Re: 녹용 extract ..녹용 발효탐구!!

[문형철]

Review

Deer antler extract: Pharmacology, rehabilitation and sports medicine applications

Author links open overlay panelAliya Orassay a, Darya Sadvokassova a, Alan Berdigaliyev a, Adlet Sagintayev a, Sandugash Myrzagali a, Zhuldyz Omarova a, Nurlan Toktarov b, Dongsheng Liu c, Yingqiu Xie a

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https://doi.org/10.1016/j.prmcm.2023.100316Get rights and content

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Abstract

Background

Deer antler extract (DAE) has been used for thousands of years in Asian countries for health and wellness due to its potential for immune enhancement, anti-aging, bone health, and anti-cancer. Here we reviewed previous and recent advances in deer antler extracts’ compositions and their roles in health.

Methods

Databases such as the National Center for Biotechnology Information (NCBI), PubMed, and Google Scholar were used for search of literature by keywords such as “deer antler extract”, “DAE chemical compounds”, “deer antler immunomodulator”, and “DAE regeneration” and so on, and articles were selected according to their novelty, impact, and credibility by sources and then reviewed.

Results

With ongoing more studies, the deer antler constituents were revealed. Recent findings indicate that deer antler extracts may be effective in anti-microbe, anti-inflammation, immune enhancing, suppressing tumor growth, and supporting wellness.

Conclusion

Pharmacology research and more clinical trials result may provide more accurate information on the benefit of the antler extract and its side effects.

초록

배경

사슴 뿔 추출물(DAE)은 면역력 강화, 항노화, 뼈 건강, 항암 효과 등 다양한 건강 및 웰니스 목적으로 아시아 국가에서 수천 년간 사용되어 왔습니다. 본 연구에서는 사슴 뿔 추출물의 구성 성분과 건강에 미치는 역할에 대한 기존 및 최근 연구 성과를 검토했습니다.

방법

국립 생물공학 정보 센터(NCBI), PubMed, Google Scholar 등 데이터베이스를 활용해 “사슴 뿔 추출물”, “DAE 화학 성분”, “사슴 뿔 면역 조절제”, “DAE 재생” 등 키워드로 문헌 검색을 수행했으며, 출처의 신뢰성, 신규성, 영향력을 기준으로 논문을 선정해 검토했습니다.

결과

지속적인 연구를 통해

사슴 뿔의 구성 성분이 밝혀지고 있습니다.

최근 연구 결과는 사슴 뿔 추출물이

항균, 항염증, 면역 강화, 종양 성장 억제, 건강 지원 등에

효과적일 수 있음을 시사합니다.

결론

약리학 연구와 추가 임상 시험 결과는

사슴 뿔 추출물의 이점과 부작용에 대한 더 정확한 정보를 제공할 수 있을 것입니다.

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Keywords

Deer antler extract

Peptides

Anti-microbe

Immunomodulatory effect

Sports medicine

Background

Deer antlers are frontal extensions of an animal's skull that develop from the permanent bony protrusion called pedicle after birth. During the fall mating season, antlers are used to fight with rivals for access to females [1] and can serve as protection from predators [2]. The structure originates from the ‘antlerogeneic periosteum’, a particular area of the frontal bone. Its growth is triggered by the presence of circulating androgens with the potential to regrow in a more extensive and intricate form [3]. The antlers are shed after the mating season over some time from December to March, and new antlers are regenerated in the summer period [4]. The pattern of regeneration is repeated the following year. The shed antlers are a valuable resource for various animals, including mice that consume them for the nutrients they contain and people who collect them to use in crafts or beautify their environs [5]. Deer antler extract (DAE) has been commonly used in traditional Chinese medicine for over 2000 years. Nowadays, the deer antler components evoke a deep scientific interest in investigating their further potential applications. In some Asian countries, removing antlers from deer and applying for medical treatment was widely practiced long time ago. Later, antler use was practiced in Western societies after commercial deer antler farming appeared [6,7]. DAE mainly consists of polypeptides and polysaccharides biological constituents, which possess immunomodulatory [8], anti-inflammatory [9] , antioxidant [10], anti-fatigue [11], antimicrobial [12], regeneration [13], longevity propagation [14] properties and other functions [15]. The recent findings showed evidence that the antler components have anticancer characteristics [7]. In addition, the DAE is found to increase athletic performance by increasing muscular strength and endurance [16,17].

Methods

To reveal the possible therapeutic implications of deer antler extract, databases such as the National Center for Biotechnology Information (NCBI), PubMed, and Google Scholar were used. Keywords such as “deer antler extract”, “DAE chemical compounds”, “deer antler anticancer”, “immunomodulator”, and “DAE regeneration” were applied, and articles were selected according to their novelty and credibility to verify that sources are relevant to the topic and peer-reviewed. All the found experiments and preliminary studies were thoroughly examined according to the correspondence to the topic. One hundred ten articles were reviewed in total, each of which corresponded to at least one of the following aspects: (1) traditional and modern uses of the DAE, (2) chemical composition, (3) pharmacological effects, (4) regeneration activity of antler stem cells (ASC), (5) antitumor activity, (6) immunomodulatory activity, (7) antioxidative effect of the DAE, (8) anti-fatigue and anti-aging properties, (9) antimicrobial and anti-inflammatory effect, (10) and the effect on sport and wellness, (11) side effect. The tables were constructed based on the chemical composition of the DAE, which included peptides, minerals, and amino acids, as well as on the disease type and molecular mechanism targeted to combat the disease manifestation.

Chemical composition of deer antler extracts

Usually, mammals cannot regenerate organs and complex tissues [18]. However, deer have a unique organ, antlers, which may completely regrow yearly [19,20]. In Asian countries such as China, Korea, and Japan, deer antlers have been utilized within the realm of medicine for a long time, and scientists are interested in antler research due to their regeneration and rapid development [21]. As it is known, regeneration is a complicated process that requires a supply of all the major molecules, such as amino acids, peptides, carbohydrates, and minerals. Thus, determining deer antler chemical constituents can lead to a better understanding of cell proliferation during regeneration and define the potential against diseases. Table 1 shows the chemical elements, polysaccharides, amino acids, and peptides found in deer antlers.

배경

사슴의 뿔은 출생 후 영구적인 뼈 돌기인 '페디클'에서 발달하는 두개골의 전방 연장부입니다. 가을 번식기에는 뿔이 암컷에 접근하기 위해 경쟁하는 수컷들 간의 싸움에 사용되며 [1] 포식자로부터의 보호 역할도 합니다 [2]. 이 구조는 전두골의 특정 부위인 '뿔 형성 골막'에서 기원합니다. 그 성장은 순환하는 안드로겐의 존재에 의해 촉발되며, 더 넓고 복잡한 형태로 재성장할 수 있습니다 [3]. 뿔은 번식 시즌 후 12월부터 3월까지의 기간에 걸쳐 탈락되며, 새로운 뿔은 여름 기간에 재생됩니다 [4]. 이 재생 패턴은 다음 해에 반복됩니다. 떨어진 뿔은 다양한 동물에게 귀중한 자원으로 활용됩니다. 예를 들어, 쥐는 영양분을 섭취하기 위해 이를 섭취하며, 인간은 공예품 제작이나 환경 장식용으로 수집합니다 [5]. 사슴 뿔 추출물(DAE)은 전통 중국 의학에서 2000년 이상 널리 사용되어 왔습니다. 현재 사슴 뿔 성분은 추가적인 잠재적 응용 가능성을 탐구하는 데 깊은 과학적 관심을 불러일으키고 있습니다. 일부 아시아 국가에서는 사슴의 뿔을 제거해 의료 목적으로 사용하는 관습이 오래전부터 널리 행해져 왔습니다. 이후 상업적 사슴 뿔 사육이 등장한 후 서구 사회에서도 뿔 사용이 확산되었습니다 [6,7].

DAE는 주로 폴리펩타이드와 다당류 생물학적 성분으로 구성되어 있으며,

면역 조절 [8], 항염증 [9], 항산화 [10], 피로 회복 [11], 항균 [12], 재생 [13], 수명 연장 [14] 특성 및 기타 기능 [15]을

갖추고 있습니다.

최근 연구 결과는 사슴 뿔 성분이

항암 특성을 갖는다는 증거를 보여주었습니다 [7].

또한 DAE는

근력 및 지구력을 증가시켜 운동 성능을 향상시키는 것으로 밝혀졌습니다 [16,17].

방법

사슴 뿔 추출물의 잠재적 치료 효과를 밝히기 위해 National Center for Biotechnology Information (NCBI), PubMed, 및 Google Scholar와 같은 데이터베이스를 활용했습니다. “사슴 뿔 추출물”, ‘DAE 화학 성분’, ‘사슴 뿔 항암’, ‘면역 조절제’, ‘DAE 재생’과 같은 키워드를 적용했으며, 주제와 관련성이 있고 동료 검토를 거친 신뢰할 수 있는 출처를 확인하기 위해 논문을 선정했습니다. 모든 실험 및 예비 연구는 주제와의 일치성을 기준으로 철저히 검토되었습니다. 총 110편의 논문이 검토되었으며, 각 논문은 다음 중 적어도 한 가지 측면에 해당되었습니다:

(1) DAE의 전통적 및 현대적 용도,

(2) 화학 성분,

(3) 약리학적 효과,

(4) 뿔 줄기 세포(ASC)의 재생 활동,

(5) 항종양 활동,

(6) 면역 조절 활동,

(7) DAE의 항산화 효과,

(8) 피로 회복 및 노화 방지 특성,

(9) 항균 및 항염증 효과,

(10) 스포츠 및 웰니스에 미치는 영향,

(11) 부작용. 표는 DAE의 화학 성분(펩타이드, 미네랄, 아미노산)을 기반으로 구성되었으며,

질병 유형 및 질병 증상 완화를 위한 분자 메커니즘을 고려했습니다.

사슴 뿔 추출물의 화학 성분

일반적으로 포유류는 장기 및 복잡한 조직을 재생할 수 없습니다 [18]. 그러나 사슴은 매년 완전히 재생될 수 있는 독특한 장기인 뿔을 가지고 있습니다 [19,20]. 중국, 한국, 일본 등 아시아 국가에서는 사슴 뿔이 의학 분야에서 오랫동안 활용되어 왔으며, 재생 및 빠른 발달 특성으로 인해 과학자들의 연구 대상이 되고 있습니다 [21].

재생은 아미노산, 펩타이드, 탄수화물, 미네랄 등 주요 분자의 공급이 필요한 복잡한 과정입니다. 따라서 사슴 뿔의 화학 성분을 규명하는 것은 재생 과정에서의 세포 증식 메커니즘을 이해하고 질병에 대한 잠재적 효과를 규명하는 데 기여할 수 있습니다. 표 1은 사슴 뿔에서 발견된 화학 원소, 다당류, 아미노산, 펩타이드를 보여줍니다.

Table 1. Chemical constituents present in deer antler in part.

ClassChemical constituentRefs.

Elements	Ca	Steiner-Bogdaszewska et al. [25], Tajchman et al. [22], Limmatvapirat et al. [27], Wu et al. [7], Landete-Castillejos et al. [28], Kim et al. [30]
	P
	Mg
	K
	Na
	Si
	Fe
	Zn
Polysaccharides	3,4-ti-O-methyl-β-D-Glucitol	Zhang et al. [24], Gong et al. [33]
	1,2,3,5-tetra-O-acetyl-D-ribitol
	1,2,4,6–tetra-O-acetyl-D-Glucitol
	1,4-ti-O-methyl-3-O-acetyl-D-Galactitol
	1,2,4,6–tetra -O-acetyl-D-Galactitol
	2,3,6-tri-O-methyl-Glucitol azide
	2-O-methyl-3-O-acetyl-D-Galactitol azide
	2-O-methyl-3,6-ti-O-acetyl-D-Mannitol
	6-O-acetyl-D-Mannitol
	Mannose
	Glucosamine
	Ribose
	Glucuronic acid
	Galacturonic acid
	Aminogalactose
	Glucose
	Galactose
Amino acids	Lys	Kim et al. [30], Jeon et al. [34], Sui et al. [26]
	Leu
	Met
	Val
	Ile
	Thr
	Phe
	His
	Gly
	Cys
	Arg
	Pro
	Tyr
	Asp
	Ser
	Glu
	Ala
Peptides	Hemoglobin subunit alpha	López-Pedrouso et al. [35]
	Adult beta-globin 1
	Adult beta-globin 2
	Carbonic anhydrase (CAH3)
	Peroxiredoxin-2
	Apolipoprotein A-II
	Glutathione S-transferase Mu 1
	Alpha-1B-glycoprotein
	Serotransferrin (TRFE)
	Cu/Zn superoxide dismutase (SODC)
	Peroxiredoxin-6
	Hsc70-interacting protein (F10A1)
	Y-box-binding protein 1 (YBOX1)
	60S acidic ribosomal protein P0 (RLA0)
	Endoplasmin (ENPL)
Nucleosides	Uracil, cytidine, hypoxanthine, Zhang et al. [32] xanthine, thymine, inosine, guanosine, and adenosine

The mineral compounds are crucial for the growth and development of antlers. Successful competition with rivals is directly affected by the mechanical strength of antlers, which depends on the mineral content [22,23]. Chemical constituents of deer antlers, such as lipids, amino acids, and polysaccharides, have been extracted and separated using analytical techniques [24].

