약침요법은 침구요법과 약물요법을 결합한 新鍼療法의 일종으로 과학기술 및 의료기기의 발달로 탄생한 한국 한의학의 독특한 치료기술이라고 할 수 있다1). 약침요법의 하나인 봉약침요법은 살아 있는 꿀벌(Apis melifera)의 독낭에 들어있는 독을 인위적으로 추출ㆍ정제하여 질병의 치료에 이용하는 한방 의료기술로 자연계에 존재하는 동물의 독을 약침으로 이용한 최초의 사례에 해당된다.

벌의 독은 진통, 소염,2-3)항암4) 효과 등이 있어 퇴행성 관절염5-7)이나 류마티스 관절염8-9), 추간판 탈출증10-12), 중풍 후유증 등13-14)에 유효한 것으로 알려져 있다. 하지만 시술 후에 나타나는 국소 알레르기 반응과 벌의 독에 과민한 체질에서 발생하는 전신 알레르기 반응(anaphylactic shock) 등이 대중화의 걸림돌로 작용하여 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것이 Sweet Bee Venom(특허 제 10-0744755, 이하 Sweet BV)이다15). Sweet BV는 벌의 독에 가장 많은 성분으로, 건조 봉독에서 약 40-50%를 차지하는 분자량 2840의 순수 melittin을 말한다.16) 순수 melittin은 gel filtration이라는 단백질 분리기법을 이용하여 얻을 수 있으며15) 이미 많은 연구보고17-18)를 통하여 소염, 진통, 항암 효과 등이 있음이 알려져 있고, 김 등19)이 “Sweet BV의 rat에 대한 단회 근육시술 독성시험” 을 보고한 바와 같이 봉독에 비하여 독성이 매우 약화되어 안전한 약침제제임을 알 수 있다.

이에 저자는 Sweet BV에 대한 연속 연구의 일환으로 식품의약품 안전청의 독성시험기준20)에 근거하여 특수 독성 시험평가 항목 중의 하나인 중추신경계에 미치는 영향을 확인하고자 rat에 다양한 농도로 Sweet BV를 단회 시술한 후, 기능관찰종합평가(Functional observational battery, 이하 FOB)21)를 실시하여 중추신경계에 미치는 영향을 평가하여 유의한 결과를 얻었기에 보고하는 바이다.

시험물질을 전자저울 (LA230S, CP323S, Sartorius, Germany)로 측량하여 조제병에 넣고, 부형제(Normal Saline)를 일부 넣어 vortex mixer로 용해시키고, 실험에 적절한 농도(0.875, 1.75 및 3.5 ㎎/㎖)로 만들어 사용하였다. Sweet BV는 시술 당일에 조제하여 사용하였다.

2.1 실험동물 및 사육 환경

실험에 사용한 Sprague-Dawley(SD) rat는 안전성약리시험의 중추신경계에 미치는 영향을 평가하기 위해 널리 사용되고 있으며, 비교할 기초자료가 풍부하여 본 연구의 동물로 선택되었다. 체중 106.7∼139.1g의 5주령 수컷 rat를 일주일간 실험 환경에 검역·순화하였다. 이 기간 중 매일 1회씩 일반증상을 관찰하였고, 입수 시점부터 주 1회씩 체중을 측정하였으며 검역기간 종료 후에도 건강상태를 확인하였다(Appendix 2). 실험실의 온도는 20.3∼23.6 °C, 습도는 40.5∼58.5%를 유지하였고, 실험동물용 고형사료(Teklad Certified Irradiated Global 18% Protein Rodent Diet 2918C)와 물은 충분히 공급하였다. 모든 실험은 식품의약품안전청고시 제2005-79호(비임상시험 관리기준)의 Good Laboratory Practice (이하 GLP) 규정23)을 준수하여 비임상시험 인증기관인 (주)바이오톡스텍에서 시행하였다.

2.2 군의 분리

검역·순화기간 종료 시, 건강상태에 이상이 없는 36마리의 동물 중에서 순화기간 종료일의 평균체중에 가까운 32 마리를 선발하였다. 선발된 동물은 체중을 기초로 하여 각 군의 평균체중이 균등하도록 군당 8 마리씩 총 4 군으로 분리하였다.

