Introduction
Materials and Methods
실험재료 및 시약
흰점박이꽃무지 유충 추출물 제조
일반 성분 분석
유리아미노산 함량 분석
무기질 함량 분석
2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical 소거능 측정
Hydroxyl (•OH) radical 소거능 측정
Superoxide (O2-) radical 소거능 측정
세포주 배양
세포 생존율 측정
Lactate dehydrogenase (LDH) 활성 측정
Reactive oxygen species (ROS) 생성량 측정
통계분석
Results and Discussion
Conclusion
Introduction
체내에서 적정 수준으로 생성되는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 항산화 방어 시스템을 조절하는 생리적 매개체로서 작용한다(He et al., 2017). 그러나 항산화 방어 시스템 조절 기능의 이상으로 ROS가 과도하게 축적될 경우, 뇌 조직 내 산화적 스트레스(oxidative stress)가 증가하면서 신경세포 및 신경교세포의 기능 저하와 시냅스 손상 등을 유발한다(Ionescu-Tucker and Cotman, 2021). 이러한 산화적 손상은 지속적인 미토콘드리아 기능 장애를 동반함으로써 알츠하이머 질환(Alzheimer’s disease, AD)과 같은 신경퇴행성 질환의 발병 및 진행을 가속화하는 주요 요인으로 작용한다(Bai et al., 2022). 따라서 신경세포 및 신경교세포의 산화적 손상을 보호할 수 있는 항산화 소재 개발은 신경퇴행성 질환 예방 및 치료에 있어 중요한 의미를 가지며, 이에 대한 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다(Senarath et al., 2025).
흰점박이꽃무지(Protaetia brevitarsis) 유충은 딱정벌레목(Coleoptera) 꽃무지과(Cetoniidae)에 속하는 곤충으로, 국내에서는 곤충산업의 육성 및 지원에 관한 법률의 시행에 따라 식품 원료로 사용 가능한 식용곤충으로 인정받았다(Kwon et al., 2013). 이에 따라 현재 흰점박이꽃무지 유충은 분말, 진액, 젤리 등 다양한 식품 형태로 시중에 유통되고 있다. 흰점박이꽃무지 유충은 단백질과 지질 함량이 높고, 필수아미노산, 비타민, 무기질을 함유하고 있어 우수한 영양성분 공급원으로 주목받고 있다(Ham et al., 2021). 뿐만 아니라, 흰점박이꽃무지 유충에는 폴리페놀류, inosine, benzoic acid 등의 생리활성물질이 함유된 것으로 보고되어, 단순한 식용곤충의 소재를 넘어 약용곤충으로서 활용 가능성에 대한 연구가 보고되고 있다(Lee et al., 2021). 예로부터 건조하거나 튀긴 흰점박이꽃무지 유충은 아시아 전통 의학에서 간염, 간경변, 유방암, 파상풍, 간질 등 질환의 치료제로서 사용되어 온만큼 흰점박이꽃무지 유충의 약용소재로서 가능성이 더욱 주목받고 있다(Hwang et al., 2005), 최근 연구에 의하면, 흰점박이꽃무지 유충 추출물은 간 보호 효과, 면역 활성, 항산화, 항염증 활성 등의 생리활성이 보고되었다(Chon et al., 2012; Yoo et al., 2022a; 2022b; Kim et al., 2024). 또한 사전 연구를 통해 흰점박이꽃무지 유충 추출물을 scopolamine으로 기억력이 손상된 동물 모델에 투여하였을 때, 뇌 내 산화적 스트레스 지표의 개선을 통해 기억력이 유의적으로 개선됨을 확인할 수 있었다(Choi et al., 2024). 그러나 뇌는 신경세포와 신경교세포가 상호작용하며 정보 전달, 항상성 유지 및 염증 반응 조절을 수행하는 복합적인 기관으로, 흰점박이꽃무지 유충 추출물이 신경세포 및 신경교세포 각각에서의 산화적 손상에 대한 보호 효과를 비교·평가한 연구는 부족한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 일반 성분 분석, 유리아미노산 및 무기질 분석을 통해 흰점박이꽃무지 유충의 영양학적 특성을 규명하고, in vitro radical 소거 활성 측정과 신경세포 및 신경교세포에서의 산화적 스트레스에 대한 보호 효과를 분석하여 흰점박이꽃무지 유충의 항산화 및 신경 보호 효능을 확인하고자 하였다.