광물 화합물은 성장 및 발달에 필수적입니다. 뿔의 기계적 강도는 광물 함량에 따라 결정되며, 이는 경쟁 상대와의 성공적인 경쟁에 직접적인 영향을 미칩니다 [22,23]. 사슴 뿔의 화학 성분인 지질, 아미노산, 다당류 등은 분석 기술을 통해 추출 및 분리되었습니다 [24].

Chemical elements

In the study by Steiner-Bogdaszewska et al. [25], the authors examined the mineral composition of different tissues of deer, such as bone marrow, antler, bone, and plasma membrane, by inductively coupled plasma mass spectrometry. According to the results, the highest levels of bulk elements were observed in bones and antlers. At the same time, all the essential trace elements were most abundant in antlers. Bioactive components, including minerals, and their content, alter with the growth of deer and antlers [26]. Furthermore, high concentrations of essential elements and low concentrations of toxic heavy metals were observed in DAE [27].

Moreover, the quality of the diet and the immune expenditure can also affect the composition of elements Mg, K, Na, and Zn but shows no effect on the concentrations of Fe, Si, and Ca [28]. The chemical composition of antlers shows a correlation with both the age of the deer and the specific location of the antlers from which the analyzed sample was obtained [29]. Tajchamn et al. [29] demonstrated that Ca, P, Mg, and Na amounts declined with aging and increased distance from the skull; however, the level of potassium (K) increased. Furthermore, the proximal position of the antlers showed the most considerable amount of macroelements in the youngest animals, which were 2 or 3 years old. Similarly, according to Kim et al. [30], the base of the antlers had high concentrations of phosphorus (P), calcium (Ca), and magnesium (Mg), and the tip of the antlers had high concentrations of potassium.

화학 원소

Steiner-Bogdaszewska 등 [25]의 연구에서 저자들은 뿔뼈, 뿔, 뼈, 세포막 등 사슴의 다양한 조직의 광물 성분을 유도 결합 플라즈마 질량 분석법으로 분석했습니다. 결과에 따르면, 주요 원소의 최고 농도는 뼈와 뿔에서 관찰되었습니다. 동시에, 모든 필수 미량 원소는 뿔에서 가장 풍부했습니다. 생물활성 성분(광물 포함) 및 그 함량은 사슴과 뿔의 성장과 함께 변화합니다 [26]. 또한 DAE에서 필수 원소의 고농도와 독성 중금속의 저농도가 관찰되었습니다 [27].

또한 식이 품질과 면역 소비는 Mg, K, Na, Zn의 원소 구성에 영향을 미치지만 Fe, Si, Ca의 농에는 영향을 미치지 않습니다 [28]. 뿔의 화학 성분은 사슴의 연령과 분석된 샘플이 채취된 뿔의 특정 위치와 상관관계를 보입니다 [29]. Tajchamn 등 [29]은 Ca, P, Mg, Na의 양이 노화에 따라 감소하고 두개골로부터의 거리 증가에 따라 증가했지만, 칼륨(K)의 수준은 증가했다고 보고했습니다. 또한, 뿔의 근위부 위치는 가장 젊은 동물(2~3세)에서 가장 많은 양의 거대 원소를 함유했습니다. 마찬가지로 Kim 등 [30]에 따르면, 뿔의 기저부는 인(P), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)의 농도가 높았고, 뿔의 끝부분은 칼륨의 농도가 높았습니다.

Polysaccharides

In addition to chemical elements and protein composition in most deer antlers [31], sika deer antler composition is rich in polysaccharides [32]. Gong et al. [33] identified eight water-soluble polysaccharides using ultra-high-performance liquid chromatography and comparative analysis. Mannose, glucosamine hydrochloride, ribose, glucose, and galactose were observed in the sika deer antler polysaccharide content [32,33].

Amino acids and proteins

Velvet antlers are rich in bioactive components such as proteins, amino acids, and polypeptides [26]. The antler's upper region had the largest concentration of essential amino acids, while the base had the lowest concentration [30]. Some amino acids like aspartic acid, glutamic acid, and isoleucine had a high concentration in the upper section of the antler. In addition, proline and glycine showed low concentrations compared to other parts [34]. These results indicate that the antler mineralization and elongation affect the antlers’ amino acid content [34]. Essential amino acids showed higher abundance in the upper section of the antler [30]. Moreover, there is a correlation between collagen and amino acid composition, as younger antlers have more collagen than mineralized antlers [34].

The protein compositions of different locations of the deer antler have been studied. For example, apolipoprotein A-II, adult beta-globin 1, adult beta-globin 2, serotransferrin, lactotransferrin, alpha-1B-glycoprotein, and haemoglobin subunit alpha were the most abundant in the middle section of the deer antler [35]. The antler tip had a high amount of Hsc70-interacting protein, Y-box-binding protein 1, 60 S acidic ribosomal protein P0, and endoplasmin. Mineralizing part of the antler demonstrated a high abundance of peroxiredoxin-6, glutathione transferase, peroxiredoxin-2, carbonic anhydrase (CAH3), and Cu/Zn superoxide dismutase (SODC), glutathione S-transferase P protein was observed in the tip of the antler [35]. Moreover, 17 and 6 unknown proteins were observed in the tip and the central segment of the antler, respectively. These results also suggest that deer antler protein composition needs further studies to identify new peptides.

다당류

대부분의 사슴 뿔에서 화학 원소와 단백질 구성 외에도 [31], 사슴 뿔 구성은 다당류가 풍부합니다 [32]. Gong 등 [33]은 초고성능 액체 크로마토그래피와 비교 분석을 통해 8종의 수용성 다당류를 식별했습니다. 만노스, 글루코사민 염산염, 리보스, 글루코스, 및 갈락토스는 사슴 뿔 다당류 성분에서 관찰되었습니다 [32,33].

아미노산 및 단백질

벨벳 뿔은 단백질, 아미노산, 폴리펩티드와 같은 생물활성 성분이 풍부합니다 [26]. 뿔의 상부 지역은 필수 아미노산의 농도가 가장 높았고, 기저부에서는 가장 낮았습니다 [30]. 아스파르트산, 글루탐산, 이소류신과 같은 일부 아미노산은 뿔의 상부 섹션에서 높은 농도를 보였습니다. 또한, 프로린과 글리신은 다른 부위보다 낮은 농도를 보였습니다 [34]. 이 결과는 뿔의 광물화와 연장 과정이 뿔의 아미노산 함량에 영향을 미친다는 것을 나타냅니다 [34]. 필수 아미노산은 뿔의 상부에서 더 높은 농도를 보였습니다 [30]. 또한, 콜라겐과 아미노산 구성 사이에 상관관계가 있으며, 젊은 뿔은 광물화된 뿔보다 콜라겐 함량이 더 높습니다 [34].

사슴 뿔의 다양한 부위의 단백질 구성은 연구되었습니다. 예를 들어, 아포리포프로틴 A-II, 성인 베타-글로빈 1, 성인 베타-글로빈 2, 세로트랜스페린, 락토트랜스페린, 알파-1B-글리코프로틴, 및 헤모글로빈 서브유닛 알파는 사슴 뿔의 중간 부분에서 가장 풍부했습니다 [35]. 뿔 끝부분에는 Hsc70 상호작용 단백질, Y-박스 결합 단백질 1, 60S 산성 리보솜 단백질 P0, 및 엔도플라민이 높은 농도로 존재했습니다. 뿔의 광물화 부위에서는 페록시레독신-6, 글루타티온 트랜스퍼레이스, 페록시레독신-2, 탄산안하이드라제 (CAH3), 및 Cu/Zn 슈퍼옥사이드 디스뮤타제 (SODC)가 풍부했으며, 뿔의 끝 부분에서는 글루타티온 S-트랜스퍼레이스 P 단백질이 관찰되었습니다 [35]. 또한, 뿔의 끝 부분과 중앙 부위에서 각각 17개와 6개의 미확인 단백질이 관찰되었습니다. 이 결과는 사슴 뿔 단백질 구성 성분의 새로운 펩타이드를 식별하기 위해 추가 연구가 필요함을 시사합니다.

Pharmacological signaling

DAE has been used as a treatment for various diseases in traditional Chinese medicine. Recent studies have demonstrated the therapeutic benefits of specific compounds found in DAE through various research on the effects of DAE and cell signaling of pharmacological functions (Table 2). For example, deer antler bases protein component R1 protein has been shown to play a hepatoprotective role, which protected mice from acute liver injury and pathological liver damage via targeting MAPK and the NF-κB/IκB-α pathways activated by lipopolysaccharide/d-galactosamine [36] (Fig. 1).

약리학적 신호전달

DAE는 전통 중국 의학에서 다양한 질병의 치료제로 사용되어 왔습니다. 최근 연구에서는 DAE의 약리학적 기능과 세포 신호전달에 대한 다양한 연구를 통해 DAE에 함유된 특정 화합물의 치료 효과를 입증했습니다 (표 2). 예를 들어, 사슴 뿔 기반 단백질 성분 R1 단백질은 간 보호 역할을 수행하여, 리포폴리사카라이드/d-갈락토사민에 의해 활성화된 MAPK 및 NF-κB/IκB-α 경로를 표적화하여 급성 간 손상 및 병리적 간 손상으로부터 쥐를 보호했습니다 [36] (그림 1).

Table 2. Deer antler extract component induced cell signaling pathways.

Compound nameMolecule classTreatment applicationsMolecular effectGeneral effect

Estrone	Steroid	IVDD	PI3K-AKT signaling pathway, Thyroid hormone signaling pathway, Notch signaling pathway	Reduce inflammation and oxidative stress
R1 protein	Protein	Acute liver injury	MAPK pathway NF-κB/IκB-α pathway	Reduce inflammation and oxidative stress
PLAG	Monoacetyldiaglyceride	Immune-mediated liver injury	The activation of atypical protein kinase C (PKC)/STAT6 triggered by IL-4	An overabundance of neutrophils moving into liver tissue
VAP	Protein	Liver injury	PI3K-Akt signaling pathway	Preventing oxidative stress and preserving the integrity of the tight junctions in the liver
SDAPR	Protein	Kidney injury Neurotoxicity	Nrf2/HO-1 pathway NF-κB pathway	Reduce inflammation and oxidative stress
Insulin-like growth factor-1 (IGF-1)	Protein	Sexual and hormonal dysfunction, alopecia, would	(IGF-IR) initiates multiple signaling pathways: PI3K/Akt, MAPK, JAK/STAT, Src, FAK,	Stimulate hormone, hair growth, wound healing, and improve cartilage damage in joints due to repetitive trauma. Cancer cell proliferation.
VEGF, FGF-2 and their receptors FGFR1, FGFR2 FGFR3, and VEGFR-2	Protein	Cartilage and bone disorders	FGF-2 induced the expression‎ of VEGF. VEGF regulates Ras/MAPK, PI3K/AKT, PLCγ, FAK/paxillin signaling cascade	Induce neovascularization and angiogenesis, osteogenesis, skin development and turnover
Epidermal growth factor (EGF) and its receptor (EGFR)	Protein	Tissue and skin injury	Activate RAS/ERK/MAPK and PI3K-AKT-mTOR pathways	The bone formation and wound healing.