2.3 1회 시술 용량의 설정 및 시술방법

Sweet BV의 임상적용 예정용량인 약 0.1∼0.4 ㎎/1회 (성인 60 kg 기준시 최대 0.007 ㎎/㎏)인 것을 참조하여 임상적용 예정용량의 약 100배인 0.7 ㎎/㎏을 고용량으로 설정하고, 0.175 및 0.35 ㎎/㎏을 저용량 및 중간 용량으로 설정하였다. 대조군에는 Sweet BV 시술군과 동일한 액량의 부형제(normal saline)를 시술하였다. 시술 부위는 모든 실험군의 좌측과 우측 대퇴부의 근육층에 시술하였고 시술량은 0.2 ㎖/㎏으로, 시술 당일 체중을 기준으로 산출하였다. 하루에 각 군당 2마리씩 4일간에 걸쳐 시행되었다.

3.1 일반증상 관찰

1주일간의 관찰 기간 중 1일 1회 이상 일반 상태, 운동성, 자율신경계의 기능 및 배설물 등에 대한 증상을 관찰하였다. 1일 2회 빈사나 사망동물의 유무를 확인하였으며, 최종 실험이 종료되기까지 매일 1회 일반증상을 관찰하였다.

3.2 체중측정 및 사료섭취량

체중은 시술당일(시술 전), 시술 후 주 1회 측정하였고 사료섭취량은 측정일의 전날에 공급한 사료와 동일한 시간대에 잔량을 측정하여 섭취량을 산출하였다.

4.1 관찰시점

관찰시점은 근육 주입 시의 일반적인 시험물질의 혈중농도 추이 및 이전 실험의 결과19)를 참고하여 Sweet BV의 시술 전 (0 시간), 시술 후 0.5, 1, 2 및 4 시간으로 설정하였다.

4.2 관찰방법 및 평가

기능관찰종합평가 (Functional observational battery, FOB)는 1 명의 시술자 및 2 명의 관찰자를 지정하여 맹검법으로 진행하였다. 2 명의 관찰자에게 관찰항목을 분담하고 첨부된 “Methods and criteria for evaluation of functional observational battery”(Attachment)에 따라 home cage 및 open field 내에서의 관찰, hand held 하에서의 관찰, 감각?운동기능검사 및 체온측정을 실시하였다.

또한, 시술 전 관찰의 약 30 분 전부터 관찰 종료 시까지, 50±10 dB의 white noise를 발생시켜 외부 소음에 대한 동물의 반응을 감소시킨 상태 하에서 관찰하였다. 시험물질시술군의 각 관찰시점의 기능관찰종합평가 parameters는 대조군과 비교하여 시험물질의 영향을 평가하였다.

실험에서 얻어진 기능관찰종합평가의 각 parameter는 SAS(Ver. 9.1.3, SAS Institute Inc., U.S.A.)를 사용하여 검정하였다.

정량치 항목(data type: quantitative value)은 One-way analysis of variance(ANOVA)를 실시하여 유의성(p<0.05)을 관찰한 결과, 이동 구획 수, 일어서기 횟수, 소변 흔적 수 및 직장체온에서 유의성이 관찰되어 대조군에 대한 각 시험군의 유의성을 확인하기 위해 Dunnett's t-test의 다중검정을 실시하였다(p<0.05, p<0.01).

랭크표시 항목(data type: rank)은 Kruskal-Wallis test를 실시하였으나, 유의성(p<0.05)이 관찰되지 않아 대조군에 대한 각 시험군의 유의성을 확인하기 위한 Steel’s test의 다중검정은 실시하지 않았다.

실험기간 동안 1 일 1 회 외관, 행동 및 배설물 등의 일반증상을 관찰하였다. 그 결과 아무런 이상 소견이 관찰되지 않았으며 체중에도 특별한 변화가 관찰되지 않았다(Table 1-2.).

0.175, 0.35 및 0.7 ㎎/㎏ 용량의 Sweet BV 시술군의 자세(body posture), 행동 (behavior) 및 꺼내기 용이함 (ease of removal from cage)은 시술 전 (0 시간), 시술 후 0.5, 1, 2 및 4시간째에서 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다(3-1Appendix 3-1).

0.175 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 이동 구획수는 시술 후 2 시간째에서(p<0.05), 일어서기 횟수(rearing counts)는 시술 후 0.5 시간째(p<0.01)에서 대조군과 비교하여 유의하게 감소하였다.

