[논문]도라지 추출성분의 항균·항산화 및 탈모예방 효과

정민화

doi:10.9799/ksfan.2019.32.5.553

도라지 추출성분의 항균·항산화 및 탈모예방 효과
Evaluation of Antibacterial, Antioxidant Fractionalities and Hair Loss Prevention Effect of Platycodon grandiflorum 원문보기

한국식품영양학회지 = The Korean journal of food and nutrition, v.32 no.5, 2019년, pp.553 - 559

정민화 (대동대학교 두피.모발연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

To investigate the effects of antioxidant activities and hair loss prevention of extracts from Platycodon grandiflorum, we've prepared chloroform (CF) and ethylacetate fractions (EA) extracted from P. grandiflorum. In the results of DPPH radical scavenging assay, the two fractions showed dose-dependent antioxidant activities. Furthermore, in the ABTS assay, the two fractions exhibited the inhibitory effect over 90% at 10, 50, 100, 200 mg/mL. To investigate the inflammation inhibitory effect, we used RAW264.7 cells, these extracts were inhibited inflammatory reaction by suppressing the production of nitric oxide (NO) and prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$) in dose-dependent manner. In the assay of HaCaT cells' proliferation, the 24 hr treatment of the extracts significantly accelerarted cell proliferation in the range of concentrations used. The two fractions inhibited the proliferation of Malssezia furfur, the bacteria induce the dandruff. Finally, the CF could significantly inhibit the DHT production at 1, 10, 50, $100{\mu}g/mL$, but EA showed the inhibitory effect at the concentration over $50{\mu}g/mL$. The overall results of this study suggest that the chloroform (CF) and ethylacetate fractions (EA) from P. grandiflorum could be a useful raw material for the hair loss prevention products.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. The medium composition for P. acnes and M. furfur
$Table 2. The antioxidant activity of P. grandiflorum fractions$ 표 Table 2. The antioxidant activity of P. grandiflorum fractions
$Table 3. The cytotoxic activity of P. grandiflorum fractions on RAW264.7 cells$ 표 Table 3. The cytotoxic activity of P. grandiflorum fractions on RAW264.7 cells
$Table 4. The effect of P. grandiflorum fractions on NO and PGE<sub>2</sub> production$ 표 Table 4. The effect of P. grandiflorum fractions on NO and PGE₂ production
$Table 5. The effect of P. grandiflorum fractions on HaCaT cells’ proliferation$ 표 Table 5. The effect of P. grandiflorum fractions on HaCaT cells’ proliferation
$Table 6. The antibacterial activity of P. grandiflorum fractions$ 표 Table 6. The antibacterial activity of P. grandiflorum fractions
$Table 7. The effect of P. grandiflorum fractions on DHT production$ 표 Table 7. The effect of P. grandiflorum fractions on DHT production

AI 본문요약
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문제 정의

, COX-2(cylooxygenase-2), NO 등과 같은 염증관련 인자들의 농도가 증가하며(Vane JR 1971; Lee 등 2007), 혈관확장, 혈관 세포막의 투과성 증가 이외에도 지루성 피부염 등 두피의 염증반응 유발되어 탈모가 일어난다. 따라서, 본 연구에서는 도라지로 부터 추출한 클로로포름 분획(CF)과 에틸아세테이트 분획물 (EA)의 탈모방지 효과를 확인하기 위해, RAW264.7 cell에 염증 유발인자인 LPS를 처리하여 염증반응을 유도하였다. 여기에 CF와 EA를 처리하고, 염증관련 인자인 PGE₂ , NO의 생성 변화를 살펴 보았다.
모발은 피부의 부속기관이며, 건강한 두피는 매끄럽고 윤기가 나는 모발을 가진다(Patal 등 2015). 따라서, 본 연구에서는 도라지로부터 추출한 클로로포름 분획(CF)과 에틸아세테이트 분획물(EA)이 피부세포 증식에 미치는 영향을 관찰하기 위해 인간피부세포인 HaCaT cell에 대한 독성을 확인하였다. HaCaT cell은 표피의 항상성과 병태생리 연구에 오랜 기간 사용되고 있으며, Pekmezci 등(2018)은 대표적인 탈모치료제인 미녹시딜이 HaCaT cell에서 IL-1 α 발현을 억제시킴으로써 항염증효과를 낸다고 하였다.
모포 상부의 피지선으로부터 피지가 과잉 분비되면 두피 상재균 등에 의해 분해되고, 분해산물에 의해 지루성 탈모증을 일으키기도 한다. 따라서, 본 연구에서는 탈모의 원인균인 P. acnes 균과 M. furfur 균을 이용하여 도라지 분획물들의 항균효과를 살펴보았다. CF와 EA 처리 후 클리어존의 형성 유무를 관찰한 결과, P.
이번 연구에서는 도라지로부터 추출한 클로로포름 분획과 에텔아세테이트 분획의 항산화 활성을 확인하기 위해 DPPH와 ABTS 라디칼 소거능을 측정하였다. 그 결과, 클로로포름 분획과 에텔아세테이트 분획의 DPPH 라디칼 소거능의 IC₅₀ 값이 각각 19.
이상의 연구들에서 보았듯이, 도라지 추출물의 탈모예방 효과에 대한 연구는 전무한 실정이므로 본 연구에서는 도라지로부터 탈모예방 및 치료에 효과적인 유용성분을 얻기 위해 에탄올추출물로부터 클로로포름, 에틸아세테이트 순으로 극성 차이에 따라 분획층을 분리하였고, 이들 분획들의 항균·항산화 및 탈모방지 효능을 증명하고자 하였다.

