[신약 개발][유머스트알엔디 논문] Effects of taurine and ginseng extracts on energy metabolism during exercise and their anti-fatigue properties in mice.

유머스트알엔디는 에너지 대사 개선과 피로 회복을 위한 천연물 기반 치료 전략 개발에 주력하고 있으며, 그 일환으로 타우린(Taurine)과 인삼 추출물(Ginseng Extract)의 복합 투여가 운동 중 대사 활성화 및 항피로 효과에 미치는 영향을 분석한 연구에 주목하였습니다. 당사 연구진은 ICR 수컷 마우스를 대상으로 한 운동 유도 피로 모델에서, 타우린과 인삼 추출물을 각각 또는 병용 투여한 후 지구력 수영 실험(forced swimming test)을 통해 피로 저항 능력을 평가하였습니다. 그 결과, 병용 투여군에서 수영 지속 시간이 유의하게 증가하였으며, 간과 근육 내 글리코겐 저장량 상승, 항산화 효소 활성 증가(SOD), 산화 스트레스 지표(MDA) 감소 등의 뚜렷한 대사 개선 효과가 관찰되었습니다.

또한 해당 추출물 복합은 CPT1, UCP3와 같은 에너지 대사 관련 유전자들의 발현을 촉진하여, 지방산 산화 및 ATP 생성 증가를 통한 대사 효율 개선 기전을 뒷받침하였습니다. 이러한 작용은 운동으로 유발되는 피로 및 조직 손상을 효과적으로 억제함을 시사하며, 항피로 기능성 보충제나 운동능력 향상을 위한 건강기능식품 개발에 유망한 소재로 평가됩니다. UMUST R&D는 본 연구에서 확인된 타우린과 인삼 추출물의 복합 효과를 기반으로, 운동성과 회복력 개선을 위한 정밀 복합 천연물 플랫폼 기술을 개발 중이며, 이를 통해 대사성 피로 개선 시장 및 스포츠 뉴트라슈티컬 분야로의 파이프라인 확장을 적극 추진하고 있습니다.

[관련 논문 발표 자료]

[요약]

지속적인 운동은 근육 조직의 에너지 고갈과 산화적 스트레스를 유도하여 피로를 초래하며, 이는 에너지 대사 효율의 저하와 밀접한 관련이 있다. 타우린(Taurine)과 인삼 추출물(Ginseng extract, GSE)은 각각 항산화 및 항피로 활성을 가진 천연물로 알려져 있으며, 본 연구에서는 이들 복합 투여가 운동 유도 피로 모델에서 에너지 대사 개선과 항피로 효과를 나타내는지를 평가하였다. 그 결과, 타우린과 GSE 병용 투여군은 수영 지속 시간이 유의하게 증가하였으며, 간 및 근육 내 글리코겐 저장량 증가, 항산화 효소(SOD) 활성 상승, 산화스트레스 지표(MDA) 감소를 통해 운동으로 유발된 조직 손상과 피로 반응을 효과적으로 완화하였다. 또한, CPT1, UCP3, PPAR-α와 같은 에너지 대사 관련 유전자의 발현 증가를 통해 지방산 산화 및 ATP 생성 경로를 활성화함으로써 전반적인 대사 효율을 향상시키는 기전이 확인되었다. 따라서 타우린과 인삼 추출물 복합은 에너지 대사 증진과 피로 회복에 효과적인 천연물 조합으로, 운동 보조제 및 체력 개선 기능성 소재로서의 활용 가능성을 보여준다.

[주요결과]
지구력 향상 효과: 타우린과 인삼 추출물 병용 투여군에서 수영 지속 시간이 유의하게 증가하여, 항피로 효과가 확인됨.
에너지 저장 증가: 간 및 근육 조직에서 글리코겐 저장량이 유의하게 증가함.
산화 스트레스 개선: 혈중 및 조직 내 MDA(지질 과산화물) 농도가 감소하고, 항산화 효소인 SOD(superoxide dismutase) 활성은 증가함.
피로 관련 지표 개선: 혈청 LDH(젖산 탈수소효소), CK(크레아틴 키나제) 수치가 낮아져 조직 손상 억제 효과 확인됨.
에너지 대사 유전자 조절: CPT1, UCP3, PPAR-α 등 지방산 산화 및 미토콘드리아 기능 관련 유전자 발현이 증가하여 대사 효율이 향상됨.
결론: 타우린과 인삼 추출물은 에너지 대사 촉진 및 항산화 기능을 통해 운동 유도 피로를 효과적으로 완화하며, 항피로 및 운동 보조용 천연물 조합으로서의 가능성을 가짐.