Materials and Methods
실험재료 및 시약
본 실험에 사용한 흰점박이꽃무지 유충은 참나무 발효톱밥 사료를 급이하고, 주 2회 분변 갈이를 하며 약 60일간 사육한 3령기의 흰점박이꽃무지 유충을 농업회사법인 귀농생태마을 유한회사(Jinju, Korea)에서 제공받아 실험에 사용하였다. 실험에 사용한 Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) 배지와 fetal bovine serum (FBS), penicillin-streptomycin, trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)는 Welgene (Daegu, Korea)사에서 구매하여 사용하였다. Hydrogen peroxide (H2O2), 2,7-dichlorofluorescin diacetate (DCF-DA)는 Sigma (St. Louis, MO, USA)사에서, dimethyl sulfoxide (DMSO)는 Samchun Chemical (Seoul, Korea)사에서, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT)는 Thermo Fisher (Waltham, MA, USA) 사에서 구매하였다. Lactate dehydrogenase (LDH) cytotoxicity detection kit는 Takara Bio (Tokyo, Japan) 사에서 구매하여 실험에 사용하였다.
흰점박이꽃무지 유충 추출물 제조
절식 및 물기 제거 과정을 거친 흰점박이꽃무지 유충 시료는 동결건조 한 뒤, 80% ethanol을 이용하여 24시간 동안 추출하여 filter paper (No. 2, Korea Filter Paper, Korea)를 사용하여 여과하였으며, 이를 2회 반복하였다. 이후 감압농축기(EYELA, Japan)을 이용하여 농축 시료를 얻었다.
일반 성분 분석
흰점박이꽃무지 유충 분말의 일반 성분은 공인분석화학자협회(Association of Official Analytical Chemists, AOAC)에 의하여 분석하였다. 수분 함량은 105℃ 상압건조법, 조회분 함량은 550℃ 직접회화법으로 각각 분석하였다. 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl법을, 탄수화물 함량은 100에서 수분, 조회분, 조지방, 조단백질 함량을 뺀 값을 적용하여 산출하였다.
유리아미노산 함량 분석
흰점박이꽃무지 유충 동결건조 분말 5 g과 0.03% β-mercaptoethanol을 함유한 6 N HCl 40 mL를 혼합 및 감압 농축 시킨 다음 0.2 N sodium citrate buffer (pH 2.2)를 이용하여 희석한 뒤, 수용성 0.45 µM syringe filter (Millipore, USA)로 여과하였다. 여과한 시료(30 µL)는 중화하여 3차 증류수로 희석한 후 high performance liquid chromatography (HPLC; Ultimate 3000, Thermo Dionex, USA)기기를 이용하여 분석하였다. Column은 Inno C18 column (4.6 mm × 150 mm, 5 µM)을 사용하였고, 이동상 A는 40 mM sodium phosphate, 이동상 B는 distilled water, acetonitrile, methanol (10 : 45 : 45 v/v%)을 사용하였다.
무기질 함량 분석
동결건조시킨 흰점박이꽃무지 유충 분말 5 g을 예비 회화 시킨 후 600℃ 전기로에서 2시간 이상 회화시키고, HCl을 첨가하여 overnight하여 용해시켰다. 용해된 시료 50 mL를 정용플라스크로 옮겨 탈이온수로 정용, filter paper (No. 6, Korea Filter Paper, Korea)로 여과한 후, 유도결합플라즈마 원자방출 분광법(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, ICP-AES)으로 분석하였다.
2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical 소거능 측정
흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물을 96 well plate에 농도별로 100 µL씩 분주한 뒤, 60 µM DPPH 용액을 각 well 당 100 µL씩 혼합하여 30분간 빛을 차단한 상온에서 반응시켰다. 이 후, 이를 흡광광도계(GM3000, Promega, USA)을 이용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였다(Hatano et al., 1989).
Hydroxyl (•OH) radical 소거능 측정
농도별로 희석한 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물을 10 mM FeSO4·7H2O-EDTA, 10 mM 2-deoxyribose, hydrogen peroxide 시약과 빛을 차단시켜 37℃ incubator에서 반응시켰다. 4시간 뒤, 2.8% trichloroacetic acid (TCA) 시약 및 1% thiobarbituric acid (TBA) 시약을 첨가하여 20분 동안 가열한 후 냉각시켜 490 nm에서 흡광도를 측정하였다(Chung et al., 1997).