제안 방법

ABTS assay는 Re 등(1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich, St.
FBS가 없는 배지에 도라지 에탄올 추출물을 1, 10, 50, 100, 200 μg/mL 농도로 첨가한 배지에 세포를 3일 동안 배양 하였다.
여기에 CF와 EA를 처리하고, 염증관련 인자인 PGE₂ , NO의 생성 변화를 살펴 보았다. RAW264.7 cell에 대한 독성실험결과(Table 3), 독성을 나타내지 않은 농도범위에서 LPS와 CF, EA를 처리한 후, PGE₂ 와 NO 생성정도를 측정하였다. Table 4에 나타낸 바와 같이, CF와 EA 처리군에서 모두 농도의존 적으로 NO의 생성을 저해하였다.
RAW264.7 cell을 96 well plate에 분주한 후 세포가 80% 성장하면 1 μg/mL lipopolysaccharide(LPS, Sigma-Aldrich, MO, USA)와 함께 1, 10, 50, 100, 200 μg/mL 농도로 24시간 처리하였다.
Rat의 간을 이용하여 DHT 저해능을 측정하였다. 간 중량의 2배에 해당하는 PBS를 간에 넣고 균질화한 후, 0.
도라지를 깨끗이 씻어 흙을 제거한 다음 잘게 잘라 40℃에서 24시간 동안 열풍건조시킨 후 분쇄기로 갈아서 도라지 분말을 제조하였다. 도라지 분말 중량의 10배 부피의 70% 에탄올 (Daejung Chem., Siheung-si, Gyeonggi-do, Korea)을 첨가하여 35℃, 48시간 동안 교반하여 2회 추출하였고, 이 추출물에 클로로포름, 에틸아세테이트 순으로 첨가하면서 극성 차이에 따라 층이 분리되는 성질을 이용하여 분액깔대기로 각 용매별 분획물을 얻었다. 본 실험에 사용된 클로로포름 분획물 (CF)과 에틸아세테이트 분획물(EA)은 감압농축하여 용매를 제거한 후 DMSO에 녹여 사용하였다.
탈모를 일으키는 대표적인 호르몬인 DHT는 모낭세포에 작용하여 모낭의 안드로겐 수용체와 결합하여 단백질 합성을 저해하고, 모발 주기 중 생장기를 단축시키고, 더 빨리 휴지기로 접어들게 됨으로써 모발이 가늘어지고 탈모가 유발 되는 것으로 알려졌다(Stenn & Paus 2001). 도라지로부터 추출한 클로로포름 분획(CF)과 에틸아세테이트 분획물(EA)의 DHT 생성 저해 효과를 관찰하기 위해 rat의 간에 추출물을 첨가하여 반응시킨 후 DHT 생성 정도를 측정하였다. 도라지 분획물 처리로 인해 DHT 생성이 농도 의존적이지는 않았으나, 실험에 사용된 모든 농도범위에서 유의적 생성저해효과를 나타내었다(Table 7).
실험에 사용한 도라지(Platycodon grandiflorum)는 지리산 도덕농원에서 2018년산 3년생 장생도라지를 구입하였다. 도라지를 깨끗이 씻어 흙을 제거한 다음 잘게 잘라 40℃에서 24시간 동안 열풍건조시킨 후 분쇄기로 갈아서 도라지 분말을 제조하였다. 도라지 분말 중량의 10배 부피의 70% 에탄올 (Daejung Chem.
도라지의 탈모예방 효과를 검증하기 위해 도라지로부터 클로로포름 분획(CF)과 에틸아세테이트 분획(EA)을 추출하였다. 본 연구에 사용된 두 가지 추출물 모두에서 농도 의존 적으로 DPPH 라디칼 소거능을 나타내었으며, ABTS 라디칼 소거능 시험에서는 CF와 EA의 IC₅₀ 값이 각각 3.
HaCaT cell은 표피의 항상성과 병태생리 연구에 오랜 기간 사용되고 있으며, Pekmezci 등(2018)은 대표적인 탈모치료제인 미녹시딜이 HaCaT cell에서 IL-1 α 발현을 억제시킴으로써 항염증효과를 낸다고 하였다. 독성을 나타내지 않는 농도범위에서 CF와 EA를 24시간과 48시간 처리한 후 세포 증식율을 관찰하였다(Tabel 5). 24시간 CF 및 EA 처리 시 각각 최대 20% (CF 0.
