[논문]제주 자생 식물 추출물의 항산화 및 세포 보호작용에 관한 연구(I)

박수남; 최정원; 김소이; 전소미; 김진영; 양희정; 이근하

제주 자생 식물 추출물의 항산화 및 세포 보호작용에 관한 연구(I)
Antioxidative and Cellular Protective Effects of Jeju Native Plant Extracts against Reactive Oxygen Species (I) 원문보기

大韓化粧品學會誌 = Journal of the society of cosmetic scientists of Korea, v.32 no.3 = no.58, 2006년, pp.181 - 191

박수남 (서울산업대학교 정밀화학과) , 최정원 (서울산업대학교 정밀화학과) , 김소이 (서울산업대학교 정밀화학과) , 전소미 (서울산업대학교 정밀화학과) , 김진영 (서울산업대학교 정밀화학과) , 양희정 (서울산업대학교 정밀화학과) , 이근하 (서울산업대학교 정밀화학과)

초록
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본 연구에서는 제주도에서 자생하는 36종의 식물 추출물에 대한 항산화, 미백 그리고 주름억제 효능을 조사하였다. 항산화 효능은 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical)을 이용한 free radical 소거 활성 측정, luminol-의존성 화학발광법을 이용한 $Fe^{3+}-EDTA/H_2O_2$ 계에서 생성된 활성산소종(ROS)의 소거활성 측정, rose-bengal로 증감된 사람 적혈구의 광용혈법을 이용한 세포보호 효과를 측정하였다. 미백 효능 검색으로 tyrosinase 저해활성 측정과 주름개선 효능검색으로 elastase의 저해 활성을 측정하였다. 그 결과 DPPH의 free radical 소거활성은 소리쟁이 전초(Rumex crispus $FSC_{50};\;10{\mu}g/mL$)에서 높게 나타났고, 활성산소 소거활성은 질경이 전초(Plantago asiatica, $OSC_{50};\;0.006{\mu}g/mL$), 소리쟁이 전초($0.04{\mu}g/mL$), 세포보호활성은 $50{\mu}g/mL$ 농도에서 소리쟁이 전초($\tau_{50};\;1,140 min $, 후박나무 잎(Machilus thunbergii, 216 min) 및 노박덩굴 잎/줄기/꽃(Celastrus orbiculatus, 200 min)에서 크게 나타났다. $200{\mu}g/mL$ 농도에서 tyrosinase 저해활성은 뽕나무 줄기(Morus alba, 94.8%), elastase의 저해 작용은 소리쟁이 전초(81.8%), 뽕나무 줄기(74.6%), 노박덩굴 잎/줄기/꽃(63.1%)에서 큰 활성이 나타났다. 결론적으로 소리쟁이, 질경이, 후박나무 잎, 뽕나무 줄기 및 노박덩굴 잎/줄기/꽃 추출물은 기능성 화장품 제조를 위한 원료로 사용하기에 충분한 가능성이 있음을 확인할 수 있었다. 향후 제품화를 위하여 좀더 다양한 연구들이 필요하다고 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we investigated the anti-oxidative, anti-wrinkle and whitening effects of 36 plant extracts collected from self-growing plants in Jeju island. Their anti-oxidant activities were measured by free radical scavenging activity using DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical), reactive oxygen species (ROS) scavenging activities on ROS generated in $Fe^{3+}-EDTA/H_2O_2$ system using the luminol-dependent chemiluminescence assay, and cell protecting activities using the rose-bengal sensitized photohemolysis of human erythrocytes. In addition, the inhibitory activities of tyrosinase for whitening effect and elastase for anti-wrinkle were investigated. The results showed that the Rumex crispus (all grass) extract has the most significant free radical scavenging activity ($FSC_{50};\;10{\mu}g/mL$), Plantago asiatica and Rumex crispus extracts for the prominent ROS scavenging activity ($OSC_{50};\;0.006{\mu}g/mL$, $0.04{\mu}g/mL$ respectively), Rumex crispus ($\tau_{50};\;1,140 min $at $50{\mu}g/mL$), Machilus thunbergii leaf (216 min), and Celastrus orbiculatus (200 min) for cell protecting effects, Morus alba stem for the inhibitory activity on tyrosinse (94.8% at $200{\mu}g/mL$), Rumex crispus (81.8% at $200{\mu}g/mL$), Morus alba (74.6%), and Celastrus orbiculatus leaf/stem/flower (63.1%) for the activity on elastase. These results indicated that the extracts of Rumex crispus, Plantago asiatica, Machilus thunbergii leaf, Morus alba stem, Celastrus orbiculatus leaf/stem/flower could have the functional effects when they are added as ingredients in cosmetics. Thus, it is concluded that further experiments are needed to apply for cosmetic products.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

