LPS에 의해 자극된 RAW264.7 대식세포에서 Rebaudioside A의 항염 효과

조욱민 ( Uk Min Cho ),황형서 ( Hyung Seo Hwang ) 대한화장품학회 2017 대한화장품학회지 Vol.43 No.2

스테비아(Stevia rebaudiana)는 남아메리카 지역이 원산지인 국화과 스테비아 속의 다년생 식물로 스테비올(steviol)을 기본 구조로 하는 다양한 배당체가 존재하며 스테비오사이드(stevioside)와 리바우디오사이드(rebaudioside) A 등이 주성분이다. 스테비올 배당체들은 설탕보다 단맛이 월등히 뛰어나 감미료로 널리 사용되어지고 있다. 최근 여러 논문들에서 스테비올 배당체들이 미백 및 항염 효과 뿐 아니라 피부장벽 타이트정션 단백질 조절에 연관되어 있다는 보고가 있었다. 따라서 본 연구에서는 스테비올 배당체인 리바우디오사이드 A의 항염 효과 연구를 통해 향후 아토피 피부염 개선 화장품 원료 개발 가능성을 확인하고자 하였다. 항염 연구를 위해 마우스 대식세포인 RAW264.7 세포를 이용하여 cell viability 및 염증 유발 사이토카인 mRNA 발현량을 분석하였다. 우선 cell viability 측정을 위해 cell counting kit-8 (CCK-8) assay를 수행하였고 세포독성이 없는 최대 농도를 250 μ M로 설정하여 이후 모든 실험을 진행하였다. 리바우디오사이드 A의 염증 조절 기능 연구는 주로 정량적 real-time RT-PCR 방법을 이용하였다. LPS에 의해 활성화된 RAW264.7 대식세포에서 리바우디오사이드 A 처리 결과 LPS 처리군 대비 iNOS 발현량은 약 47% 감소하였고, COX-2 또한 41% 감소하였다. 생성된 NO의 양 또한 농도 의존적으로 감소하였다. 대식세포를 LPS로 활성화시킨 조건에서 염증 관련 사이토카인 유전자인 interleukin (IL)-1α, IL-1β, IL-6의 발현량 조절을 확인한 결과 사이토카인(IL-1α, 1β, 6) 발현이 LPS 처리군 대비 40%, 45%, 59%로 농도 의존적 유의성 있게 감소하였다. 결론적으로 스테비올 배당체인 리바우디오사이드 A는 NO 생성 및 사이토카인 분비 억제를 통해 염증 반응을 저해하였다. 이러한 리바우디오사이드 A의 신규 항염증 조절 기능을 통해 아토피성피부염 개선 소재로의 개발이 기대된다. Stevia (Stevia rebaudiana) is a perennial plant of the genus Stevia, originated in South America. It stores many forms of glycosides, mainly stevioside and rebaudioside A, in which steviol is the basic structure. Steviol glycosides, widely used as sweeteners, are superior to sugar in sweetness. Recently, it has been reported that steviol glycosides are involved not only in the skin whitening and anti-inflammatory effect but also in enhancing skin barrier function through tight junction regulation. Thus, we examined anti-inflammatory effect of rebaudioside A and tried to identify its potential for improving atopic dermatitis as cosmetic ingredients. To investigate the anti-inflammatory effect, cell viability and mRNA expression level of inflammation-related cytokines were measured using mouse macrophage RAW264.7 cells. Cell counting kit 8 (CCK-8) assay was carried out to measure cell viability and the maximum concentration without cytotoxicity was set to 250 μM. A quantitative real-time RT-PCR method was used for the study of the inflammatory suppression of rebaudioside A. Rebaudioside A inhibited expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) up to 47% and COX-2 up to 41% compared to LPS treated condition. NO synthesis was decreased by rebaudioside A. Also, mRNA expression of interleukin (IL)-1α, IL-1β and IL-6 in LPS-stimulated RAW264.7 cells was decreased to 40%, 45% and 59%, respectively, as a concentration-dependent manner. In conclusion, rebaudioside A inhibited the inflammatory response by regulation of cytokine gene expression. From these results, we expect that steviol glycoside, such as rebaudioside A, can be used as a material for improving atopic dermatitis in the future.