Superoxide (O2-) radical 소거능 측정
각 농도별 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물 시료와 0.1 M Tris-HCl (pH 7.4), 0.1 mM phenazine methosulfate (PMS), 0.5 mM nitro blue tetrazolium (NBT), 0.5 mM nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) 시약을 혼합한 뒤, 실온에서 10분간 반응시켰다. 이 후, 흡광도 측정기를 이용하여 560 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시료를 함유하지 않은 용매에 대한 소거능(%)으로 O2- radical 소거 활성 값을 산출하였다(Nishikimi et al., 1972).
세포주 배양
C6 신경교세포 및 SH-SY5Y 세포주는 한국세포주은행(Seoul, Korea)에서 분양받아 실험에 사용하였다. 각 세포는 1% penicillin-streptomycin과 10% FBS를 포함한 DMEM 배지를 이용하여 37℃, 5% CO2 조건의 incubator에서 배양하였다. 세포는 T75-flask에서 1 - 2일에 한 번씩 배양액을 바꾸어 주었고, 세포의 confluence가 80% 이상 도달하면 0.05% trypsin을 이용하여 세포를 분리한 뒤 계대 배양하여 실험에 사용하였다.
세포 생존율 측정
계대배양한 C6 및 SH-SY5Y 세포를 96 well plate에 5 × 104 cells·mL-1로 100 µL씩 분주한 뒤 24시간 배양하였다. 이후 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물을 농도별로 분주하고 4시간 뒤, normal군을 제외한 모든 군에 산화적 스트레스를 유발하기 위해 250 µM H2O2를 분주하여 37℃, 5% CO2의 incubator에서 24시간 배양하였다. 따라서 H2O2 또는 시료를 처리하지 않은 normal군(N), H2O2만을 처리한 control군(C), H2O2와 농도별 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물을 처리한 군으로 군을 구성하였다. 이 후, 기존 배지를 모두 제거하고 0.5 mg·mL-1의 MTT 시약을 각 well에 200 µL씩 분주하여 4시간 동안 incubator에서 반응시킨 후 배지를 완전히 제거한 뒤 빛을 차단한 상태에서 DMSO를 200 µL씩 분주하여 30분간 반응시켜주었다. 이후 Multiskan skyhigh microplate spectrophotometer (Thermo Fisher, USA)를 이용하여 560 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Lactate dehydrogenase (LDH) 활성 측정
C6 및 SH-SY5Y 세포를 96 well plate에 5 × 104 cells·mL-1로 seeding 후, 24시간 뒤 시료를 농도별로 처리하였다. 이 후 4시간 뒤, 250 µM H2O2를 분주하여 37℃, 5% CO2의 incubator에서 24시간 배양하였다. 이 후 각 well의 배지 상층액 100 µL를 새로운 96 well plate에 분주하고, LDH cytotoxicity detection kit의 방법에 따라 reaction mixture reagent 100 µL와 30분간 반응시켰다. 이를 Multiskan skyhigh microplate spectrophotometer (Thermo Fisher, USA)를 이용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Reactive oxygen species (ROS) 생성량 측정
C6 및 SH-SY5Y 세포를 96 well black plate에 5 × 104 cells·mL-1로 seeding 후 시료를 농도별로 처리하고 4시간 뒤, 250 µM H2O2를 처리하여 산화적 스트레스를 유도하였다. 이 후, 24시간 동안 37℃, 5% CO2 incubator에서 반응 시킨 뒤, 기존 배지를 완전히 제거한 후 80 µM DCF-DA용액을 각 well에 주입하여 30분 뒤, filter-based multi-mode microplate reader (BMG Labtech, Germany)를 이용하여 형광도(excitation-485 nm, emission-520 nm)를 측정하였다.
통계분석
모든 실험 결과는 3회 반복하여, 평균 ± 표준편차로 나타내었다(n = 3). SPSS (IBM, 2011)를 이용하여 one-way analysis of variance (ANOVA)를 구하고 Duncan’s multiple test (p < 0.05)를 이용하여 유의성을 검정하였다.