검색하였다. 또한 tyrosinase 저해활성 및 elastase 저해활성도 측정하여 활성산소에 의한 피부노화를 방지하는데 효과가 있는 기능성화장품소재를 개발하고자 하였다.

제안 방법

있다. 36종의 제주자생 식물 추출물에 대한 free radical 소거활성을 측정하였다. 측정에는 유기 자유 라디칼인 l,l-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)을 이용하였다[13].
1 mL Tyrosinase 용액(1,250 units/mL)을 반응혼합물에 가하고 37°C 에서 10 min간 항온 배양한 다음, 반응혼합물을 얼음 수조에 넣어 반응을 종결시키고, 475 nm에서 흡광도를 측정하였다. Tyrosinase를 첨가하지 않은 군을 공시험 군으로 하여 효소활성저해를 계산하였다. 활성의 크기는 0.
광용혈에 필요한 광조사는 내부를 검게 칠한 50 cm X 20 cm X 25 cm 크기의 상자 안에 20 W 형광등을 장치하고, 형광등으로부터 5 cm 거리에 적혈구 현탁액이 담긴 파이렉스 시험관을 형광등과 평행이 되도록 배열한후 15 min간 광을 조사하였다. 광조사가 끝난 후 암반응 (post-incubation) 시간에 따른 적혈구의 파괴정도를 15 min 간격으로 700 nm에서 투광도(% transmittance)로부터 구하였다.
15 min간 광을 조사하였다. 광조사가 끝난 후 암반응 (post-incubation) 시간에 따른 적혈구의 파괴정도를 15 min 간격으로 700 nm에서 투광도(% transmittance)로부터 구하였다. 이 파장에서 적혈구 현탁액의 투광도의 증가는 적혈구의 용혈정도에 비례한다.
이어서 화학발광기의 cell holder에 튜브를 넣고 5 min간 항온시킨 후 150 mM H₂O₂ 40㎕ 넣고 화학발광을 25 min 간 측정하였다. 대조군(control)은 시료 용액 대신에 증류수를 넣고, 공시험 (blank)은 시료군과 조건이 동일하나 과산화수소와 철이온이 들어있지 않은 것으로 하였다. 반응용액 중의 각 시약의 농도는 다음과 같다.
0025 U/mL) 하여 25°C 수욕 상에서 10 min간 항온배양 한 뒤 410 nm에서 흡광도를 측정하였다. 대조군은 시료 대신 시료용액으로 사용된 용매를 100 ㎕ 첨가하였다. Blank는 N-succinyl-(Ala)₃-p-nitroanilide- 용해된 완충용액 대신 0.
본 실험에 사용한 36가지 제주자생 식물추출물의 프리라디칼 소거활성 (FSC₅₀)은 Figure 1에서의 Rumex crispus (소리쟁이 전초)추출물의 경우에서 알 수 있듯이, 시료농도에 따른 라디칼 소거활성 도표로부터 구하였다.
본 연구에서는 제주 자생 식물들에 대한 자료조사에 근거하여 36종의 식물을 선택하고, 이들을 대상으로 피부노화에 가장 큰 영향을 미치는 ・OH과 ¹O₂의 생체내 생성시스템과 유사한 실험방법(Fe³^－-EDTA/H₂O₂luminol법, photohemolysis법)을 도입하여 항산화활성을 검색하였다. 또한 tyrosinase 저해활성 및 elastase 저해활성도 측정하여 활성산소에 의한 피부노화를 방지하는데 효과가 있는 기능성화장품소재를 개발하고자 하였다.
추출물을 각각 50 ㎕씩 첨가하였다. 암소에서 30 min간 pre-incubation시킨 후, 광증감제로 rose-bengal (12㎛) 0.5 mL를 가하고 파라필름(Whatman laboratory sealing film)으로 입구를 봉한 후 15 min간 광조사 하였다. ㎛㎕
제주 자생식물 추출물에 대한 항산화 활성, 세포보호작용, tyrosinase 저해활성, elastase 저해활성을 측정하였다. - 식물 추출물의 프리라디칼 소거활성(FSC₅₀) 측정 결과, 비교적 프리라디칼 소거활성이 큰 추출물(FSC₅₀: 50 ㎍/mL이하)로는 소리쟁이 전초(Rumex crispus), 털질경이전초(Plantago depressa), 깨풀 전초(Acalypha australis) 등 6종이었고, 그 중 소리쟁이 전초 추출물에서 큰 프리라디칼 소거활성을 보여주었다(FSC₅₀: 10 ㎍/mL).
모든 실험은 20°C 항온실에서 행하였다. 천연추출물의 광용혈에 미치는 효과는 post-incubation 시간과 용혈 정도로 구성돤 그래프로부터 적혈구의 50%가 용혈되는 시간인 _r50을 구하여 비교하였다.
9820)에 넣은 후, 시료 용액을 첨가하였다. 추출물을 각각 50 ㎕씩 첨가하였다. 암소에서 30 min간 pre-incubation시킨 후, 광증감제로 rose-bengal (12㎛) 0.

