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금상 - 베라트릭산의 자외선으로부터 피부보호 효과

2017 동암화장품과학자상

안용찬 기자   |   aura3@beautynury.com
입력시간 : 2017-06-05 13:53:00
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사본 -신승우.png피부는 외부환경에 직접적으로 노출되는 기관으로 일광등의 자외선을 항상 접하게 된다. 이러한 피부에 자외선이 과도하게 가해지면 생체반응으로 염증 및 조직손상, 면역억제, DNA 및 결합조직의 손실 등을 초래하며 collagen의 분해 촉진, 주름의 형성, 노화의 촉진 등 피부변화를 가져온다.

Ultraviolet-B(UVB)와 같은 자외선은 생체 내 자유라디칼(free radicals)의 생산과 항산화 방어체계(antioxidant defense system)의 균형을 깨뜨려 피부조직 내 활성산소의 과다 생성으로 세포내 구조와 세포막에 손상을 일으키며 산화스트레스를 유발하게 된다.

결과적으로 피부에 발생한 산화스트레스는 피부 광노화현상(photoaging)을 촉진하게 되는 것이다.

세월의 흐름에 따라 자연적으로 나타나는 내인성 노화(intrinsic aging)와 달리, 광노화 현상은 자외선의 노출을 피하면 예방할 수 있는 피부노화현상으로 자외선에 의해 교원질(collagen) 및 탄력섬유(elastin fibers) 등의 기질 단백질이 손상되어 피부 내 교원질의 양이 부족해지고 탄력섬유가 변성되면서 주름이 유발된다. 현재까지 피부노화 억제 및 개선을 위한 많은 연구가 진행되고 있으며 기능성 물질들이 다양하게 개발되어 사용되고 있다. 그 중 retinoids는 각질형성세포와 섬유아세포의 증식을 유도하고 진피에서 콜라겐 합성을 촉진하는 것으로 알려져 있다.

다양한 천연 또는 합성 retinoids는 노화의 치료를 위해 사용되었고 임상적인 개선을 보여주었으나, retinoids를 국소 도포제로 사용하는 많은 환자들에서 레티노이드 피부염(retinoid dermatitis)이라는 자극성 피부염을 초래해 홍반, 건조, 작열감, 소양감 등의 부작용을 일으키는 것으로 보고되었다.

이에 따라 피부노화 억제를 위해 부작용이 적으면서 효과가 높은 안전한 제품 개발이 요구되고 있다.  효능과 안전성면에서 우수할 뿐만 아니라, 기존 원료와 차별화할 수 있는 소재개발이 절실한 상황이고 개발될 경우 큰 파급효과를 기대하고 있다.  최근 피부 노화를 억제할 수 있는 천연물 연구가 많은 관심을 받고 있다. 특히, 버섯은 항암, 항균, 항염 및 항산화 효과를 가지는 페놀성 화합물 (Phenolic compounds), 플라보노이드 (Flavonoids) 들이 많이 함유 되어 있어 매우 매력적인 연구대상이다. 최근 연구에 따르면 veratric acids는 한국 약용 버섯류에 함유되어 있으며, 실제로 항산화 및 항염 효과를 가지는 것으로 보고 되었다. 하지만, 아직 피부 과학 분야에서 연구는 미진하여 본 연구를 시작하게 되었다.

○ 베라트릭산 (Veratric acid) 의 콜라겐 생성효과 확인

=> 피부의 대표적인 탄력 섬유인 콜라겐(collagen)은 엘라스틴(elastin)과 함께 망상으로 존재하며 진피를 지지하는 기능을 담당한다. 이러한 콜라겐은 섬유아세포에 의해 생성되며, 엘라스틴,glycosaminoglycan, 당단백 등과 함께 세포외 기질(extracellular matrix, ECM)의 대부분을 구성하게 된다. 피부 노화의 특성으로는 피부의 탄력성 감소, 주름,기미 등을 들 수 있으며, 이들은 과도하게 생성된 활성산소종으로 인하여 콜라겐과 엘라스틴 등의 탄력섬유에 지질과산화가 일어나 비정상적인 교차결합 및 사슬절단으로 발생하게 된다). 특히, 반복적인 자외선 노출로 피부의 matrix metalloproteinases (MMPs)가 증가하게 되면, 이는 피부의 콜라겐을 분해하여 피부 주름 생성을 촉진하게 된다. 즉, 피부의 주름은 콜라겐의 합성과 분해의 불균형에 기인하며 특히 광노화된 피부의 경우 콜라겐 합성이 감소하고 분해효소의 활성이 증가되어 있는 특성이 나타난다. 본 연구에서 NHF (Normal human fibroblast) 세포에 베라트릭산을 처리하였을 때 대조군 (-) 에 비해 콜라겐 합성이 증가하는 효과를 확인 할 수 있었다.


○ 베라트릭산 (Veratric acid) 의 콜라게네이즈 저해효과 확인

=> 자외선 노출은 피부의 콜라겐을 분해하여 피부 주름 생성을 촉진하는 콜라게네이즈가 증가하게 된다. 본 연구에서 NHF (Normal human fibroblast) 세포에 베라트릭산을 처리하였을 때 자외선에 의해 증가된 콜라게네이즈 (MMP-1)를 농도의존적으로 유의한 감소효과를 나타내었다. 베라트릭산은 주름개선에 도움을 줄 수 있는 원료로 판단된다.


사본 -신승우 논문2.png


○ 베라트릭산 (Veratric acid) 의 피부세포 보호효과 확인

=> 자외선B를 이용한 각질형성세포 (HaCaT)를 손상하는 모델을 이용하여 베라트릭산의 처리 농도에 따른 세포 생존 정도를 MTT assay와 세포의 모양을 관찰함으로써 확인하였다. 베라트릭산의 농도가 증가함에 따라 세포 생존 정도가 증가함을 알 수 있다. 또한, 섬유모세포 (Fibroblasts)의 세포 독성을 억제시키는 효과도 확인할 수 있었다.


