‘IFSCC 2023’ 리뷰 〈1〉 ⑤ 대한민국 포스터 논문 발표자 기고 〈1〉
ABSTRACT
머리카락은 두피를 보호하고 개인의 외모를 형성하는 중요한 역할을 하지만 유전적 및 환경적 요인에 기인한 머리카락 손실이 증가하고 있다. 현재 머리카락 손실 치료로 피부 외용제와 경구 치료제가 처방되고 있지만 여러 부작용이 보고되어 천연 소재 제품의 개발이 필요하다. 이번 연구에서는 Plantago asiatica L. 추출물(PALE)의 특정 구성 성분들이 모발 성장을 촉진하는 기작을 연구하였다. 인간 모발 모낭 피부세포(HDP)의 증식은 MTT 분석을 통해 수행되었고, 각 성장인자의 mRNA 발현 수준은 양적 실시간 PCR로 분석되었다. 모발 성장과 관련된 신호단백질은 western blot을 통해 확인하였다. PALE의 고성능 액체 크로마토그래피 분석 결과, 주요 구성 성분들의 RT(Retention Time)는 각각 9.663min과 13.770min이었고, Plantamajoside와 verbascoside 표준 물질들과 일치했다. Planta-majoside와 verbascoside는 growth factor의 발현을 상승시킴으로써 HDP 세포의 증식을 촉진하였고, 이 효과는 β-Catenin 경로에 의해 일어나는 것을 확인했다. 이 연구에서는 plantamajoside와 verbascoside가 탈모 예방 및 모발 성장을 위한 잠재적 치료제로 고려될 수 있음을 제안한다.
▶ Keywords: Plantago asiatica L.; Hair growth; Human Hair Follicle Dermal Papilla Cells; Plantamajoside; Verbascoside
결과
Plantago asiatica L.의 plantamajoside와 verbascoside의 고성능 액체 크로마토그래피
이번 연구에서는 PALE(P. asiatica L. 추출물) 내의 plantamajoside와 verbascoside를 HPLC 분석을 통해 확인하였다. Plantamajoside와 verbascoside 모두에 대해 상관 계수는 0.99 이상이었다. HPLC 데이터에 따르면 Plantamajoside와 verbascoside의 RT는 각각 9.663min과 13.770min으로, 이는 각 물질의 표준 물질과 일치하였다. Plantamajoside와 verbascoside의 HPLC 면적은 각각 2100932와 2381756이었다. 또한, plantamajoside와 verbascoside의 농도는 각각 1.18%와 7.58%였다(그림 1).
PALE, plantamajoside 및 verbascoside는 HDP 세포의 증식을 촉진 시킨다
HDP 세포는 영양소와 성장 인자를 저장하며 이를 통해 모낭의 발달과 성장을 조절한다. 게다가, HDP 세포의 증식은 모발 성장에 많은 영향을 준다. 실험을 진행하기 전 PALE, plantamajoside 및 verbascoside 세포 생존율을 평가하였다. PALE, plantamajoside 또는 verbascoside의 미처리 그룹과 비교하여 세포 독성이 없었다.
HDP 세포는 48시간 동안 다양한 농도의 PALE, plan-tamajoside 또는 verbascoside로 처리되었다. PALE의 농도가 10, 25 및 50μg/mL인 경우 HDP 세포의 증식을 각각 4.95%, 8.14%, 10.24%로 촉진시켰다(그림 2 A). Plantamajoside 또는 verbascoside 처리는 무처리 그룹 대비 각각 30μg/mL에서 세포 증식을 9.71%, 10.79%로 촉진시켰다(그림 2 B, C).
Plantamajoside와 verbascoside는 HDF 세포에서 성장 인자의 mRNA 발현 수준을 증가시켰다.
모발 성장은 다양한 사이토카인에 의해 조절된다. PALE 처리가 사이토카인 수준에 미치는 영향을 평가하기 위해 HDP 세포에서 성장 인자의 mRNA 수준을 추정하였다. 48시간 반응 후, plantamajoside는 HDP 세포의 FGF2, KGF 및 HGF 수준에 영향을 미치지 않았지만, VEGF 수준을 상당히 증폭시켰다(그림 3A–D). Plantamajoside 30μg/mL 처리 후 VEGF의 mRNA 수준은 28.25% 증가하였다. 반면, verbascoside는 실험을 진행한 모든 인자에 대해 효과적으로 증가시켰다. FGF2의 mRNA 수준은 verbascoside 30μg/mL 처리 후 33.06% 증가하였다. 더 나아가, KGF, VGF 및 HGF mRNA 수준은 각각 22.46%, 24.65%, 29.17% 증가하였다(그림 3E–H).