대상 데이터

작용한다. 본 실험에서 사용한 Fe³⁺-EDTA/H₂O₂ 계는 각종 ROS (O₂^－,・OH, 그리고 H₂O₂)를 생성시킨다. 따라서 이 계를 이용하면 ROS에 대한 총항산화능을 측정할 수 있다.
광용혈 실험은 이미 확립된 방법에 따라 수행하였다. 실험에 사용된 적혈구 현탁액은 700 nm에서 O.D.가 0.6이었으며 이 때 적혈구 수는 1.5 X 10⁷ cells/mL이었다 [5, 17].
적혈구는 건강한 성인 남녀로부터 얻었다. 채혈 즉시 heparin이 첨가된 시험관에 넣은 후, 3,000 rpm에서 5 min간 원심분리하여 적혈구와 혈장을 분리하고, 분리한 적혈구는 0.
36종의 제주자생 식물 추출물에 대한 free radical 소거활성을 측정하였다. 측정에는 유기 자유 라디칼인 l,l-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)을 이용하였다[13]. 실험방법은 0.

데이터처리

Rose-bengal을 첨가하고 광조사를 안했을 경우와 rose-bengal을 첨가하지 않고 광조사만 했을 경우는 모두 암반응 120 min까지는 용혈이 거의 일어나지 않았다. 모든 실험은 3회 반복하여 평균하였다.