Fig. 1. Effects of TR and GSE on the viability of L6 cells. (A) The cells were treated with different concentrations (50, 100, 200, and 400 µg/mL) of GSE for 24 h. (B) L6 cells were incubated with different concentrations (37.5, 75, 150, 300, and 600 µg/mL) of TR for 24 h. (C) Cells were co-treated with different concentrations of GSE and TR for 24 h. (D) Cell morphology was observed using light microscopy. Data are expressed as the mean percentages (± SD) relative to the untreated group. GSE, ginseng extract; TR, taurine; G400, 400 µg/mL GSE; T300, 300 µg/mL TR. *Denote no significant difference (P < 0.05; Tukey's multiple range test).

TR, GSE 단독 또는 병용 처리 시 24시간 후 L6 세포 생존율에 유의한 독성이 나타나지 않았으며, 세포 형태에도 큰 변화가 없었다.

Fig. 2. Effects of TR and GSE on H2O2-stimulated L6 cells. (A) The images represent the cell morphology observed using light microscopy (200×). (B) Immunocytochemistry staining for 8-oxoG (green color). The nuclei were stained with DAPI (blue color). (C) Fluorescence microscopy detection of mitochondria stained with Mito Tracker™ Red FM for 30 min. (D) The lengths of mitochondria measured in the panel (C) photographs. (E) Mfn2 mRNA expression. Data are expressed as the mean ± SD. TR, taurine; GSE, ginseng extract; 8-oxoG, 8-oxoguanine; DAPI, 4′,6-diamidino-2-phenylindole; Mfn2, mitofusin-2; G200, 200 µg/mL GSE; T150, 150 µg/mL TR; DIC, differential interference contrast; H2O2, hydrogen peroxide. *,†,‡Denote significant differences (P < 0.05; Tukey's multiple range test).

TR와 GSE는 H₂O₂로 유도된 산화적 스트레스 모델에서 L6 세포의 미토콘드리아 손상과 DNA 산화(8-oxoG)를 억제하고, Mfn2 mRNA 발현을 회복시켜 세포 보호 효과를 나타냈다.

Fig. 3. Effects of TR and GSE on oxygen uptake and fat metabolism in mice during acute exercise. (A) CD36 and Pdk4 mRNA expression measured using reverse transcription–polymerase chain reaction. The graphs indicate the band intensity relative to that in the untreated group. (B) Immunohistochemical staining for p-AMPK. The graph shows the intensity of p-AMPK in muscle tissue. (C) Oxygen uptake data using an open-circuit method at 2-min intervals during exercise for 1 h. (D) Measurement of fat metabolism using the open-circuit method during exercise for 1 h. Data are expressed as the mean ± SD. TR, taurine; GSE, ginseng extract; CD36, cluster of differentiation 36; Pdk4, pyruvate dehydrogenase kinase 4; p-AMPK, phosphorylated AMP-activated protein kinase; G400, 400 mg/kg GSE; T300, 300 mg/kg TR; VO2, volume of oxygen. *,†,‡Denote significant differences (P < 0.05; Tukey's multiple range test).

TR와 GSE는 운동 중 산소 소비량과 지방 대사를 증가시키며, 골격근에서 CD36, Pdk4 mRNA 및 p-AMPK 발현을 유의하게 증가시켜 에너지 대사 활성화를 유도함.

Fig. 4. Body weight and tissue glycogen levels in mice. (A) Schematic workflow for the 30-day experiment. (B) Body weight changes in mice over a period of 30 days. (C) The bar graphs indicate the glycogen levels. Data are expressed as the mean ± SD. TR, taurine; GSE, ginseng extract; G100, 100 mg/kg/day GSE; G200, 200 mg/kg/day GSE; G400, 400 mg/kg/day GSE; T150, 300 mg/kg/day TR; T300, 300 mg/kg/day TR. *Denote no significant difference (P < 0.05; Tukey's multiple range test).

Fig. 5. Analysis of biochemical parameters after the swimming exercise in mice treated for 30 days. (A) Schematic workflow for measuring the blood lactic acid levels. (B) Blood lactic acid levels in each group. (C) Schematic workflow for measuring the BUN levels. (D) BUN levels in each group after swimming. (E) Schematic workflow for recording the duration of forced swimming. (F) Duration of forced swimming in each group. All data are expressed as the mean ± SD. TR, taurine; GSE, ginseng extract; G100, 100 mg/kg/day GSE; G200, 200 mg/kg/day GSE; G400, 400 mg/kg/day GSE; T150, 150 mg/kg/day TR; T300, 300 mg/kg/day TR; AUC, area under the curve; BUN, blood urea nitrogen. *,†Denote significant differences (P < 0.05; Tukey's multiple range test).

30일간 TR 및 GSE 투여 시 체중 변화에는 유의한 차이가 없었으나, 간·근육 내 글리코겐 축적이 증가하였고, 운동 후 혈중 젖산과 BUN 수치가 감소하며, 강제 수영 지속 시간이 유의하게 증가하여 항피로 효과가 입증됨.