뇨 흔적수(number of urine pools)는 시술 전(0 시간)에서 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의하게 증가하였다(p<0.01).

그 외 관찰시점에서는 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 호흡률 (respiration rate), 상동행동(stereotypy), 이상행동(unusual behavior), 진전(tremor), 경련(convulsion), 보행(gait), 각성상태(arousal level) 및 배분수(number of fecal pellets)는 대조군과 비교하여 유의한 차이를 나타내지 않았다.

0.35 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 이동 구획수는 시술 후 2 시간째에서 (p<0.01), 일어서기 횟수는 시술 후 0.5 및 2 시간째에서(p<0.05) 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의하게 감소하였고, 그 외 관찰시점에서는 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 호흡률, 상동행동, 이상행동, 진전, 경련, 보행, 각성상태, 배변 횟수 및 배뇨의 횟수는 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다.

0.7 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 일어서기 횟수는 시술 후 0.5 시간째에서 (p<0.01) 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의하게 감소하였고, 그 외 관찰시점에서는 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 이동 구획수, 호흡률, 상동행동, 이상행동, 진전, 경련, 보행, 각성상태, 배변 횟수 및 배뇨의 횟수도 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다(Table 3-2, Appendix 3-2).

0.175, 0.35 및 0.7 ㎎/㎏ 용량의 Sweet BV 시술군의 피모 및 피부의 상태(fur and skin appearance), 입모(piloerection), 하복부의 오염(soiled lower abdominal region), 유루(lacrimation), 유연(salivation), 안검폐쇄 (palpebral closure), 동공크기(pupil size), 동공반사(pupillary reflex), 근긴장(muscle tone) 및 신전근-밀기 반사 (extensor-thrust reflex)는 시술 전 (0 시간)과 시술 후 0.5, 1, 2 및 4시간째에서 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다(Table 3-3, Appendix 3-3).

0.175, 0.35 및 0.7 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 시각반응(visual response), 접촉반응(touch response), 소리반응(click response), 통각반응 (tail pinch response), 공중정향반사(aerial righting reflex), 후지 개각폭 (hindlimb landing foot splay), 전지악력(forelimb grip strength) 및 후지악력(hindlimb grip strength)은 시술 전 (0 시간)과 시술 후 0.5, 1, 2 및 4시간째에서 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다(Table 3-4, Appendix 3-4).

0.175 및 0.35 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 직장체온(rectal temperature)은 시술 전 (0 시간)과 시술 후 0.5, 1, 2 및 4 시간째에서 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.

0.7 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 직장체온은 시술 후 1 시간째에서 (p<0.05) 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의하게 감소하였고, 그 외 다른 관찰시점에서는 통계학적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다(Table 3-5, Appendix 3-5).

어떤 물질에 대한 독성을 평가하기 위해서는 그 물질이 일으킬 수 있는 급성 또는 만성적인 유해 작용과 이들 유해 작용 각각의 용량-반응관계를 확인해야 하는데 이러한 정보를 얻는데 가장 중요한 것이 바로 동물을 이용한 시험성적이다. 즉, 독성실험은 의약품 등의 시험물질 안전성 평가를 하기 위하여 중요한 기초자료이며, 필수적이라 할 수 있다20).

독성연구의 주요목적은 신약의 안정성을 평가하여 임상적 용약의 안전을 확보하기 위해 시행하는 것으로, 독성실험은 크게 급성 독성실험(단회 시술 독성시험), 아급성 독성실험(4주 반복시술 독성시험), 그리고 만성독성실험(3개월 이상 반복시술 독성시험)으로 나누고 있다23).

화학물질의 원치 않는 독성효과에 대한 기준을 마련하기 위해서도 이미 오랜 기간 독성의 성적 수집을 촉진시키는 일련의 시험계획지침서(testing protocol guideline)와 급ㆍ만성 도는 특수 독성 시험에 관한 지침이 공포되어 적용되고 있다. 이 중 중추신경계의 독성 실험은 특수 독성 시험에 해당된다.

