KR20230112214A - 프로바이오틱스 유래 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물 - Google Patents
프로바이오틱스 유래 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 프로바이오틱스 유래 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프로바이오틱스 유래 배양여과물은 자외선에 의한 세포 내 ROS 생성을 억제하여 항산화 효과를 나타내고, 자외선에 대한 세포 보호 효과 및 주름 발생과 관련된 유전자의 발현 수준을 억제하여 주름 개선 효과를 나타내며, 멜라닌 생성과 관련된 효소 활성 및 유전자 발현 수준을 억제하여 피부 미백 효과를 나타내는 바, 항노화에 사용될 수 있는 화장료 조성물에 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 항노화 화장료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로바이오틱스 유래 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물에 관한 것이다.
인간의 피부에는 표피, 진피 및 피하의 세 가지 층이 있으며 각 층에 특화된 세포가 있다. 각질형성세포(keratinocytes)와 멜라닌세포(melanocytes)는 표피에 위치한 주요 세포이며 자외선(UV)을 포함한 환경 요인으로부터 보호하는 중추적인 역할을 한다. 멜라닌 색소는 각질형성세포와 멜라닌세포 사이의 세포간 상호작용에 의해 생성되어 천연 자외선 차단제의 필터 역할을 하는 것으로 알려져 있지만, 자외선을 과도하게 조사될 경우, 색소 합성이 비정상적으로 진행되어 기미, 검버섯 및 주근깨와 같은 여러 가지 과색소침착(hyperpigmentation)과 관련된 피부장애를 유발하는 것으로 알려져 있다.
표피의 멜라닌 합성은 줄기 세포 인자(stem cell factor, SCF)와 그 수용체 KIT 및 알파-멜라닌세포 자극 호르몬(alpha-melanocyte stimulating hormone, α-MSH)과 그 수용체인, 멜라닌세포-특이적 멜라노코르틴-1 수용체(melanocortin-1 receptor, MC1R) 경로와 같은 여러 분자 신호 경로에 의해 조절된다.
그 중 α-MSH/MC1R 경로는 멜라닌세포에서 UV에 의해 유도되는 멜라닌 생성에 대해 잘 알려진 기전이며, 경로의 활성화는 주요 하류 표적인, MITF (microphthalmia-associated transcription factor)를 상향조절하고, 상기 MITF 는 tyrosinase, tyrosinase-related protein 1(TYPR1) 및 tyrosinase-related protein 2(TYPR2)와 같은 멜라닌 합성 효소 생산을 위한 전사 인자이다. UV에 의해 유도되는 노화된 피부에서는 α-MSH/MC1R 경로가 활성화되고 tyrosinase의 효소 활성은 정상 각질형성세포에서보다 더 상향조절된다. 따라서, 색소침착 질환에 대한 효과적인 치료법은 경로 및 tyrosinase 활성의 하향 조절을 나타내는 새로운 화합물을 발견함으로써 항-색소침착 전략을 기반으로 한다.
진피층에서, 진피 섬유아세포는 주요 세포이며 주로 1형 콜라겐(COL1A1) 및 3형(COL3A1)과 같은 콜라겐 단백질을 생성 및 분비함으로써 세포외기질(extracellular matrix, ECM)의 구성에 중추적인 역할을 한다. 콜라겐 합성은 ECM을 구성하는 중요한 과정이지만, 콜라겐 생성과 분해 사이의 균형은 조직 항상성을 유지하는 중요한 생리학적 과정이다.
ECM의 흥미로운 특징 중 하나는 콜라겐 단백질과, 주로 MMP1(matrix metalloproteinase-1)및 MMP3(matrix metalloproteinase-3)와 같은 콜라게나제(collagenases)에 의해 조절되는 동적 구조에 있다. 즉, ECM은 콜라겐과 MMP 생성의 비정상적인 조절에 의해 노화 과정에서 변화될 수 있다.
자외선은 외적인 피부 노화의 주요 원인이며, 비정상적인 UV 조사는 활성산소종(ROS) 생산, 콜라겐 유전자의 하향조절 및 MMP 유전자의 상향조절을 포함한 여러 세포 내 이벤트를 통해 ECM 분해로 이어질 수 있다. 이는 주름과 같은 특정 노화 징후로 이어진다. 피부의 국소화 특징으로 인해, 과색소침착과 주름을 포함한 노화 과정이 쉽게 감지된다; 따라서, 제약 및 화장품 산업에서 피부 노화에 대한 보호 기능을 발휘하는 적합한 후보물질의 발견이 크게 요구되고 있다.