Steviol β-Glucopyranosyl Ester가 RAW 264.7 세포의 산화질소 및 염증성 사이토카인 생성에 미치는 영향

정희훈 ( Heehoon Jung ),조욱민 ( Uk Min Cho ),황형서 ( Hyung Seo Hwang ),조건 ( Kun Cho ),이상린 ( Sang Rin Lee ),김무성 ( Moo Sung Kim ) 대한화장품학회 2018 대한화장품학회지 Vol.44 No.3

만성적인 염증은 낭포성 섬유증, 암, 치매, 아토피성 질환, 비만 등과 같은 염증성 질환의 원인이 된다. 또한 염증의 발생단계에 관여하는 일부 신호물질은 피부조직의 손상과 노화에도 영향을 주는 것으로 알려져 있기 때문에 염증발생 매커니즘을 조절하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 최근에는 염증반응을 억제하거나 예방하기 위해, 몇몇 식물로부터 항염증 소재를 개발하려는 연구들이 이루어지고 있다. 특히 Stevia rebaudiana는 특유의 풍미를 가지는 천연감미료 스테비올배당체(steviol glycoside, SG)를 생성하는데, 일부 SG에 대한 연구를 통해 염증억제 활성이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 기존연구를 통해 항염증 효능이 있는 것으로 확인된 스테비오사이드, 리버디오사이드 A, 스테비올 이외에도 항염증 소재로 활용될 가능성이 있는 SG가 더 존재할 것으로 예상하였다. 이를 확인하기 위하여 우리는 S. rebaudiana에서 얻은 SG의 nitric oxide (NO) 생성억제활성을 RAW 264.7 세포주를 대상으로 스크리닝 하였다. 그 결과 steviol β-glucopyranosyl ester (SGE)가 동일한 농도 조건의 SG 중에서 가장 높은 억제활성을 보여주었다. 또한, interleukin-1α (IL-1α), interleukin-1β (IL-1β), cyclooxygenase-2 (COX-2), nuclear factor kappa-light chain-enhancer of activated B cells (NF-κB), inducible nitric oxide synthase (iNOS)와 같은 염증관련 인자의 mRNA 발현량 또한 농도의존적으로 감소시키는 것으로 확인되었다. 이러한 연구결과를 통해 SGE는 마우스 대식세포인 RAW 264.7 세포에서 항염증 활성 및 NO 생성 억제 효과가 있음을 확인하였다. 이를 통하여 SGE가 항염증 소재로 활용될 잠재성이 있음을 확인하였다. Chronic inflammation is known to have effects on various diseases such as gout, cancer, dementia, atopic disease, and obesity. In addition, since some signal cascades involved in the development of inflammation are known to affect the damage and aging of the skin tissue, studies are being conducted actively to control the inflammation mechanism. In order to mitigate or prevent inflammatory response, a number of researches have been made to develop anti-inflammatory materials from some plants. In particular, Stevia rebaudiana produces steviol glycosides (SG), a natural sweetener with a distinctive flavor. Studies on some of SG have been shown to have anti-inflammatory activity. Researchers of this study expected that more SG also possess anti-inflammatory activity, besides stevioside, rebaudioside A, and steviol. In order to confirm this possibility, the researchers screened inhibition activity of various steviol glucosides for NO production in RAW 264.7 cell lines. As a result, steviol β-glucopyranosyl ester (SGE) showed the highest inhibitory activity among steviol derivatives treated at the same molar concentration. In addition, we found that mRNA expression level of interleukin-1α (IL-1α), interleukin-1β (IL-1β), cyclooxygenase-2 (COX-2), nuclear factor kappa- light chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) was also decreased in a dose-dependent manner. These results show that SGE inhibits anti-inflammatory activity and NO production in mouse macrophage RAW 264.7 cells. It was confirmed that SGE has potential to be applied as an anti-inflammatory material.

