Advanced
Inhibitory Effects of Saposhnikoviae Radix Extracts on the Melanin Production and Elastase Activity in B16F10 cells
Inhibitory Effects of Saposhnikoviae Radix Extracts on the Melanin Production and Elastase Activity in B16F10 cells
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine. 2014. Jun, 28(3): 296-302
Copyright © 2014, The Korean Association of Oriental Medical Physiology
  • Received : April 10, 2014
  • Accepted : June 18, 2014
  • Published : June 25, 2014
Download
PDF
e-PUB
PubReader
PPT
Export by style
Article
Author
Metrics
Cited by
TagCloud
About the Authors
찬헌 최
공덕 왕
혜린 조
종길 정
현우 정
hwdolsan@dsu.ac.kr

Abstract
Saposhmikoviae Radix can treat various skin disease by anti-pruitus and anti-inflammatory effects. This study was designed to investigate effects of Saposhmikoviae Radix Extracts(SRE) on skin elasticity and whitening using B16F10 cell lines. In this experiment, We observed effect of SRE on cell viability, inhibition of melanin synthesis and inhibitory effect on tyrosinase and elastase. In results, SRE treated group showed lowered proliferation rates significantly compared to non-treated group. More than SRE 125 ㎍/㎖ of treated groups were lower levels of melanin synthesis respectively. SRE did not show inhibitory effect on tyrosinase activities in vitro and in B16F10 cells. Finally, SRE suppressed elastse type Ⅰ and Ⅳ activities in dose-dependent manner in vitro. And SRE also slightly suppressed elastase activities in B16F10 cells. In conclusion, these results suggest that SRE can inhibit melanin synthesis and inhibt elastase activity. So, We suggest that SRE can be maintained skin elasticity or whitening.
Keywords
서 론
사람의 피부색은 여러 요소 중 멜라닌이 가장 결정적으로 작용하며 1) , 멜라닌은 기저층에 있는 멜라노사이트로부터 생성되고 외부자극에 의해 그 생성이 촉진되는 것으로 외부의 자극을 줄이거나 그 신호 전달을 차단하는 방법을 통해 그 생성을 줄일 수 있다 2) . 또한 멜라닌 생성과정은 타이로신이 타이로시네이즈(tyrosinase)의 작용에 의해 3,4-dihydroxyphenylalanine(DOPA), DOPA quinone으로 산화되고, 이들은 효소의 작용 및 자동산화 반응에 의해 DOPA chrome, indole, carboxylic acid, indole quinone류 등으로 대사되어 최종적으로 멜라닌을 합성한다 3) .
노화가 진행될수록 피부를 구성하는 물질들은 엘라스틴 등의 구조 단백질을 생성하는 능력이 감소하고, type-1 collagenase의 생합성이 증가하여 진피 내 교원섬유 및 탄력섬유와 같은 기질 단백질 분해를 유도하여 피부탄력을 떨어뜨리고 피부 주름의 생성을 야기한다 4) . 인체의 중성구 과립구 내에 존재하는 엘라스타제는 피부탄력성 섬유(elastin)을 분해하는 효소로 엘라스타제의 저해는 피부 주름의 개선을 의미한다 3 , 5) .
防風 6 , 7) (Saposhnikoviae Radix)은 祛風止痒하는 작용이 있어 風瘡疥癬혹은 皮膚瘙痒등을 다스리고, 방풍을 君藥으로 하는 方劑들 중 防風通聖散 8) 은 風熱瘡疹, 癮疹혹은 大小瘡腫惡毒을, 十味敗毒散 9) 은 화농성질환 및 피부질환의 초기에, 淸上防風湯 8) 은 표피의 瘡瘍에 사용하며, 특히 防風에 荊芥와 薄荷를 혼합하면 皮疹의 發散과 消退를 앞당김은 물론 止痒및 鎭痛등의 효과가 있다.
최근 피부미백 및 피부탄력과 관련된 연구를 보면 호장 10) , 三稜 11) , 桃花 3) 등을 이용한 화장품 소재로서의 가능성과 절개침을 이용한 주름개선법 12) 이 보고되었다. 또한 방풍 및 방풍을 君藥으로 하는 方劑의 연구들을 활용한 연구를 살펴보면, 방풍의 부작용이나 중독증상을 예방하기 위한 복용량 범위 13) 와 방풍의 항염작용 14 , 15) 및 항알레르기 작용 16) 이 보고되었고, 防風通聖散을 이용한 연구에서는 瘡瘍 17) , 乾癬 18) 및 항산화 19) 에 대한 효과들이 보고되었다. 그러나 방풍을 위주로 한 연구들이 대부분 피부염증에 치중되어 왔을 뿐, 피부 미백 및 탄력 등에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
이에 저자는 방풍이 祛風止痒효능이 있어 각종 피부질환에 사용 7) 하고 있고, 또한 방풍통성산이 미백효과가 있다는 보고 19) 가 있으며, 중의학에서도 미용에 활용 20) 하고 있는 점에 착안하여 흑색종 세포주를 이용하여 피부미백과 탄력에 미치는 방풍의 효과를 알아보고자 세포 증식율에 미치는 효과, 멜라닌 생성 및 그에 관여하는 타이로시네이즈 활성 억제 효과 그리고 엘라스틴과 관련하여 엘라스타제의 활성 억제 효과를 관찰한 결과 유의성을 얻었기에 보고하는 바이다.