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Fig. 1. Deer antler extract mediated pharmacological functions and cell signaling pathways.

1-palmitoyl-2-linoleoyl-3-acetyl-rac-glycerol (PLAG) is another compound found in DAE that has been shown to have beneficial effects on the liver. This substance reduces the amount of interleukin and boosts the movement of neutrophils towards the liver by preventing necrosis caused by the Concanavalin A protein [37]. Velvet antler polypeptide was shown to reduce liver injury in mice. Mice fed with 7kDa polypeptide had reduced lithocholic acid infiltration and necrotic hepatocytes through protection of tight junction disruption in liver cells [38]. Sika deer antler protein (SDAPR) was shown to have a wide range of reducing organ damage induced by therapeutic side effects. These proteins can protect cells from antibiotic and anticancer drug cisplatin induced cytotoxicity by reducing oxidative stress and inflammatory response [39,40]. SDAPR has been shown to activate Nrf2/ heme oxygenase 1 pathway and attenuates gentamicin-induced NF-κB, and p53 expression‎ (Fig. 1). Thus, SDAPR play a role in prevention of acute nephrotoxicity induced by antibiotic and reduce chemotherapy drug induced liver and kidney injury in mice, which has a great potential in clinical application as a preventative medicine [41].

1-팔미토일-2-리놀레오일-3-아세틸-라크-글리세롤 (PLAG)은 DAE에 함유된 또 다른 화합물로, 간에 유익한 효과를 미치는 것으로 알려져 있습니다. 이 물질은 인터루킨의 양을 감소시키고, 콘카나발린 A 단백질에 의해 유발되는 괴사를 방지함으로써 중성구의 간으로의 이동을 촉진합니다 [37]. 벨벳 뿔 폴리펩타이드는 쥐의 간 손상을 감소시키는 것으로 나타났습니다. 7kDa 폴리펩타이드를 투여받은 쥐에서는 간 세포의 밀접 결합 파괴를 보호함으로써 리토콜산 침윤과 괴사성 간세포가 감소했습니다 [38]. 시카 사슴 뿔 단백질(SDAPR)은 치료제의 부작용으로 유발된 장기 손상을 광범위하게 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이 단백질들은 산화 스트레스와 염증 반응을 감소시켜 항생제와 항암제 시스플라틴에 의해 유발된 세포 독성을 보호합니다 [39,40]. SDAPR은 Nrf2/ 헤모글로빈 산화효소 1 경로를 활성화하고, 겐타마이신에 의해 유발된 NF-κB 및 p53 발현을 억제합니다(그림 1). 따라서 SDAPR은 항생제에 의해 유발된 급성 신독성 예방에 역할을 하며, 마우스에서 화학요법 약물에 의한 간 및 신장 손상을 감소시켜 예방 의약품으로의 임상적 적용 잠재력이 큽니다 [41].

DAE's potential to treat bone diseases

Given all these efficacious properties DAE possess, plenty of experiments were set up to demonstrate the potential of antler stem cells (AnSCs). Repair of bone damage was achieved by implanting the AnSCs or cell-free of AnSCs into rabbits’ mandibular bone, which implies that AnSCs transplantation is applicable in clinical and does not have significant side effects or tissue rejection [42]. RNA sequencing and further quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) obtained from rats fed DAE for three weeks showed that expression‎ of genes required to start cartilage regeneration was enhanced and genes causing inflammation were repressed [43]. Another study conducted in the mice with tibia fractures were fed by DAE and showed DAE promoted the transformation of cartilage callus to bone callus for fracture healing by activating BMP-2/SMAD4 pathway [44]. The experiment conducted by Yun et al. [23,45] on MC3T3-E1 cells demonstrated that pilose antler peptide (PAP) stimulated the insulin signaling pathway and induced osteoblast propagation by increasing the expression‎ of extracellular matrix proteins (collagen-I, osteocalcin, and alkaline phosphatase) and some genes responsible for ossification. The insulin signaling pathway activates PI3K/AKT and MAPK pathways, affecting bone cell proliferation [23,45]. The positive outcomes of the experiment suggest the potential of deer antler peptides to treat bone diseases caused by impairments of insulin pathways.

DAE has been shown to be against mild osteonecrosis caused by steroid intake, which can be a treatment without resorting to surgical intervention. It is known that consumption of adrenocorticotropic hormone (ACTH) for an extended period might cause side effects by means of blood delivery issues, causing bone cell death and leading to osteonecrosis of the femoral head (ONFH) [46]. While ACTH provides great benefit against various disorders such as leukemia, asthma, and allergies, the aftermath of long-term implementation is not favorable, as osteoporosis, cataracts, obesity, and hyperglycemia might develop upon ACTH intake [46]. DAE treatment in rabbits with steroid-induced avascular necrosis of the femoral head (SANFH) stimulated the proliferation of osteoblasts, and the alkaline phosphatases level increased [46]. In addition, DAE appeared to target the 11β-hydroxysteroid dehydrogenase (11β-HSD), the influence on adipocytes and endotheliocytes, which results in proper blood supply abnormality [46]. The study identified that the higher the concentration of DAE, the higher the regeneration rate. Therefore, its use might combat the initial stages of necrosis and prevent surgical intervention.

DAE의 골질환 치료 잠재력

DAE가 지닌 이러한 효능을 고려해, 안테로 스템 세포(AnSCs)의 잠재성을 입증하기 위한 다양한 실험이 진행되었습니다. 토끼의 하악골에 AnSCs 또는 AnSCs 무세포를 이식함으로써 골 손상 복구가 이루어졌으며, 이는 AnSCs 이식이 임상 적용 가능하며 심각한 부작용이나 조직 거부 반응이 없다는 것을 시사합니다 [42]. RNA 시퀀싱 및 추가적인 정량적 실시간 중합효소 연쇄 반응(qRT-PCR)을 통해 DAE를 3주간 투여한 쥐에서 연골 재생 시작에 필요한 유전자 발현이 증가하고 염증을 유발하는 유전자 발현이 억제되었음이 확인되었습니다 [43]. 또 다른 연구에서 경골 골절을 가진 쥐에게 DAE를 투여한 결과, DAE가 BMP-2/SMAD4 경로를 활성화하여 골절 치유를 위해 연골 캘러스에서 골 캘러스로의 전환을 촉진했음이 보고되었습니다 [44]. 윤 등[23,45]이 MC3T3-E1 세포를 대상으로 진행한 실험에서 털이 있는 사슴 뿔 펩타이드(PAP)가 인슐린 신호전달 경로를 자극하고 골세포 증식을 유도함으로써 세포외 기질 단백질(콜라겐-I, 오스테오칼신, 알칼리 포스파타제) 및 골화 관련 유전자 발현을 증가시켰습니다. 인슐린 신호전달 경로는 PI3K/AKT 및 MAPK 경로를 활성화하여 골 세포 증식에 영향을 미칩니다 [23,45]. 실험의 긍정적인 결과는 인슐린 경로 장애로 인한 골 질환 치료에 사슴 뿔 펩타이드의 잠재성을 시사합니다.

DAE는 스테로이드 복용으로 인한 경증 골괴사증에 대해 효과적이며, 수술적 개입 없이 치료가 가능할 수 있습니다. 부신피질자극호르몬(ACTH)을 장기간 복용하면 혈액 공급 문제로 인해 골세포 사멸을 유발하고 대퇴골두 골괴사증(ONFH)으로 이어질 수 있다는 것이 알려져 있습니다 [46]. ACTH는 백혈병, 천식, 알레르기 등 다양한 질환에 큰 효과를 보이지만, 장기 투여 시 골다공증, 백내장, 비만, 고혈당증 등이 발생할 수 있어 장기적 효과는 부정적입니다 [46]. 스테로이드로 유발된 대퇴골두 무혈성 괴사(SANFH)를 가진 토끼에서 DAE 치료는 골모세포 증식을 촉진했으며, 알칼리성 인산분해효소 수치가 증가했습니다 [46]. 또한 DAE는 11β-하이드록시스테로이드 데히드로게네이스(11β-HSD)를 표적으로 삼아 지방세포와 내피세포에 영향을 미쳐 적절한 혈액 공급 이상을 유발합니다 [46]. 연구 결과, DAE 농도가 높을수록 재생 속도가 높다는 것이 확인되었습니다. 따라서 초기 괴사 단계에서 치료에 활용되어 수술적 개입을 예방할 수 있을 것으로 예상됩니다.

Anti-fatigue effect

Recent studies revealed the mechanisms of DAE function in anti-fatigue. Administration of Formosan sambar deer tip antler extract (FSDTAE) can allow mice undergoing forced swim test to exhaustion for 28 days which is much longer than control group of mice, and further RNA retrieval‎ with microarray analysis showed that the FSDTAE induced the expression‎ of genes that are involved in muscular and nervous systems, energy metabolism, and epithelial cells growth [47]. It was shown that the sika and red deer's antlers water extract promoted anti-fatigue effect as the time of swimming increased after 30 days of intake of the extract performed in mice forced swimming test [11,48]. In addition, the velvet antler part from which the extract was made seems to play an important role, too, as the most prolonged time appeared to be in mice who consumed the extract from the upper section of the sika antler (126.72 ± 7.89 min). Though the antler sections have different chemical compositions, which affected the longevity of swimming and muscle endurance, there was no difference in the species as both sika and red deer seem to have comparable anti-fatigue properties [11,48]. For chemical component, studies showed eight nucleosides (Table 1) might be one of the composition to the anti-fatigue effect [11,48].

피로 완화 효과

최근 연구는 DAE의 항피로 작용 메커니즘을 밝혔습니다. 대만 삼바 사슴 뿔 끝 추출물(FSDTAE)을 투여한 쥐는 28일 동안 강제 수영 테스트를 통해 지치기까지의 시간이 대조군보다 훨씬 길었으며, RNA 추출과 마이크로어레이 분석 결과 FSDTAE가 근육 및 신경계, 에너지 대사, 상피 세포 성장과 관련된 유전자 발현을 유도했습니다 [47]. 시카 사슴과 적사슴의 뿔 물 추출물이 피로 방지 효과를 촉진한다는 것이 입증되었습니다. 추출물을 30일 동안 투여한 후 강제 수영 테스트에서 수영 시간이 증가했습니다 [11,48]. 또한 추출물이 제조된 뿔의 부분도 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다. 사슴 뿔의 상부 부분에서 추출물을 섭취한 쥐에서 가장 긴 수영 시간이 관찰되었으며(126.72 ± 7.89분) 뿔의 각 부분은 화학 성분이 달라 수영 지속 시간과 근육 내구력에 영향을 미쳤지만, 사슴과 적사슴 모두 유사한 항피로 효과를 나타냈습니다 [11,48]. 화학 성분 측면에서 연구 결과, 8가지 핵산류 (표 1)가 항피로 효과의 구성 성분 중 하나일 수 있다는 것이 밝혀졌습니다 [11,48].

Anti-aging effect

There is also evidence that DAE has anti-aging properties due to the growth factors such as TGF-β1, IGF-1, and EGF. Each factor, in turn, plays a vital role in the proliferation and regeneration of fibroblast, collagen, and other cells, which ultimately has an anti-aging and wrinkle-smoothing effect on epithelial tissue. As stated by Tansathien et al. [49], TGF-β1 and IGF-1 are involved in the processes of epidermis recovery caused by injuries, thus, stimulating the production of keratinocytes, collagen, and fibroblasts, and though the production of growth factors serves for regeneration, their use for cosmetic purposes has long been a frequent practice. For example, using DAE combined with coconut oil improved the quality of the skin, enhanced its elasticity, and reduced the number of wrinkles [50]. The mechanism might be explained by the report by Chen et al. [47,51], which the two genes were identified to be drawn in epithelial proliferation (Krt 10 and Sbsn). Thus, the DAE extract is promising for cosmetic and commercial purposes due to the restoration of epithelial cells, healing of cuts and smoothing of wrinkles for anti-aging.

