섬바디 줄기의 성분

섬바디(Dystaenia takeshimana)는 산형과(Umbelliferae)에 속하는 다년초로 울릉도에 분포하고 줄기는 크고 윗부분에서 가지가 갈라지며 4 ~ 5개의 마디가 있고 높이 2m에 달한다. 잎은 호생하고 2회 우상복엽이며 엽병은 위로 갈수록 짧아지고 밑부분이 넓어져서 줄기를 감싸며 윗부분의 잎은 퇴화하여 엽병이 엽초로 된다. 열편은 간혹 2 ~ 3개로 깊이 갈라지고 정우편(頂羽片)은 넓은 피침형으로 가장 길며 가장자리에 결각상의 겹톱니가 있다. 꽃은 7월에 백색으로 피고 줄기와 가지 끝에 복산형화서로 달린다. 소산경이 많고 총포는 거의 없으며 소총포는 10 ~ 20개로 선형이다. 과실은 분과로 타원형이다.¹⁾ 뿌리는 울릉강활이라 하여 강활과 같은 용도로 사용하기도 한다.²⁾ 이 식물의 성분연구로는 권 등³⁾이 뿌리로부터 psoralen, xanthotoxin, dimethylsuberosin 등의 coumarin 계열의 화합물을 분리, 보고하였고, 김 등은⁴⁾ 뿌리에서 umbelliferone, skimmin, isoscopoletin, 및 phytosterol 혼합물을 분리하여 이를 보고하였다. 또한 김 등⁵⁾은 뿌리로부터 선행 연구자들이^3,4) 분리, 보고한 성분들 외에 (+)-marmesin, 2-methoxy-2-(4′-hydroxyphenyl)ethanol, 2-hydroxy(4′-hydroxyphenyl)ethanol, apigenin, luteolin, cynaroside 및 daucosterol 등을 분리하고 그 구조를 동정한 후 항염증활성을 측정하여 그 결과를 보고하였다. 한편 이 등⁶⁾은 섬바디 추출물의 iNOS와 COX-2 등의 발현에 대한 효과를 측정하여 보고하였고, 김⁷⁾은 섬바디 뿌리 추출물에 대한 항산화, 항주름 및 미백 효능을 측정하여 보고하였으며, 오 등⁸⁾은 섬바디의 에탄올 추출물로부터 항균활성 물질로 falcarindiol을 분리, 보고하였다. 이상과 같이 섬바디의 연구는 비교적 다양하게 이루어 졌으며, 그 대상은 주로 뿌리를 이용한 것이 대부분이다. 저자 등은 연속되는 연구로 우리나라에 자생하는 산형과(Umbelliferae) 식물의 모든 부분에 대한 성분 연구를 계속하여 수행하고 있으며, 그 일부로 우리나라 특산 식물인 섬바디의 줄기에 대한 성분 연구를 수행하였으며, 그 결과 줄기 추출물의 n-BuOH 가용성 분획으로부터 5종의 화합물을 분리하고 그 구조를 밝혔기에 이를 보고하고자 한다.

재료 및 방법

재료 – 실험에 사용한 섬바디(D. takeshimana) 줄기는 2023년 8월 강원대학교 약학대학 구내에 식재되어 있는 것을 채집하여 강원대학교 약학대학 권용수 교수가 정확하게 감정한 후 음건하여 사용하였다. 확증표본 (KNUH-2023-S-1)은 강원대학교 약학대학 생약학 연구실에 보관중이다.

기기 및 시약 – ¹H 및 ¹³C-NMR은 Bruker사의 AVANCE 600을 이용하여 측정하였다. Mass spectra는 Waters 사의 Micromass Quattro micro API로 측정하였다. Column chromatography용 충진제로 silica gel은 Merck사의 Kieselgel 60 63-200 μm와 40-63 μm를 사용하였고, ODS는 YMC 사의 ODS-A (150μm)를 사용하였다. Flash column chromatography는 Teledyne Isco 사의 CombiFlash Flash chromatography system을 사용하였다. TLC plate는 Merck사의 precoated Kieselgel 60 F254s (layer thickness 0.25 mm, 20 × 20 cm, Merck Art. No. 5715), RP-18 F254s를 사용하였다. Open column chromatography에 사용한 용매는 특급시약을 증류하여 사용하였으며, TLC plate의 발색은 20% ethanol성 H₂SO₄ 용액을 사용하였다.