제니스테인 Cyclodextrin 포접체의 항염 및 피부장벽에 미치는 영향

최동준 ( Dong Jun Choi ),조욱민 ( Uk Min Cho ),최다희 ( Da Hee Choi ),황형서 ( Hyung Seo Hwang ) 대한화장품학회 2018 대한화장품학회지 Vol.44 No.2

제니스테인(genistein)은 대두에서 추출한 대표적인 이소 플라본 화합물 중 하나이며 노화 방지 및 항염증 활성 효과에 대한 연구가 많이 이뤄졌다. 그러나 제니스테인은 유기용매에 높은 용해도를 보일지라도 물에 대한 수용성은 매우 낮아 생체이용률이 떨어진다. 따라서 본 연구에서는 제니스테인의 수용성과 안정성이 크게 향상된 제니스테인 cyclodextrin 포접체(genistein CD complex)를 제니스테인과 직접 비교 분석하고자 하였다. 우선 세포독성 실험을 위해 RAW264.7 대식세포를 대상으로 CCK-8 assay를 시행하였고, 제니스테인 및 제니스테인 cyclodextrin 포접체 모두 10 μ g/mL 농도부터 세포독성이 나타나 최대 농도는 10 μ g/mL로 설정하고 실험을 진행하였다. LPS에 의해 활성화 된 RAW264.7 세포에서 NO(nitric oxide) 생성 및 iNOS mRNA 발현을 관찰한 결과 제니스테인 CD 포접체가 제니스테인 자체 보다 더 효과적으로 억제하였다. 또한 IL1-α, IL1-β, IL-6 및 TNF-α와 같은 염증성 사이토카인의 mRNA 발현이 농도 의존적으로 감소됨을 확인하였다. 이 뿐 아니라 인간 각질형성세포인 HaCaT 세포를 이용해 TEER 및 피부장벽 강화 효과를 관찰한 결과 제니스테인 CD 포접체 처리군에서 TEER이 농도 의존적으로 증가되었고, 세포 이동 실험에서도 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 제니스테인 CD 포접체에 대한 피부 재생 및 장벽 강화에 관한 임상 연구등이 수행된다면, 효과적인 아토피 피부염 또는 피부장벽 개선 기능성 화장품 원료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. Genistein is one of the representative isoflavone compounds isolated from soybeans and has been studied very well for its anti-aging and anti-inflammatory activity through previous studies. However, although genistein exhibits high solubility in organic solvents, it shows low bioavaility due to the low water solubility. In this study, we compared directly the functional difference between genistein and genistein cyclodextrin complex which has the improved water solubility and stability by cell based assay. Cell cytotoxicity experiment were carried out on RAW264.7 with CCK-8 assay and cytotoxicity was appeared from 10 μ g/mL, thereby maximum concentration was set to 10 μ g/mL in all condition. We discovered that genistein CD complex suppressed NO production and iNOS expression as concentration dependent manner in the condition of LPS rather than genistein. Also, we could understand that genistein CD complex was able to down-regulate mRNA expression of anti-inflammatory cytokines such as IL1-α, IL1-β, IL-6, and TNF-α as concentration dependent manner in the presence of LPS. In addition, we verified that genistein CD complex increased TEER of HaCaT human keratinocyte cells as concentration dependent pattern and stimulated cell division and migration rather than genistein in cell migration assay. Thus, it is expected that it can be used as an effective cosmetic raw material for improving atopic dermatitis or skin barrier if clinical studies on skin regeneration and skin barrier of the genistein CD complex are carried out.