항노화 효과

DAE는 TGF-β1, IGF-1, EGF와 같은 성장 인자 때문에 항노화 특성을 갖는다는 증거가 있습니다. 각 인자는 섬유아세포, 콜라겐 및 기타 세포의 증식 및 재생에 중요한 역할을 하며, 이는 결국 상피 조직의 항노화 및 주름 개선 효과를 유발합니다. Tansathien 등 [49]에 따르면, TGF-β1과 IGF-1은 상처로 인한 표피 회복 과정에 관여하여 케라티노사이트, 콜라겐, 섬유아세포의 생성을 자극합니다. 성장 인자의 생성은 재생에 기여하지만, 화장품 목적으로의 사용은 오래전부터 일반적인 관행이었습니다. 예를 들어, DAE와 코코넛 오일을 결합하여 사용한 결과 피부 품질이 개선되고 탄력이 증가했으며 주름 수가 감소했습니다 [50]. 이 메커니즘은 Chen 등 [47,51]의 보고서에 따르면 상피 증식에 관여하는 두 유전자(Krt 10과 Sbsn)가 식별되었기 때문일 수 있습니다. 따라서 DAE 추출물은 상피 세포 재생, 상처 치유, 주름 완화 등을 통해 항노화 효과를 나타내어 화장품 및 상업적 목적으로 유망합니다.

Immunomodulatory activity

The DAE is known to have a prominent effect on the immune system. The immunomodulatory effect of DAE has been widely studied. During in vivo studies on cyclophosphamide (CTX)-induced immunocompromised mice, DAE has been proven efficient in innate and adaptive immunity enhancement by increasing NK cell activity, macrophage phagocytosis, and improving cellular immunity. The decline in white blood cells and T lymphocytes and increased serum cytokine levels was identified upon deer antler extract administration [52,53] For example, It has been shown the immunomodulatory activity of 3.2 kDa polypeptide derived from Sika Deer (Cervus Nippon) velvet antler (nVAP32), characterized by the enhancement of splenocyte proliferation, increased T cells (CD4+/CD8+) population and regulation of cytokines was observed [53]. The investigation of the DAE effect on chondrocytes showed the ability of the DAE extract to increase the viability of proliferating chondrocytes by promoting the immune response which was achieved by upregulation of immunomodulators such as Tlr4 [54]. The extract also prevents maturation and suppresses the differentiation of chondrocytes through downregulating differentiation genes [54]. Fermented antler extract stimulated the survival and activity of splenocytes which significantly increase the production of IL-12 and a slight increase in TNF-ɑ [55]. In addition, the immune protective role of fermented deer antler extract was revealed in mice with a compromised immune system and cyclophosphamide-induced cell death [56].

While the immune-promoting ability of DAE was frequently reported, some scholars showed the immunosuppressive and anti-inflammatory effects associated with the extract. For example, the extract can attenuate lipopolysaccharide-induced lung inflammation by downregulation of NO, TNF-α, IL-6, IL-1β, and production and upregulation of IL-10 levels [57]. Other studies showed the immunosuppressive activity of DAE after injection, where inhibition occurred in type II collagen-specific INF-γ secretions from splenocytes [58]. Moreover, the extract can suppress the concanavalin A stimulated splenocyte proliferation, indicating that the treatment with the DAE causes the inhibition of T-cell activity and was suggested to be the result of the original component inside the extract. Bioactive peptide components released during digestion caused the enhancement of inhibitory activity. The immunomodulatory effect on activated and primed murine peritoneal macrophages was observed. In addition, though the neutral red pinocytosis activity in macrophages was reduced at higher concentrations, the activity increased during simulated gastrointestinal digestion (SGD) [59]. It is proposed that the original components in aqueous DAE may have an inhibitory impact. In contrast, the increased pinocytic activity of SGDs might be due to immunomodulatory peptides and amino acids produced after digestion [59]. While unsaturated fatty acids tend to inhibit spleen cell proliferation, the phosphatidylcholines with saturated fatty acyl chains isolated from DAE stimulate the immune system by promoting the concanavalin A-dependent proliferation of splenocytes and mitogens [60]. The data collectively suggest that active biological components of DAE play an immunomodulatory role in the immune system.

면역 조절 활동

DAE는 면역 체계에 대한显著한 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. DAE의 면역 조절 효과는 광범위하게 연구되어 왔습니다. 사이클로포스파미드 (CTX)로 면역 억제된 쥐를 대상으로 한 in vivo 연구에서 DAE는 NK 세포 활성 증가, 대식세포 식작용 향상, 세포 면역 개선을 통해 선천적 및 적응성 면역 강화에 효과적임이 입증되었습니다. 사슴 뿔 추출물 투여 시 백혈구 및 T 림프구 감소와 혈청 사이토킨 수치 증가가 관찰되었습니다 [52,53]. 예를 들어, 사슴 뿔 추출물에서 유래한 3. 2 kDa 폴리펩티드(Sika Deer (Cervus Nippon) 뿔 추출물, nVAP32)의 면역 조절 활성이 확인되었습니다. 이 폴리펩티드는 비장 세포 증식 촉진, T 세포(CD4+/CD8+) 인구 증가, 사이토킨 조절을 통해 면역 조절 효과를 나타냈습니다 [53]. DAE 추출물이 연골세포에 미치는 영향을 조사한 결과, DAE 추출물이 면역 반응을 촉진함으로써 증식 중인 연골세포의 생존율을 증가시키는 능력이 확인되었으며, 이는 Tlr4와 같은 면역 조절 물질의 발현 증가를 통해 달성되었습니다 [54]. 또한 추출물은 분화 유전자 발현을 억제함으로써 연골세포의 성숙을 방지하고 분화를 억제했습니다 [54]. 발효된 사슴 뿔 추출물은 비장 세포의 생존과 활성을 자극하여 IL-12 생산을 유의미하게 증가시키고 TNF-ɑ를 약간 증가시켰습니다 [55]. 또한 면역 체계가 약화된 쥐와 사이클로포스파미드 유발 세포 사멸 모델에서 발효된 사슴 뿔 추출물의 면역 보호 역할이 밝혀졌습니다 [56].

DAE의 면역 증진 능력은 자주 보고되었지만, 일부 연구자들은 추출물과 관련된 면역 억제 및 항염증 효과를 보여주었습니다. 예를 들어, 추출물은 NO, TNF-α, IL-6, IL-1β의 발현을 억제하고 IL-10 수준을 증가시켜 리포폴리사카라이드 유발 폐 염증을 완화합니다 [57]. 다른 연구에서는 DAE 주사 후 면역 억제 활성이 관찰되었으며, 이는 비장 세포에서 유형 II 콜라겐 특이적 INF-γ 분비 억제를 통해 나타났습니다 [58]. 또한 추출물은 콘카나발린 A 자극에 의한 비장 세포 증식을 억제했으며, 이는 DAE 치료가 T 세포 활성을 억제한다는 것을 나타내며, 이는 추출물 내 원천 성분의 결과로 제안되었습니다. 소화 과정에서 방출된 생물활성 펩타이드 성분이 억제 활성을 강화시켰습니다. 활성화된 및 초기화된 쥐 복막 대식세포에 대한 면역조절 효과가 관찰되었습니다. 또한, 대식세포의 중성 적색 피노시토시스 활성은 고농도에서 감소했지만, 모의 위장관 소화(SGD) 동안 활성이 증가했습니다 [59]. 수성 DAE 내 원천 성분이 억제 효과를 가질 수 있다고 제안되었습니다. 반면, SGD의 증가된 피노시토시스 활성은 소화 후 생성된 면역조절 펩타이드와 아미노산 때문일 수 있습니다 [59]. 불포화 지방산은 비장 세포 증식을 억제하는 경향이 있지만, DAE에서 분리된 포화 지방산 사슬을 가진 포스파티딜콜린은 콘카나발린 A 의존성 비장 세포 증식과 미토겐을 촉진하여 면역계를 자극합니다 [60]. 이러한 데이터는 DAE의 활성 생물학적 성분이 면역 체계에서 면역 조절 역할을 수행한다는 것을 시사합니다.

Anti-inflammation activity

The antler peptide is known to exhibit anti-inflammatory activity. For instance, in the bronchoalveolar lavage fluid of lipopolysaccharide-induced mice, the pilose antler peptide (PAP) reduced the levels of inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor, IL-1, and IL-6 [61]. The decrease in the amount of gentamicin-induced inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α) in renal tissue was also observed under the Sika deer antler protein treatment [62]. Pilose antler protein prevented the Rho/NF-kΒ cascade in mice exposed to endotoxin [61]. Rho/NF-kΒ is a proinflammatory signaling pathway activated by prototypical proinflammatory cytokines and possesses anti-inflammatory ability by suppressing the inflammatory gene expression‎ and regulating anti-inflammatory cytokines activity [62]. Consistent with these findings, the inhibition of the NF-κB pathway was also shown in HEK293 cells [63].

Pretreatment with an ethyl acetate layer of DAE ethanol extract also decreased proinflammatory cytokines, including IL-1β, IL-6, and IL-8, in TNF-ɑ induced fibroblast-like synoviocyte MH7A cells. Moreover, the downregulation of MAPK and NF-kΒ pathway causing inflammation was observed with reduced phosphorylation of MAPK/p38 and Jnk, and cellular translocated NF-kΒ [64]. Similar results were observed during the research on lipopolysaccharide/d-Galactosamine -induced acute liver injury in mice, which showed that the peptide extracted from the deer antler base decreases the inflammatory response by reducing proinflammatory cytokines [65]. In addition, the expression‎ of proinflammatory factors, COX-2 and iNOS, phosphorylation levels of Erk, Jnk,p38, NF-κB p65 and IκBα were dysregualted [65]. In pulposus cells, inflammatory IL-1β, IL-6 and TNF-α cytokines production were reduced. The treatment of pilose antler peptide reversed the high levels of NF-κB p65, nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor, IκBα, Jnk, p-38, Erk proteins in lipopolysaccharide-stimulated inflammation [66]. Sika deer antler protein treatment decreased the amount of gentamicin-induced inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α) in renal tissue [67]. Moreover, deer bone extract was found to inhibit inflammation in lipopolysaccharide-induced RAW264.7 cells by decreasing NO production and mRNA expression‎ of proinflammatory mediators, such as cyclooxygenase-2, IL-1β, and IL-12β [68].

Likewise, in studies conducted on MC3T3-E1 osteoblastic cells, pilose antler peptide similarly decreased the level of proinflammatory cytokines (IL-1β, IL-6 and TNF-α). The peptide increased the expression‎ of EGF, EGFR, Nrf-2 and HO-1 and decreased the phosphorylation of NF-κB p65 and IκBα in MC3T3-E1 cells [69]. The authors state the role of EGF/EGFR-mediated signaling in preventing inflammation and oxidative stress in osteoblasts [69]. Other studies found that deer antlers insulin-like growth factor 1(IGF-1) component of deer antlers significantly reduced the inflammatory response and extracellular matrix breakdown in primary chondrocytes induced by IL-1 [70]. Four peptides, including VH, LAN, AL, and IA, showed vigorous anti-inflammatory activity by downregulating lipopolysaccharide-stimulated NO production and the mixtures showed a synergistic effect against inflammation, where NO inhibition was enhanced [71]. Recently, an investigation of the DAE molecular effect on xiphoid cartilage revealed the downregulation of 30 genes expression‎ related to inflammation [72].

항염증 활성

뿔 펩타이드(Antler Peptide)는 항염증 활성을 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 리포폴리사카라이드(LPS)로 유도된 쥐의 기관지 알베올라르 세척액에서 사슴 뿔 펩타이드(PAP)는 종양 괴사 인자, IL-1, IL-6와 같은 염증성 사이토카인의 수준을 감소시켰습니다 [61]. 시카 사슴 뿔 단백질 치료 하에서 겐타마이신으로 유도된 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α)의 양이 신장 조직에서 감소한 것도 관찰되었습니다 [62]. 털이 난 사슴 뿔 단백질은 엔도톡신에 노출된 쥐에서 Rho/NF-κB 신호 전달 경로를 억제했습니다 [61]. Rho/NF-κB는 전형적인 염증성 사이토카인에 의해 활성화되는 염증성 신호 전달 경로로, 염증성 유전자 발현을 억제하고 항염증성 사이토카인 활성을 조절함으로써 항염증 효과를 발휘합니다 [62]. 이러한 결과와 일치하게, HEK293 세포에서 NF-κB 경로의 억제가 확인되었습니다 [63].