추출 및 분리 – 채집하여 음건한 섬바디의 줄기 2.5 kg을 잘게 썰어 MeOH 10 L를 넣고 실온에서 1 주일간 추출하고 여과한 후 여액을 감압농축하여 MeOH ext. 245 g을 얻었다. 얻어진 MeOH ext.를 증류수로 현탁시키고 n-hexane, CHCl₃ 및 n-BuOH 순으로 분획하고 농축하여 n-hexane fraction 30.5 g, CHCl₃ fraction 5 g 및 n-BuOH fraction 23.1 g을 각각 얻었다. 이들 분획 중 n-BuOH 분획에 함유되어 있는 성분을 분리하기 위하여 column chromatography를 실시하였다. 섬바디 줄기의 n-BuOH 가용성 분획 23 g을 silica gel (63-200 μm, 550 g) column (9.5 × 50 cm)에 걸고 EtOAc:MeOH:H₂O를 용매로 8:1.5:0.5에서 6:3:1까지 순차적으로 용출시키고 다섯 개의 분획으로 나누었다(DTB-1 ~ DTB-5). 분획 DTB-2 (5.8 g)을 다시 silica gel (63-200 μm, 250 g) column (6.5 × 50 cm)에 걸고 CHCl₃: MeOH:H₂O = 3:1:0.1을 용매로 용출시키고 여섯 개의 분획(DTB-2-1 ~ DTB-2-6)으로 나누었다. 분획 DTB-2-1 (0.6 g)에 대하여 water-saturated EtOAc:MeOH = 19:1을 용매로 silica gel (40-63 μm, 70 g) column (3 × 50 cm) chromatography를 실시하고 여섯 개의 소분획(DTB-2-1-1 ~ DTB-2-1-6)으로 나누었다. 이중 소분획 DTB-2-1-2 (0.17 g)을 ODS (ODS-A 150 μm, 40 g) column (2.0 × 50 cm)에 걸고 MeOH:H₂O = 50:50을 용매로 정제하고 화합물 1 (27 mg)을 얻었다. 분획 DTB-2-3 (0.08 g)을 MeOH로 세척하고 화합물 2 (36 mg)를 얻었다. 분획 DTB-2-5 (1.5 g)을 silica gel (63-200μm, 100 g) column (3.8 × 50 cm)에 걸고 EtOAc:MeOH:H₂O = 8:1:0.5를 용매로 용출시켜 여섯 개의 분획(DTB-2-5-1 ~ DTB-2-5-6)으로 나누었다. 분획 DTB-2-5-2 (70 mg)를 다시 silica gel (40-63 μm, 70 g) column (3 × 50 cm)에 걸고 CHCl₃:MeOH:H₂O = 2:1:0.1을 용매로 용출시키고 다섯 개의 소분획(DTB-2-5-2-1 ~ DTB-2-5-2-5)으로 나누었다. 소분획 DTB-2-5-2-4 (38 mg)을 ODS (ODS-A 150 μm, 40 g) column (2.0 × 50 cm)에 걸고 MeOH:H₂O = 30:70을 용매로 용출시키고 정제하여 화합물 3 (24 mg)과 4 (6 mg)을 얻었다. 분획 DTB-3 (7.8 g)을 silica gel (40-63 μm, 300 g) column (6.5 × 50 cm)에 걸고 EtOAc:MeOH:H₂O = 7:2:1을 용매로 용출시켜 여섯 개의 분획(DTB-3-1 ~ DTB-3-6)으로 나누었다. 분획 DTB-3-4 (3.4 g)을 CombiFlash를 이용하여 silica gel column (Redisep^® 80 g)에 CHCl₃:MeOH:H₂O = 2:1:0.1을 용매로 용출시켜 Flash chromatography를 실시하고 네 개의 분획(DTB-3-4-1 ~ DTB-3-4-4)으로 나누었다. 분획 DTB-3-4-3을 농축시켜 화합물 5 (0.3 g)을 얻었다.

Cimifugin (1) – White powder; ¹H-NMR (600 MHz, CD₃OD) δ: 6.61 (1H, s, H-8), 6.24 (1H, s, H-3), 4.77 (1H, dd, J=9.1, 8.1 Hz, H-2'), 4.45 (2H, br s, 2-CH₂OH), 3.94 (3H, s, OCH₃), 3.35 (2H, dd, J=9.1, 7.8 Hz, H-3'), 1.31, 1.25 (each 3H, s, gem-(CH₃)₂); ¹³C-NMR (150 MHz, CD₃OD) δ: 179.76 (C-4), 168.66 (C-2), 167.10 (C-5), 161.14 (C-7), 157.03 (C-8a), 118.47 (C-6), 112.32 (C-4a), 109.28 (C-3), 94.53 (C-8), 92.63 (C-2'), 72.22 (C-4'), 61.04 (OCH₃), 28.72 (C-3'), 25.40 (CH₃), 25.33 (CH₃); ESI-MS m/z 307 [M + H]⁺.

