DOI QR코드

DOI QR Code

Effects of Bujasasim-tang Ethanol Extract on Oxidative Stress, Inflammation and Osteoarthritic Rat Model

부자사심탕(附子瀉心湯)이 산화적 손상, 염증 및 골관절염 병태모델에 미치는 영향

  • Woo, Chang-Hoon (Department of Rehabilitation Medicine of Korean Medicine, College of Korean Medicine, Daegu Haany University) ;
  • Oh, Min-Seok (Department of Rehabilitation Medicine of Korean Medicine, College of Korean Medicine, Dae-Jeon University)
  • 우창훈 (대구한의대학교 한의과대학 한방재활의학교실) ;
  • 오민석 (대전대학교 한의과대학 한방재활의학교실)
  • Received : 2015.03.16
  • Accepted : 2015.03.27
  • Published : 2015.04.30

Abstract

Objectives This study was performed to investigate the effects of Bujasasim-tang ethanol extract (BST) on oxidative stress, inflammation and osteoarthritic rat model. Methods To ensure safety of BST, heavy metal levels were measured and cytotoxicity test was done. In vitro, To evaluate antioxidative effects of BST, total phenolic contents, 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl (DPPH), 2,2'-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) scavenging activity, reactive oxygen species (ROS) levels were measured. Also, to evaluate anti-inflammatory effects of BST treated group, total nitric oxide (NO) and pro-inflammatory cytokines (IL-$1{\beta}$, IL-6, TNF-${\alpha}$) levels were measured in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW 264.7 cells. In vivo, We injected MIA $50{\mu}l$ (60 mg/ml) into knee joints of rats to induce osteoarthritis. Rats were divided into total 3 groups (normal, control, BST treated group, each n=7). Normal group was not treated at all without inducing osteoarthritis and taken normal diet. Control group was induced osteoarthritis by MIA and taken with 2 ml of distilled water once a day for 4 weeks. BST treated group was induced osteoarthritis by MIA and taken BST 2 ml (200 mg/kg/mouse) once a day for 4 weeks. We evaluated dynamic weight bearing with the Incapacitance Test Meter. At the end of experiment, the rats were sacrificed to observe the functions of liver and kidney, changes of WBC, neutrophil, lymphocyte, monocyte levels in blood, to evaluate the levels of pro-inflammatory cytokines, tissue inhibitor of metallopreteinases-1 (TIMP-1), matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$), leukotriene $B_4$ ($LTB_4$) within serum. We observed change of articular structures by Hematoxylin & Eosin (H&E), safranin-O staining method and measured amount of cartilage by micro CT-arthrography. Statistical analysis was done by unpaired student's t-test with significance level at p<0.05 in SPSS 11.0 for windows. Results 1. Safety of the BST was identified. 2. AST, ALT, BUN, creatinine levels of BST treated group were within normal limit. In vitro, 1. DPPH and ABTS free radical scavenging activities of BST showed dose-dependent increase. 2. ROS production were significantly decreased. 3. Total nitric oxide (NO) and IL-$1{\beta}$ production were decreased. 4. IL-6 and TNF-${\alpha}$ production were significantly decreased. In vivo, 1. Weight bearing ability was significantly increased. 2. WBC, neutrophil, lymphocyte, monocyte levels in blood were decreased. 3. IL-$1{\beta}$ and TNF-${\alpha}$ levels in serum were significantly decreased. and the IL-6 level was decreased. 4. TIMP-1, MMP-9, $LTB_4$, $PGE_2$ levels in serum were significantly decreased. 5. Cartilage volume of BST treated group was significantly increased. Also changes of cartilage, synovial membrane, fibrous tissue were suppressed. Conclusions The results obtained in this study Bujasasim-tang have effects of antioxidative, anti-inflammatory, relieve pain and protection of cartilage. Therefore we expect that Bujasasim-tang is effective treatment for osteoarthritis.