PALE는 HDP 세포에서 GSK-3β/β-Catenin 신호전달 경로를 활성화시켰다.
Wnt/β-Catenin 신호전달 경로는 머리카락 성장 인자를 규제하며, β-Catenin은 머리카락 모낭의 줄기세포와 머리카락 재생을 촉진하는 데 중요한 역할을 한다. β-Catenin은 HDP 세포에서 KGF와 VEGF의 발현을 조절한다. GSK-3β의 Ser9 인산화는 그 활성을 하향 조절하며, 이로 인해 β-Catenin의 인산화가 감소한다. β-Catenin의 탈인산화는 그 ubiquitination을 감소시키고, 핵 내 축적을 유도하여 전사 활동을 나타낸다. 이전 연구에서는 PALE가 HDP 세포 내 β-카테닌을 증가시켰음을 보여주었다. 이 신호전달에 대한 plantamajoside와 verbascoside의 영향을 확인하기 위해 HDP 세포를 3, 10 및 30μg/mL의 시료로 10분간 처리한 후 western blotting을 수행하였다. Plantamajoside는 GSK-3β를 Ser9에서 용량 의존적으로 인산화시켰다. GSK-3β가 억제되면 HDP 세포 내 총 β-카테닌 양이 증가한다(그림 4 A-C).
또한, verbascoside는 GSK-3β의 인산화를 농도 의존적으로 증가시켰다. β-Catenin은 무처리 그룹과 비교하여 세포 내에서 약 1.90 배 증가되었다(그림 4 D-F).
토론
모발 손실은 많은 사람들에게 영향을 미치는 일반적인 문제이지만, 결정적이고 효과적인 치료나 예방 방법은 아직 확립되지 않았다. 모발 손실은 모발 성장기 기간의 유지나 휴지기 단계에서 성장기 기간으로의 전환에 문제가 발생할 때 나타난다. 그러므로 성장 기간의 보존은 모발 손실을 예방하는 데 있어 중요한 요소다. 특히, HDP 세포는 모발 형성, 재생 및 성장 기간의 지속에 중요한 역할을 한다.
이번 연구에서는 PALE에 plantamajoside와 ver-bascoside가 함유되어 있다는 것을 확인하였다. verbascoside는 항염증 효과를 가지고 있으며, HDP 세포의 세포 생존율을 증가시키고 테스토스테론을 감소시킨다. PALE은 용량 의존적으로 HDP 세포의 증식을 증가시켰다. 뿐만 아니라 그 구성 성분인 plantamajoside와 verbascoside는 HDP 세포의 증식을 촉진시켰다.
모발 성장 인자들은 모발 성장을 조절하는데 중요한 역할을 하며, 성장 기간의 지속에 기여한다. 특히, KGF는 머리카락 모낭의 성장과 성숙을 유도하는 데 사용된다. VEGF는 머리카락 모낭 내에서 혈관 신생을 촉진하여 머리카락 성장과 머리카락 모낭의 크기를 조절한다. HGF는 각질형성세포 분화와 모낭 성장을 촉진한다. 이번 연구에서는 verbascoside에 노출된 후 HDP 세포에서 이러한 성장 인자들의 mRNA 발현 수준에서 유의한 농도 의존적 증가를 관찰하였다. plantamajoside 또한 VEGF 발현을 유의하게 증가시켰다.
이러한 성장 인자들은 Wnt/β-Catenin 신호전달 경로를 통해 조절된다. Plantamajoside나 verbascoside는 GSK-3β의 Ser9 인산화를 유도하여 β-Catenin을 세포내에 축적시킨다. 이 연구를 통해 이전 연구에서 관찰된 PALE의 모유두세포에서 모발 성장 가능성은 plantamajoside와 verbascoside에 의한 결과임을 확인할 수 있었다.
결론
이번 연구에서는 Plantago asiatica L.의 주요 구성 성분인 plantamajoside와 verbascoside의 머리카락 관리에 대한 응용 가능성을 조사하였다. plantamajoside와 verbascoside는 성장 인자의 발현을 증가시킴으로써 HDP 세포의 증식을 촉진하였다. 또한, PALE 성분들의 머리카락 성장 인자에 대한 증가 효과는 GSK-3β/β-카테닌 신호전달 경로를 통해 증가 되었다. 결론적으로, plantamajoside와 verbascoside는 모발 성장기 기간을 유도함으로써 모발 손실을 개선하기 위한 잠재적인 소재로 고려될 수 있다.