Cynaroside (2) – Brown powder; ¹H-NMR (600 MHz, DMSO-d₆) δ: 13.0 (1H, s, 5-OH), 7.44 (1H, dd, J=8.3, 2.2 Hz, H-6'), 7.41 (1H, d, J=2.2 Hz, H-2'), 6.89 (1H, d, J=8.3 Hz, H-5'), 6.78 (1H, d, J=2.1 Hz, H-8), 6.74 (1H, s, H-3), 6.43 (1H, d, J=2.1 Hz, H-6), 5.06 (1H, d, J=7.5 Hz, anomeric H), 3.68 (1H, br d, J=11.0 Hz, H-6″a), 3.51~3.15 (4H, overlapped, H-2″, 3″, 4″, 5″), 3.44 (1H, dd, J=11.0, 5.5 Hz, H-6″b); ¹³C-NMR (150 MHz, DMSO-d₆) δ: 182.16 (C-4), 164.72 (C-7), 163.19 (C-2), 161.97 (C-5), 157.19 (C-9), 150.20 (C-4'), 146.03 (C-3'), 121.61 (C-1'), 119.43 (C-6'), 116.24 (C-5'), 113.78 (C-2'), 105.58 (C-10), 103.40 (C-3), 100.13 (C-1″), 99.78 (C-6), 94.99 (C-8), 77.39 (C-5″), 76.62 (C-3″), 73.35 (C-2″), 69.79 (C-4″), 60.86 (C-6″); ESI-MS m/z 449 [M + H]⁺.

3,5-Dicaffeoylquinic acid (3) – Light brown powder; ¹H-NMR (600 MHz, CD₃OD) δ: 7.63 (1H, d, J=15.9 Hz, H-3″), 7.61 (1H, d, J=15.8 Hz, H-3'), 7.11 (1H, d, J=2.1 Hz, H-5″), 7.08 (1H, d, J=2.1 Hz, H-5'), 6.99 (1H, dd, J=8.1, 2.1 Hz, H-9″), 6.97 (1H, dd, J=8.1, 2.1 Hz, H-9'), 6.79 (2H, d, J=8.1 Hz, H-8″, H-8'), 6.43 (1H, d, J=15.9 Hz, H-2″), 6.33 (1H, d, J=15.8 Hz, H-2'), 5.57 (1H, td, J=10.4, 5.1 Hz, H-3), 5.40 (1H, dd, J=6.6, 3.3 Hz, H-5), 3.92 (1H, dd, J=9.8, 3.5 Hz, H-4), 2.29 (1H, dd, J=15.3, 3.5 Hz, H-6ax), 2.15 (2H, m, H-2), 2.09 (1H, m, H-6eq); ¹³C-NMR (150 MHz, CD₃OD) δ: 180.21 (COOH), 168.04 (C-1″), 167.55 (C-1′), 148.11 (C-7′), 147.97 (C-7″), 145.40 (C-3′, C-3″), 145.34 (C-6′, C-6″), 126.72 (C-4″), 126.49 (C-4′), 121.56 (C-9″), 121.50 (C-9′), 115.09 (C-8″), 115.04 (C-8′), 114.70 (C-2″), 114.22 (C-2′), 113.70 (C-5′, -5″), 74.93 (C-1), 73.13 (C-5), 71.92 (C-4), 71.09 (C-3), 39.65 (C-2), 36.33 (C-6); ESI-MS m/z 515 [M-H]^-.