Results and Discussion
최근 전 세계적으로 기후 위기와 식량의 수급 불안정 문제가 심화되면서 지속가능한 대체 식량 자원에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 식용곤충은 가축에 비해 동일 단백질 생산 시 온실가스 배출량이 적고 사료 효율이 높아 친환경 미래 식량자원으로 주목받고 있다(Nikkhah et al., 2021). 또한 식용곤충은 단백질, 불포화지방산, 무기질 등 다양한 영양성분을 함유하고 있을 뿐 아니라 항산화, 간기능 개선, 항당뇨 등 다양한 생리활성이 보고되면서 기능성 소재로서의 활용 가능성이 주목받고 있다(Ratcliffe et al., 2011). 흰점박이꽃무지 유충은 국내에서 식품 원료로 활용되고 있는 식용곤충으로, 염증이 유도된 미세아교세포에서 신경염증 억제 효과와 scopolamine으로 유도된 기억력 손상 동물모델에서 기억력 개선 효과가 보고된 바 있다(Lee et al., 2019; Choi et al., 2024). 그러나 산화적 스트레스로 유도된 신경세포 및 신경교세포 수준에서의 보호 효과에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 흰점박이꽃무지 유충의 영양성분을 분석하고, in vitro radical 소거 활성 측정을 통한 항산화 활성 및 산화적 스트레스로부터 유도된 신경세포 및 신경교세포의 손상에 대한 보호 효과를 규명함으로써 신경 보호 소재로서의 가능성을 확인하고자 하였다.
흰점박이꽃무지 유충 분말의 일반성분 분석 결과(Table 1), 수분 5%, 조단백 51.10%, 조지방 16.10%, 조회분 7%, 탄수화물 20.80%의 수치를 나타내었다. 따라서 흰점박이꽃무지 유충 분말은 조단백 함량이 가장 높았으며, 다음으로 탄수화물과 조지방 순으로 함량이 높음을 확인할 수 있었다. 특히 조단백 함량이 50% 이상으로 가장 높은 비율을 차지하여 고단백 식품 자원임을 확인할 수 있었으며, 이는 기존에 보고된 흰점박이꽃무지 유충의 영양학적 특성과도 유사한 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다(Kim et al., 2025).
Table 1.
The contents of general components of Protaetia brevitarsis.
| General components | Contents (%, w/w) |
| Moisture | 5.00 ± 0.00e |
| Crude protein | 51.10 ± 0.98a |
| Crude fat | 16.10 ± 0.90c |
| Crude ash | 7.00 ± 0.17d |
| Carbohydrate | 20.80 ± 1.90b |
흰점박이꽃무지 유충 분말의 유리아미노산 조성을 측정한 결과(Table 2), 필수아미노산과 비필수아미노산은 각각 33.43% 및 66.60%의 수치를 나타내어 비필수아미노산 함량이 상대적으로 높았다. 필수아미노산의 조성 별 함량을 확인한 결과, leucine 함량이 5.84%, lysine 함량이 5.73%, valine 함량이 5.09% 순으로 높은 수치를 나타내었다. 비필수아미노산의 조성별 함량에서는 glutamic acid가 14.58%로 가장 높은 비율을 차지하였고, arginine이 10.66%로 그 다음으로 높은 함량을 나타내었다. Leucine과 valine은 곁가지사슬아미노산(branched-chain amino acids, BCAAs)에 속하며, 체내 단백질 합성, 근육 대사 등의 기능을 수행하며, 최근에는 뇌 신경세포의 회복에 도움을 줄 수 있는 효과도 보고된 바 있다(Xu et al., 2020; Dickerman et al., 2022). 또한 glutamic acid는 신경전달물질인 glutamate의 전구체로 작용하여 인지능력과 기억력 개선에 도움을 주는 것으로 알려져 있으며, arginine은 산화질소(nitric oxide) 생성과 항산화 방어 체계와 관련된 생리적 기능을 하는 것으로 보고되어 있다(Wiesinger, 2001; Petroff, 2002). 따라서 이러한 아미노산 조성은 흰점박이꽃무지 유충이 단순한 단백질 공급원을 넘어 항산화 및 신경 보호 효능을 나타낼 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
Table 2.
The contents of free amino acid components of Protaetia brevitarsis.