Keywords

References

  1. 한방재활의학과학회. 한방재활의학 제 3판. 서울:군자출판사. 2011:84-98.
  2. 대한정형외과학회. 정형외과학 제 6판. 서울:최신의학사. 2006:253-61.
  3. 한태륜, 방문석 외 57인. 재활의학 제 3판. 서울:군자출판사. 2009:905-36.
  4. 張介賓. 景岳全書 上. 서울:대성문화사. 1988:229-34.
  5. Kim YE, Kim EJ. 저출력 레이저 요법이 흰쥐의 콜라겐 유발 관절염에 미치는 항염증 효과. 동의생리병리학회지. 2011; 25(5):870-5.
  6. Kim SH, Na JY, Song KB, Choi DS, Kim JH, Kwon YB, Kwon JK. 흰쥐 관절연골세포에서 과산화수소로 유도된 산화 스트레스에 대한 진세노사이드 Rb1의 보호 효과. 고려인삼학회지. 2012;36(2):161-8.
  7. 이성규, 이은주, 박우동, 김종부, 최상원. 한방처방제 추출물의 항산화 및 항염증 활성. 한국식품과학회지. 2011; 43(5):624-32. https://doi.org/10.9721/KJFST.2011.43.5.624
  8. 박동수, 정수현, 김순중, 서일복. 加減小續命湯이 Monosodium Iodoacetate로 유발된 골관절염의 초기변화에 미치는 영향. 한방재활의학과학회지. 2011;21(4):49-65.
  9. 이정민, 홍서영, 오민석. Papain으로 유도된 골관절염 생쥐 모델에서 芍藥甘草附子湯의 항골관절염 효능에 관한 연구. 대한한의학회지. 2013;34(1):116-35.
  10. 장효길, 허동석. 麻黃附子湯이 Papain으로 유도된 골관절염 생쥐 모델에 미치는 영향. 한방재활의학과학회지. 2012; 22(4):59-77.
  11. 공상은, 오민석. Papain으로 유도된 골관절염 생쥐 모델에서 四逆湯의 항골관절염 효능에 관한 연구. 동의생리병리학회지. 2013;27(2):212-24.
  12. 박동수, 김순중, 정수현, 서일복. 蠲痺湯이 Monosodium Iodoacetate로 유발된 골관절염의 초기변화에 미치는 영향. 동의생리병리학회지. 2011;25(1):84-91.
  13. 신예지, 백용현, 박동석, 김재규, 고형균. 퇴행성 관절염에 대한 獨活.升麻 복합처방의 대사조절을 통한 연골보호 효과. 대한침구학회지. 2010;27(4):39-53.
  14. 최재영, 오민석. 甘草附子湯이 Papain으로 유도된 골관절염에 미치는 실험적 연구. 한방재활의학과학회지. 2012; 22(4):37-57.
  15. 성영석, 최학주, 오정민, 지중구, 박지원, 김동희. 乾薑附子湯이 papain으로 誘導된 骨關節炎 생쥐 모델에 미치는 영향. 대전대학교 한의학연구소 논문집. 2012;21(1):33-52.
  16. 박동수, 정수현, 김순중, 서일복. 蜂毒藥鍼이 Monosodium Iodoacetate로 유발된 골관절염 통증 모델에서 중추신경내 NOS, C-fos, Serotonin, Substance P 발현에 미치는 영향. 한방재활의학과학회지. 2007;17(3):1-18.
  17. 강미숙, 백성욱, 김갑성. 楡根皮藥鍼液이 생쥐의 두개골 파골세포에서 골재흡수의 저해에 미치는 영향. 대한침구학회지. 2008;25(2):119-27.
  18. 김현수, 서일복, 박세근, 김정선, 서정철, 최선미, 구성태, 김이화. 秦芃藥鍼이 collagenase로 유도된 흰쥐 골관절염 모델에서 NOS 발현에 미치는 영향. 대한경락경혈학회지. 2006;23(1):87-94.
  19. 송계화, 이진석, 조진형, 박기범. 紫河車藥針의 退行性 膝關節炎 治療에 대한 임상적 고찰. 대한침구학회지. 2006; 23(4):163-73.
  20. 김용문, 김순중, 서일복. 蜂毒藥鍼이 Monosodium Iodoacetate로 유발된 흰쥐의 골관절염에 미치는 영향. 동의생리병리학회지. 2007;21(5):1154-62.
  21. 박동석. 땅두릅藥鍼의 연골보호와 Apoptosis 억제에 대한 효과. 대한한의학회지. 2007;28(4):114-23.
  22. 이태호, 이은용. 絡石藤藥鍼이 Collagen 유발 관절염에 미치는 영향. 대한침구학회지. 2009;26(6):51-65.
  23. 김환영, 최진봉. 蜂毒藥鍼과 鹿茸藥鍼이 MIA 유도 골관절염 흰쥐에 미치는 영향. 한방재활의학과학회지. 2010; 20(1):61-77.
  24. 김은정, 김계엽. 蜂毒을 이용한 흰쥐 연골세포에서의 염증성 cytokine 생성 조절. 동의생리병리학회지. 2011;25(1): 132-7.
  25. 박영배, 강성길, 김혜경. 施灸方法이 Adjuvant 관절염 흰쥐의 혈액에 미치는 영향. 대한침구학회지. 1995;11(2):137-50.