3,4-Dicaffeoylqunic aicd (4) – Light brown powder; ¹H-NMR (600 MHz, CD₃OD) δ: 7.60 (1H, d, J=15.9 Hz, H-3″), 7.53 (1H, d, J=15.8 Hz, H-3′), 7.03 (1H, d, J=2.1 Hz, H-5″), 7.01 (1H, d, J=2.1 Hz, H-5′), 6.92 (1H, dd, J=8.1, 2.1 Hz, H-9″), 6.90 (1H, dd, J=8.1, 2.1Hz, H-9′), 6.76 (1H, d, J=8.1 Hz, H-8″), 6.75 (1H, d, J=8.1 Hz, H-8′), 6.28 (1H, d, J=15.9 Hz, H-2"), 6.21 (1H, d, J=15.8 Hz, H-2'), 5.72 (1H, td, J=10.3, 5.8 Hz, H-3), 5.12 (1H, dd, J=10.3, 3.1 Hz, H-4), 4.34 (1H, dd, J=6.3, 3.2 Hz, H-5), 2.29 (1H, dd, J=14.9, 3.2 Hz, H-6a), 2.20 (2H, m, H-2), 2.02 (1H, dd, J=14.9, 5.9 Hz, H-6b); ¹³C-NMR (150 MHz, CD₃OD) δ: 180.58 (COOH), 168.71 (C-1"), 168.64 (C-1'), 149.61 (C-7', C-7"), 147.53 (C-3"), 147.35 (C-3'), 146.74 (C-6', C-6"), 127.75 (C-4"), 127.68 (C-4'), 123.09 (C-9', C-9"), 116.47 (C-8′, C-8"), 115.09 (C-2′, C-2"), 77.57 (C-1), 77.32 (C-4), 70.87 (C-5), 69.65 (C-3), 40.99 (C-2), 38.97 (C-6); ESI-MS m/z 515 [M-H]^-.

Chlorogenic acid (5) – Brown powder; ¹H-NMR (600 MHz, CD₃OD) δ: 7.54 (1H, d, J=15.5 Hz, H-3′), 7.02 (1H, d, J=2.0 Hz, H-5′), 6.90 (1H, dd, J=8.0, 2.0 Hz, H-9′), 6.75 (1H, d, J=8.0 Hz, H-8′), 6.25 (1H, d, J=15.5 Hz, H-2′), 5.35 (1H, dt, J=10.0, 5.0 Hz, H-3), 4.15 (1H, br d, J=2.5 Hz, H-5), 3.69 (1H, dd, J=9.5, 3.0, H-4), 2.14 (2H, dd, J=14.5, 2.5 Hz, H-2a, H-6a), 2.01 (2H, m, H-2b, H-6b); ¹³C-NMR (150 MHz, CD₃OD) δ: 179.87 (COOH), 169.02 (C-1′), 149.47 (C-7′), 146.90 (C-3′), 146.74 (C-6′), 127.79 (C-4′), 122.93 (C-9′), 116.52 (C-8′), 115.48 (C-5′), 115.19 (C-2′), 74.54 (C-1), 72.62 (C-3), 72.28 (C-4, C-5), 40.14 (C-6), 38.60 (C-2); ESI-MS m/z 353 [M-H]^-.