DAE 에탄올 추출물의 에틸 아세테이트 층으로 사전 처리한 후 TNF-ɑ로 유도된 섬유모세포 유사 활막 세포 MH7A 세포에서 IL-1β, IL-6, IL-8을 포함한 염증성 사이토카인의 농도가 감소했습니다. 또한, 염증을 유발하는 MAPK 및 NF-κB 경로의 하향 조절이 MAPK/p38 및 Jnk의 인산화 감소와 세포 내 이동한 NF-κB [64]에서 관찰되었습니다. 쥐에서 리포폴리사카라이드/d-갈락토사민으로 유도된 급성 간 손상 연구에서도 유사한 결과가 관찰되었으며, 사슴 뿔 기초에서 추출된 펩타이드가 염증성 사이토카인을 감소시켜 염증 반응을 억제한다는 것이 밝혀졌습니다 [65]. 또한, 염증성 인자 COX-2 및 iNOS의 발현, Erk, Jnk, p38, NF-κB p65 및 IκBα의 인산화 수준이 이상 조절되었습니다 [65]. 연골 세포에서 염증성 사이토킨 IL-1β, IL-6 및 TNF-α의 생산이 감소했습니다. 털이 있는 사슴 뿔 펩타이드 치료는 리포폴리사카라이드 자극 염증에서 NF-κB p65, B세포 카파 경량 폴리펩티드 유전자 증강인자 억제제 IκBα, Jnk, p-38, Erk 단백질의 높은 수준을 역전시켰습니다 [66]. 사슴 뿔 단백질 치료는 신장 조직에서 gentamicin에 의해 유발된 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α)의 양을 감소시켰습니다 [67]. 또한, 사슴 뼈 추출물은 리포폴리사카라이드에 의해 유발된 RAW264.7 세포에서 염증을 억제했으며, 이는 NO 생산과 염증 매개체(cyclooxygenase-2, IL-1β, IL-12β)의 mRNA 발현을 감소시켰습니다 [68].

同様に、MC3T3-E1 골모세포 세포에서 진행된 연구에서 털이 있는 사슴 뿔 펩타이드가 염증성 사이토카인(IL-1β, IL-6 및 TNF-α)의 수준을 유사하게 감소시켰습니다. 이 펩타이드은 MC3T3-E1 세포에서 EGF, EGFR, Nrf-2 및 HO-1의 발현을 증가시키고 NF-κB p65 및 IκBα의 인산화를 감소시켰습니다 [69]. 저자들은 골모세포에서 염증과 산화 스트레스를 예방하는 EGF/EGFR 매개 신호전달의 역할을 언급했습니다 [69]. 다른 연구에서는 사슴 뿔의 인슐린 유사 성장 인자 1(IGF-1) 성분이 IL-1에 의해 유발된 원시 연골세포의 염증 반응과 세포외 기질 분해를 유의미하게 감소시켰습니다 [70]. VH, LAN, AL, IA 등 4개의 펩타이드가 리포폴리사카라이드 자극에 의한 NO 생산을 억제함으로써 강력한 항염증 활성을 보였으며, 혼합물은 염증에 대한 시너지 효과를 나타냈으며, NO 억제 효과가 강화되었습니다 [71]. 최근 DAE의 분자적 효과가 흉골 연골에 미치는 영향을 조사한 결과, 염증과 관련된 30개 유전자 발현이 억제되었다는 것이 밝혀졌습니다 [72].

Anticancer activity

The signaling pathways are utilized for the deer antler's rapid growth rate and regeneration properties. It has been shown that mesenchymal stem cells contribute to the regeneration, in which c-MET, Ras/Raf, MEK/ERK signaling was stimulated by pilose antler [73]. Kinase c-MET has also been shown to activate cancer stem cells signaling by nuclear translocation [74]. Thus, antler stem cells apply the cancer-like signaling to promote rapid growth which does not develop cancer but the stem cells mediated either enhancement or suppressive tumor growth remain conclusive [75,76]. An example is ADAMTS18 which encodes disintegrin and metalloproteinase-like proteinases regulating the extracellular matrix and the cancer environment [75,77,78]. The upregulation of TP73 and TP53I13 expression‎ inhibits tumor growth through p53-mediated DNA damage response, while more positively selected genes participating in DNA damage response (SLF1, RHNO1, and DDB2) were identified [75,77,78]. Later studies found more tumor-related oncogenes and suppressor genes, where genes such as GLI1, UCHL1, were related to the p53 gene transcription activation [79].

The anticancer effect of DAE against glioblastoma has been studied. The extract derived from the antler tip exhibited antitumor activity in glioblastoma cells and did not exhibit toxicity toward non-cancerous cells (HEK293, HACAT) [75]. The cancer cell proliferation, colony-formation capacity, and migration decreased, and cell cycle progression was altered after the DAE treatment [75]. The study indicated that the bioactive molecules are concentrated in the tip of the antler, which explains the greater effectiveness compared to the other parts of the antler [75]. Similar to these results, the tip of the deer antler velvet was found to have the highest number of organic compounds, which corresponds to a high antioxidant effect in this region [76]. Moreover, a study in prostate cancer showed that the tip-derived DAE showed the inhibition of the expression‎ of prostate-specific antigen (PSA) mRNA and expression‎. Furthermore, the prostate cancer cell migration was suppressed by inhibiting the expression‎ of genes involved in migration, namely MMP-9 and VEGF, and by upregulation of inhibition of metalloproteinase by tissue inhibitor matrix metalloproteinase when treated with the extract, suggesting the potency of DAE to suppress the metastasis progress of prostate cancer [76]. Another prostate cancer related In vivo study of xenograft tumor model of male nude mice treated with DAE showed that serum PSA, dihydrotestosterone (DHT) levels, and epithelial-mesenchymal transition (EMT) were reduced [77]. In addition, deer antler proteins can inhibit prostate cancer cells proliferation and colony formation, promote the number of early and late apoptotic cells, and induce cleaved-caspase-3 [78].

The effect of DAE on triple-negative breast cancer was investigated. The administration of pilose antler to mice with breast tumors inhibited the tumor size and weight and reduced tumor metastasis, which is associated with caspase-3 mediated apoptosis and inhibited angiogenesis via reducing the expression‎ of platelet-endothelial cell adhesion molecule CD31 which is responsible for blood vessel formation [79]. Similarly to prostate cancer, it was found that the extract inhibits tumor proliferation through suppression of MMP-2 and MMP-9, EMT, which are crucial in tumor cell invasion and migration [79]. One study showed the antler extract inhibited the invasion and EMT of cancerous breast cells, via suppression of TGF-β1-enhanced NF-κB signaling [80]. Other research revealed that pilose antler peptide in combination with neoadjuvant chemotherapy might suppress tumor (4T1) growth by promoting a chemosensitive response and enhancing the infiltration of immune CD8+ and CD4+ T-cells [81]. The tumor-bearing mice with reduced CD3+ T cells showed an increased number of CD3+ T cells from CD45+ lymphocytes when treated with pilose antler and increased expansion of the immune cell population in treated groups was observed [82,83]. The treatment could increase the number of total lymphocytes with no significant effect on the composition of CD8 cells [82,83]. Moreover, double immunofluorescence results revealed increased intratumoral infiltration of CD4+IFN-γ+T cells [82,83].

항암 활성

사슴 뿔의 빠른 성장 속도와 재생 특성에 신호 전달 경로가 활용됩니다. 중간엽 줄기 세포가 재생에 기여하며, 이 과정에서 pilose antler [73]에 의해 c-MET, Ras/Raf, MEK/ERK 신호 전달 경로가 활성화되었습니다. 키나제 c-MET는 핵 이동을 통해 암 줄기 세포 신호 전달을 활성화하는 것으로도 보고되었습니다 [74]. 따라서, 사슴 뿔 줄기 세포는 암과 유사한 신호 전달을 통해 암을 유발하지 않는 빠른 성장을 촉진하지만, 줄기 세포가 종양 성장을 촉진하거나 억제하는지는 아직 명확하지 않습니다 [75,76]. 그 예로, 세포외 기질과 암 환경을 조절하는 디스인테그린 및 메탈로프로테이나제-유사 단백질 분해 효소를 암호화하는 ADAMTS18이 있습니다 [75,77,78]. TP73 및 TP53I13 발현의 증가가 p53 매개 DNA 손상 반응을 통해 종양 성장을 억제하는 반면, DNA 손상 반응에 참여하는 더 긍정적으로 선택된 유전자(SLF1, RHNO1, DDB2)가 식별되었습니다 [75,77,78]. 후속 연구에서는 더 많은 종양 관련 암유전자와 억제 유전자가 발견되었으며, GLI1, UCHL1과 같은 유전자는 p53 유전자 전사 활성화와 관련이 있었습니다 [79].

DAE의 글리오blastoma에 대한 항암 효과가 연구되었습니다. 뿔 끝에서 추출된 추출물은 글리오blastoma 세포에서 항종양 활성을 나타냈으며, 비암성 세포(HEK293, HACAT)에 대해 독성을 나타내지 않았습니다 [75]. 암 세포 증식, 콜로니 형성 능력, 이동성이 감소했으며, 세포 주기 진행이 DAE 처리 후 변화되었습니다 [75]. 연구 결과, 생물활성 분자가 뿔 끝 부분에 집중되어 있어 다른 부분에 비해 더 높은 효과를 보이는 것으로 설명되었습니다 [75]. 이와 유사하게, 사슴 뿔 벨벳의 끝 부분에서 유기 화합물의 수가 가장 높게 나타났으며, 이는 이 지역에서 높은 항산화 효과를 나타냅니다 [76]. 또한, 전립선 암 연구에서 뿔 끝에서 추출된 DAE는 전립선 특이 항원(PSA) mRNA 발현과 발현을 억제하는 것으로 나타났습니다. 또한, 추출물로 처리 시 전립선 암 세포의 이동이 억제되었으며, 이는 이동 관련 유전자인 MMP-9와 VEGF의 발현 억제 및 조직 매트릭스 금속 단백질 분해 효소에 의한 금속 단백질 분해 효소 억제의 상향 조절을 통해 이루어졌으며, 이는 DAE가 전립선 암의 전이 진행을 억제하는 효능을 시사합니다 [76]. 또 다른 전립선 암 관련 in vivo 연구에서 수컷 누드 마우스에 DAE를 투여한 이종 이식 종양 모델에서 혈청 PSA, dihydrotestosterone (DHT) 수치 및 상피-중간엽 전환(EMT)이 감소했습니다 [77]. 또한 사슴 뿔 단백질은 전립선 암 세포의 증식 및 콜로니 형성을 억제하고 초기 및 후기 아포토시스 세포 수를 증가시키며 cleaved-caspase-3을 유도합니다 [78].

DAE의 삼중 음성 유방암에 대한 효과가 조사되었습니다. 유방 종양을 가진 쥐에 사슴 뿔을 투여한 결과, 종양 크기 및 무게가 억제되었으며 종양 전이가 감소했습니다. 이는 카스파제-3 매개 아포토시스 및 혈관 내피 세포 접착 분자 CD31의 발현 감소로 인한 혈관 신생 억제와 관련이 있습니다 [79]. 전립선 암과 유사하게, 추출물이 MMP-2 및 MMP-9, 상피-간엽 전환(EMT)을 억제하여 종양 세포의 침윤 및 이동에 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었습니다 [79]. 한 연구에서는 사슴 뿔 추출물이 TGF-β1에 의해 강화된 NF-κB 신호전달을 억제하여 암성 유방 세포의 침윤 및 EMT를 억제하는 것으로 나타났습니다 [80]. 다른 연구에서는 사슴 뿔 펩타이드가 신보조 화학요법과 결합하여 화학 감수성 반응을 촉진하고 면역 CD8+ 및 CD4+ T 세포의 침투를 증가시켜 종양(4T1) 성장 억제 효과를 나타냈습니다 [81]. CD3+ T 세포 수가 감소한 종양 이식 마우스에서 사슴 뿔 추출물 투여 시 CD45+ 림프구에서 CD3+ T 세포 수가 증가했으며, 치료 그룹에서 면역 세포 집단의 확장 증가가 관찰되었습니다 [82,83]. 이 치료는 CD8 세포의 구성에 유의미한 영향을 주지 않으면서 총 림프구 수를 증가시켰습니다 [82,83]. 또한 이중 면역 형광 결과는 종양 내 CD4+IFN-γ+ T 세포의 침윤이 증가했음을 보여주었습니다 [82,83].