  26. 서병관, 박동석, 백용현. Collagenase-induced Arthritis Rat Model에서 Thermal Hyperalgesia에 대한 전침의 진통효과 및 기전연구. 대한침구학회지. 2011;28(2):57-67.
  27. 채인식. 傷寒論譯詮. 서울:고문사. 1971:123, 129.
  28. 문준전, 안규석, 최승훈. 동의병리학. 서울:고문사. 1990: 397-8.
  29. 전국한의과대학 본초학 공동교재편찬위원회. 본초학 개정판. 서울:영림사. 2010:216-21, 283-5, 372-4.
  30. 이숭인. 古方撰次. 부산:교정의서국. 2008:166.
  31. Altman R, Asch E, Bloch D, Bole G, Borenstein D, Brandt K, Christy W, Cooke TD, Greenwald R, Hochberg M, et al. Development of criteria for the classification and reporting of osteoarthritis. Classification of osteoarthritis of the knee. Diagnostic and Therapeutic Criteria Committee of the American Rheumatism Association. Arthritis Rheum. 1986;29(8):1039-49. https://doi.org/10.1002/art.1780290816
  32. Iannone F, Lapadula G. The pathophysiology of osteoarthritis. Aging Clin Exp Res. 2003;15(5):364-72. https://doi.org/10.1007/BF03327357
  33. 배병철 역. 今釋黃帝內經素問. 서울:성보사. 1994:376-82.
  34. 김태은, 윤여민, 박용인, 김윤석, 전병훈, 김명동. 한약재 물추출물의 생리활성 검색 및 MPTP-유도 신경독성에 대한 大黃의 보호효과. 동의생리병리학회지. 2004;18(6):1666-85.
  35. 오성준, 백남인, 김해영. 大黃(Rheum undulatum L.) 뿌리의 항산화 활성물질, Piceatannol. 한국응용생명화학회지. 2001;44(3):208-10.
  36. 장연희, 최상원, 조성희. 고지방식이 급여 흰쥐에서 大黃 및 大黃錠劑丸의 혈청 지질 개선 효과. 한국영양학회지. 2008;41(1):5-12.
  37. 이종철, 김경준. 大黃의 Elastase 활성 억제와 Tyrosinase 억제연구. 한방안이비인후피부과학회지. 2009;22(3):36-46.
  38. 이중근, 송윤경, 임형호. 黃芩의 진통효과와 항염효과. 대한한의학회지. 2007;28(4):124-35.
  39. 윤석빈, 한효상, 이영종. 黃芩이 LPS로 유발된 RAW 264.7 Cells의 염증인자에 미치는 영향. 대한본초학회지. 2011; 26(2):75-81. https://doi.org/10.6116/KJH.2011.26.2.075
  40. 김태균, 안효초, 윤미영, 임재윤, 채병숙, 김대근, 박병현, 양재헌. 콜라겐으로 유발된 관절염에 대한 피록시캄 및 黃芩 가수분해물 복합 히드로겔의 항염 효과. 약학회지. 2008; 52(5):394-401.
  41. 신정민, 박찬경, 신은주, 조태형, 황인경. 黃芩 추출물이 조골세포와 파골세포의 활성에 미치는 영향. 한국식품과학회지. 2008;40(6):674-9.
  42. 김용주, 이문조, 박진우, 김준기, 최달영, 김철호. 黃連 열수추출물의 항산화 활성 효과. 생명과학회지. 2000;10(3): 241-6.
  43. 정효원, 박용기. 黃連의 쥐 대식세포로부터 LPS에 의해 유도되는 nitric oxide 및 TNF-$\alpha$의 생성억제효과. 대한본초학회지. 2006;21(2):165-73.
  44. 윤광로, 김영진, 이은, 이준무. 黃連의 항염증효과. 대한본초학회지. 2009;24(3):79-86.
  45. Cho JY, Park JS, Kim PS, Chae SH, Yoo ES, Baik KU, Lee JS, Park MH. 지질다당류-유도 RAW264.7 세포 내 종양 괴사인자 생성에 미치는 한방의 억제효과. Natural Product Sciences. 1999;5(1):12-9.
  46. 김윤희, 임윤경, 이현. 附子藥鍼이 흰쥐의 Collagen 유발 관절염에 미치는 영향. 대한경락경혈학회지. 2006;23(2): 137-54.
  47. 정선희, 박동석. 附子藥鍼이 鎭痛 및 消炎作用에 미치는 영향. 대한침구학회지. 1997;14(1):334-46.
  48. 박선민, 유동열. 三氣飮加味方이 파골세포의 분화 및 조골 세포의 활성에 미치는 영향. 대한한방부인과학회지. 2012; 25(2):23-42. https://doi.org/10.15204/JKOBGY.2012.25.2.023