○ 세포내 유해산소 대사 활성
=> 자외선 B 조사에 의해 피부조직 내 과다 생성된 활성산소는 체내 존재하는 항산화 효소계의 활성을 억제시킴으로써 세포막의 손상과 DNA, 단백질, 지질 등의 생체 구성성분을 산화시켜 노화를 촉진한다). UVB를 조사한 군에서 조직의 손상을 방어하는 항산화물질인 GSH의 함량은 감소를 나타내었으며 베라트릭산 처리군에서 유의한 GSH 함량 증가를 나타내었다.


○ 자외선B에  DNA 손상 감소효과

=> 자외선B는 세포에 과산화물질을 생성하여 DNA에 손상을 준다. 이러한 손상이 수복되지 않으면 유전자 돌연변이와 피부암을 유발하게 된다. 그러므로 자외선B에 의한 DNA 손상을 억제할 수 있는 항산화 물질들은 photo-cacinogenesis에 대한 억제효과가 있다고 보여진다. DNA 손상은 comet assay와 DNA damage marker인 CPDs ( cyclobutane pyrimidine dimers), p-H2A.X, p-p53의 immunostaining으로 확인하였다. 베라트릭산은 자외선B에 유도된 DNA 손상에 대한 보호물질로서 가능성이 있는 것으로 판단된다.


     
○ 자외선B에 대한 세포사멸 억제효과
=>자외선에 의하여 피부에 발생하는 다양한 염증성 피부질환 중 일광화상은 급성으로 발생하는 피부손상에 속한다. 즉 피부의 각질형성 세포에 과다한 자외선이 조사되면 각질형성 세포는 세포사멸 과정을 거치면서 sunburn 세포를 형성하면서 죽게 된다. 자외선B를 매개로 한 세포사멸은 DNA 분절화 및 caspase 활성화 과정을 거치고 베라트릭산이 이를 억제함을 확인하였다.


○ 자외선에의해 유도된 염증작용에 미치는 베라트릭산의 효과

=> 자외선 B는 피부 조직 내 염증 반응을 발생시켜 피부 색깔이 붉게 변하고 따끔 거리는 증상이 발생하게 된다. 일광화상 과정에서 각질형성세포가 죽은 sunburn cell은  PGE2,, IL-6, IL-8, TNF-α와 같은 염증 유도 cytokines의 발현이 증가하는 것으로 알려져 있다. 이러한 염증 유도 cytokines의 발현 감소 및 조절은 자외선에 의한 피부손상을 최소화 하는데 있어 중요하다고 여겨진다. 본 연구에서는 PGE2 와 IL-6 의 발현정도와 PGE2 생성에 영향을 미치는 COX-2의 발현양성을 ELISA와 Western 방법으로 측정하였다. 베라트릭산은 자외선 B가 조사된 대조군에 비해 COX-2, PGE2, IL-6 모두 발현을 감소시키는 효과가 있었다.


○ 자외선에 의해 발생하는 피부 홍반에 베라트릭산이 미치는 영향

=> 과량의 자외선 조사에 의한 피부의 급성적인 초기반응은 염증 발생이다. 염증반응이 심한 경우 비만세포의 증가와 함께 탈과립으로 방출된 histamine은 혈관 확장을 초래하여 홍반을 일으킨다. 피부의 염증반응 정도를 알아보기 위해 비침습적인 방법으로 홍반도를 측정한 결과, 베라트릭산을 6일동안 꾸준히 도포해준 군은 대조군(Control)에 비해 유의하게 낮았으며, 실험 6일차에 대조군에 비해 약 30 % 가량의 홍반 감소 영향을 보였다.  이는 베라트릭산이 자외선에 의한 피부 염증반응을 억제 할 수 있음을 뒷받침한다.


○ 인체 피부 일차자극시험

베라트릭산에 대한 피부 안전성, 즉 피부반응의 관찰을 통해서 자극 혹은 알레르기성 반응의 발생 여부를 알아보기 위하여 인체 피부 일차자극시험을 실시하였다. 시험 결과 베라트릭산에 대한 피부반응도는 판정기준에 의하여 무자극으로 안전한 소재임을 알 수 있었다.


현재 사용되고 있는 노화 소재들의 경우 소비자들의 높은 수요에도 불구하고 종류가 많지 않고, 효능이 미미하거나 부작용이 보고되는 등 여러 문제점들을 가지고 있다. 그러므로 효능과 안전성면에서 우수할 뿐만 아니라, 기존 원료와 차별화할 수 있는 소재개발이 절실한 상황이고 개발될 경우 큰 파급효과를 기대하고 있다. 


따라서, 본 시험자들은 피부 노화억제 효과가 우수하면서도 안정성이 높고, 피부 부작용이 없는 단일물질을 개발하고자 하였다. 베라트릭산은 자외선에 손상을 입은 피부유전자 (DNA)의 획복(repair) 작용을 탁월하게 할 뿐 아니라 피부 염증 및 피부암을 일으키는 사이토카인의 생성을 억제시키는 기능을 가지고 있어 자외선으로부터 세포를 보호하는 물질임을 밝혔다. 이같은 결과는 피부 임상 시험에서 자외선에 의한 피부손상을 복구하고 막아주는 효과를 나타낼 뿐만 아니라 안전성 또한 우수한 것으로 입증됐다. 따라서 베라트릭산과 같이 자외선에 관련 방어 및 손상복구 물질은 자외선 차단제 못지않게 피부의 건강을 지키는데 효과적으로 사용 가능할 것으로 판단된다.

 
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