재료 및 방법
- 1. 재료
- 1) 약재
본 연구에 활용된 방풍(Saposhnikoviae Radix)은 미나리과에 속한 다년생 초본인 방풍( Saposhnikovia divaricata Schiskin)의 뿌리 및 根莖을 건조한 것 6) 으로, 동신대학교 광주한방병원에서 구입한 후 본초학교실에서 검수를 받아 사용하였다.
- 2) 세포주
인간 유래 악성 흑색종(melanoma) 세포주인 B16F10 cell lines은 한국세포주은행(KCLB, Korea)에서 구입하여 사용하였다.
- 2. 방법
- 1) 시료 추출
방풍 100 g을 증류수 1,500 ㎖과 함께 100℃에서 2 시간 동안 물로 전탕한 다음 3,000 rpm에서 15 분간 원심분리하여 찌꺼기를 제거하고 상층액을 얻은 후 동결건조기(삼원, 한국)를 이용하여 동결건조 분말(Saposhnikoviae Radix Extracts, SRE) 24.2 g을 얻었다. 연구에 사용하기 위한 SRE는 인산 완충액(phosphate buffered saline, PBS)에 다시 녹여 0.22 ㎛의 필터(Syringe filter, Whatman)로 걸러 멸균을 대신하였다.
- 2) 세포 배양
악성 흑색종 세포주인 B16F10 세포의 생육 배지로는 RPMI 1640(Sigma, R4130)을 이용하였고, 배지에는 10% fetal bovine serum(Gibco LOT. NO. 1006842, FBS)와 penicillin-streptomycin(100 units/㎖, 100 ㎍/㎕)을 첨가하였으며, 실험기간 동안 세포주는 5% CO 2 incubator에서 배양하였다.
- 3) 세포 증식율 측정
SRE가 B16F10 세포에 미치는 증식율은 3-(4,5-dimethylthiazol-2yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide(MTT) assay 21) 를 통해 측정하였다. 즉, B16F10 세포를 배양하여 96 well plate에 각 well당 5×10 4 cell/㎖의 농도로 분주하고, 5% CO 2 incubator에서 37℃를 유지하면서 24 시간 동안 pre-incubation시킨 후 SRE를 각 농도별(62.5∼1,000 ㎍/㎖)로 처리한 다음 24 시간 배양하였다. 그 후 MTT 시약을 처리한 다음 MTT 시약이 생존 세포의 효소작용에 의해 환원되도록 2∼4 시간을 배양한 다음 배양액을 제거하고 각 well에 생성된 formazan 결정을 DMSO를 넣어 녹인 후 Microplate Reader(Bio-rad, USA)를 이용하여 475 ㎚에서 측정하였다.
- 4) 멜라닌 생성 억제율 측정
SRE가 멜라닌 생성에 미치는 영향은 Hosei 등 22) 의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, B16F10 세포를 배양하여 24 well plate에 각 well당 ×10 4 cell/well의 농도로 분주하고, 부착 및 안정화를 위하여 24 시간을 배양하였다. 배양이 끝난 다음 SRE를 각 농도별(62.5∼1,000 ㎍/㎖)로 처리한 다음 5% CO 2 incubator에서 37℃를 유지하면서 24∼48 시간 배양하였다. 배양한 후 각 well를 PBS로 세척한 다음 1 N NaOH 용액 1 ㎖을 첨가하고 60℃에서 3 시간 동안 용해시킨 후 Microplate Reader(Bio-rad, USA)를 이용하여 475 ㎚에서 측정하였다.
- 5) 비세포 타이로시네이즈 활성 저해율 측정
비세포 tyrosinase 활성 저해율은 Yagi 등 23) 의 방법에 따라 측정하였다. 즉, 0.175 M sodium phosphate buffer(pH 6.8) 500㎕에 10 mM L-DOPA 200 ㎕ 및 SRE(62.5∼1,000 ㎍/㎖) 용액 100 ㎕의 혼합액에 mushroom tyrosinase(110 U/㎖) 200 ㎕을 첨가하여 5% CO 2 incubator에서 37℃를 유지하면서 2 분간 반응시켜 반응액 중에 생성된 DOPA chrome을 475 ㎚에서 측정하였다. Tyrosinase 저해활성은 시료 용액의 첨가구와 무 첨가구의 흡광도 감소율로 나타내었다.
PPT Slide
Lager Image
- 6) 세포 내 타이로시네이즈 활성 저해율 측정
B16F10 세포를 배양하여 24 well plate에 각 well당 1×10 5 cell/well의 농도로 분주한 후, 부착 및 안정화를 위해 24 시간 방치한 다음 SRE를 각 농도별 (62.5 ㎍/㎖, 250 ㎍/㎖, 1000 ㎍/㎖)로 처리한 후 5% CO 2 incubator에서 37℃를 유지하면서 24 시간 배양하였다. 24 시간 배양 후, 세포를 1% Triton X-100을 함유한 10 mM PBS 100 ㎕에 현탁시켰다. 현탁된 세포를 vortexing한 후 1000 rpm에서 5 분간 원심분리하여 상층액을 활성 측정 효소액으로 이용하였다. Tyrosinase 활성 저해율을 측정하기 위하여 96 well plate에 효소액 100 ㎕를 넣고, 기질인 L-DOPA (2 ㎎/㎖) 200 ㎕를 첨가한 후, 5% CO 2 incubator에서 37℃를 유지하면서 1시간 동안 반응을 진행시킨 다음 Microplate Reader (Bio-rad, USA)를 이용하여 475 ㎚에서 측정하였다. Tyrosinase의 활성 저해율은 대조군의 흡광도에 대한 백분율로 계산하였다 24) .
