Effects of Portulaca oleracea L. extract on hair growth promotion and hair loss prevention in human dermal papilla cells and C57BL/6 mice

국문 초록 (Abstract)

쇠비름은 국내에서 자생하는 식물로써 피부질환, 미백 및 항노화 활성에 높은 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 탈모 개선에 있어서 쇠비름을 소재로 한 연구는 매우 제한적이다. 본 연구의 목적은 쇠비름 추출물의 항산화능을 탐색하고 쇠비름 추출물의 발모효과 및 작용기전을 in vitro 실험과 in vivo 실험을 통해 조사하는 것이다. 쇠비름 추출물의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 및 EDA 값은 각각 30.7 mg GAE/g, 49.0 mg NE/g 및 6.8%으로 나타났다. 인간 모유두세포 (hDPC)에 대한 쇠비름 추출물의 세포 독성은 CCK-8 분석을 사용하여 In vitro 실험에서 평가하였다. 쇠비름 추출물군의 hDPC 증식은3.91~31.25 ppm에서 농도 의존적으로 증가하였으며, 이는 음성대조군 (NC, DMEM군)과 양성대조군 (PC, 10µM 미녹시딜군)에 비하여 더 우수한 증식을 보였다. In vivo 실험에서 7주령 C57BL/6 수컷 마우스의 등 피부에 쇠비름 추출물을 도포하여 3주간 발모양상을 확인하고 hematoxylin-eosin 염색을 통해 모낭의 조직학적 검사를 실시하였다. 또한, 쇠비름 추출물의 발모 효능에 대한 기전을 알아보기 위해 모발 성장 촉진인자인 IGF-1과 VEGF 및 억제인자인 TGF-β1 mRNA발현정도를 실시간 중합효소연쇄반응으로 분석하였다. 그 결과, 모발 성장의 육안적 관찰에서 14일째에 쇠비름 추출물군은 음성대조군과 양성대조군에 비하여 피부 밖으로 발모가 증가되었고, 제모된 부위가 전체적으로 검게 바뀌었다. Image J 프로그램을 사용하여 측정한 쇠비름 추출물군의 발모지수와 발모지수 3점인 면적은 다른 두 시험군에 비해 우수하였다 (p < 0.05). 모낭조직을 관찰한 결과, 쇠비름 추출물군과 양성대조군은 음성대조군에 비해 모낭의 깊이와 크기가 현저하게 증가하고 성장기 진입이 촉진되었다. 마우스 등조직에서 사이토카인을 분석한 결과, 쇠비름 추출물의 IGF-1과 VEGF 발현 수준은 음성대조군에 비하여 유의적으로 높았으며, 양성대조군과 유사하였다 (p < 0.05). TGF-β1 발현 수준은 쇠비름 추출물군과 양성대조군이 음성대조군에 비하여 매우 낮게 나타났다 (p < 0.05). 본 연구 결과로부터 국내 자생식물인 쇠비름은 인간 모유두세포의 증식을 자극하고 모주기 중 성장기 진입을 촉진하는 것으로 나타났으며, IGF-1과 VEGF 및 TGF-β1 발현이 미녹시딜과 유의미한 차이가 없는 것으로 보아 천연식물소재로서 다양한 양모와 탈모 치료제 개발에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Portulaca oleracea L. is a naturally growing plant in Korea that contains antioxidants and is known to have therapeutic effects for skin diseases, whit-ening, and anti-aging. However, the beneficial effects of P. oleracea (PO) for alleviating hair loss have not been extensively studied yet. Thus, this study aimed to evaluate PO extract for antioxidant activity and hair growth promoting effect, and elucidate the underlying mechanism of its activity through in vivo and in vitro experiments. Total polyphenols, total flavonoids and electron donating ability of PO extract were 30.7 mg GAE/g, 49.0 mg NE/g and 6.8%, respectively. The cytotoxicity of PO extract on human dermal papilla cells (hDPCs) was assessed in vitro using CCK-8 assay. PO extract increased hDPCs proliferation in a dose-dependent manner; hDPCs treated with 3.91~31.25 ppm PO extract showed better proliferation than those treated with DMEM (negative control, NC) and 10 µM minoxidil (positive control, PC). The effects of PO extract were tested in vivo by applying it to the dorsal skin of 7-week-old male C57BL/6 mice, which were grouped into NC, PC and PO groups, for 3 weeks and histologically examining the hair follicles through hematoxylin-eosin staining. Further, mRNA expression levels of insulin-like growth factor-1 (IGF-1), vascular endothelial growth factor (VEGF), and transforming growth factor-β1 (TGF-β1) were analyzed by Real-time reverse transcription polymerase chain reaction. On day 14, increased hair growth was observed on the skin of mice in the PO group compared with those of the NC and PC groups, with the epilated area turned black. Moreover, the hair growth and area of hair growth index 3 scores of the PO group were superior to those of the other two groups (p < 0.05). The depth and size of hair follicle was increased in the PO and PC groups compared with that in the NC group, promoting entry into the anagen phase. IGF-1 and VEGF expression levels in the PO group were significantly higher than in the NC group, but similar to that in the PC group (p < 0.05). TGF-β1 expression was significantly decreased in the PO and PC groups compared with that in the NC group (p < 0.05). These results show that PO extract stimulates hDPC proliferation, promoting entry into the anagen phase. Thus, PO extract could serve as a good source of develop various hair growth and hair loss treatments.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 4
• 2.1. Preparation of Portulaca oleracea L. extract 4
• 2.2. Total polyphenol content 4
• 2.3. Total flavonoid content 5
• 2.4. DPPH radical scavenging capacity 5
• 2.5. Cell culture 6
• 2.6. Cell proliferation assay 6
• 2.7. Experimental animals and design of in vivo study 7
• 2.8. Visual observation of hair growth, hair growth index and relative area of hair growth analysis, histological analysis 8
• 2.9. Real-time reverse transcription polymerase chain reaction 10
• 2.10. Statistical analysis 10
• 3. Results 12
• 3.1. Antioxidant activity of PO extract 12
• 3.2. Effects of PO extract on proliferation of hDPC 12
• 3.3. Effects of PO extract on hair regeneration in C57BL/6 mice 14
• 3.4. Effects of PO extract on hair growth index and relative area of hair growth 16
• 3.5. Effect of PO extract on hair follicle morphology 19
• 3.6. Effects of PO extract on cytokine expression in mice dorsal skin 21
• 4. Discussion 23
• 5. Conclusion 31
• References 32
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