일본 이화학연구소(RIKEN) 연구진은 함유황 대사물 특이적 분해수법 ‘S-오믹스’를 이용하여 혈압 상승에 관여하는 엔지오텐신(angiotensin) 전이효소(ACE)에 저해활성을 보이는 함유황 대사물을 아스파라거스에서 발견하여, 아스파라부틴(asparaptine)이라고 명명하였다.
[그림 1] 함유황대사물 특이적분석(S-오믹스)에 의한 아스파라부틴의 발견
(A) S-오믹스 분포를 보이는 피크맵 시그널 강도치에 따라 색이 다름. 붉은 선으로 표시된 부분은 아스파라부틴 유래의 이온을 보인다.
(B) M+2 영역의 동위체 피크
(C) 베이스 피크 크로마토그래피 *아스파라부틴의 피크
(D) 아스파라부틴의 구조
식물계에 널리 분포하는 함유황 대사물은 인간에 대해 유익한 활성(항염증작용, 항산화작용, 항암작용 등)을 보인다. 특히 의약품 등에 사용되는 함유황 화합물은 인간의 혈압상승에 관련하여 엔지오텐신(angiotensin) 전이효소(ACE)에 관해 저해활성을 보인다. 지금까지 채소에서 추출한 액기스를 이용하여 ACE 저해활성을 시험한 결과, 아스파라거스가 고혈압 예방에 효과적이라는 것이 밝혀졌다. 아스파라거스가 ACE 저해활성에 효과적인 것은 니코티나아민(Nicotianamine)류 때문이라고 하지만, 그 외 다른 대사물도 관여하고 있다고 한다. 이에 연구진은 아스파라거스에 대해 함유황 대사물을 망라적으로 해석하여 ACE 저해활성을 가지고 있는 함유황 대사물을 검색하였다.
연구진은 액체 크로마토그래피 푸리에 변환 이온 사이클론트론 공명물질분석(LC-FTICRMS) 장치를 이용하여 함유황 대사물을 망라적으로 측정할 수 있는 분석방법 `S-오믹스`를 이용하여 47종류의 식물의 건조 분말 샘플에 대해 함유황 대사물을 망라적으로 분석하였다. 그 결과 4537 이온 중 733 이온에 함유황 대사물 유래의 이온(S-이온)이 있다는 것을 밝혀내었다. 특히 시그널 강도가 높은 이온으로 범위를 좁힌 결과, 아스파라거스에 특이적인 S-이온이 발견되었다. ([그림 1A]) 다음으로 M+2 영역의 동위체 이온의 해석을 수행하여, 조성식을 결정하였다. 이론 패턴과 비교분석한 결과, 그 이온은 유황원자를 포함하며 조성은 C10H19N4O3S2이라는 것을 밝혀내었다. ([그림 1B]) 대상화합물에서 유래한 피크는 베이스 피크 크로마토그래피 상에서 확인하였지만, UV 크로마토그래피 위에서 인식하지는 못했다. ([그림 1C]) 이는 대상 화합물을 구성하는 중 특징으로 발색의 원인이 되는 원자단(발색단)을 가지고 있지 않다는 점을 시사한다. 이에 UV 스펙트럼이 아니라, 질량전하비(m/z)를 지표로 하는 Preparative HPLC 질량분석장치에 의해 대상화합물을 단리를 수행하였다. 단리한 대상 화합물을 MS나 NMR 등에 의해 각종 기기분석 데이터를 해석한 결과, 대상 화합물은 아르기닌과 아스파라가스산에서 구성된다는 것을 확인하였다. ([그림1D]) 연구진은 본 화합물은 신규화합물인 아스파라부틴이라고 명명하였다.
이어 연구진은 ACE 장해 활성 시험의 결과, 아스파라부틴의 50% 장해활성농도(IC50)는 113μM이라는 것을 확인하였다. L-아루기닌, D-아루기닌, L아스파라긴산, 아스파라거스산 글루코오스 에스테르와 비교해석한 결과, 아스파라부틴의 저해활성에는 결합체에 대해 아스파라가스산이 필수적이라는 것을 밝혀내었다. 또한 ACE 저해활성의 발현을 위해 아스파라거스 산의 결합의 상대는 글루코오스 보다도 아르기닌이 적절하다는 것을 확인하였다. 다음으로 시판 중인 그린 아스파라거스, 퍼플 아스파라거스, 화이트 아스파라거스에서 아스파라부틴의 정량을 분석한 결과, 퍼플 아스파라가스 보다도 그린 아스파라거스 및 화이트 아스파라거스에 아스파라부틴이 비교적으로 많이 포함되었다는 것을 발견하였다.
향후 공동연구 등을 통해 아스파라부틴의 혈압강하 작용을 상세하게 분석하여 아스파라거스의 건강기능성에서 아스파라부틴의 기여를 밝혀내고, 건강기능성 식품이나 의약품 등 응용할 것이 기대된다. 또한 본 연구에 의해 S-오믹스가 신규 함유황 대사물의 효율적인 발견에 유효하다는 것을 알 수 있었다. S-오믹스를 식물만이 아니라 식물이나 곤충, 미생물에서도 적용하는 것으로 여러 가지 구조를 가진 함유황 대사물의 검색이 가능하게 되었다. 의약품이나 농약은 천연화합물의 구성을 기본으로 만들어지기 때문에, 그 많은 유황원자를 포함하고 있다. S-오믹스가 향후 의약품이나 농업에 유익한 활성을 보이는 화합물을 검색하는 연구에 기여할 것으로 기대된다.
본 연구에 관한 자세한 결과는 Journal of Natural Products에 게재된 논문 "Top–down Targeted Metabolomics Reveals a Sulfur-containing Metabolite with Inhibitory Activity against Angiotensin-converting Enzyme in Asparagus officinalis"에서 확인할 수 있다.