RAW264.7 대식세포에서 MAPK 및 NF-κB 신호전달 억제를 통한 rebaudioside A의 항염 효과

최다희 ( Da Hee Choi ),조욱민 ( Uk Min Cho ),황형서 ( Hyung Seo Hwang ) 한국응용생명화학회(구 한국농화학회) 2018 Journal of Applied Biological Chemistry (J. Appl. Vol.61 No.2

리바우디오사이드 A는 Stevia rebaudiana Bertoni에서 분리된 천연감미료로 널리 알려진 스테비올배당체 중 하나이다. 최근 연구에서 LPS 자극에 의해 활성화된 RAW264.7 마우스 대식 세포에서 리바우디오사이드 A가 인터루킨-1α/1β 같은 염증성 사이토카인 분비를 억제하는 기능이 확인되었다. 그러나 LPS처리 시 리바우디오사이드 A의 항염 활성에 대한염증 억제기작은 정확히 제시하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 리바우디오사이드 A의 LPS 신호전달 메카니즘에서의 항염증 효능을 단백질 수준에서 규명하고자 하였다. NO 생성에 관여하는 iNOS 단백질 발현양을 분석한 결과 리바우디오사이드 A의 250 μM 처리군에서 농도 의존적으로 단백질 발현이 감소하는 것을 확인하였다. 또한 염증 신호에 의한 대표적 핵 전사 인자인 NF-κB의 mRNA 발현량 분석 결과에서도 LPS 처리군에 비해 그 발현양이 감소하였다. 또한 세포질에 존재하는 NF-κB와 I-κB 복합체는 LPS신호에 의한 I-κB의 인산화 및 ubiquitination로 인해 NF-κB가 이탈되기 때문에, 리바우디오사이드 A에 의한 pNF-κB, pI-κB의 단백질 발현을 비교 분석한 결과 NF-κB 단백질의 인산화가 농도 의존적으로 감소하였고, I-κB의 인산화 또한 저해되는 것을 확인 하였다. 최종적으로 리바우디오사이드 A는 LPS처리 조건에서 MAPK중 특이적으로 extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2)의 인산화를 농도 의존 방식으로 감소시킴으로써 NF-κB 조절 기작에 관여함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구 결과들을 통해 우리는 리바우디오사이드 A가 RAW264.7 세포에서 LPS에 의해 활성화 되는 MAPK 및 NF-κB의 발현 억제를 통해 염증이 억제될 수 있음을 확인하였다. Rebaudioside A is a natural sweetener isolated from Stevia rebaudiana Bertoni, one of the glycosides based on steviol. Recent studies have shown that rebaudioside A inhibits the inflammatory response by inhibiting cytokines secretion such as interleukin-1α/1β in activated RAW264.7 mouse macrophage cells by LPS. However, the inhibitory mechanism of inflammation by rebaudioside A in the presence of LPS has not been fully elucidated. Therefore, in this study, we tried to investigate the antiinflammatory activity of rebaudioside A at the protein level when RAW264.7 cells were stimulated by LPS. The inducible nitric oxide synthase protein expression level was reduced in the group treated with 250 μM rebaudioside A compared to the LPS-treated group. In addition, the mRNA expression level of NF-κB, which is a representative nuclear transcription factor by inflammatory signal, was also decreased as compared with that of LPS-treated group. In addition, NF-κB and inhibitor-κB (I-κB) complexes that are known to be dissociated by I-κB phosphorylation and ubiquitination were less phosphorylated than LPS treated group in the presence rebaudioside A. Finally, we could find that rebaudioside A was involved in the NF-κB pathway through reducing extracellular signal-regulated kinase1/2 phosphorylation in a concentration-dependent manner. These results suggest that rebaudioside A might suppress inflammatory reaction through MAPK and NF-κB regulation in LPS-stimulated RAW264.7.