결과 및 고찰

화합물 1은 백색의 분말로 얻었으며, ¹H-NMR의 δ 6.61과 6.24에서 나타나는 각각의 singlet으로부터 이 화합물은 전형적인 chromone계열의 화합물임을 알 수 있었다.⁹⁾ δ 4.77에서 J=9.1과 8.1 Hz로 나타나는 수소 1개 분의 doublet of doublets, 3.35에서 J=9.1과 7.8 Hz로 나타나는 수소 2개 분의 doublet of doublets, 4.45에서 broad하게 나타나는 CH₂에 의한 singlet, 1.31과 1.25에서 methyl기에 의한 singlet들을 확인할 수 있었다. 또한, δ 3.94에서 하나의 methoxyl기에 의한 singlet을 확인할 수 있었다. 이러한 ¹H-NMR spectrum으로부터 화합물 1은 dihydropyran ring 또는 dihydrofuran ring이 존재하는 chromone계열의 화합물로 추정하였다. ¹³C-NMR spectrum의 δ 92.63, 61.16 및 28.72에서 나타나는 signal들로부터 이 화합물은 dihydrofuran chromone계열의 화합물임을 알 수 있었고, 문헌¹⁰⁾에 기재된 값과 저자 등¹¹⁾이 강활의 잎으로부터 분리한 cimifugin과 TLC분석을 비교하여 화합물 1을 cimifugin으로 동정하였다. 화합물 2는 ¹H- 및 ¹³C-NMR spectrum을 분석하고, 그 결과를 문헌¹²⁾과 비교한 결과 선행연구자들⁵⁾이 섬바디의 뿌리로부터 분리, 보고한 cynaroside로 동정하였다. 화합물 3은 ¹H-NMR spectrum의 δ 7.63과 7.61에서 J=15.9와 15.8 Hz로 나타나는 각각의 doublet, δ 7.11과 7.08에서 J=2.1 Hz로 나타나는 각각의 doublet, δ 6.99와 6.79에서 J=8.1, 2.1 Hz로 나타나는 각각의 doublet of doublets 및 δ 6.43과 6.33에서 J=15.9와 15.8 Hz로나타나는각각의 doublet으로부터 이 화합물은 두 개의 caffeoyl기가 존재함을 알 수 있었으며, ¹³C-NMR spectrum의 δ 180.21, 74.93, 73.13, 71.92, 71.09, 39.65, 36.33에서 나타나는 signal들로부터 quinic acid의 존재를 확인할 수 있었다. 또한 ¹H-NMR spectrum의 δ 5.57에서 quinic acid의 3번수소의 signal이 J=10.4와 5.1 Hz의 triplet of doublets으로 나타나고, 5.40에서 5번 수소의 signal이 J=6.6, 3.3 Hz의 doublet of doublets으로 나타나며, 3.92에서 4번 수소의 signal이 J=9.8, 3.5 Hz의 doublet of doublet으로 나타났는데 이들의 signal들은 DQF-COSY, DEPT, HMBC 등의 분석을 통하여 확인하였다. 이 결과들을 문헌¹³⁾과 비교하여 화합물 3은 quinic acid의 3번과 5번 위치에 caffeoyl기가 치환되어 있는 3,5–dicaffeoylquinic acid로 동정하였다. 화합물 4도 ¹H- 및 ¹³C-NMR spectra가 화합물 3과 매우 유사하지만 quinic acid의 3, 4 및 5번의 수소가 ¹H-NMR spectrum의 δ 5.72에서 J=10.3, 5.8 Hz의 triplet of doublets로, δ 5.12에서 J=10.3, 3.1 Hz의 doublet of doublets으로, 그리고 δ 4.34에서 J=6.3, 3.2 Hz의 doublet of doublets으로 각각 나타나므로 이 화합물은 quinic acid의 3번과 4번 위치에 caffeoyl기가 치환되어 있음을 알 수 있었으며, 이를 문헌¹⁵⁾과 비교하여 화합물 4는 3,4–dicaffeoylquinic acid로 동정하였다. 화합물 5는 문헌¹⁵⁾과 비교하여 chlorogenic acid로 동정하였다. 이상과 같이 그 구조를 동정한 화합물들의 활성에 관한 연구를 살펴보면 cimifugin (1)은 항염증작용,¹⁶⁾ 건선에 의한 가려움증의 감소,¹⁷⁾ 진통작용,¹⁸⁾ 내장 장벽의 기능부전 개선작용¹⁹⁾ 등이 보고되었다. Cynaroside (2)의 활성으로는 항염증작용,²⁰⁾ 항암작용,²¹⁾ 간장보호작용,²²⁾ 골관절염 억제효과²³⁾ 등이 보고되었다. 3,5-dicaffeoyl quinic acid (3)의 활성으로는 피부보호작용,²⁴⁾ 항염증작용,²⁵⁾ HIV-1 억제작용²⁶⁾ 등이 보고되었다. 3,4–dicaffeoylquinic acid (4)의 활성으로는 동맥경화억제작용,²⁷⁾ 항산화작용,²⁸⁾ 항염증작용,²⁹⁾ antimutagenic acitivity,³⁰⁾ 항균활성³¹⁾ 등이 보고되었다. Chlorogenic acid (5)의 활성으로는 괴양성대장염 완화작용,³²⁾ 항암작용,³³⁾ 폐섬유증 치료시 발생하는 epithelial-mesenchymal transition의 억제작용,³⁴⁾ 항산화작용,³⁵⁾ 골분화촉진작용³⁶⁾ 등이 보고되었다.

Fig. 1.

Chemical structures of the compounds 1-5.

결 론

우리나라 특산 식물이며 울릉도에 주로 자생하고 있는 섬바디(D. takeshimana)의 줄기에 대한 성분을 밝혀 자원으로 사용할 수 있는지의 여부를 알아보기 위하여 연구에 착수하였으며, 줄기의 MeOH 추출물 중 n-BuOH 가용성 분획으로부터 5종의 화합물을 분리하고, NMR 등 분광학적 분석을 통하여 그 구조를 cimifugin (1), cynaroside (2), 3,5-dicaffeoyl quinic acid (3), 3,4-dicaffeoyl quinic acid (4) 및 chlorogenic acid (5)로 동정하였다. 이들 화합물 중 cynaroside (2)를 제외한 화합물들은 모두 이 식물로부터는 처음으로 분리 하였으며, 선행 연구자들이 보고한 활성을 보면 다양한 활성 연구를 위한 자원으로 섬바디(D. takeshimana)의 줄기가 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

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