멸균된 disc paper(8mm, Toyo seisakusho, Kashiwa-shi, Chiba, Japan)를 준비하고, 50 μL의 시료를 각각 disc에 주입하고 평평한 부분이 밑으로 가도록 하여 도말된 고체배지에 올려놓고 클리어 존의 크기(cm)를 측정하여 항균활성을 평가한다.
25 M sucrose)를 첨가, 4℃, 1,500 g에서 20분간 원심분리한다. 상층액을 취해 DHT kit(Immuno-Biological Laboratories, Inc., Minneapolis, MN, USA) manual에 따라 저해능을 측정하였다.
FBS가 없는 배지에 도라지 에탄올 추출물을 1, 10, 50, 100, 200 μg/mL 농도로 첨가한 배지에 세포를 3일 동안 배양 하였다. 세포 생존율을 측정하기 위해 Cell Counting Kit-8 (CCK-8, Dojindo Mol. Tech., Rockville, MD, USA)를 이용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 세포의 재생효능은 시료를 처리하지 않은 대조군에 대한 시료 처리군의 흡광도로 표시하였다.
7 cell에 염증 유발인자인 LPS를 처리하여 염증반응을 유도하였다. 여기에 CF와 EA를 처리하고, 염증관련 인자인 PGE₂ , NO의 생성 변화를 살펴 보았다. RAW264.
즉, RAW264.7 cell을 LPS와 함께 1, 10, 50, 100, 200 μg/mL 농도로 24시간 처리하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 균주는 여드름균인 Propionibacterium acnes(P. acnes)와 비듬균인 Malassezia furfur(M. furfur)로 미생물자원센터 KCTC(Korean Collection for Type Culture, Jeongeup-si, Jeollabuk-do, Korea)에서 분양받아 실험에 사용 하였다. P.
, Siheung-si, Gyeonggi-do, Korea)을 첨가하여 35℃, 48시간 동안 교반하여 2회 추출하였고, 이 추출물에 클로로포름, 에틸아세테이트 순으로 첨가하면서 극성 차이에 따라 층이 분리되는 성질을 이용하여 분액깔대기로 각 용매별 분획물을 얻었다. 본 실험에 사용된 클로로포름 분획물 (CF)과 에틸아세테이트 분획물(EA)은 감압농축하여 용매를 제거한 후 DMSO에 녹여 사용하였다.
실험에 사용한 RAW264.7 cell은 한국세포주은행(KCLB, Seoul, Korea)에서 분양받아, 10 cm plate (SPL, Pocheon-si, Gyeonggi-do, Korea)에 10% FBS를 함유한 DMEP 배지(GE heathcare, Cichago, IL, USA)로 37℃, 습도 95%, 5% CO₂ 배양 기에서 배양하였다. 80% 세포성장이 일어나면 phospatedbuffered saline-EDTA(PBS-EDTA)로 세척한 후 트립신 처리하여 계대배양하였으며 배지는 48시간마다 교환하여 세포를 배양하였다.
실험에 사용한 도라지(Platycodon grandiflorum)는 지리산 도덕농원에서 2018년산 3년생 장생도라지를 구입하였다. 도라지를 깨끗이 씻어 흙을 제거한 다음 잘게 잘라 40℃에서 24시간 동안 열풍건조시킨 후 분쇄기로 갈아서 도라지 분말을 제조하였다.
피부세포에 대한 독성평가를 하기 위해 인간유래 표피세포인 HaCaT cell(ATCC-Manassas, VA, USA)을 10% Fetal Bovine Serum(FBS, Lonza, Valais, Switzerland)가 함유된 DMEM LOW- glucose (GE healthcare, Cichago, IL, USA) 배지로 배양하였다.