성능/효과

2에 정리하였다. 비교적 프리라디칼 소거활성이 큰추출물(FSC₅₀: 50 ㎍/mL이호)")은 소리쟁이 전초(Rumex crispus), 털질경이 전초(Plantago depressa), 깨풀 전초 (Acalypha australis) 등 6종이었고, 특히 소리쟁이전초추출물은 프리라디칼 소거활성이 크게 나타났다(FSC₅₀ 10 ㎍/mL). 비교물질로 사용한 항산화제인 (+)- α-to-copherol 및 L-ascorbic acid의 FSC₅₀은 각각 5.
(1) Fe³⁺-EDTA/H₂O₂ 계를 이용한 총항산화능 측정결과 비교군으로 사용한 비타민 C (ascorbic acid)보다도 총항산화능 효과가 크고 OSC₅₀가 0.1 ㎍/mL 이하인 것이 5 개나 되었다(Pittosporum tobira(돈나무 잎), Aucubajaponica (식나무 잎), Plantago asiatica (질경이 전초), Oxalis corniculata (괭이밥 전초), Rumex crispus (소리쟁이 전초)). 이중에서 질경이 전초(OSC₅₀: 0.
(2) 사람 적혈구를 대상으로 한 활성산소에 대한 세포보호활성 측정결과, 추출물 50 ㎍/mL의 농도에서 소리쟁이전초(Rumex crispus) > 후박나무 앞(Machilus thunbergii) > 노박덩굴 잎/줄기/꽃(Celastrus orbiculatus) > 뽕나무줄기 (Morus alba) > 싸리 줄기 (Lespedeza, bicolor) > 부들 잎/줄기 (Typha orientalis > 붉은토끼풀 전초(Trifo- lium pratense) 추출물 순으로 광용혈에 대한 세포보호효과가 큼을 보여주고 있다. 특히 소리쟁이 전초(Rumex crispus, _r50 : 1, 140 min), 후박나무 잎 (Machilus thunbergii, _r50 : 216 min)는 세포보호활성이 매우 크게 나타났다.
(3) Tyrosinase 저해 활성은 뽕나무 줄기(Morus alba), 더덕 지상부(Codonopsis lancelata), 노박덩굴 잎/줄기/꽃(Celastrus orbiculatus), 싸리 줄기(Lespedeza bicolor), 부들 잎/줄기(Typha orientalis), 소리쟁이 전초(Rumex crispus)은 200 ㎍/mL 농도에서 40% 이상의 억제효과를 보여 주었다. 특히 이중에서 뽕나무(Morus alba, 94.
(4) Elastase 저해 활성은 소리쟁이 전초(Rumex crispus, 81.8%) > 뽕나무 줄기 (Morus alba, 74.6%) > 노박덩굴잎/줄기/꽃(Celastrus orbiculatus, 63.1%) > 부들 잎/줄기 (Typha orientalis, 58.0%) 순서로 다른 추출물에 비해 큰 저해활성이 크게 나타났다. 특히 소리쟁이전초 추출물은 빈낭자(Areca catechu L.
식물 추출물의 프리라디칼 소거활성(FSC₅₀) 측정 결과, 비교적 프리라디칼 소거활성이 큰 추출물(FSC₅₀: 50 ㎍/mL이하)로는 소리쟁이 전초(Rumex crispus), 털질경이전초(Plantago depressa), 깨풀 전초(Acalypha australis) 등 6종이었고, 그 중 소리쟁이 전초 추출물에서 큰 프리라디칼 소거활성을 보여주었다(FSC₅₀: 10 ㎍/mL). 비교물질로 사용한 항산화제 인 (+)-α-tocopherol 및 L-ascorbic acid 의 FSC₅₀은 각각 5.
이와 같은 방법으로 36종의 식물 추출물을 대상으로 실험한 결과가 Table 3에 나와 있다. 36종 의 식물 추출물들의 총항산화능은 DPPH법에서의 프리라디칼 소거활성보다도 훨씬 큰 활성을 나타내었다. 특히 비교군으로 사용한 비타민 C (ascorbic acid)보다도 총항산화능 효과가 크면서 OSC₅₀가 0.
Table 6과, Figure 6은 36개의 식물 추출물들의 elastase 활성 억제효과를 보여주고 있다. Elastase 저해활성은 소리쟁이 전초(Rumex crispus) > 뽕나무 줄기(Morus alba) > 노박덩굴 잎/줄기/꽃((Celastrus orbiculatus) > 부들 잎/줄기(Typha orientalis) 순서로 다른 추출물에 비해 큰 저해활성이 크게 나타났다. 특히 소리쟁이 전초 추출물은 200 ㎍/mL 농도에서 81.
이와 같이 50 ㎍/mL의 농도에서 측정한 36개의 식물추출물의 활성산소에 대한 세포보호효과(_r50)가 Table 4 에 나와 있다. Table 4에서 볼 수 있듯이, 소리쟁이 전초(Rumex crispus), 후박나무 잎(Machilus thunbergii) 세포보호활성이 매우 크게 나타났다. 비교 물질로 사용한 천연 항산화제인 (+)-α-tocopherol의 _r50은 79 min이었다,
