 조절 기작은 IL-6는 억제시키고 IL-10은 변화시키지 않는 것과 관련이 있는 것으로 추정되어 진다. 이를 통해 홍도라지 추출물의 과민면역반응 완화를 위한 건강 기능성 물질로서의 잠재성이 확인된 것으로 사료되며, 나아가 자세한 기전을 밝히기 위한 심도 있는 연구가 진행될 필요성이 있다.

본 연구에서는 LPS로 활성화된 마우스 비장세포에서 Platycodin D가 함유된 홍도라지 추출물의 항염증 효능을 알아보기 위하여 비장세포 증식능과 NO 생성 및 염증 관련 사이토카인을 측정하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 마우스 비장세포에 1 µg/mL 농도의 LPS를 처리하였을 때 비장세포의 증식능이 3배 이상 증가하였으며 홍도라지 추출물 처리 시 증가 된 증식능이 유의하게 감소되었다. 2. 마우스 비장세포에 1 µg/mL 농도의 LPS를 처리하였을 때 비장세포의 NO생성이 증가하였으며, 홍도라지추출물 처리 시 농도 의존적으로 증가 된 NO생성이 줄어들었다. 3. 마우스 비장세포에 1 µg/mL 농도의 LPS를 처리하였을 때 염증관련 사이토카인 IL-6와 항염증 사이토카인 IL-10 분비가 증가되었으며, 홍도라지 추출물 처리시 농도 의존적으로 증가 된 IL-6의 분비가 감소되었다. IL-10 분비에는 유의적인 차이가 없었다. 위의 결과를 종합하여 볼 때, 본 연구는 홍도라지 추출물이 ex vivo 실험을 통해 항염증관련 인자들의 조절을 통하여 과민면역반응을 효과적으로 억제한다는 근거를 확인하였다. 이에 동물실험과 인체적용시험을 통해 홍도라지 추출물의 과민면역반응 억제 효능에 관한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.