  49. 조은호, 이태희. LPS에 의해 유발된 炎症 스트레스에 대한 黃連과 附子의 효과. 대한본초학회지. 2006;21(2):77-85.
  50. 대한임상병리학회. 임상병리학 제 3판. 2001:71-106.
  51. Kalben DA, Blum U. Hypothesis and experimental confirmation of a new pharmacological model of osteoarthrosis. Arzneimittelforschung. 1977;27(3):527- 31.
  52. 이용수. Monosodium iodoacetate(MIA)로 유발된 관절염 흰쥐의 행동학적 조직학적 변화. 고려대학교 대학원. 2008: 1-13.
  53. Fernihough J, Gentry C, Malcangio M, Fox A, Rediske J, Pellas T, Kidd B, Bevan S, Winter J. Pain related behaviour in two models of osteoarthritis in the rat knee. Pain. 2004;112(1-2):83-93. https://doi.org/10.1016/j.pain.2004.08.004
  54. Zhu CZ, Wilson SG, Mikusa JP, Wismer CT, Guavin DM, Lynch JJ. Role of cetral and peripheral mGluR5 receptors in post-operative pain in rats. Pain. 2005;114:195-202. https://doi.org/10.1016/j.pain.2004.12.016
  55. Sims JE, March CJ, Cosman D, Widmer MB, MacDonald HR, McMahan CJ, Grubin CE, Wignall JM, Jackson JL, Call SM, et al. cDNA expression cloning of the IL-1 receptor, a member of the immunoglobulin superfamily. Science. 1988;241(4865):585-9. https://doi.org/10.1126/science.2969618
  56. Sidney LE, Kirkham GR, Buttery LD. Comparison of osteogenic differentiation of embryonic stem cells and primary osteoblasts, revealed by responses to IL-$1{\beta}$, TNF- $\alpha$ and IFN-$\gamma$. Stem Cells Dev. 2014;23(6):605-17. https://doi.org/10.1089/scd.2013.0336
  57. Hughes FJ, Buttery LD, Hukkanen MV, O'Donnell A, Maclouf J, Polak JM. Cytokine-induced prostaglandin E2 synthesis and cyclooxygenase-2 activity are regulated both by a nitric oxide-dependent and -independent mechanism in rat osteoblasts in vitro. J Biol Chem. 1999;274(3):1776-82. https://doi.org/10.1074/jbc.274.3.1776
  58. Iking-Konert C, Bartz-Bazzanella P, Falagan D, Hofman MW, Schwarting A, Dorner T. Interleukin-6 inhibition as a potential therapeutic target in rheumatic diseases. Z Rheumatol. 2014;73(3);269-76. https://doi.org/10.1007/s00393-013-1268-9
  59. Yao X, Huang J, Zhong H, Shen N, Faggioni R, Fung M, Yao Y. Targeting interleukin-6 in inflammatory autoimmune diseases and cancers. Pharmacology and Therapeutics. 2014;141(2):125-39. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2013.09.004
