Abstract
The inhibitory effects of rose hip (Rosa canina L.) water extracts from two different manufactures on osteoarthritis was comparatively investigated in primary cultures of rat cartilage cells. To identify the effects of rose hip extracts against $H_2O_2$ (300 ${\mu}M$, 2 hr) treatment, cell survival was measured by the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Cell survival increased by rose hip extracts in the range of 100 to 600 ${\mu}g/mL$ of $H_2O_2$ treatment. To determine the anti-inflammatory effects of rose hip extracts, tumor necrosis factor alpha (TNF-${\alpha}$), nitric oxide (NO), and Cox-2 expression were measured after lipopolysaccharide (LPS) activation. TNF-${\alpha}$ level with rose hip extract treatment was decreased by 27.4% and 31.9% at 600 ${\mu}g/mL$ of $H_2O_2$ treatment. Nitric oxide was inhibited by rose hip extract at 100~600 ${\mu}g/mL$ of $H_2O_2$ treatment in a dose-dependent manner. In addition, Cox-2 protein expression was dose-dependently decreased while Cox-1 had no change in expression level. The severity of osteoarthritis is controlled by a balance between anabolic and catobolic factors in an articulation, therefore the expression of these factors plays a critical role in preventing osteoarthritis. In measuring anabolic factors, the genetic expression of collagen type I increased with rose hip treatment, while the genetic expression of collagen II did not change. In addition, the genetic expression of aggrecan (proteoglycan core protein) was significantly increased. while the genetic expression of matrix metalloproteinase (MMP) 3, 7 and 13, known catabolic factors, was significantly inhibited by treatment with rose hip extract. The expression of MMP13 was especially highly influenced. In conclusion, rose hip water extracts show inhibitory effects on cell death by $H_2O_2$ mediated oxidative stress, which is related to inhibitory effects on inflammation due to TNF-${\alpha}$, NO, and Cox-2. The ability of rose hip extracts to ameliorate inflammation in primary cultures of cartilage cells seems to associate with an increased genetic expression of specific anabolic factors, collagen type I and aggrecan, and a decreased expression of catabolic factors, MMPs (3, 7, and 13). However, there were no significant differences between rose hip extracts from the two manufacturers.
Primary culture된 연골세포 in vitro 실험모델을 이용하여 칠레와 덴마크 두 지역으로부터 생산된 로즈힙 추출물의 관절염 관련 효과를 비교 확인하였다. 먼저 MTT 시험법을 통해 세포 사용 적정농도를 600 ${\mu}g/mL$ 이하로 결정하였고 이를 근간으로 연골세포사멸억제, 염증관련인자(TNF-${\alpha}$, NO, Cox-2) 및 연골세포조직의 이화작용과 동화작용에 관여하는 인자의 유전적 발현을 측정하였다. $H_2O_2$ 처리에 따른 산화적 독성으로 연골세포 사멸을 유도한 실험에서 로즈힙 추출물은 정상세포 수준으로 사멸을 억제하였으며 이러한 효과는 칠레산에서 비교적 높게 나타났다. TNF-${\alpha}$의 생성 억제는 로즈힙 추출물 처리 시 27.4~31.9% 정도의 저해효과가 나타났지만 농도 의존적이지는 않았으며 두 지역 간의 유의성도 나타나지 않았다. NO의 생성 억제의 경우 농도의존적인 감소를 보였으며 고농도에서는 덴마크산이 보다 효과적인 것으로 확인되었다. Cox-2의 발현억제는 농도의존적인 경향을 나타내었으며 칠레산에서 다소 효과적인 것으로 여겨졌다. 연골세포조직의 동화작용과 이화작용에 관여하는 인자들 중 동화작용 인자인 collagen type I의 경우 고농도에서 정상세포 수준으로 발현을 촉진시킨 것으로 나타났지만 collagen type II의 발현에는 영향이 없었음을 확인하였다. 특히 aggrecan의 경우는 정상세포군에 비해서는 미비하였지만 $H_2O_2$ 처리군에 비해서는 유의적으로 증가한 것으로 나타났다. 하지만 측정하였던 동화작용 인자들 중에서는 지역적인 차이를 나타내지는 않았다. 이화작용에 관여하는 인자로서 MMP3, 7, 13의 유전자 발현을 측정한 결과 $H_2O_2$ 처리군에 비해 유의적으로 감소시킨 것으로 확인되었는데, 특히 MMP13에서 가장 큰 감소 효과를 나타내었다. 두 지역 간의 비교에서는 MMP3의 경우 고농도에서 덴마크산이 다소 효과가 높은 것으로 인지된 반면, MMP7, 13의 경우는 지역적인 차이가 유의적으로 나타나지는 않았다. 실험한 결과를 종합해 보면 로즈힙 추출물은 primary culture된 in vitro 실험모델에서 관절염 형성 억제효과가 있을 것으로 확인되었지만 지역적인 차이는 크지 않은 것으로 생각된다. 본 실험의 한계점으로는 기존에 사용되던 관절염 치료제 또는 건강기능식품을 양성대조군으로 사용하지 못하였기 때문에 로즈힙 추출물의 효과를 정량화하여 비교하지 못한점이 있음으로 향후 이 점을 보완할 필요성이 있을 것으로 생각된다.