흰점박이꽃무지 유충 분말의 무기질 조성을 측정한 결과(Table 3), 칼륨(K) 함량이 1,757.80 mg·100 g-1의 수치로 가장 높게 나타났다. 이 후, 인(P) > 염소(Cl) > 마그네슘(Mg) > 나트륨(Na) > 칼슘(Ca) > 철(Fe) > 아연(Zn) > 구리(Cu) > 크롬(Cr) 순으로 무기질 함량을 확인할 수 있었다. 이전 연구에서도 흰점박이꽃무지 유충은 여러 무기질 중 칼륨 함량이 가장 높았으며, 이 외 인, 마그네슘 함량이 높게 나타난 것과 유사한 결과를 확인할 수 있었다(Chung et al., 2013). 특히 가장 많은 양 함유된 칼륨은 신경세포의 막 전위 유지와 신경 자극 전달에 필수적인 무기질로, 신경 회로의 안정성 유지와 학습 및 행동반응과도 연관되는 것으로 보고되었다(Laming, 2000). 인은 adenosine triphosphate (ATP) 및 세포막 인지질의 구성성분으로 신경세포의 에너지 대사와 구조적 안정성 유지에 관여하며, 마그네슘은 체내 항산화 효소 활성에 관여할 뿐 아니라, 신경전달물질 합성, 시냅스 가소성 전달, 신경세포 보호 효과 등이 보고되어 있다(Bolaños and Almeida, 2010; Kumar et al., 2024). 따라서 본 결과를 통해 흰점박이꽃무지 유충이 다양한 생리활성 관련 영양성분을 함유하고 있음을 확인할 수 있었다.
Table 3.
The contents of mineral components of Protaetia brevitarsis.
| Minerals | Contents (mg·100 g-1) |
| Ca | 242.40 ± 3.70 |
| P | 604.50 ± 4.50 |
| Na | 276.80 ± 48.00 |
| K | 1,757.80 ± 61.60 |
| Cl | 426.10 ± 73.40 |
| Mg | 391.20 ± 12.40 |
| Cu | 2.23 ± 0.05 |
| Zn | 12.75 ± 0.05 |
| Cr | 0.82 ± 0.06 |
| Fe | 14.13 ± 0.76 |
Radical은 unpaired electron을 가져 반응성이 매우 높은 물질로, 체내에서 산화적 스트레스를 유발하는 주요 원인으로 작용한다(Hassan et al., 2024). 특히 hydroxyl radical, superoxide anion 등의 radical은 지질과산화, 단백질 산화, DNA 손상 등을 통해 세포 기능 저하 및 세포사멸을 유도할 수 있으며, 신경세포는 산소 소비량이 높고 항산화 방어능이 상대적으로 낮아 이들 radical에 더욱 취약한 것으로 알려져 있다(Sonnen et al., 2008). 본 연구에서 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 in vitro 항산화 활성을 확인하기 위해 DPPH, •OH, O2- radical 소거 활성을 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물 100, 250, 500, 1,000 µg·mL-1의 농도로 DPPH radical 소거능을 측정한 결과 농도 의존적으로 radical 소거능이 증가함을 확인할 수 있었다. 동일한 농도로 •OH radical 소거능 측정 결과, 모든 농도에서 90% 이상의 •OH radical 소거 활성을 나타냄을 확인하였다. O2- radical 소거능 측정 결과에서는 500 µg·mL-1의 농도까지 농도 의존적으로 O2- radical 소거능이 증가하였으며, 500 µg·mL-1의 농도에서 88.50%의 수치를 나타내어 최대 O2- radical 소거 활성을 보였다. 이전 연구에서도 흰점박이꽃무지 유충 추출물이 DPPH radical에 대해 농도 의존적으로 radical 소거 활성이 증가한 것으로 보고된 바 있으며(Kim et al., 2019), 본 연구 결과 또한 유사한 경향을 보여 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 항산화 활성을 확인할 수 있었다.
Fig. 1.
Effect of ethanol (EtOH) extract from Protaetia brevitarsis on 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) (A), •OH (B), and O2- (C) radical scavenging activities. Values are means ± standard deviation (n = 6). a - d: Means with the different letters are significantly different (p < 0.05) by Duncan’s multiple range test.