- 7) 비세포 엘라스타제 활성 저해율 측정
비세포 elastin 분해효소인 elastase 활성 저해율은 James 등 25) 의 방법으로 측정하였다. 즉, 0.2 M의 Tris-Hcl (Sigma, USA) buffer를 pH 8.0로 만든 후, 600 ㎕을 tube에 옮긴 다음 3.3 mM로 희석한 N-Succinyl-(L-Ala)3- p-nitroanilide 180 ㎕을 첨가하였다. 이 후 농도별 (62.5∼1,000 ㎍/㎖)로 희석된 SRE 추출물 300 ㎕를 넣어준 다음 1 ㎍/㎖로 희석된 porcine pancreatic elastase 제 Ⅰ형과 Ⅳ형에 각각 40 ㎕와 60 ㎕를 넣어주고, 실온에 10 분간 방치하였다. 이후 p-nitroanilide의 생성량을 Microplate Reader (Bio-rad, USA)를 이용하여 475 ㎚에서 측정하였다. Elastase 활성 저해율은 다음 식에 따라 계산되며, IC 50 은 Elastase의 기질을 50% 저해하는데 요구되는 SRE의 농도 (㎍/㎖)로 표시하였다.
PPT Slide
Lager Image
A : SRE 대신 증류수를 넣고 효소를 첨가하여 반응한 후의 흡광도
B : 효소를 첨가하여 반응한 후의 SRE 흡광도
C : 효소 대신 증류수를 첨가하여 반응한 후 SRE의 흡광도
D : SRE와 효소 대신 각각 증류수를 첨가해 반응한 후의 흡광도
- 8) 세포 내 엘라스타제 활성 저해율 측정
B16F10 세포를 배양하여 24 well plate에 각 well당 1×10 5 cell/well의 농도로 분주한 후, 부착 및 안정화를 위해 24 시간 방치한 다음 SRE를 각 농도별(62.5 ㎍/㎖, 250 ㎍/㎖, 1,000 ㎍/㎖)로 처리한 후 5% CO 2 incubator에서 37℃를 유지하면서 24시간 배양하였다. 24 시간 배양 후, 세포를 1% Triton X-100을 함유한 10 mM PBS 100 ㎕에 현탁시켰다. 현탁된 세포를 vortexing한 후 1,000 rpm에서 5 분간 원심분리하여 상층액을 활성 측정 효소액으로 이용하였다. 0.2 M의 Tris-Hcl(Sigma, USA) buffer를 pH 8.0로 만든 후, 600 ㎕을 tube에 옮긴 다음 3.3 mM로 희석한 N-Succinyl-(L- Ala)3-p-nitroanilide 180 ㎕을 첨가하였다. 이 후 활성 측정 효소액 40 ㎕를 넣어주고, 실온에 10 분간 방치하였다. 이후 p-nitroanilide의 생성량을 Microplate Reader(Bio-rad, USA)를 이용하여 475 ㎚에서 측정하였다. Elastase 활성 저해율은 다음 식에 따라 계산되며, IC 50 은 Elastase의 기질을 50% 저해하는데 요구되는 SRE의 농도(㎍/㎖)로 표시하였다.
- 3. 통계처리
실험 자료에 대한 통계학적 분석은 통계 패키지인 SigmaPlot 11.0 for windows program을 사용하여 실시하였으며, Student′s-t-test를 이용하여 p값이 0.05 미만 일 때 유의성이 있는 것으로 판단하였다.
결 과
- 1. 세포의 증식율에 미치는 효과
악성 흑색종 세포의 증식율을 측정한 결과, SRE를 처리하지 않은 증식율을 100.00±1.18%로 환산하였을 때, SRE를 처리한 각 농도에서 유의성 있는 증식율 억제를 보였으나 그 중에서도 125㎍/㎖과 250 ㎍/㎖를 처리한 처리군에서 각각 72.88±4.60%와 73.49±3.77%로 SRE를 처리하지 않은 처리군의 증식율보다 유의성 (p<0.001) 있게 감소하였다( Fig. 1 ).
PPT Slide
Lager Image
Effects of SRE on proliferation rates in B16F10 cells. SRE was Saposhnikoviae Radix Extracts, B16F10 cells were attached 96 well plate, and added SRE as indicated concentrations respectively. After 24 hrs incubation, production levels of melanin were measured using MTT methods. Result are presented as mean±SD. * p<0.05, ** p<0.01, *** <0.001 vs. non-treated group(0 ㎍/㎖) (n=8).
- 2. 멜라닌 생성에 미치는 억제 효과
SRE를 처리하지 않았을 때의 멜라닌 생성량을 100.00±8.09%로 환산하였을 때, SRE를 처리한 저농도 처리군에서는 멜라닌 생성이 억제되었고, 그 중에서 SRE 125 ㎍/㎖를 처리한 처리군에서는 멜라닌 생성량이 89.73±2.03%로 SRE를 처리하지 않았을 때보다 유의성 (p<0.05) 있게 감소하였다. 그러나 SRE 고농도 처리군에서는 오히리 저농도 처리군보다 멜라닌 생성이 증가하였다( Fig. 2 ).