스테비올 및 그 유도체의 세포연접 관련 클라우딘 8 발현 조절을 통한 세포이동 저해효과

최선경 ( Sun Kyung Choi ),조남준 ( Nam Joon Cho ),조욱민 ( Uk Min Cho ),심중현 ( Joong Hyun Shim ),김기광 ( Kee K. Kim ),황형서 ( Hyung Seo Hwang ) 대한화장품학회 2016 대한화장품학회지 Vol.42 No.4

밀착연접(tight junction, TJ)은 인접하는 표피 세포 사이를 서로 연결 및 접합하여 전해질과 수분의 이동을 조절할 뿐만 아니라 세포 내 신호를 전달하고 세포분열을 조절하는 등 다양한 기능을 갖고 있는 것으로 알려졌다. 또한 최근 연구에 따르면 TJ 관련 단백질들의 비정상적 발현은 암 발생 및 진행과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되었으며, TJ 구성 단백질의 발현 조절은 피부 장벽 강화 및 보습 조절과 연관된 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 세포 장벽 조절을 통해 피부 보습 조절에 관여하는 새로운 화장품 소재를 발굴하기 위해 여러가지 소재들에 대한 스크리닝을 수행하였다. 이 중 인공 감미료 소재로 널리 사용되는 스테비올 및 당 유도체(스테비오사이드)의 미백 및 주름 개선 등의 효능에 대한 기존 보고에 따라, 이들에 의한 TJ 조절 메커니즘을 확인하기 위해 다양한 세포 활성 기능 시험을 수행하였다. MTS (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium, inner salt)를 이용한 실험을 통하여 스테비올은 human keratinocyte cell line인 HaCaT 세포에 250 μM 까지 독성을 나타내지 않음을 확인하였다. Quantitative real-time PCR을 이용한 TJ 관련 단백질들의 mRNA 발현 변화를 통하여 스테비올에 의한 TJ 조절 기능을 확인하였다. 그 결과, 스테비올은 TJ 관련 단백질 중 특이적으로 claudin 8을 대조군 대비 30%수준까지 감소시키는 것을 관찰하였다. 또한, 세포이동에 의한 영향을 관찰한 결과 스테비올 처리에 의해 세포이동이 현저히 저해되는 것을 확인하였다. 마지막으로 세포 장벽의 투과성 변화를 관찰하기 위해 표피세포 피부저항(transepithelial electric resistance, TEER) 분석 결과 스테비올에 의한 세포투과성(cell permeability) 또한 증가되는 것을 관찰하였다. 이에 반해, 스테비올 유도체(스테비오사이드, 리바우디오사이드)에서는 1000 μ M까지 세포 독성이 거의 나타나지 않을 뿐만 아니라 claudin 8 발현 억제 및 세포이동 저해현상도 관찰되지 않았다. 스테비올은 HaCaT 세포의 세포 독성, claudin 8 발현 억제, 그리고 세포 이동의 저해효과를 보이는 반면 스테비올 당 유도체인 스테비오사이드, 리바우디오사이드는 세포 독성 및 세포이동에 영향이 없는 것으로 나타난 본 연구 결과들은 스테비올 당 유도체가 향후 화장품 원료로써 스테비올보다 적합한 소재임을 시사한다. The tight junction, one of Intercellular junctions, performs a variety of biological functions by bonding adjacent cells, including the barrier function to control the movement of the electrolyte and water. Recent studies have revealed that unusual expression of tight junction-related genes have been shown to be related in cancer development and progression. Recently, there are many reports that control of tight junction proteins expression is closely related to the skin moisture. In this study, we are focusing on the regulating mechanism of tight junction-associated genes by the steviol and its derivatives. Steviol, used as a sweetner, is known to chemical compound isolated from stevia plant. The MTS (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium, inner salt) assay was carried out in HaCaT cells (human keratinocyte cell line) in order to determine the cytotoxicity. As a result, while steviol showing cytotoxicity from 250 μM, steviol derivatives are not cytotoxic more than 250 μM concentration. We have observed a change in the tight junction protein via quantitative real-time PCR. Claudin 8 among tight junction proteins is only significantly reduced up to 30% in the presence of steviol. In addition, cell migration was inhibited by steviol, not by stevioside and rebaudioside. Finally, we could observe that steviol, not stevioside and rebaudioside, is able to increase the skin barrier permeability through the transepithelial electric resistance (TEER) measurements. These results suggest that the steviol and its derivatives are specifically acts on the tight junction related gene expression, but steviol derivatives are more suitable as a cosmetic material.