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비만과 비만매개 질환 조절 식품소재 발굴 및 개발

○ 비만은 전 세계적으로 만연해 있는 대표적인 대사질환으로 당뇨병, 심혈관질환 뿐만 아니라 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 중추신경계질환의 증가를 수반한다. 비만상태에서는 체내 지방산, 아디포카인, 싸이토카인, 장내 미생물유래 LPS등이 항진되어 체내 낮은수준으로 만성적인 염증상태를 지속시키고 이러한 조건은 세포와 조직의 기능퇴화를 통해 당뇨병, 심혈관질환 등의 만성질환의 유발에 기여한다. 또한 이러한  염증유발물질들이 혈액과 뇌의 장벽이 되는blood-brain barrier (BBB)에 침투하여 약화시키고 중추신경계에서 미세아교세포(microglia)의 염증반응을 유발하여 신경세포의 사멸을 촉진함으로써 인지기능을 저하시키는 것은 물론 다양한 퇴행성신경질환의 발병 및 진행에 중요하게 작용한다. 

○ 비만은 ROS 등의 산화스트레스가 항진되어 있는 만성적인 염증질환으로 알려져 있으며 대사질환의 유발 및 진행에 큰 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 주로 ROS의 조절장애로 발생하는 산화스트레스는 비만과 염증의 유발 및 악화에 있어 가장 중요한 인자 중의 하나이다. 산화적 스트레스에 대한 세포내 보호적 조절장치로서 Nrf2/Keap1 시스템이 가장 잘 알려져 있고 이 Nrf2/Keap1시스템의 조절이 세포내에서 산화스트레스뿐 아니라 염증을 비롯한 다양한 질환에 중요하게 영향을 미친다. 

○ Nrf2/Keap1 시스템은 비만 및 비만관련 질환의 제어를 위한 중요한 조절 메카니즘으로서 좋은 타겟이 될 수 있으며. 식품유래 피토케미칼들을 대상으로 비만관련 염증 및 산화스트레스에서의 효과와 Nrf2/Keap1 시스템을 타겟으로 하는 메카니즘을 세포와 동물모델에서 연구한다.  

○ 비만으로부터 유래되는 질환 중 고령화 시대에서 급속히 증가하는 신경질환을 타겟으로 어떻게 식품소재가 비만에서 유래되는 신경염증(neuroinflammation)과 인지기능에 대해 효과를 나타내는지를 평가하고 그 메카니즘을 밝힘으로써 비만유래 신경염증과 인지기능저하를 위한 식품소재를 발굴하고 개발한다. 

산화질소 공급 식품소재 발굴 및 개발

○ 산화질소는 심혈관계에서 혈관을 확장하여 고혈압이나 동맥경화를 예방하고 전신에 신경전달을 원활히 하는데 도움을 준다. 호흡계에서는 기관지 확장과 폐포에서 산소와 이산화탄소의 교환을 원활하게 하며 면역계에서 스트레스나 염증반응을 완화하고 모세혈관을 확장하여 혈류를 개선하는 등 체내 미치는 유익한 영향이 상당하다.   
   
○ 체내 산화질소의 생성 경로는 2가지로 나눌 수 있으며 첫째는 아르기닌(L-Arginine)으로부터 혈관내피세포에 있는 산화질소 합성효소(nitric oxide synthase)에 의해서 생성되는 내인성 경로이고 두 번째는 식이 질산염(NO3)의 공급에 따른 체내 환원과정으로부터 생성되는 외인성 경로이다. 

○ 질산염(nitrate, NO3)형태로의 공급은 구강과 위를 거치면서 아질산염, 산화질소로 연속적으로 환원되지만 섭취한 질산염 중 단지 5~8%만이 구강에서 아질산염으로 전환됨. 채소 중의 질소산화물류는 질산(nitrate)의 형태가 대부분이어서 그 함량(~1%)이 대단히 높지만, 아질산형태(nitrite, NO2)는 그 양을 측정할 수 없을 만큼 미비하며 무기아질산염(NaNO2)의 섭취는 니트로소화 반응 및 식품 중 아민과의 반응으로 발암물질(nitrosoamine)을 형성할 수 있는 가능성이 제기되며 oxidative stress로 인한 ONOO-등의 ROS를 유발할 수 있는 것으로 알려지고 있다.  

○ 체내에서 생산되는 산화질소의 상당부분은 내피세포유래 eNOS (nitric oxide synthase)에 의해서 생성이 되며 동맥경화증(atherosclerosis)과 같은 산소부족환경(hypoxia)에서는 그 생성이 큰 제약을 받는 것으로 알려져 있고, 아질산형태의 공급은 산소부족환경에서도 즉각적인 혈관확장을 유도하는 것으로 보고된다. 

○ 따라서, 식이를 통한 효율적인 체내 산화질소의 공급을 위해 다음과 같은 점이 고려되어야 한다. 첫째, 질산(nitrate)보다는 아질산(nitrite) 형태의 공급이 체내 산화질소공급증가와 부작용 해소면에서 보다 우수하며 둘재 발암물질반응 유도와 ROS생성과 같은 클레임을 유발할 수 있는 무기아질산형태로의 공급보다는 질산염 함유 식품 (채소)매트릭스에 기반한 아질산형태가 보다 안전하고 유리하다고 할 수 있고 셋째, 이러한 식품채소기반 아질산형태의 체내 공급을 위한 질산(NO3) → 아질산(NO2) → 산화질소(NO)로의 안전하고 효과적인 생물전환 방법은 발효공정(fermentation)이라고 할 수 있다. 