PPT Slide
Lager Image
Inhibitory effects of SRE on melanin production in B16F10 cells. SRE was Saposhnikoviae Radix Extracts, B16F10 cells were added SRE as indicated concentrations respectively. After 24 hrs incubation, proliferation rates were measured using colorimetric methods. Result are presented as mean±SD. *; p<0.05 vs. non-treated group(0 ㎍/㎖) (n=4).
- 3. 비세포의 타이로시네이즈 활성에 미치는 저해 효과
SRE를 처리하지 않았을 때의 tyrosinase 활성 저해율을 0.00±1.10%라 하였을 때, 비세포에서의 tyrosinase 활성 저해율은 SRE 투여 농도에 의존하여 각각 유의성 있게 증가하였다. 그러나 SRE의 The half maximal (50%) inhibitory concentration(IC 50 )은 구할 수 없었다( Fig. 3 ).
PPT Slide
Lager Image
Inhibitory effects of SRE on tyrosinase activities in vitro. SRE was Saposhnikoviae Radix Extracts, Inhibitory effects on tyrosinase activities were measured using colorimetric methods. Values are represented as percentage of inhibitory rates. Result are presented as mean±SD. * p<0.05, *** p<0.001 vs.non-treated group(0 ㎍/㎖) (n=4).
- 4. 세포 내 타이로시네이즈 활성에 미치는 저해 효과
SRE를 처리하지 않았을 때의 tyrosinase의 활성 저해율을 0.00±0.00%라 하였을 때, SRE 250 ㎍/㎖과 500 ㎍/㎖를 처리한 처리군의 tyrosinase 활성 저해율은 각각 21.65±5.61%와 42.53±12.27%로 유의성 있게 증가하였다. 그러나 IC 50 은 구할 수 없었다( Fig. 4 ).
PPT Slide
Lager Image
Inhibitory effects of SRE on tyrosinase activities in B16F10 cells. SRE was Saposhnikoviae Radix Extracts, B16F10 cells were incubated with SRE for 24 hrs in indicated concentrations. Inhibitory effects on tyrosinase activities were measured using colorimetric methods. Values are represented as percentage of inhibitory rates. Result are presented as mean±SD. *** p<0.001 vs. non-treated group(0 ㎍/㎖) (n=4).
- 5. 비세포의 엘라스타제 활성에 미치는 저해 효과
SRE 추출물을 처리하지 않았을 때의 제 Ⅰ형 elastase 저해율을 0.00±17.84%라 하였을 때, SRE 250 ㎍/㎖, 500 ㎍/㎖, 1,000 ㎍/㎖를 처리한 처리군의 저해율은 각각 34.04±14.53%, 55.32±18.87%, 71.28±8.86%로 SRE를 처리하지 않았을 때보다 유의성 있게 증가하였다. 그리고 SRE의 IC 50 은 437.53 ㎍/㎖로 계산되었다( Fig. 5 A).
PPT Slide
Lager Image
Inhibitory Effects of SRE on type I and Ⅳ elastase activity in vitro. SRE was Saposhnikoviae Radix Extracts, SRE was added into elastase I and Ⅳ in indicated concentrations. Inhibition rates of elastase I and Ⅳ by SRE were measured as production of p-nitroanilide using Microplate Reader at 475 ㎚ wavelength. Optical densities were calculated indicated formular as described in materials and methods. Result are presented as mean±SD. * p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001 vs. non-treated group(0 ㎍/㎖) (n=4).
SRE 추출물을 처리하지 않았을 때의 제 Ⅳ형 elastase 저해율을 0.00±6.54%라 하였을 때, SRE를 처리한 처리군의 제 Ⅳ형 elastase 저해율은 각각 농도 의존적으로 23.42±13.94%, 29.75±9.91%, 44.30±15.12%, 51.90±17.84%, 62.66±15.61%로 SRE를 처리하지 않았을 때보다 유의성 있게 증가하였고, IC50은 437.20 ㎍/㎖로 계산되었다( Fig. 5 B).
- 6. 세포 내 엘라스타제 활성에 미치는 저해 효과
SRE를 처리하지 않았을 때의 elastase의 활성 저해율을 0.00±1.27%라 하였을 때, SRE 250 ㎍/㎖과 1000 ㎍/㎖를 처리한 처리군의 elastase 활성 저해율은 각각 22.40±9.82%와 52.60±7.65%로 유의성 있게 증가하였고, IC 50 은 939.50 ㎍/㎖로 계산되었다( Fig. 6 ).
PPT Slide
Lager Image
Inhibitory Effects of SRE on elastase activity in B16F10 cells. SRE was Saposhnikoviae Radix Extracts, B16F10 cells were incubated with SRE for 24 hrs in indicated concentrations. Inhibitory effects on elastase activities were measured using colorimetric methods. Values are represented as percentage of inhibitory rates. Result are presented as mean±SD. ** p<0.01, *** p<0.001 vs. non-treated group(0 ㎍/㎖) (n=4).