데이터처리

실험결과에 대한 통계분석은 student’s t-test법을 사용하였다.

이론/모형

DPPH assay는 Yoshida 등(1989)이 사용한 방법에 따라 측정하였다. 96 well plate에 시료 50 μL씩 분주한 후 25 μL 에탄올, 75 μL DPPH(0.
PGE₂ 생성량은 Prostaglandin E₂ EIA Kit(Cayman Chemical Company, Ann Arbor, Michigan, USA)의 manual에 따라 측정 하였다. 즉, RAW264.

성능/효과

24시간 CF 및 EA 처리 시 각각 최대 20% (CF 0.01 μg/mL)와 10%(EA 0.01 μg/mL)까지 증가하였고, 48시간 처리 시에는 유의적인 증식촉진효과를 보이지 않았다.
CF와 EA 처리 후 클리어존의 형성 유무를 관찰한 결과, P. acnes 균에 대해 CF와 EA 50 μL 처리 군에서 각각 0.7과 0.8 cm의 항균효과를 나타내었다(Table 6).
이번 연구에서는 도라지로부터 추출한 클로로포름 분획과 에텔아세테이트 분획의 항산화 활성을 확인하기 위해 DPPH와 ABTS 라디칼 소거능을 측정하였다. 그 결과, 클로로포름 분획과 에텔아세테이트 분획의 DPPH 라디칼 소거능의 IC₅₀ 값이 각각 19.5 mg/mL, 29.6 mg/mL로 나타났으며, ABTS 라디칼 소거능의 IC₅₀ 값은 클로로포름 분획의 경우 3.7 mg/mL, 에텔아세테이트 분획의 ABTS 라디칼 소거능의 IC₅₀ 값은 4.2 mg/mL로 높은 활성을 나타내었다(Table 2).
도라지로부터 추출한 클로로포름 분획(CF)과 에틸아세테이트 분획물(EA)의 DHT 생성 저해 효과를 관찰하기 위해 rat의 간에 추출물을 첨가하여 반응시킨 후 DHT 생성 정도를 측정하였다. 도라지 분획물 처리로 인해 DHT 생성이 농도 의존적이지는 않았으나, 실험에 사용된 모든 농도범위에서 유의적 생성저해효과를 나타내었다(Table 7).
7 cell을 이용한 염증반응에서는 두 분획물 모두 농도 의존적으로 NO와 PGE₂ 생성을 억제하였다. 또한 인간피부세포인 HaCaT cell 증식 실험결과, 두 분획물 모두 24시간 처리 시 세포증식을 촉진하였으며, 48시간 처리 시에는 유의적인 효과가 없었다. 여드름균(P.
furfur)에 대한 항균활성 시험에서는 두 분획물 모두에서 비듬균에 대한 항균활성을 확인할 수 있었다. 마지막으로 탈모의 직접적인 원인인 DHT 생성 억제 실험에서는, CF 처리군에서 농도 의존적 생성억제 효과를 보인 반면, EA 처리군에서는 50 μg/mL 농도 이상에서 80% 이상의 억제효과를 나타내었다. 이상의 결과를 토대로 도라지로부터 추출한 두 분획물들이 탈모예방제품을 제조하는데 유용한 천연재료로써의 가치가 있음을 증명하였다.
반면, PGE2 실험 결과에서는 CF 처리 시 10 μg/mL 농도에서 67.5%의 최대저해 효과를 보인 반면, EA 처리군에서는 농도의존적으로 PGE2 생성을 저해하는 것으로 나타났다(Table 4).
도라지의 탈모예방 효과를 검증하기 위해 도라지로부터 클로로포름 분획(CF)과 에틸아세테이트 분획(EA)을 추출하였다. 본 연구에 사용된 두 가지 추출물 모두에서 농도 의존 적으로 DPPH 라디칼 소거능을 나타내었으며, ABTS 라디칼 소거능 시험에서는 CF와 EA의 IC₅₀ 값이 각각 3.7 mg/mL, 4.2 mg/mL 로, 저농도에서도 항산화활성을 나타내었다. RAW264.
또한 도라지 종자, 발아 싹, 뿌리로부터 추출한 에탄올 추출물에서 DPPH 라디칼과 ABTS 라디칼 소거능에 모두 농도의존적인 활성을 나타난 것으로 보고하였다(Woo 등 2018). 본 연구에 서는 추출한 도라지 분획물들이 높은 항산화능을 나타내었음을 확인하였으며, 이를 근거로 탈모 방지 가능성을 확인하였다.
또한 인간피부세포인 HaCaT cell 증식 실험결과, 두 분획물 모두 24시간 처리 시 세포증식을 촉진하였으며, 48시간 처리 시에는 유의적인 효과가 없었다. 여드름균(P. acnes)과 비듬균(M. furfur)에 대한 항균활성 시험에서는 두 분획물 모두에서 비듬균에 대한 항균활성을 확인할 수 있었다. 마지막으로 탈모의 직접적인 원인인 DHT 생성 억제 실험에서는, CF 처리군에서 농도 의존적 생성억제 효과를 보인 반면, EA 처리군에서는 50 μg/mL 농도 이상에서 80% 이상의 억제효과를 나타내었다.
마지막으로 탈모의 직접적인 원인인 DHT 생성 억제 실험에서는, CF 처리군에서 농도 의존적 생성억제 효과를 보인 반면, EA 처리군에서는 50 μg/mL 농도 이상에서 80% 이상의 억제효과를 나타내었다. 이상의 결과를 토대로 도라지로부터 추출한 두 분획물들이 탈모예방제품을 제조하는데 유용한 천연재료로써의 가치가 있음을 증명하였다.
01 μg/mL)까지 증가하였고, 48시간 처리 시에는 유의적인 증식촉진효과를 보이지 않았다. 즉, CF와 EA는 24시간 처리 시 최대 효과가 나타났다. 대표적인 탈모치료제인 Minoxidil Sulphate의 경우, 0.