  60. Farina AR, Cappabianca L, Di Ianni N, Ruggeri P, Ragone M, Merolle S, Gulino A, Mackay AR. Alendronate promotes plasmin-mediated MMP-9 inactivation by exposing cryptic plasmin degradation sites within the MMP-9 catalytic domain. FEBS Letters. 2012;586(16):2366-74. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2012.05.048
  61. Kim YS, Kim SH, Kang JG, Ko JH. Expression level and glycan dynamics determine the net effects of TIMP-1 on cancer progression. BMB reports. 2012;45(11):623-8. https://doi.org/10.5483/BMBRep.2012.45.11.233
  62. Lipari L, Gerbino A. Expression of gelatinases (MMP-2, MMP-9) in human articular cartilage. Int J Immunopathol Pharmacol. 2013;26(3):817-23. https://doi.org/10.1177/039463201302600331
  63. Naito K, Takahashi M, Kushida K, Suzuki M, Ohishi T, Miura M, Inoue T, Nagano A. Measurement of matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitor of metalloproteinases- 1 (TIMP-1) in patients with knee osteoarthritis: comparison with generalized osteoarthritis. Rheumatology. 1999;38(6):510-5. https://doi.org/10.1093/rheumatology/38.6.510
  64. Martel-Pelletier J, Pelletier JP, Fahmi H. Cyclooxygenase- 2 and prostaglandins in articular tissues. Semin Arthritis Rheum. 2003;33(3):155-67. https://doi.org/10.1016/S0049-0172(03)00134-3
  65. Abbas A, Lichtman A, Pillai S. Cellular and Molecular IMMUNOLOGY seventh edition. 세포분자면역학 교재연구 회 역. 세포분자면역학. 서울:범문에듀케이션. 2013:537.
  66. Grespan R, Fukada SY, Lemos HP, Vieira SM, Napimoga MH, Teixeira MM, Fraser AR, Liew FY, McInnes IB, Cunha FQ. CXCR2-specific chemokines mediate leukotriene B4-dependent recruitment of neutrophils to inflamed joints in mice with antigen-induced arthritis. Arthritis & Rheumatism. 2008;58(7):2030-40. https://doi.org/10.1002/art.23597
  67. Atik OS. Leukotriene B4 and prostaglandin E2-like activity in synovial fluid in osteoarthritis. Prostaglandins, leukotrienes, and essential fatty acids. 1990;39(4):253-4. https://doi.org/10.1016/0952-3278(90)90002-3
  68. Kwon JW, Kang HS, Hong SH. Micro-CT Arthrographic Analysis of Monosodium Iodoacetate-Induced Osteoarthritis in Rat Knees. J Korean Soc Radiol. 2010;62(5):483-490. https://doi.org/10.3348/jksr.2010.62.5.483
  69. Kiraly K, Lammi M, Arokoski J, Lapvetelainen T, Tammi M, Helminen H, Kiviranta I. Safranin O reduces loss of glycosaminoglycans from bovine articular cartilage during histological specimen preparation. Histochem J. 1996; 28(2):99-107. https://doi.org/10.1007/BF02331414