Antioxidative activity

Bioactive peptides obtained from animals can be used against oxidative stress [84]. Peptides extracted from the deer antler are considered to be natural antioxidants [85]. Peptides of gelatin and hydrolysate from deer antler base increased the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), Ferric ion reducing antioxidant power (FRAP), and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) radical scavenging activity [52,86]. Treating deer antler hydrolysate with different proteases increased the number of hydrophobic amino acids related to the antioxidant activity of peptides [87]. In addition, velvet blood hydrolysate and derived peptides, including LKECCDKPV, showed a high antioxidant activity [88]. In vitro studies in liver cells and in vivo, studies in zebrafish models showed that tetrapeptide (Trp-Asp-Val-Lys) obtained through the deer antler hydrolysis by alcalase exhibited the highest activity of peroxyl radical scavenging (IC50 value, 0.028 mg/mL). Moreover, the tetrapeptide is capable of suppressing the 2,2-Azobis-(2-amidinopropane) dihydrochloride (AAPH)-induced oxidative stress by decreasing the generation of the ROS [89]. The response of chondrocytes against oxidative stress was increased under DAE treatment, which was achieved through the upregulation of expression‎ of regulatory factors participating on the oxidative stress response [54,90]. The DAE treatment increased the antioxidant enzymes' activity, including SOD, catalase, and GPx. The extract also decreased ROS in acute lung injury mice [57,91]. Under deer antler-derived peptide administration, streptozotocin-induced diabetic mice with decreased oxidative stress response showed an increase in antioxidant enzymes level and total antioxidant capacity [92]. The study on human umbilical vein endothelial cells model induced by H2O2 demonstrated the ability of a polypeptide isolated from a deer antler to act against oxidative stress, decrease ROS level, and prevent cell apoptosis by blocking the Caspase-3 signaling pathway [93]. Moreover, the Sika deer antler protein is found to protect acetaminophen‐induced HK-2 cells from oxidative damage and apoptosis through upregulation of the Nf-E2‐related transcription factor 2/Kelch‐like ECH‐associated protein/heme oxygenase-1 signaling pathway [94]. Wang et al. found that the deer antler peptide increased the phosphorylation of PI3K and AKT [63,95]. The finding suggests that the response to oxidative stress is mediated through PI3K/AKT signaling pathway which also plays a role in redox homeostasis and promotes ROS detoxification [95,96].

Antimicrobial effect

There are several studies which present the antimicrobial activity of the DAE. For example, DAE from Formosan sambar deer decreased the number of Staphylococcus aureus bacteria in a mouse kidney via enhancing immune response and suppressing proinflammatory cytokines [97]. Qi et al. isolated an 18 kDa protein from Sika deer antler, which appeared to be effective against gram-positive (Bacillus subtilis, Staphylococcus intermedius, Xylose staphylococcus) and gram-negative (Enterobacter aeruginosa, E.coli, Pseudomonas aeruginosa) bacteria growth [98]. Moreover, a new peptidoglycan recognition protein 1 (cnPGRP1) isolated from the Sika deer antler base could kill bacterial cells, including B.subtilis, S.aureus, E.coli, S.dysenteriae and binding of cnPGRP1 to gram-positive and gram-negative bacteria and fungi was also observed [99]. A small collagen peptide isolated from the plum deer antler inhibited the growth of E.coli and S. aureus [100]. These findings collectively suggest that deer antler protein effectively inhibits microbial cells and can be utilized in antimicrobial drug development. For antiviral effect of DAE, few studies have been reported but one research indicated base polysaccharides exhibit anti-bovine viral diarrhea virus function at 2–39 mg/ml and more testing of different types of virus would be future directions to target viral proteins or host cell infection pathways [101].

Benefits for sports training and medicine

The effect of deer antler supplements on the physical performance of athletes is of great scientific interest. There is no common ground in the related studies: some suggest the benefit of antler supplements on sports activities, but others present unconvincing results. According to Sleivert et al. [102], the deer velvet powder contributed to the isokinetic strength of muscles and increased physical stamina among the participants [102]. However, another study concluded that supplementation with elk velvet antler (EVA) does not influence hormone concentrations, including testosterone and growth hormone (GH), and the anabolic state of a human organism [103]. However, fermented deer antler extract demonstrated the improvement of physical endurance upon administration of mice [104]. Such a conclusion was based on mouse longer swimming time and potentially caused by decreased oxidative stress due to superoxide dismutase (SOD) and lactate dehydrogenase (LDH) activity [104]. Since there is no exact answer about the effect of antler supplements on health and sports performance, attention should be paid to some instances and aspects that contribute to good physical condition.

Enhance aerobic power, and erythropoiesis

One trial of 38 males with the treatment of deer antler velvet extract or powder with control showed only isokinetic knee extensor strength and endurance in the powder taken group were enhanced, but VO2max was not and neither in antler extract taken group [102]. Previous studies with rats showed increased body mass by 7–10 % within 14 days after antler velvet extract treatment [102]. However, studies with humans showed different results; the weight of the three groups did not show significant differences, leading to the idea that gained mass by rats may not refer to the increase of muscle but to another different mechanism. The same research found no correlation between antler to erythropoiesis or aerobic performance, as any improvements in the powder or extract group were not observed [102]. The powder taken group experienced greater isokinetic muscular endurance, but the mechanism behind it is not clear enough [102]. Studies on animals showed increased levels of hormone production in mice supplemented with antler extract. However, in humans, such a trend was not observed, and there was no difference in the level of testosterone between groups as well. One of the suggested reasons for the high muscular endurance of the powder group is analgesic effects, due to which individuals did not feel more pain after the muscular endurance test. However, why the extract group had lower endurance is also unknown.

Effect on male and female rowers

Previously, the alteration of hormonal balance after supplementation of antler extract was assumed to take place. It was considered a reason for weight gain by animals in some studies. However, an experiment with one experimental group ingesting 560 mg of antler extract daily and one control placebo group did not support such a hypothesis [103]. No significant difference between the placebo and elk velvet antler extract treated groups was observed [102]. Some previous studies showed the change in hormone levels with supplementation in animals that were not involved in physical activities during research. However, this study with rowers rejected the hypothesis of elk velvet antler supplementation affecting hormone levels in both male and female athletes [103].

Enhance sports endurance

The endurance capacity of mice during swimming exercise with fermented and not fermented DAE administration. Results demonstrated that mice treated with fermented DAE showed prolonged swimming time, low-level LDH levels, and higher antioxidant hepatic SOD enzyme activity [16,104]. In comparison, when DAE without fermentation was administered to mice, the alteration in these parameters was not observed [16,104]. The muscle tissue damage caused by exercise in typical situations leads to the activation of LDH and a decrease in the activity of SOD, which was suppressed by the treatment with DAE. These results suggest that during fermentation DAE activity was enhanced for improving prolonged swimming and reduction of oxidative stress. The other mechanism could have involved the production of growth hormone by the pituitary gland, which activates the liver to produce IGF-1 [16,104]. At the same time, DAE may be a complementary source of growth factors and other factors, such as fibroblast growth factors. An increase in the production of factors can explain the increased exercise endurance capacity. Modifying enzyme activities may be another possible reason for higher exercise endurance, as a study involving mice treated with DAE for 30 days showed improved activity connected to exercise endurance [16,104,105]. Different research with antler's effect on exercise endured mice showed similar results. Huang et al. found that deer antler supplementation can demonstrate an anti-fatigue effect and engagement in physical performance. This improvement was assessed by examining grip strength and biological and chemical components within the male mice model [105]. Reduced levels of alkaline phosphatase, glucose and uric acid also supported the anti-fatigue effects of antler extract [105]. More studies indicated that the muscle endurance capacity was improved by significant upregulation of troponin and tropomyosin protein expression‎ levels [47,106].

The effect on muscle cells

Expression‎ of AMPK/SIRT1/PGC-1α genes was found to be increased in mice treated with FA and, therefore, positively affected muscle endurance [107]. The studies on the effect of antler extract on muscle cells showed that DAE increases the expression‎ level of myogenic factors such as Myf5 and differentiation factors such as MyoD1 while decreasing the expression‎ of muscle atrophy factors MuRF-1 and FoxO3a in muscle-atrophied C2C12 cells [108].

항산화 활성

동물에서 추출된 생물활성 펩타이드(bioactive peptides)는 산화 스트레스에 대항하기 위해 사용될 수 있습니다 [84]. 사슴 뿔에서 추출된 펩타이드(peptides)는 자연 항산화제로 간주됩니다 [85]. 사슴 뿔 기저부에서 추출한 젤라틴 및 가수분해 펩타이드가 2,2-디페닐-1-피크릴히드라질 (DPPH), 철 이온 환원 항산화 능력 (FRAP), 및 2,2′-아지노-비스(3-에틸벤조티아졸린-6-설폰산) (ABTS) 라디칼 소거 활성을 증가시켰습니다 [52,86]. 사슴 뿔 가수분해물을 다양한 프로테아제로 처리했을 때, 펩타이드의 항산화 활성과 관련된 친수성 아미노산 수가 증가했습니다 [87]. 또한, 사슴 뿔 혈액 가수분해물과 LKECCDKPV를 포함한 유도 펩타이드들은 높은 항산화 활성을 나타냈습니다 [88]. 간 세포에서의 체외 연구와 제브라피시 모델에서의 체내 연구에서, 사슴 뿔 가수분해를 통해 알칼라제로 얻어진 테트라펩타이드 (Trp-Asp-Val-Lys)는 과산화 라디칼 소거 활성(IC50 값, 0.028 mg/mL)에서 가장 높은 활성을 나타냈습니다. 또한, 테트라펩타이드는 2,2-아조비스-(2-아미노프로판) 디히드로클로라이드(AAPH)에 의해 유발된 산화 스트레스를 ROS 생성을 감소시켜 억제할 수 있습니다 [89]. DAE 처리 시 연골 세포의 산화 스트레스에 대한 반응은 산화 스트레스 반응에 참여하는 조절 인자의 발현 증가를 통해 증가했습니다 [54,90]. DAE 처리는 SOD, catalase, GPx를 포함한 항산화 효소의 활성을 증가시켰습니다. 추출물은 또한 급성 폐 손상 마우스에서 ROS를 감소시켰습니다 [57,91]. 사슴 뿔 유래 펩타이드 투여 시, 스트레프토조토신으로 유도된 당뇨병 마우스에서 산화 스트레스 반응이 감소했으며, 항산화 효소 수준과 총 항산화 능력이 증가했습니다 [92]. H₂O₂로 유도된 인간 제대 정맥 내피 세포 모델에서 사슴 뿔에서 분리된 폴리펩타이드가 산화 스트레스에 대항하여 작용하며, ROS 수준을 감소시키고 카스파제-3 신호 경로를 차단하여 세포 사멸을 방지하는 능력을 보여주었습니다 [93]. 또한, 시카 사슴 뿔 단백질은 아세트아미노펜으로 유도된 HK-2 세포를 산화 손상과 세포 사멸로부터 보호하며, Nf-E2 관련 전사 인자 2/Kelch-like ECH 연관 단백질/헤모글로빈 산화효소-1 신호 전달 경로를 활성화함으로써 이 효과를 발휘합니다 [94]. Wang 등 [63, 95]은 사슴 뿔 펩타이드가 PI3K 및 AKT의 인산화 수준을 증가시킨다는 사실을 발견했습니다. 이 결과는 산화 스트레스에 대한 반응이 PI3K/AKT 신호전달 경로를 통해 매개되며, 이 경로는 산화환원 homeostasis에 역할을 하고 ROS 해독을 촉진한다는 것을 시사합니다 [95,96].