신경교세포는 뇌 조직에서 신경세포의 보조 세포로서의 기능을 넘어, 신경 전달 조절, 중추신경계의 항상성 유지, 면역 방어 및 병리적 반응 조절 등 뇌 기능 유지와 질환 발생에 중요한 역할을 수행한다(Donnelly et al., 2020). 최근 연구에서 신경교세포는 신경세포와의 대사적 연결을 통해 학습 및 기억 과정에 관여하며, 신경교세포의 산화적 손상은 AD를 포함한 신경퇴행성질환 발병 위험 증가와 밀접한 관련이 있음이 보고됨에 따라, 천연물 유래 소재를 활용한 신경교세포 보호를 위한 연구가 이루어지고 있다(Merighi et al., 2022; Lin et al., 2024; Rangel-Gomez et al., 2024). 본 연구에서 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 신경교세포에서의 보호 효능을 확인하기 위해 H2O2로 산화적 손상을 유도한 C6 신경교세포에서 세포생존율, LDH 활성 및 ROS 생성 억제능을 측정하였다(Fig. 2). 먼저 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 C6 신경교세포에서 세포 독성을 확인하기 위해 100 µg·mL-1의 농도까지 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물을 처리한 결과, 25 µg·mL-1의 농도까지 유의적인 세포 독성이 나타나지 않음을 확인하여 본 실험에서의 처리 농도를 5, 10, 25 µg·mL-1으로 설정하여 실험을 진행하였다(data not shown). H2O2를 처리한 control군에서는 H2O2를 처리하지 않은 normal군에 비해 세포생존율 저하와 LDH 활성 및 ROS 생성 억제능이 유의적으로 증가되어 H2O2로 인한 C6 신경교세포의 손상을 확인할 수 있었다. 반면 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물 5, 10, 25 µg·mL-1의 농도 처리 시 H2O2만을 처리한 control군에 비해 농도의존적으로 세포생존율을 개선시킴을 확인할 수 있었다. 또한 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물 처리 시, 25 µg·mL-1의 농도에서 control군에 비해 유의적인 LDH 활성 개선 효과를 확인할 수 있었으며, 모든 농도에서 ROS 생성이 억제됨을 확인할 수 있었다.
Fig. 2.
Effect of ethanol (EtOH) extract from Protaetia brevitarsis on cell viability (A), lactate dehydrogenase (LDH) release (B), and reactive oxygen species (ROS) production (C) in H2O2-induced C6 glial cells. Values are means ± standard deviation (n = 6). a - d: Means with the different letters are significantly different (p < 0.05) by Duncan’s multiple range test. N, normal, untreated cells; C, control, H2O2-treated cells; 5, H2O2 and EtOH extract from P. brevitarsis at 5 µg·mL-1-treated cells; 10, H2O2 and EtOH extract from P. brevitarsis at 10 µg·mL-1-treated cells; 25, H2O2 and EtOH extract from P. brevitarsis at 25 µg·mL-1-treated cells.
신경세포는 정보 전달과 뇌 인지기능의 핵심 세포로, 시냅스 가소성, 신경전달물질 분비 및 장기기억 형성 등과 밀접한 관련이 있다(Batool et al., 2019). 그러나 뇌의 높은 산소 소비율과 불포화지방산 함량으로 인해 산화적 스트레스에 취약한 특성을 지닌다(Ikonomidou and Kaindl, 2011). 따라서 최근에는 다양한 천연물 소재의 산화적 손상이 유도된 신경세포에서의 ROS 생성 억제, 미토콘드리아 기능 개선 및 세포사멸 경로 조절 등을 규명하여, 신경퇴행성질환에 도움을 줄 수 있는 기능성 식품 소재 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다(Chen et al., 2021; Theofanous and Kourti, 2022). 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 신경세포 보호 효능을 확인하기 위해, H2O2로 산화적 손상을 유도한 SH-SY5Y 신경세포에서 세포생존율, LDH 활성 및 ROS 생성 억제능을 측정하였다(Fig. 3). 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 SH-SY5Y 신경세포에서 세포 독성을 확인하기 위해 100 µg·mL-1의 농도까지 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물을 처리한 결과, 5 µg·mL-1의 농도까지 통계유의적인 세포 독성이 나타나지 않음을 확인하여 본 실험에서의 처리 농도를 1, 2.5, 5 µg·mL-1의 농도로 신경세포 보호 효능 실험을 진행하였다(data not shown). H2O2로 산화적 손상을 유도한 control군에서는 normal군에 비해 세포생존율이 저하된 반면 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물 1, 2.5, 5 µg·mL-1의 농도 처리 시 저하된 세포생존율을 유의적으로 회복시킴을 확인할 수 있었다. 또한 H2O2 처리로 인해 증가된 LDH 활성 및 ROS 생성량이 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물 처리로 control군에 비해 유의적인 감소 효과를 나타내었다. 이를 통해 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물이 H2O2로 유도된 산화적 손상에 대해 SH-SY5Y 신경세포 보호 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.