고 찰
최근, 사회가 발전하고 생활이 윤택해짐에 따라 사회전반에 걸쳐 삶의 질을 향상시키고자 하는 많은 노력들이 이루어지고 있다. 특히 더 건강하게, 더 젊게 살고 싶어하는 욕구는 사람의 기본적인 욕망이기 때문에 주름개선을 위주로 하는 피부노화 개선에 대한 관심은 날로 증가하고 있는 추세이다 26 , 27) .
피부노화는 피부질환과 달리 나이가 들어감에 따라 필연적으로 발생하는 자연스러운 현상이다. 피부 주름은 콜라겐의 감소뿐 아니라 탄력섬유인 엘라스틴의 저하 등에 의해 발생된다 28 , 29) . 피부노화는 그 요인에 따라 내인적 노화(intrinsic aging)와 외인적 노화(extrinsic aging)로 구분할 수 있다. 내인적 노화는 피부의 구조와 생리적 기능이 나이를 먹으면서 쇠퇴하는 것이고, 외인적 노화는 태양광선 등 누적된 외부 스트레스에 의해 노화현상이 나타나는 것이다. 특히 각종 오염물질과 자외선 노출 등의 외인적 노화에 의해서 피부가 얇아지고, 주름이 증가하며 탄력이 감소될 뿐 아니라, 기미, 주근깨 및 검버섯 등이 증가하게 된다 30 , 31) . 자외선에 피부가 노출될 경우 색소 침착이 증가하는 이유는 피부세포가 자외선 흡수에 의한 손상을 방어하기 위한 목적으로 멜라닌 색소를 생성하기 때문이다 32) .
엘라스타제는 피부탄력성 섬유(elastin)을 분해하는 효소이고, 엘라스틴은 진피 내에서 피부 탄력을 유지하는데 매우 중요한 역할을 하는 단백질의 일종으로 5) 만약 엘라스틴의 저하를 유도하는 엘라스타제의 활성이 증가한다면 자외선에 의한 피부 탄성도의 감소 및 주름 생성의 주요 원인이 된다 33) .
멜라닌은 피부와 머리카락의 색상을 결정하는 주요한 인자이며 자외선으로부터 피부세포를 보호하는 역할을 한다 30) . 이러한 멜라닌은 기저층에 있는 멜라노사이트로부터 생성되고 외부자극에 의해 그 생성이 촉진되는 것으로 알려져 있어 외부의 자극을 줄이거나 그 신호의 전달을 차단하는 방법을 통해 멜라닌의 생성을 줄일 수 있기 때문에 멜라닌의 생성효소인 타이로시네이즈(tyrosinase)의 합성을 억제하거나 그 활성을 저해하면 멜라닌의 생성을 감소시킬 수 있다 34 - 36) . 타이로시네이즈는 tyrosine을 DOPA로 전환시키고, 이것이 DOPA quinone으로 산화되는 것을 촉진하며, 5,6 dihydroxyin- dole(DHI)을 indole-5,6-quinone으로 산화시킴으로써 37 , 38) 멜라닌 형성에 관여한다.
방풍 Ledebouriella divaricate(TURCZ.) HIROE은 산형과에 속한 다년생 초본인 방풍의 뿌리를 건조한 것 6) 으로 祛風止痒하는 작용이 있어 風瘡疥癬, 혹은 皮膚瘙痒등을 다스리고 7) , 柴胡와 함께 달인 물로 가려운 곳을 씻어주며 39) , 防風을 君藥으로 하는 防風通聖散은 風熱로 생긴 헌데나, 옴, 머리비듬, 얼굴과 코에 벌겋게 생긴 여드름이나 두드러기에 사용한다. 또한 淸上防風湯은 止痒·鎭痛의 효과 외에 消炎작용이 있고 8) , 十味敗毒散은 화농성질환과 피부질환의 초기에 사용하는 등 임상상 방풍을 피부질환 등에 다양하게 활용하고 있다 9) .
최근 보고된 방풍 및 방풍을 군약으로 하는 방제에 대한 연구들을 살펴보면, 노 등 13) 은 방풍의 부작용이나 중독증상의 발생을 예방하기 위해서는 사용상 주의할 점을 엄격하게 지키고, 복용량의 범위를 지키는 것이 중요하다고, 노 등 14) 은 방풍이 항염작용이 있음을, 이 등 15) 은 방풍과 강활을 함께 사용하면 항염증 작용이 상승함을, 정 등 16) 은 방풍이 난알부민 유도 알레르기 비염 마우스에서 항알레르기 작용이 있음을 보고하였다. 또한 防風通聖散에 대한 연구를 보면, 박 등 17) 이 瘡瘍에, 이 등 18) 이 乾癬에, 박 등 19) 이 비염과 미백 그리고 항산화 작용이 있어 아토피 피부염이나 각종 피부질환에 사용될 수 있음을 보고하였다.
피부탄력과 미백에 관련된 한의학적 연구현황을 살펴보면, 진 등 10) 은 호장에서 분리한 polydatin이 멜라노사이트에서 세포 생존율에는 영향을 미치지 않았지만 타이로시네이즈와 멜라닌 생성을 억제하였다고, 이 등 11) 은 三稜이 항산화 효과와 함께 멜라닌 생합성에 관여하는 단백질과 유전자의 발현 조절 경로를 통하여 멜라닌 생합성을 감소시키는 것으로 나타나 미백 소재로서의 개발 가능성을, 이 등 3) 은 桃花분획물이 미백 및 주름개선 효과가 있어 기능성 화장품 소재로서의 가능성을 확인할 수 있었다고 보고하였으며, 조 등 12) 은 주름개선을 위한 한·양방 치료 동향 및 절개침을 사용한 잔주름 치료법을 소개하였다.