항균 효과

DAE의 항균 활성을 보여주는 여러 연구가 있습니다. 예를 들어, 대만 사슴의 DAE는 면역 반응을 강화하고 염증성 사이토카인을 억제함으로써 쥐의 신장에서 Staphylococcus aureus 세균의 수를 감소시켰습니다 [97]. Qi 등[98]은 Sika 사슴 뿔에서 18 kDa 단백질을 분리했으며, 이 단백질은 그람양성균 (Bacillus subtilis, Staphylococcus intermedius, Xylose staphylococcus)과 그람음성균 (Enterobacter aeruginosa, E.coli, Pseudomonas aeruginosa)의 성장에 효과적이었으며 [98]. 또한, 사슴 뿔 기저부에서 분리된 새로운 펩티도글리칸 인식 단백질 1 (cnPGRP1)은 B.subtilis, S.aureus, E.coli, S.dysenteriae 등 세균 세포를 사멸시켰으며, cnPGRP1이 그람양성균과 그람음성균 및 곰팡이에 결합하는 현상도 관찰되었습니다 [99]. 플럼 사슴 뿔에서 분리된 작은 콜라겐 펩티드는 E. coli 및 S. aureus의 성장을 억제했습니다 [100]. 이러한 결과들은 사슴 뿔 단백질이 미생물 세포를 효과적으로 억제하며 항균제 개발에 활용될 수 있음을 시사합니다. DAE의 항바이러스 효과에 대한 연구는 제한적이지만, 한 연구에서 기초 다당류가 2–39 mg/ml 농도에서 소 바이러스성 설사 바이러스에 대한 항바이러스 기능을 나타냈으며, 다양한 바이러스에 대한 추가 테스트는 바이러스 단백질 또는 호스트 세포 감염 경로를 표적으로 하는 미래 연구 방향이 될 수 있습니다 [101].

스포츠 훈련 및 의학 분야의 이점

사슴 뿔 보충제가 운동 선수의 신체 성능에 미치는 영향은 과학적으로 큰 관심을 받고 있습니다. 관련 연구들은 일관된 결과를 보여주지 않습니다: 일부 연구는 뿔 보충제가 스포츠 활동에 이점을 제공한다고 제안하지만, 다른 연구들은 설득력 없는 결과를 제시합니다. Sleivert 등 [102]에 따르면, 사슴 뿔 가루는 참가자의 등속성 근력 및 신체 내구력을 향상시켰습니다 [102]. 그러나 다른 연구에서는 엘크 뿔 가루(EVA) 보충이 테스토스테론 및 성장 호르몬(GH)을 포함한 호르몬 농도나 인간 유기체의 동화 상태에 영향을 미치지 않는다는 결론을 내렸습니다 [103]. 그러나 발효된 사슴 뿔 추출물은 쥐에게 투여 시 신체 내구력이 개선되었다는 결과가 나왔습니다 [104]. 이 결론은 쥐의 수영 시간이 연장된 데 기반을 두고 있으며, 이는 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD)와 젖산 탈수소효소(LDH) 활성 감소로 인한 산화 스트레스 감소 때문일 수 있습니다 [104]. 사슴 뿔 보충제가 건강과 스포츠 성능에 미치는 영향에 대한 정확한 답변이 없기 때문에, 좋은 신체 상태에 기여하는 일부 사례와 측면에 주의가 필요합니다.

유산소 능력 및 적혈구 생성 향상

38명의 남성 대상 연구에서 사슴 뿔 추출물 또는 분말 투여 그룹과 대조군을 비교한 결과, 분말 투여 그룹에서만 등속성 무릎 확장 근력 및 내구력이 향상되었으나, VO2max는 두 그룹 모두에서 변화가 없었습니다 [102]. 이전 쥐 실험에서는 사슴 뿔 추출물 투여 후 14일 이내에 체중이 7–10% 증가했다는 결과가 보고되었습니다 [102]. 그러나 인간 대상 연구에서는 세 그룹의 체중 차이가 유의미하지 않았으며, 이는 쥐에서 관찰된 체중 증가가 근육 증가가 아닌 다른 메커니즘에 기인할 수 있음을 시사합니다. 같은 연구에서 뿔과 적혈구 생성 또는 유산소 성능 사이에 상관관계가 없었으며, 분말 또는 추출물 투여 그룹에서 개선이 관찰되지 않았습니다 [102]. 분말 투여 그룹은 등속성 근육 내구력이 더 높았지만, 그 메커니즘은 명확하지 않습니다 [102]. 동물 연구에서는 뿔 추출물을 보충한 쥐에서 호르몬 생산 수준이 증가했습니다. 그러나 인간에서는 이러한 경향이 관찰되지 않았으며, 그룹 간 테스토스테론 수준에도 차이가 없었습니다. 분말 그룹의 높은 근육 내구력의 한 가지 제안된 이유는 진통 효과로, 이로 인해 개인은 근육 내구성 테스트 후 더 많은 통증을 느끼지 않았습니다. 그러나 추출물 그룹의 내구력이 낮은 이유는 여전히 알려지지 않았습니다.

남성과 여성 로워에 대한 영향

이전 연구에서는 사슴 뿔 추출물 보충 후 호르몬 균형의 변화가 발생한다고 가정되었습니다. 이는 일부 연구에서 동물에서 체중 증가의 원인으로 고려되었습니다. 그러나 하루에 560mg의 사슴 뿔 추출물을 섭취한 실험군과 위약 대조군으로 구성된 실험은 이러한 가설을 지지하지 않았습니다 [103]. 위약 그룹과 엘크 뿔 추출물 투여 그룹 간 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다 [102]. 일부 이전 연구에서는 연구 기간 동안 신체 활동에 참여하지 않은 동물에서 보충제 투여 시 호르몬 수치 변화가 관찰되었습니다. 그러나 이 연구에서는 노르웨이 선수들을 대상으로 한 실험에서 엘크 뿔 추출물 보충이 남녀 운동 선수의 호르몬 수치에 영향을 미친다는 가설을 거부했습니다 [103].

스포츠 내구성 향상

발효된 DAE와 발효되지 않은 DAE를 투여한 쥐의 수영 운동 중 내구성 능력. 결과는 발효된 DAE를 투여받은 쥐가 수영 시간이 연장되었으며, 낮은 수준의 LDH 수치와 간 항산화 효소 SOD 활성이 높았음을 보여주었습니다 [16,104]. 반면, 발효되지 않은 DAE를 투여받은 쥐에서는 이러한 파라미터의 변화가 관찰되지 않았습니다 [16,104]. 운동으로 인한 근육 조직 손상은 LDH 활성화와 SOD 활성 감소로 이어지며, 이는 DAE 투여로 억제되었습니다. 이 결과는 발효 과정에서 DAE 활성이 향상되어 수영 시간 연장 및 산화 스트레스 감소에 기여했음을 시사합니다. 다른 메커니즘으로는 뇌하수체에서 성장 호르몬 생산이 간을 활성화시켜 IGF-1을 생성하는 것이 포함될 수 있습니다 [16,104]. 동시에 DAE는 성장 인자 및 기타 인자(예: 섬유아세포 성장 인자)의 보완적 공급원이 될 수 있습니다. 인자 생산량의 증가는 운동 내구성 능력의 증가를 설명할 수 있습니다. 효소 활성의 조절은 운동 내구성 향상 또 다른 가능성 있는 이유로, DAE를 30일 동안 투여받은 쥐를 대상으로 한 연구에서 운동 내구성과 관련된 활성 개선이 관찰되었습니다 [16,104,105]. 뿔의 운동 내성 마우스에 대한 다른 연구에서도 유사한 결과가 나타났습니다. Huang 등[105]은 사슴 뿔 보충제가 피로 저항 효과와 신체 성능 참여를 보여준다고 보고했습니다. 이 개선은 수컷 마우스 모델에서 그립 강도와 생물학적 및 화학적 성분을 분석하여 평가되었습니다. 알칼리 포스파타제, 글루코스 및 요산 수치의 감소도 뿔 추출물의 피로 저항 효과를 지원했습니다[105]. 추가 연구에서는 근육 내구력 용량이 트로포닌과 트로포미오신 단백질 발현 수준의 유의미한 증가로 인해 개선되었다고 보고되었습니다 [47,106].

Side effects

There are very few studies on side effects. One report showed that a male patient with liver damage secondary to a testosterone booster exhibited high levels of alkaline phosphatase of 78 U/L [109]. Such a significant index was the potential outcome of a deer antler velvet supplement with several other components used prior to the workout [109]. This was the unique reported situation of hepatotoxicity related to the antler supplement. In another study, deer antler extract and Korean red ginseng were administered to 30 male and 30 female rats during a 13-week period [110]. This treatment did not affect body weight, eating habits, haematology, blood biochemistry, as well as urinary and ocular indexes in any experimental group suggesting this mixture was non-toxic [110]. According to Zhang et al. [111], administering 1000 mg/kg and 2000 mg/kg deer antler powder had no toxic or pathologic effect on rats. Due to the few studies, the toxicity of antler supplements, especially side effects on the human body, remains unknown.

Conclusion and future perspectives

In this review, we explored the potential of using deer antlers for pharmacological and therapeutic purposes with different functions via signaling pathways (Fig. 1). DAE has bioactive components, amino acids, and inorganic elements essential for the human body, such as Na, Mg, K, Zn, and P. A considerable number of proteins (Tables 1, and 2) are involved in the processes of remarkable regeneration not previously seen in any mammal. The constantly renewing deer antler stem cells give hope for their use in treating human bone diseases and healing wounds, which has been evidenced in animal experiments but has not been performed in patients. Deer antler extract also suggests an anti-cancer effect due to the expression‎ of tumor-suppressing genes and immunomodulatory, anti-aging, antimicrobial, and antioxidant activity. Considering the wide range of valuable properties of deer antlers, such as anti-inflammation and anti-fatigue, it becomes clear that the extract can assist in treating various diseases and in their prevention. Even though deer antler extract emerged as the source of traditional medicine, its application in modern medicine cannot be omitted. In China, the deer antler base is prepared based on traditional methods. The thin slices of deer antlers are boiled in the water to create a glue solution. The solution is filtered, combined with potassium alum powder, and further cooked. The created thick paste is condensed and cut to obtain antler glue with the highest collagen content, which can later be used to treat fatigue and boost immunity. The remaining unglued antler powder residue can treat acute mastitis [112]. Due to the loss of effectiveness after heating processes, other methods, such as freeze-drying, and vacuum-drying, are used. The signs of medicinal commercialization of deer antlers were reported in the USSR times in 1970 when the alcohol extract from an antler of red deer was sold under the brand name Pantocrine [113]. Because of the complexity of the drug development process, the drug preparation from deer antlers is a long-lasting process, but with a good perspective to be used as medicine. It is worth considering that the reported research experiments were carried out only on animals and for a short period of time (1-2 months); thus, the influence on the human body, side effects, and clinical trials need more investigation.

Moreover, as many Chinese medicines might have the potent particle effect as herbzyme/nanozyme, the potent antler extract particle effect would be more interesting as it has collagen-like, hormone regulation-like characteristics which may regulate cancer cell microenvironment and androgen signaling in cancer or sports muscle generations [114], [115], [116], [117]. For many years deer antler extract has been used by utilizing traditional methods. Despite that, creating new forms of the drug in the future is essential to increase the delivery efficiency and long-term effect. Drug delivery systems that improve absorption and guarantee the transport of the active ingredient to the injured region can be made using nanotechnology, avoiding harm to healthy cells during therapy. Research on nanotechnology applications for deer antler extract delivery has identified that the durability and potency of the drug delivery system can be improved by using nanocapsules coated with polymers derived from natural sources, such as carrageenan and gum arabic. This approach increases the therapeutic impact of the medicinal compounds found in deer antler extract [118].