후속연구

001 μM 농도에서 48시간 처리 시 HaCaT cell 증식을 유의적으로 촉진시킨다(Madaan 등 2017). 이는 순수물질과 분획물의 차이로 기인한 것으로 더 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탈모의 종류는 어떻게 나뉘는가?	탈모인구의 증가로 탈모시장이 급성장하면서 탈모를 예방 및 치료하기 위한 제품들이 개발되고 있다. 탈모는 모발의 성장주기 중 휴지기에 빠지는 ‘자연 탈모’와 스트레스나 질병 등의 환경적 요인에 의해 휴지기가 아닌 생장기에 모발이 탈락되는 ‘비정상적인 탈모’로 나뉜다(Lee & Im 2009; Moreno-arrones 등 2017). 탈모치료의 근본적인 해결책은 탈모의 원인을 해결하는 것이다.
	도라지란 무엇인가?	초롱꽃과의 다년생 초본식물인 도라지(Platycodon grandiflorum) 는 식용뿐만 아니라, 한방에서 약재로 사용되어온 만큼 도라지의 효능을 나타내는 성분에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 도라지 추출물이 구강미생물에 대해서 항균효과를 보였으며(Jung SY 2016), 그 외에도 항알러지(Park 등 2012), 항산화(Jeong 등 2009), 항암효과(Yi & Kim 2017) 등이 보고되었다.
	탈모치료 약물인 Minoxidil과 Finasteride의 효과와 부작용은 무엇이 있는가?	따라서 많은 연구들에서 DHT 합성을 억제시키는 노력이 진행되었으며, 그 대표적인 약물이 Minoxidil과 Finasteride 이다. 이들 약물은 5-α reductase의 활성을 저해함으로써 탈모를 치료하는 효과가 있으나, 홍반, 가려움증, 피부염, 혈압저하, 성욕감퇴 등의 부작용이 초래되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 부작용이 적은 천연물로부터 탈모에 효과가 있는 물질을 분리, 추출하고자 많은 연구가 진행되고 있다.

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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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