이상과 같이 지금까지 발표된 방풍 및 방풍과 관련된 방제의 연구들을 살펴보면, 대부분 항알러지와 항염증에 관한 효과이지만 임상상 祛風止痒효능이 있어 피부질환에 활용하고 있고 7) , 특히 방풍통성산이 미백 효과가 있다는 보고 19) 가 있으며, 중의학에서도 방풍을 이용해 미용에 활용 20) 하고 있지만 피부 미백과 관련된 멜라닌 생성 억제 효과 및 피부 탄력과 관련된 엘라스타제 활성 저해와 관련된 연구들은 아직까지 접할 수 없었다.
이에 저자는 악성 흑색종 세포주인 B16F10 세포를 이용하여 방풍 추출물이 세포 증식율에 미치는 효과, 멜라닌 생성 억제 효과, 멜라닌 생성에 관련된 타이로시네이즈 활성 저해 효과, 피부 탄력 및 주름살 제거에 관여하는 엘라스틴을 억제하는 엘라스타제의 활성 저해 효과 등을 관찰하였다.
사람의 피부색은 hemoglobin, carotene, melanin 등에 의해 결정되며, 이중 멜라닌이 가장 중요한 인자 40) 로, 멜라닌은 표피 기저층과 기저층 하의 모낭 등에서 주로 관찰되는 melanocyte로부터 합성된다 41) . 멜라닌의 생합성은 아미노산의 일종인 tyrosin으로부터 시작하는데 37 , 38) , 만약 멜라닌 생성을 억제하려면 tyrosin의 활성을 억제하는 타이로시네이즈의 합성을 억제하거나 그 활성을 저해하게 하면 된다 34 - 36) ).
방풍 추출물 (SRE)이 B16F10 세포의 증식율에 미치는 효과를 측정한 결과, 방풍 추출물 125 ㎍/㎖과 250 ㎍/㎖를 처리하였을 때의 세포 증식율이 각각 방풍 추출물을 처리하지 않았을 때보다 30% 정도 유의성 (p<0.001) 있게 감소하였고( Fig. 1 ), 또한 멜라닌 생성 억제에 미치는 효과를 측정한 결과 방풍 추출물(SRE) 125 ㎍/㎖를 처리하였을 때 방풍 추출물을 처리하지 않았을 때보다 10 %이상 유의성 (p<0.05) 있게 감소하였다( Fig. 2 ). 이와 같은 결과는 노 등 13) 이 제시한 방풍의 부작용이나 중독증상이 있음에도 불구하고 저농도보다 고농도에서는 세포증식율이 증가하고, 이와 함께 멜라닌 생성 억제율도 증가하였다. 이는 문헌상서로 상반되는 결과로 방풍 추출물의 색깔에 의한 것인지 아니면 실험상 B16F10 세포에 미치는 또 다른 반응인지에 대하여 앞으로 더욱 연구해야 할 것으로 보인다.
한편, 방풍 추출물에 의한 흑색종 세포의 세포사멸이 30% 정도로 나타났지만 멜라닌 생성 저해는 10% 정도밖에 감소되지 않아 본 저자는 방풍 추출물에 의한 멜라닌 생성 저해가 타이로시네이즈와 관련이 있는지에 대하여 알아보고자 하였다.
비세포에서 방풍 추출물 (SRE)에 의한 타이로시네이즈 활성에 미치는 저해율을 측정한 결과 투여 농도에 의존하여 유의성있게 증가하였으나 IC 50 은 구할 수 없었고( Fig. 3 ), B16F10 세포내에서의 타이로시네이즈 활성 저해율을 측정하였을 때에도 IC 50 을 구할 수 없었다( Fig. 4 ). 이와 같이 타이로시네이즈 활성 저해율에서 IC 50 을 구할 수 없어 본 저자는 1,000 ㎍/㎖ 이상의 고농도를 투여하여야 할 것으로 생각되나 세포 증식율 및 멜라닌 생성 억제율에서 고농도의 유효성을 의심할 수 있어 방풍 추출물에 의한 멜라닌 생성 억제 기전은 타이로시네이즈와는 관련이 없는 것으로 생각되며, 추후에 연구를 더욱 진행해야 할 것으로 판단된다.
엘라스타제는 엘라스틴을 분해하는 효소로 5) 피부 주름 억제, 피부 탄력 유지에 중요한 요소인 콜라겐을 분해할 수 있는 비특이적 가수분해 효소이기도 하다42). 이러한 이유 때문에 엘라스타제 활성 검증을 통한 피부 미백 및 주름 개선 효능에 관련된 연구가 이루어지고 있다43).