식품의약품 안전청에서도 독성시험기준20)을 엄격하게 제안하고 있고, 이러한 시험은 모두 GLP 규정에 의해 평가되어야 인정을 받을 수 있다23). 또한 의약품의 품목 허가 신고ㆍ심사 규정20)에서도 의약품의 안전성ㆍ유효성 심사를 위하여 제출해야 하는 자료로 첫째, 기원 및 발견의 경위(배합목적 및 용도에 관한 자료 포함), 둘째, 물리화학적 성질, 규격에 관한 자료, 셋째, 안정성에 관한 자료, 넷째, 독성에 관한 자료(보존제 및 타르색소의 경우에는 신약의 첨부자료에 준하며 그 외에는 4주 반복 시술독성, 반복시술독성, 기타 필요한 독성시험자료)를 제출해야 한다고 규정하고 있다. 이 중 중추신경계에 미치는 영향은 특수 독성 시험평가 항목 중의 하나에 해당된다.

기능관찰종합평가(Functional observational battery, FOB)는 동물실험을 통해 중추신경계의 이상 유무를 평가하는데 사용되는 중요한 평가지표로, 광범위한 신경학적 영역을 다루고 있다. FOB의 목적은 어떤 약물에 신경학적 독소가 존재하는가, 그리고 어디에 영향을 미치는가를 rat를 통해 실험적으로 검증하는 방법으로 30개가 넘는 평가항목을 이용하여 자율신경계와 운동신경계, 감각신경계 그리고 행동관찰을 통한 신경계의 이상 유무를 확인한다24).

FOB는 home cage 내에서 어떠한 신경학적 이상이 있는지, home cage 밖에서 나타나는 이상 징후, 그리고 rat를 손으로 잡은 상태에서 의 관찰, center circle을 벗어나는 시간이나 움직임 등을 관찰하는 open field activity, 그리고 운동·감각 신경의 반사를 측정하는 sensorimotor reflex test/physiological measurements로 구성되어 있다25)(Fig. 1-2).

안전성 약리지침인 ICHS7A에서도 FOB는 약물의 신경독성을 평가하는데 적절한 시험방법으로 규정하고 있다26).

봉약침요법은 살아 있는 꿀벌(Apis melifera)의 독낭에 들어있는 독을 인위적으로 추출ㆍ정제하여 질병과 유관한 부위 및 경혈에 주입함으로써 자침의 효과와 벌의 독이 지니고 있는 생화학적인 약리작용을 질병의 치료에 이용하는 신침요법으로1), 봉약침의 원료인 봉독은 크게 효소, 펩티드, 저분자 유기물질로 구성되어 있고 현재까지 약 40여개의 물질이 보고되고 있다16).

그동안의 연구 보고에 의하면 봉약침은 진통 소염효과2-3)가 있고, 면역계에 작용하며8-9) 이미 많은 임상 보고를 통하여 퇴행성 슬관절염5-6)이나 고관절염7), 류마티스 관절염8-9), 요추간판 탈출증10-12), 중풍 후유증13-14)등의 질환 등에 유의한 치료효과가 있음이 보고되고 있다.

그러나 대부분의 독과 같이 벌의 독에 노출되었을 때도 과민한 면역반응이 나타날 수 있고, 특히 치명적인 아낙필락시 반응은 봉약침의 임상 사용에 중요한 걸림돌이 되고 있어27-28) 이러한 문제를 개선하고자 봉약침의 항원역할을 하는 효소인 phospholipase A2(이하 PLA2)나 hyaluronidase 등의 고분자 물질과 histamine 등의 저분자 물질을 함께 제거하고, 벌의 독에서 가장 주된 성분인 melittin만을 분리 정제한 Sweet BV가 개발되었고15), 선행 연구를 통하여 봉약침에 의한 아나필락시 반응의 위험과 국소 알레르기 반응을 낮출 수 있음이 보고29-31)된 바 있다.

또한 이전의 보고18, 30)에서 melittin은 nuclear factor-κB(이하 NF-κB)의 활성을 조절하여 lipopolysaccharide(LPS), tumor necrosis factor-α(TNF-α), 그리고 sodium nitroprusside(SNP)의 활성을 저해하여 염증의 활성을 억제하는 것으로 알려져 있다. 또한 melittin의 우수한 항균력은 4개의 나선형태로 된 특이한 구조와도 관련이 있는 것으로 추정되고 있다32).

하지만 melittin을 근육에 시술하였을 때 중추신경계에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구는 이전에 보고된 바가 없었다.

