금상 - 페오놀(Paeonol)에 의한 표피줄기세포 활성화

표피는 피부의 제일 외각에 존재 하는 방어막으로써 미생물 감염이나 물리적 자극을 막아 주며 수분 증발을 막아서 피부 보습을 유지하는데 중요하다. 표피는 기적막에 위치한 표피줄기세포로부터 Transit Amplifying (TA)세포가 만들어지고 몇 번의 세포 분열 후 각질세포로 분화가 이루어지면서 표피층 바깥 방향으로 밀려 올라가게 되고 최종적으로 각질을 만들어서 유지가 된다.

이와 같이 표피층을 유지하기 위해서 표피줄기세포, TA세포, 그리고 각질 세포들이 평생 동안 끊임없이 세포 분열과 분화를 해야 만 한다. 그 중에서도 표피줄기세포는 평소에는 간헐적으로 분열하여 TA세포와 표피줄기세포를 하나씩 만드는 이종 세포 분열을 진행하고, 피부가 손상을 받았을 때에서는 집중적으로 분열을 하여 표피층 재건에 필요한 TA세포와 각질 세포들을 만들어낸다.

 끊임없는 세포 분열을 통해서 세포들을 공급해 주는 상피조직의 줄기세포들을 유지하는데 중요한 유전자들 중 하나로 p63 유전자가 보고되었다. 유전자 조작 마우스를 이용한 실험에서 p63 유전자가 제거 된 줄기세포들은 미성숙 세포 분열을 진행하게 되고 따라서 줄기세포가 지속적으로 감소함을 보고 하였다. 이후 진행된 연구를 통해서 피부 표피줄기세포에서만 TAp63 단백질 발현을 억제하는 유전자조작 마우스에서 비정상적인 피부 노화, 물집, 피부 궤양, 모발 이상들이 관찰되며, 이러한 현상은 TAp63 단백질이 피부줄기세포의 세포 노화를 막고 유전자 안정성을 유지시켜 주는 역할 때문으로 알려져 있다. 또한 다양한 연령대의 사람들로부터 얻은 피부조직에서 분리한 피부줄기세포(skin-derived precursor cell, SKP)를 조사한 결과 연령에 따라 그 숫자와 분화 능력이 감소하는 경향성을 보임을 보고 하였다. 이를 통해 표피줄기세포가 나이가 들어감에 따라 감소하고 이로 인해 피부 노화 현상이 초래된다고 알려지고 있다.

본 연구에서는 노화에 따른 표피줄기세포 감소를 개선하기 위해서 천연물 유래 화합물 라이브러리로부터 표피줄기세포의 세포 분열 능력을 개선하는 화합물을 검색하여 페오놀을 찾았다. 그리고 페오놀에 의한 세포분열주기 변화를 관찰하고, 표피줄기세포 마커인 p63 단백질의 발현 변화 관찰을 통해 그 효능을 검증하였다. 이번 연구를 통해 페오놀의 표피줄기세포 재생 활성화를 통한 피부 안티에이징 소재로서 효능을 확인하였으며, 안티에이징 화장품 소재로 가능성을 제안하고자 한다.

2) 연구 방법 및 연구 내용

◆페오놀의 표피줄기세포 분열 활성화 효능
피부 표피줄기세포를 기본배지에 키워 페오놀을 처리한 것과 무처리군 그리고 줄기세포배양배지에 키운 것을 비교해 보면 페오놀을 처리한 군에서 무처리군에 비해 1.35 배 정도 세포 수가 증가 한 것을 관찰할 수 있다. 이는 줄기세포배양배지에 키운 것에 비해서도 높은 정도 이다.

◆페오놀의 표피줄기세포 세포 분열 활성화 효능 확인
세포 분열을 촉진하는 사이토카인(cytokine)이 함유된 배양배지에서 키운 표피줄기세포는 기본배지에 비해 3 배 이상 BrdU로 염색된 세포가 늘어난 것을 확인 할 수 있으며, 페오놀을 단독 처리한 군에서도 약 1.8 배 이상 늘어난 것을 확인 할 수 있다. 사이토카인의 세포 분열 촉진 효능을 검증하기 위한 실험군인 bFGF 처리 실험군에서도 약 2 배 정도 BrdU 염색 세포가 늘어난 것을 확인 할 수 있다.

◆페오놀에 의한 표피줄기세포 마커 발현 확인
Western Blotting 분석을 통해서는 페오놀에 의한 표피줄기세포군 내 p63 총량의 변화를 보면 대조군에 비해 늘어나 있음을 알 수 있고 이는 표피줄기세포 활성화 물질로 보고된 Hyaluronic Acid (HA)와 EGF 처리군에서도 유사한 결과를 관찰 할 수 있다.

◆페오놀이 표피줄기세포 콜로니 형성에 미치는 영향
표피줄기세포 500 여개를 100 mm 플레이트에서 14 일 동안 키우게 되면 콜로니가 형성되는 것을 관찰할 수 있다. 무처리군과 비교해 볼 때 페오놀을 처리한 군에서 확연히 많은 수의 콜로니가 나타남을 관찰 할 수 있으며, 그 크기 또한 상대적으로 큼을 확인 할 수 있다. 콜로니를 정량적으로 분석하기 위해서 Fusion Fx 5 image system의 colony counting 분석법을 이용하여 콜로니 개수를 측정한 결과 무처리군은 65 개, 페오놀 처리군은 87 개로 1.3 배정도 증가한 것으로 나타났다.

3) 의의
본 연구에서는 노화가 진행되면서 감소하는 표피줄기세포를 재생시키는 안티에이징 소재를 찾고자 천연물 유래 화합물 라이브러리에서 표피줄기세포 활성화 소재를 검색하였으며, 페오놀을 표피줄기세포 세포 분열 활성화 물질로 발굴 하였다. 표피줄기세포의 세포 분열 주기 변화 분석을 통해 페오놀이 휴지기의 세포를 복제기로 유도 하여 표피줄기세포의 세포 분열을 활성화하는 것을 확인 하였다. 페오놀에 의한 세포 분열 활성화가 표피줄기세포의 분화에는 영향을 주지 않음을 p63 마커 확인을 통해서 검증하였으며, 줄기세포의 특성 중 하나인 콜로니 형성을 보는 CFA에서도 개선 효과를 나타내었다. 페오놀의 작용 기작을 알기 위하여 줄기세포 관련 89 종 유전자의 발현 변화 분석을 한 결과 41 종에서 유의미한 변화를 관찰하였으며, 그 중에서 self-renewal 관련 유전자들, 텔로미어 복제 관련 유전자, WNT/Notch 관련 유전자들의 발현이 증가하였다. 이를 통해 페오놀이 줄기세포의 자기복제에 관련된 여러 신호 전달 체계에 복합적으로 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

 본 연구를 통하여 페오놀의 표피줄기세포 세포 분열 활성화 효능을 발굴하였고, 이를 통해 노화에 따른 표피줄기세포 감소를 막아주는 안티에이징 소재로 활용 가능성을 확인하였다. 앞으로 임상 시험을 통한 생체 내에서 페오놀의 표피줄기세포 재생에 대한 효능 연구를 추가적으로 수행할 필요가 있다고 판단된다.

<제품 개발>
새로운 표피줄기세포 활성화 화장품 원료로 개발된 페오놀(paeonol)은 오휘 2016년 리뉴얼 라인 전 제품에 적용되어 2016년 8월에 출시