Another promising application of deer antlers is stem cell based biomedical engineering, as it has the exceptional ability of annual regeneration. Deer antler contains growth factors and stem cells, which stimulate tissue differentiation and growth. Deer antler stem cells were found to express classic mesenchymal stem cell markers, and some of the embryonic stem cell markers [119,120]. This finding implies that stem cells from deer antlers can be isolated and cultivated and further differentiated into different types of cells. Studies have already proved the possibilities of antler stem cells in bone lesion regeneration and wound healing. Recently, stem cell landscape analysis suggested the spatial antler growth center at the peak growth period and driver or marker gene was identified as paired related homeobox 1 gene in mesenchymal cells development for stem cells for regeneration of the antler. Thus, cell-based mechanisms can be applied for biomedical cell engineering for clinical application. In the future, it is suggested perform more translational research on the functional molecules derived from antler stem cells and combination with material for tissue engineering [120]. The studies investigating DAE's targets on articular cartilage showed that functional genes responsible for cartilage regeneration and growth were increased under DAE treatment. Whereas genes involved in the pathophysiology of osteoarthritis were suppressed after treatment [121]. The growth factors from deer antlers can be used for tissue regeneration and growth.

The fermented deer antler extract increased the number of stem cell factors in the bone marrow that would stimulate the differentiation of hematopoietic progenitor stem cells [122]. Similarly, other researchers showed that monoacetyldiglyceride isolated and purified from deer antlers exhibited potent activity on hematopoietic stem cell stimulation [123]. Collagens and proteins in deer antlers could induce bone marrow stem cell proliferation and osteogenic differentiation [124]. Based on these observations, it can be inferred that the deer antler provides a unique and valuable model system to investigate the mechanisms underlying tissue regeneration. Such investigations could provide a deeper understanding of tissue remodeling and regeneration, with potential implications for clinical applications. Despite deer antlers' promising anticancer, immunomodulatory, and antioxidant effects in tested animal models, the same outcome might not be translated to humans.

Most DAE medicines that are effective in preclinical animal experiments are not proven successful in human clinical trials due to potential translational limitations caused by variances in physiology and the homology of molecular targets. The translational limitation is mainly observed in immunological diseases [125]. Nevertheless, the studies reveal the potent application of DAE in treating the broad spectrum of diseases and boosting overall health, strength and immunity. Further studies in this field promise to improve our knowledge about deer antlers’ components, modernized use and effect in more animal models and human clinical trials.

부작용

부작용에 대한 연구는 매우 적습니다. 한 보고서에 따르면 테스토스테론 보강제 복용으로 간 손상을 입은 남성 환자에게서 알칼리 포스파타제 수치가 78 U/L로 높게 나타났습니다 [109]. 이러한 높은 지표는 운동 전 복용한 사슴 뿔 추출물과 다른 성분들이 결합된 보충제의 잠재적 결과일 수 있습니다 [109]. 이는 사슴 뿔 보충제와 관련된 간독성 사례로 유일하게 보고된 사례입니다. 다른 연구에서 사슴 뿔 추출물과 한국 붉은 인삼을 30마리의 수컷과 30마리의 암컷 쥐에게 13주간 투여했습니다 [110]. 이 치료는 실험군 어느 그룹에서도 체중, 식습관, 혈액학, 혈액 생화학, 요로 및 안구 지표에 영향을 미치지 않아 이 혼합물이 독성이 없음을 시사했습니다 [110]. Zhang 등 [111]에 따르면, 1000 mg/kg 및 2000 mg/kg의 사슴 뿔 가루를 투여한 결과 쥐에게 독성이나 병리학적 효과가 없었습니다. 연구가 부족하기 때문에 사슴 뿔 보충제의 독성, 특히 인체에 미치는 부작용은 여전히 알려지지 않았습니다.

결론 및 미래 전망

이 리뷰에서는 사슴 뿔을 약리학적 및 치료적 목적으로 다양한 기능에 활용하는 가능성을 신호 전달 경로 (그림 1)를 통해 탐구했습니다. DAE는 인체에 필수적인 생물활성 성분, 아미노산, 무기 요소 (Na, Mg, K, Zn, P 등)를 함유하고 있습니다. 상당수의 단백질 (표 1 및 표 2)은 포유류에서 이전에 관찰되지 않은 놀라운 재생 과정에 관여합니다. 사슴 뿔 줄기세포의 지속적인 재생은 인간 골질환 치료와 상처 치유에 대한 희망을 제시하며, 이는 동물 실험에서 입증되었지만 환자 대상 연구는 수행되지 않았습니다. 사슴 뿔 추출물은 종양 억제 유전자 발현과 면역 조절, 항노화, 항균, 항산화 활성을 통해 항암 효과를 시사합니다. 사슴 뿔의 다양한 유용한 특성, 예를 들어 항염증 및 항피로 효과 등을 고려할 때, 추출물이 다양한 질병의 치료 및 예방에 도움을 줄 수 있다는 것이 명확해집니다. 사슴 뿔 추출물이 전통 의학의 원천으로 등장했음에도 불구하고, 현대 의학에서의 적용은 무시할 수 없습니다. 중국에서는 전통적인 방법을 기반으로 사슴 뿔 기반이 준비됩니다. 사슴 뿔의 얇은 조각을 물에 끓여 접착제 용액을 만듭니다. 이 용액을 필터링한 후 칼륨 알루민 가루와 혼합하여 추가로 가열합니다. 생성된 두꺼운 페이스트를 농축하고 절단하여 콜라겐 함량이 가장 높은 뿔 접착제를 얻으며, 이는 피로 회복과 면역력 강화에 사용됩니다. 남은 접착되지 않은 뿔 가루 잔여물은 급성 유방염 [112] 치료에 사용됩니다. 가열 과정 후 효능이 감소하기 때문에 동결 건조나 진공 건조와 같은 다른 방법이 사용됩니다. 사슴 뿔의 의약품 상업화 징후는 1970년 소련 시절에 적색 사슴 뿔의 알코올 추출물이 'Pantocrine'라는 브랜드명으로 판매되면서 보고되었습니다. 약물 개발 과정의 복잡성으로 인해 사슴 뿔을 원료로 한 약물 제조는 장기적인 과정이지만 의약품으로 사용될 잠재력이 있습니다. 보고된 연구 실험이 동물 대상으로 단기간(1~2개월) 진행되었기 때문에 인간 신체에 미치는 영향, 부작용, 임상 시험에 대한 추가 연구가 필요합니다.

또한 많은 중국 약물이 허브자임/나노자임과 같은 강력한 입자 효과를 가질 수 있지만, 사슴 뿔 추출물의 강력한 입자 효과는 콜라겐 유사 특성 및 호르몬 조절 유사 특성을 가지고 있어 암 세포 미세 환경 조절 및 암이나 스포츠 근육 생성 시 안드로겐 신호 전달을 조절할 수 있다는 점에서 더 흥미로운 연구 대상이 될 수 있습니다 [114], [115], [116], [117]. 수십 년간 사슴 뿔 추출물은 전통적인 방법을 활용해 사용되어 왔습니다. 그럼에도 불구하고, 미래에 약물의 전달 효율성과 장기적 효과를 향상시키기 위해 새로운 형태의 약물을 개발하는 것이 필수적입니다. 약물 전달 시스템은 나노기술을 활용해 활성 성분의 흡수율을 높이고 손상된 부위로의 전달을 보장하며, 치료 과정에서 건강한 세포에 해를 입히지 않도록 설계될 수 있습니다. 사슴 뿔 추출물의 전달을 위한 나노기술 응용 연구는 천연 원료에서 유래한 폴리머로 코팅된 나노캡슐을 사용함으로써 약물 전달 시스템의 내구성과 효능을 향상시킬 수 있음을 확인했습니다. 이 접근 방식은 사슴 뿔 추출물에 함유된 의약 성분의 치료 효과를 높입니다 [118].

사슴 뿔의 또 다른 유망한 응용 분야는 연간 재생 능력이라는 독특한 특성을 갖춘 줄기세포 기반 생물공학입니다. 사슴 뿔에는 조직 분화 및 성장을 자극하는 성장 인자와 줄기 세포가 포함되어 있습니다. 사슴 뿔 줄기 세포는 고전적인 중간엽 줄기 세포 표지자[119,120]와 일부 배아 줄기 세포 표지자를 발현하는 것으로 확인되었습니다. 이 결과는 사슴 뿔에서 줄기 세포를 분리 및 배양하고 다양한 세포 유형으로 분화시킬 수 있음을 시사합니다. 연구를 통해 사슴 뿔 줄기 세포의 뼈 손상 재생 및 상처 치유 가능성이 이미 입증되었습니다. 최근 줄기세포 풍경 분석은 뿔의 성장 정점 성장 기간에 공간적 성장 중심을 제시했으며, 줄기세포 재생에 관여하는 중간엽 세포 발달에서 쌍으로 관련된 홈박스 1 유전자가 드라이버 또는 마커 유전자로 식별되었습니다. 따라서 세포 기반 메커니즘은 임상 적용을 위한 생물 의학 세포 공학에 적용될 수 있습니다. 미래에는 뿔 줄기세포에서 유래한 기능성 분자의 번역 연구를 더 수행하고 조직 공학을 위한 재료와의 결합을 탐구하는 것이 제안됩니다 [120]. DAE의 관절 연골에 대한 표적 연구는 DAE 처리 후 연골 재생 및 성장에 관여하는 기능적 유전자의 발현이 증가했음을 보여주었습니다. 반면, 골관절염의 병리생리학에 관여하는 유전자는 처리 후 억제되었습니다 [121]. 사슴 뿔에서 유래한 성장 인자는 조직 재생 및 성장에 활용될 수 있습니다.

발효된 사슴 뿔 추출물은 골수 내 혈액 줄기세포 분화를 자극하는 줄기세포 인자의 수를 증가시켰습니다 [122]. 유사하게, 다른 연구자들은 사슴 뿔에서 분리 및 정제된 모노아세틸디글리세라이드가 혈액 줄기세포 자극에 강력한 활성을 나타냈다고 보고했습니다 [123]. 사슴 뿔의 콜라겐과 단백질은 골수 줄기세포 증식 및 골형성 분화를 유도할 수 있습니다 [124]. 이러한 관찰 결과를 바탕으로, 사슴 뿔은 조직 재생 메커니즘을 연구하기 위한 독특하고 가치 있는 모델 시스템으로 활용될 수 있다는 것이 추론됩니다. 이러한 연구는 조직 재모델링 및 재생에 대한 깊은 이해를 제공하며, 임상적 응용 가능성을 시사할 수 있습니다. 사슴 뿔은 테스트된 동물 모델에서 항암, 면역 조절, 항산화 효과를 보여주었지만, 동일한 결과가 인간에게 적용될지는 불확실합니다.

대부분의 DAE 의약품은 전임상 동물 실험에서 효과적이지만, 생리학적 차이 및 분자 표적의 동질성으로 인한 잠재적 번역 제한으로 인해 인간 임상 시험에서 성공을 입증하지 못했습니다. 번역 제한은 주로 면역 질환 [125]에서 관찰됩니다. 그럼에도 불구하고 연구들은 DAE가 다양한 질환 치료 및 전반적인 건강, 힘, 면역력 강화에 강력한 적용 가능성을 보여줍니다. 이 분야에서의 추가 연구는 사슴 뿔의 구성 성분, 현대화된 활용 방법 및 더 많은 동물 모델과 인간 임상 시험에서의 효과를 이해하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

Ethics approval and consent to participate

Not applicable.

Consent for publication

All authors agreed on the publication.

Availability of data and material

Not applicable.

Funding

Faculty-Development Competitive Research Grants Program (ID110119FD4531, and ID11022021FD2920).

Author contributions

AO: paper organization and editing, introduction, anticancer activity, anti-inflammation activity, antimicrobial activity, immunomodulatory activity, antioxidative activity, enhance sports endurance and the anti-fatigue effect, the pathway construction, conclusion and future perspectives

DS: methods, regeneration activity, anti-aging activity, anti-fatigue activity, pathway construction, conclusion.

AB: chemical components, abstract

AS: pharmaceutical properties, abstract

SM: enhance muscle generation, enhance sports endurance and perform the anti-fatigue effect, effect on male and female rowers, enhance aerobic power, erythropoiesis, and muscular strength

ZO: benefits for sports training and wellness, side effects

NT: chemical, pharmacology, supervising

DL: supervising, commenting, writing and revising of sports part

YX: supervising, commenting, revising; research funding

Declaration of competing interest

The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

Acknowledgments

We would like to thank Nazarbayev University Faculty-Development Competitive Research Grants Program with grant ID110119FD4531, and ID11022021FD2920) to PI Yingqiu Xie.

References