이에 저자는 이전의 결과19)를 바탕으로 Sweet BV의 임상적용 용량인 약 0.1∼0.4 ㎎/human/회 (성인 60 kg 기준시 최대 0.007 ㎎/㎏)을 참조하여 수컷 SD 랫드에 시험물질인 Sweet BV(melittin)를 0.175, 0.35 및 0.7 ㎎/㎏ 용량(임상 시술량의 약 50-100 배 이상)으로 각각 단회 근육 시술하였고, 기능관찰종합평가 (FOB)를 실시하여 중추신경계에 미치는 영향을 평가하였다.

그 결과 이동 구획수의 평가에서 0.175 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군에서는 시술 후 2 시간째에서, 일어서기 횟수는 시술 후 0.5 시간째에서 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었고, 뇨 흔적수는 시술 전 (0 시간)에 대조군과 비교하여 유의하게 증가되었으며, 그 외의 parameters에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 0.35 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 이동 구획수는 시술 후 2 시간째에서, 일어서기 횟수는 시술 후 0.5 및 2 시간째에서 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었고, 그 외 parameters에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 0.7 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 일어서기 횟수는 시술 후 0.5 시간째에서 대조군과 비교하여 유의하게 감소되었고, 그 외 parameters에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 0.175, 0.35 및 0.7 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군에서 관찰된 시술 후 0.5 시간째의 일어서기 횟수의 유의한 감소는 시술 전 값에 대한 감소폭이 대조군보다 크게 나타난 점과 같은 시간대의 이동 구획수에서도 유사한 결과를 나타낸 점으로 볼 때 실험군에서 발생한 운동 기능의 감소는 Sweet BV의 시술에 의한 자발운동량의 감소로 인한 영향으로 판단되었다.

이러한 운동 기능의 감소는 이전의 실험에서도 보고된 바와 같이 신경학적 이상에 의해 나타난 것이라기보다는 다른 운동신경 반사의 결과와 종합하여 볼 때 Sweet BV 시술로 발생한 통증이 원인일 것으로 추정되었다. 실제 본 실험에서 rat에 시술된 Sweet BV는 임상 적용량의 약 50∼100배에 해당되는 용량으로 시술 부위인 대퇴부에 심각한 통증을 유발할 수 있기 때문이다.

뇨 흔적수의 관찰에서 0.175 ㎎/㎏ Sweet BV 시술군의 유의한 증가는 시술 전 (0 시간)에 관찰된 값으로 시험물질의 시술에 의한 영향이 아니며, 개체 차이에 의한 것으로 추정되었다.

0.7 ㎎/㎏ 용량의 Sweet BV 시술군의 직장체온에서 관찰된 유의한 감소는 대조군과 비교하여 약 0.07°C 정도의 차이로서 임상적으로 의미 있는 변화는 아니었고, 시험물질의 시술에 의한 영향보다는 개체 차이에 의한 것으로 사료된다.

그 외 다른 평가항목에서는 대조군과 비교하여 신경학적 이상 소견으로 추정될만한 이상 징후가 관찰되지 않았다.

따라서 FOB를 이용한 Sweet BV의 단회 근육시술에서, 시험물질인 Sweet BV는 0.175 ㎎/㎏ 용량 이상에서 자발운동량(이동구획수 및 일어서기 횟수)을 감소시키는 것으로 나타났으며, 그 외의 중추신경계에 미치는 영향은 없는 것으로 판단된다.

본 연구는 Sweet BV가 중추신경계에 어떠한 영향을 미치는가를 관찰하고자 기능관찰 종합평가(FOB)를 이용하여 rat에 Sweet BV를 시술한 후 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. Home cage 내에서의 관찰에서는 어떠한 이상 징후도 발견되지 않았다.

2. Open field 내에서의 관찰에서는 Sweet BV 시술이 이동 구획수와 일어서기 등에 유의한 감소를 일으키는 것으로 나타났다.

3. Hand held 하에서의 관찰에서는 어떠한 이상 징후도 나타나지 않았다.

4. 감각·운동기능 검사에서는 어떠한 신경학적 이상도 나타나지 않았다.

5. 체온검사에서도 Sweet BV 시술이 유의한 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었다.

이상의 연구 결과 Sweet BV는 중추신경계에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 향후 이에 대한 보다 구체적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사려된다.