방풍 추출물 (SRE)이 엘라스타제 활성에 미치는 저해 효과를 알아보기 위하여 비세포에서 엘라스타제 제 Ⅰ형과 제 Ⅳ형에 대한 활성 저해율을 측정한 결과 방풍 추출물 투여 농도에 의존하여 제 Ⅰ형 엘라스타제 저해율은 방풍 추출물을 처리하지 않았을 때보다 SRE 250 ㎍/㎖을 처리하였을 때 유의성 있게 증가하였고, IC 50 은 437.53 ㎍/㎖로 계산되었으며( Fig. 5 A), 제 Ⅳ형 엘라스타제 저해율 역시 투여 농도에 의존해 유의성 있게 증가하였고, IC 50 은 437.20 ㎍/㎖로 계산되었다( Fig. 5 B). 이는 방풍 추출물이 피부탄력에 관여하는 엘라스틴을 생성하는 것으로 판단된다. 그리하여 B16F10 세포 내에서도 엘라스타제 생성을 저해하는지에 대하여 알아보고자 엘라스타제 저해율을 측정한 결과, 방풍 추출물 250 ㎍/㎖과 1,000 ㎍/㎖를 처리하였을 때 엘라스타제 저해율이 유의성 있게 증가하였고, IC 50 은 939.50 ㎍/㎖로 계산되었다( Fig. 6 ). 이와 같은 결과는 방풍 추출물이 elastase inhibitor로서 작용할 가능성이 있음을 확인해 주는 결과로 생각된다.
이상과 같이 방풍 추출물이 흑색종 세포주를 이용하여 멜라닌 생성 억제와 엘라스타제 활성 억제에 미치는 효과를 관찰한 결과, 방풍 추출물은 비세포 뿐 아니라 세포 내에서도 엘라스타제의 활성을 억제해 피부 탄력 유지에 활용될 수 있을 것으로 생각되고, 멜라닌 색소의 생성도 억제한 것으로 판단된다.
결 론
방풍 추출물이 피부미백 및 탄력유지에 미치는 효과를 알아보기 위하여 흑색종 세포주의 멜라닌 생성 억제와 그 기전, 그리고 엘라스타제 활성 억제에 미치는 영향을 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
방풍 추출물을 처리하였을 때, 악성 흑생종 세포인 B16F10 세포의 증식율은 유의성 있게 억제되었다.
방풍 추출물 125 ㎍/㎖을 처리하였을 때, 멜라닌 생성은 유의성 있게 억제되었다.
방풍 추출물을 처리하였을 때, 비세포와 세포 내의 타이로시네이즈 활성도는 저해되었으나 IC 50 은 계산되지 않았다.
방풍 추출물을 처리하였을 때, 비세포 엘라스타제 type Ⅰ및 Ⅳ의 활성도는 유의성 있게 저해되었고, 엘라스타제 type Ⅰ의 IC 50 은 437.53 ㎍/㎖이었으며, 엘라스타제 type Ⅳ의 IC 50 은 437.20 ㎍/㎖이었다.
방풍 추출물을 처리하였을 때, 세포 내 엘라스타제 활성도는 유의성 있게 저해되었고, 엘라스타제의 IC 50 은 939.50 ㎍/㎖이었다.
References
이 현순 , 윤 진아 2010 한국식품영양과학회지 39 (2) 186 - 192
백 흥수 , 안 수미 , 우 병영 , 조 영석 , 최 수정 , 노 호식 , 변 경희 , 신 송석 , 박 영호 , 주 영협 2012 대한화장품학회지 39 (2) 127 - 132
이 진영 , 안 봉전 2012 Korean J. Microbiol. Biotechnol. 40 (4) 364 - 370    DOI : 10.4014/kjmb.1207.07007
이 상진 , 권 이영 , 조 성원 , 권 희숙 , 신 우창 2013 한국식품영양과학회지 42 (4) 550 - 555
Song J.S. , Cho K.S. , Yoon H.K. , Moon H.S. , Park S.H. 2005 Neutrophil Elastase Causes MUC5AC Mucin Synthesis Via EGF Receptor, ERK and NF-kB Pathways in A549 Cells. The Korean Journal of Internal Medicine 20 (4) 275 - 283    DOI : 10.3904/kjim.2005.20.4.275
전국한의과대학 본초학교수 共編著 2012 영림사 서울 163 - 164
신 민교 2000 용림사 서울 326 -
윤 용갑 2002 의성당 서울
이 재희 2002 의방출판사 원주 487 -
진 무현 , 정 의택 , 김 미선 , 송 혜진 , 곽 택종 , 박 선규 , 이 상민 2011 대한화장품학회지 37 (4) 327 - 335
이 범천 , 김 진화 , 심 관섭 , Zhang Yong He , 표 형배 2005 대한화장품학회지 31 (4) 305 - 310
조 승필 , 이 광호 2012 대한침구의학회지 29 (2) 29 - 36
노 성수 , 이 상남 , 서 부일 2011 동서의학 36 (1) 7 - 11
노 성일 , 김 상돈 , 박 성철 , 서 병윤 , 염 승룡 , 권 영달 , 신 병철 , 송 용선 2005 한방재활의학과학회지 15 (2) 31 - 43
이 도연 , 최 고야 , 윤 태숙 , 전 명숙 , 김 승주 , 야스카와 켄 , 유 소연 , 김 호경 2008 대한본초학회지 23 (4) 39 - 44
정 진기 , 박 용기 2012 대한본초학회지 27 (5) 85 - 90
박 성하 , 구 교성 , 강 경화 , 이 용태 2008 동의생리병리학회지 22 (1) 226 - 227
이 기훈 , 장 규태 2009 대한한방소아과학회지 23 (3) 208 - 215
박 정현 , 이 명종 , 김 호준 2011 한방재활의학과학회지 21 (2) 190 - 197
鄭 曉浩 , 陳 少麗 2005 荊芥·防風藥材在美容中的應用. 上海中醫藥雜誌 39 (10) 28 - 29
Mari M. , Seiji K. , Kenji F. , Airo T. , Toshimasa N. 2006 Evaluation of the estrogenic activities of some pesticides and their combinations using MtT/Se cell proliferation assay. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 209 (5) 413 - 421    DOI : 10.1016/j.ijheh.2006.04.004
Hosoi J. , Abe E. , Suda T. , Kuroki T. 1958 Regulation of melanin synthesis of B16 mouse melanoma cells by 1 α,25-Dihydroxyvitamin D3 and Retinoic Acid. Cancer Res. 45 (4) 1474 - 1478