수면/무드개선 식품소재 발굴 및 개발

○ 불면증은 흔하게 발생하지만 전문가의 도움을 구하지 않는 대표적인 증상으로, 우리나라의 경우 수면제나 안정제와 같은 약물 처방 및 사용을 기피하는 경향과 더불어 불면증에 대해 의학적 도움을 시도한 경우는 6.8%로 매우 낮다. 불면증의 50%는 주간 기능장애가 있으며 교통사고나 산업 재해를 일으키는 경우가 많다. 또한, 불면증은 우울증 발병의 위험 인자로 알려져 있어불면증의 조절을 통해 우울증으로의 진행을 예방할 수 있다.

 ○ 수면유도 약물은 내성이나 의존성이 없고 다른 질환에 영향을 끼치지 않아야 하지만, 현재 이러한 이상적인 불면증 치료 약제는 존재하지 않으며 모든 요건을 만족하는 약의 개발은 실질적으로 어렵다. 미국의 수면 관련 시장 규모는 23조원으로 천연 수면보조제 및 수면 증진 건강기능식품 등의 수면관련 제품의 시장이 확대되고 있으며, 최근에는 선진국뿐만 아니라 개발도상국에서도 시장이 확대되고 있어 약물이 아닌 기능성 식품 소재를 원료로 한 안전성 있는 수면 개선 제품에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다.

○ 식품 및 천연물에서 수면에 긍정적인 효과를 보이면서 부작용이 완화 및 제거되는 소재를 탐색 발굴하여 현대인들의 정신건강과 식품산업의 발전에 기여할수 있는 수면관련 건강기능성 식품을 개발하고자 하는 것은 기능성식품 분야에 있어 중요한 트랜드가 되고 있다. 

○ 또한, 현대 산업구조 상 환경에 따라 스트레스에 시달리는 인구의 증가로 인해 정신건강에 대한 중요도가 커지고 있으며 진정작용으로 대변될 수 있는 식품의 기능성에 관심과 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 mood(분위기)에 영향을 미치는 식품소재를 발굴하고 이를 개발함으로써 새로운 건강기능성식품개발 및 성장에 기여할수 있다. 

○ 이러한 수면및 무드개선을 위한 기능성 식품 소재를 발굴을 위해 초파리와 마우스, 렛트등을 실험모델로 행동분석을 통해 연구한다.   

피부건강/미용 타겟 식품소재 발굴 및 개발

○ 피부는 epidermis,  dermis등의 여러층으로 구성되어 있으며 콜라겐, 엘라스틴등의 단백질들이 서로 지지해주고 연결되어 있음으로써 병원성균, 산화스트레스, 화학물질, 기계적 저항등 외부손상요인들로부터 몸을 보호하는 장벽으로서의 역할을 한다. 

○ 건강한 피부는 이러한 피부내 생체분자들의 비율이 적절하게 유지되어야 한다. 하지만 지속적으로 화학적, 물리적인 외부 자극들에 항상 노출되면 피부건강은 위협을 받는다. 특히 지속적인 자외선(UV)에 대한 노출은 피부가 쉽게 노화되고 주름이 생기며 색소가 침착되어 건강상 미용상 문제를 유발한다. 
○ 자외선은 피부에 과도한 활성산소를 생성시키고 이것이 세포의 구성성분과 반응함으로써 산화스트레스와 세포내 손상을 유발시킨다. 이러한 자극이 지속적으로 발생하게되면 피부의 화상을 넘어 암으로까지 발전하여 건강을 위협하기까지 한다.

○  많은 화장품들이 이러한 자외선을 차단하고자 출시되고 있지만 이에 따른 피부의 부작용 또한 발생한다. 이에 식품소재 또는 천연물소재를 대상으로 피부를 보호하는 기능성을 발굴하고 개발하는 것이 또다른 기능성 식품의 분야로 자리매김하고 있다. 특히, 바르는 소재를 넘어서 먹어서 피부를 보호하고 건강하면서 미용의 효과까지 기대하는 이너뷰티(innerbeauty) 개념의 기능성식품이 최근의 트랜드로 관심과 수요가 증가하고 있다. 이너뷰티개념의 건강기능성 식품의 소재를 발굴하고 이에 대한 메커니즘을 연구한다. 

발효를 이용한 식품소재의 생물전환

○ 유산균 발효는 식품소재 내 활성물질들의 생물전환(biotransformation)을 통해 건강 기능성 및 생체이용률(bioavailability)을 증대시킬 수 있는 식품가공 공정으로 이용할수 있다.

○ 지금까지 발효의 대부분은 낙농유제품(dairy food)을 기반으로 하는 연구들이 주를 이루어왔지만 낙농제품(dairy food)은 유당불내증(lactose intolerance), 우유 알러지(milk allergy), 고지방/고콜레스테롤 (High fat/high cholesterol)등의 제한적 요소들을 내포하고 있으며 채식주의 웰빙 현상과 맞물려 낙동제품 보다는 비 낙농제품(non-dairy food)에서 기반하는 발효제품에 대한 요구가 증대되고 있다. 

○ 과채류를 기반으로 하는 발효에 대한 연구는 최근에 들어서야 조금씩 진행되어 왔지만 이들 과채류 기반 발효의 효능과 건강기능성에 대한 연구는 드물며, 특히, 비만관련 신경염증과 인지기능에 대한 연구는 전무한 실정이다. 

○ 따라서 과채류를 기반으로 하는 신규 유산균 발효액을 제조함과 동시에 이들의 비만 관련 신경염증과 인지기능을 비롯한 다양한 기능성을 평가하고 신경질환을 포함한 다양한 질환에 대한 예방적 차원의 식품소재를 개발하고 연구한다.