Fig. 3.
Effect of ethanol (EtOH) extract from Protaetia brevitarsis on cell viability (A), lactate dehydrogenase (LDH) release (B), and reactive oxygen species (ROS) production (C) in H2O2-induced SH-SY5Y neuronal cells. Values are means ± standard deviation (n = 6). a - d: Means with the different letters are significantly different (p < 0.05) by Duncan’s multiple range test. N, normal, untreated cells; C, control, H2O2-treated cells; 1, H2O2 and EtOH extract from P. brevitarsis at 1 µg·mL-1-treated cells; 2.5, H2O2 and EtOH extract from P. brevitarsis at 2.5 µg·mL-1-treated cells; 5, H2O2 and EtOH extract from P. brevitarsis at 5 µg·mL-1-treated cells.
선행 연구에서 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물에는 quinoxaline, indole, dopamine, diketopiperazine 및 그 유도체들이 검출되었으며, 이들 물질은 항산화 및 항염증 활성을 나타내는 것으로 알려져 있어 본 연구의 신경 보호 효과에 밀접하게 연관될 것으로 판단된다(Choi et al., 2023). 또한 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물에는 L-tryptophan을 풍부하게 함유하는 것으로 보고되었으며, tryptophan은 뇌 내에서 serotonin과 같은 신경전달물질의 전구체로 신경계 발달과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져있다(Roth et al., 2021; Yang et al., 2025). 이 외에도, 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물은 물 추출물에 비해 단일불포화지방산인 oleic acid 함량이 높은 것으로 보고되었는데, oleic acid는 뇌 세포막의 주요 구성성분으로 산화적 스트레스에 대한 신경 세포 보호 효과에 기여하는 것으로 보고되었다(Jové et al., 2023; Zhang et al., 2023). 따라서 본 연구를 통해 신경세포 및 신경교세포에서 흰점박이꽃무지 유충 추출물의 산화적 손상에 대한 보호 효과를 확인하여, 뇌 인지기능 개선 효능에 대한 선행 연구 결과를 세포 수준에서 뒷받침할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물의 신경세포 보호 효능을 명확히 규명하기 위해, 추출물 내 활성물질과 신경세포 보호 효과 간의 연관성에 대한 추가적인 성분 분석 및 기전 연구가 필요할 것으로 사료된다.
Conclusion
본 연구에서는 흰점박이꽃무지 유충의 영양학적 특성과 in vitro 항산화 활성 및 산화적 스트레스로 유도된 신경세포 및 신경교세포 손상에 대한 보호 효과를 확인하였다. 흰점박이꽃무지 유충 분말은 조단백 함량이 51.10%, 조지방 함량이 16.10% 및 탄수화물 함량이 20.80%의 수치를 나타내었으며, glutamic acid, arginine, leucine, lysine, and valine 등의 유리아미노산을 풍부하게 함유하고 있었다. 또한 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물은 DPPH 및 O2- radical 소거 활성을 나타내었으며, •OH radical에 대해서는 90% 이상의 높은 radical 소거능을 나타내어 in vitro 항산화 활성을 확인할 수 있었다. H2O2로 산화적 손상을 유도한 C6 신경교세포 및 SH-SY5Y 신경세포에서 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물은 세포생존율을 유의적으로 개선하고 LDH 활성을 감소시키며, 세포 내 ROS 생성을 억제하여 신경세포 및 신경교세포 모두에서 산화적 스트레스에 대한 신경 보호 효과를 확인할 수 있었다. 따라서 흰점박이꽃무지 유충 에탄올 추출물은 in vitro 항산화 활성을 기반으로 신경세포 및 신경교세포에서 산화적 스트레스로부터 보호 효과를 나타냄을 확인하였다.