대조군(control)은 _r50이 32 min으로 오차 범위 ± 1 min 이내로 모든 경우의 실험에서 재현성이 양호하게 나타났다. Rose-bengal을 첨가하고 광조사를 안했을 경우와 rose-bengal을 첨가하지 않고 광조사만 했을 경우는 모두 암반응 120 min까지는 용혈이 거의 일어나지 않았다.
Table 5와 Figure 5는 36개 식물 추출물들의 tyrosinase 활성 저해효과를 보여주고 있다. 이들 36개 추출물 중에서 6가지 즉, 뽕나무 줄기(Morus alba), 더덕 지상부(Codonopsis lanceolate), 노박덩굴 잎/줄기/꽃(Celastrus orbiculatus), 싸리 줄기 (Lespedeza bicolor), 부들 잎/줄기 (Typha orientalis), 소리쟁이 전초(Rumex crispus)는 200 ㎍/mL 농도에서 비교적 큰 저해 활성을 보여주었다. 특히 이 중에서 뽕나무 줄기(94.
¹O₂으로 유도된 사람 적혈구의 광용혈에 대한 식물 추출물들의 세포보호효과 측정 결과가 Figure 4에 나와 있다. 추출물 50 ㎍/mL의 농도에서 소리쟁이 전초(Rumex crispus) > 후박나무 잎(Machilus thunbergii) > 노박덩굴 잎/줄기/ 꽃(Celastrus orbiculatus) > 뽕나무 줄기 (Morus alba) > 싸리 줄기 (Lespedeza bicolor) > 부들 잎/줄기(Typha orientails > 붉은토끼풀 (Trifolium pratense) 추출물 순으로 광용혈에 대한 세포보호효과가 큼을 보여주고 있다. 이와 같이 50 ㎍/mL의 농도에서 측정한 36개의 식물추출물의 활성산소에 대한 세포보호효과(_r50)가 Table 4 에 나와 있다.
36종 의 식물 추출물들의 총항산화능은 DPPH법에서의 프리라디칼 소거활성보다도 훨씬 큰 활성을 나타내었다. 특히 비교군으로 사용한 비타민 C (ascorbic acid)보다도 총항산화능 효과가 크면서 OSC₅₀가 0.1 ㎍/mL 이하인 것이 5개나 되었다(Pittosporum tobira, Aucuba japonica, Plantago asiatica, Oxalis comiculata, Rumex crispus). 이중에서 질경이 전초(OSC₅₀ : 0.
주었다. 특히 이중에서 뽕나무(Morus alba, 94.8%), 더덕 지상부(Codonopsis lanceolata, 50.3%) 추출물에서 tyrosinase 저해활성이 크게 나타났다. 기능성화장품의 미백제로 잘 알려진 arbutin을 비교 물질로 사용한 경우, 200 ㎍/mL의 농도에서 tyrosinase 저해활성은 70%를 나타내었다.
항산화능 평가결과를 종합하면, 프리라디칼 소거활성; 소리쟁이 전초(Rumex crispus, FSC₅₀： 10 ㎍/mL), 총항산화 능력; 질경이 전초(OSC₅₀ : 0.006 ㎍/mL) 및 소리쟁이 전초(OSC₅₀ : 0.04 ㎍/mL), 세포보호활성; 소리쟁이 전초(Rumex crispus, _T50 : 1,140 min), 후박나무 잎(Machilus thunbergii, _T50 : 216 min) 추출물에서 큰 활성이 나타났고, tyrosinase의 저해활성은 뽕나무 줄기(Morus alba, 94.8%), 더덕 지상부(Codonopsis lanceolata, 50.3%) 추출물, elastase의 저해활성은 소리쟁이 전초(Rumex crispus, 81.8%), 뽕나무 줄기(Morus alba, 74.6%), 노박 덩굴 잎/줄기/꽃(Celastrus orbiculatus, 63.1%), 부들 잎/줄기 (Typha orientalis, 58.0%) 추출물에 큰 활성을 나타냈다.
활성산소에 대한 추출물의 세포보호활성은 rose-bengal 존재 하에서 사람 적혈구 현탁액에 15 min 광조사후,¹O₂ 등 활성산소종으로 유도된 용혈 정도를 암반응 시간에 따라 측정함으로써 구할 수 있었다. 대조군의 경우 적혈구 세포가 50% 용혈되는데 걸리는 시간(_r50)은 32 min으로 나타났다.

후속연구

상기의 7종의 식물 추출물(소리쟁이 전초, 질경이 전초, 후박나무 잎, 뽕나무 줄기, 더덕 지상부, 노박덩굴 잎/줄기/꽃, 부들 잎/줄기)을 대상으로 화장품 원료로의 가능성을 검토하고, 그 중 3종을 선택하여 성분 분리, 활성 검색, 안전성 실험, 제형연구 등을 통하여 기능성화장품 개발에 응용할 수 있도록 연구를 수행할 예정이다.

참고문헌 (17)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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