Yagi A. , Kanbara T. , Morinobu N. 1986 The effect of tyrosinase inhibition for aloe. planta Medica. 3981 517 - 519
Jergil B. , Lindbladh C. , Rorsman H. , Rosengren E. 1983 Dopa oxidation and tyrosine oxygenation by human melanoma tyrosinase. Acta Derm Venereol. 63 (6) 468 - 475
James A.E.K. , Timothy D.W. , Gorden L. 1996 Inhibition of human leukocyte and porcin pancreatic elastase by homologues of bovine pancreatic tyrosin inhibitors. Bio-chemistry. 35 9090 - 9096
오 미희 , 이 주은 , 김 수연 , 김 소영 , 박 경찬 , 윤 혜영 , 백 광진 , 권 년수 , 김 동석 2009 대한화장품학회지 35 (1) 19 - 25
손 의동 , 황 재성 , 장 이섭 2005 대한화장품학회지 31 (3) 213 - 218
Seite S. , Zucchi H. , Septier D. , Igondjo-Tchen S. , Senni K. , Godeau G. 2006 Elastin changes during chronological and photo-aging ; the important role of lysozyme. J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 20 (8) 980 - 987
Antonicelli F. , Bellon G. , Debelle L. , Hornebeck W. 2007 Elastin-elastases and inflamm-aging. Curr. Top. Dev. Biol. 79 99 - 155
Gilchrest B.A. 1990 Skin aging and photoaging. Dermatol. Nurs. 2 79 - 82
Kang K.S. , Kim I.D. , Kwon R.H. , Heo Y.Y. , Oh S.H. , Kim M.A. , Jung H.J. , Kang H.Y. , Ha B.J. 2007 The evaluation of anti-wrinkle effects in oriental herb extract. J. Life Sci. 17 1147 - 1151    DOI : 10.5352/JLS.2007.17.8.1147
Wang K.H. , Lin R.D. , Hsu F.L. , Huang Y.H. , Chang H.C. , Huang C.Y. , Lee M.H. 2006 Cosmetic application of selected traditional Chinese herbal medicines J. Ethnopharmacol. 106 353 - 359    DOI : 10.1016/j.jep.2006.01.010
Tsuji N. , Moriwaki S. , Suzuki Y. , Takema Y. , Imokawa G. 2001 The role of elastases secreted by fibroblasts in wrinkle formation ; implication through selective inhibition of elastase activity. Photochem. Photobiol. 74 (2) 283 - 290    DOI : 10.1562/0031-8655(2001)074<0283:TROESB>2.0.CO;2
Gupta A.K. , Gover M.D. , Nouri K. , Taylor S. 2006 The treatment of melasma ; a review of clinical trials. J. Am. Acad. Dermatol. 55 (6) 1048 - 1065    DOI : 10.1016/j.jaad.2006.02.009
Dalton S.R. , Gardner T.L. , Libow L.F. , Elston D.M. 2005 Contiguous lesions in lentigo maligna. J. Am. Acad. Dermatol. 52 (5) 859 - 862    DOI : 10.1016/j.jaad.2004.11.063
Seo S.Y. , Sharma V.K. , Shama N. 2003 Mushroom Tyrosinase ; Recent Propeccts. J. Aqric. Food Chem. 51 (10) 2837 - 2853    DOI : 10.1021/jf020826f
Kobayashi T. , Urabe K., , Winder A. , Jimenez-Cervantes C. , Imokawa G. , Brewington T. , Solano F. , Garcia-Borron J.C. , Hearing V.J. 1994 Tyrosinase related protein 1(TRP1) functions as a DHICA oxidase in melanin biosynthesis. EMBO. J. 13 (24) 5818 - 5825
Yokoyama K. , Suzuki H. , Yasumoto K. , Tomita Y. , Shibahara S. 1994 Molecular cloning and functional analysis of a cDNA coding for DOPA-chrome tautomerase/tyrosinase-relates protein-2. Biochim. Biophys. Acad. 1217 (3) 317 - 321    DOI : 10.1016/0167-4781(94)90292-5
고려의학연구소 1996 MIS출판부 서울 304 -
부 희정 , 함 영민 , 김 정미 , 이 선주 , 현 진원 , 이 남호 2006 생약학회지 37 (2) 92 - 96
정 희록 , 조 유나 , 정 지희 , 진 동은 , 송 병기 , 허 호진. 2011 한국식품저장유통학회지 18 (4) 597 - 603