프로바이오틱스(probiotics)는 탄수화물을 젖산으로 전환시키는 특수한 미생물로 유산균에 속하기도 한다. 이름에서 알 수 있듯이, 프로바이오틱스라는 용어는 이러한 살아있는 미생물을 적정량 섭취하는 것을 의미한다.
숙주에 유익한 건강 효과를 발휘하고 수많은 연구에서 항염, 점막장벽 기능 자극 및 장내 미생물의 항상성과 같은 건강 효과를 뒷받침하는 과학적 증거를 지속적으로 제시하였다. 또한, 여러 피부과 및 분자 연구에서 장내 미생물총(gut microbiota)이 잠재적으로 피부와 소통하고 비피도박테리움 속(Bifidobactrium sp.) 및 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.)을 포함한 프로바이오틱스의 경구 투여는 경피수분손실(transepidermal water loss, TEWL)의 증가, 건선, 아토피 피부염 및 여드름과 같은 피부 항상성 이상(dyshomeostasis)-관련 장애에 치료 효과가 있는 것으로 나타났다.
프로바이오틱스의 몇 가지 유익한 효과는 프로바이오틱스 세균과 상피 세포 간의 직접적인 상호 작용과 관련이 있으나, 효과의 모든 측면이 상호 작용과 관련이 있는 것은 아니다.
최근 연구에서는 프로바이오틱스 세균을 증식시킨 후 모든 균체를 제거하기 위해 여과된 배양용 액체배지(broth)인, 프로바이오틱스 배양여액(conditioned media, CM)을 적용함으로써 건강에 유익한 효과를 입증했다. 선행 연구에 따르면, 생리활성 성분은 특정 프로바이오틱 세균에 의해 CM으로 분비되며 항염증 및 세포보호 특성이 있는 것으로 보고되었다. 참고로, 비피도박테리움 속(Bifidobactrium sp.) 및 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.)의 CM은 각각 아스피린에 의해 유도되는 세포손상과 인터루킨-10 결핍-매개 결장(colon) 염증에 대한 보호 효과를 나타냈다. 이러한 연구 결과들은 CM이 프로바이오틱스의 효과를 가지는 잠재적인 후보물질이 될 수 있음을 나타낸다.
이에 본 발명자는 프로바이오틱스 중 비피도박테리움 속(Bifidobactrium sp.) 균주 및 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.) 균주의 CM이 피부 노화-관련 세포 기능장애를 보호하는 효과가 있는지에 대하여 연구한 결과, 우수한 항노화 효과를 가지는 것으로 확인하여 본 발명을 완성하였다.
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본 발명자들은 프로바이오틱스 유래 배양여과물을 항노화 화장료 조성물로 사용할 수 있는지 연구하였고, 상기 프로바이오틱스 유래 배양여과물이 자외선에 의한 세포 내 ROS 생성을 억제하여 항산화 효과를 나타내고, 자외선에 대한 세포 보호 효과 및 주름 발생과 관련된 유전자의 발현 수준을 억제하여 주름 개선 효과를 나타내며, 멜라닌 생성과 관련된 효소 활성 및 유전자 발현 수준을 억제하여 피부 미백 효과를 나타내므로, 항노화능을 가짐을 실험적으로 입증 및 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 비피도박테리움 애니말리스 락티스(Bifidobacterium animalis subsp. lactis), 비피도박테리움 롱굼(Bifidobacterium longum), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus) 및 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei)로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 비피도박테리움 애니말리스 락티스(Bifidobacterium animalis subsp. lactis), 비피도박테리움 롱굼(Bifidobacterium longum), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus) 및 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei)로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물을 제공한다.
본 발명의 상기 균주 배양여과물은 프로바이오틱스 유래 배양여과물로서, 자외선에 의한 세포 내 ROS 생성을 억제하여 항산화 효과를 나타내고, 자외선에 대한 세포 보호 효과 및 주름 발생과 관련된 유전자의 발현 수준을 억제하여 주름 개선 효과를 나타내며, 멜라닌 생성과 관련된 효소 활성 및 유전자 발현 수준을 억제하여 피부 미백 효과를 나타내므로, 항노화 화장료 조성물로 활용될 수 있다.
본 발명에서 용어 "노화"는 시간의 흐름과 함께 진행되는 신체의 기능 및 상태 변화로 기미, 주근깨, 검버섯과 같은 색소 침착으로 인한 불균일한 피부 및 반점, 주름, 탄력저하 등의 증상이 있으며, 자외선 및 산화적 스트레스가 주된 원인으로 알려져 있다.
본 발명에서 용어 "항노화"는 미백, 주름개선, 항산화, 자외선에 대한 보호 효과 또는 피부 재생 효과를 통해 상기 노화 증상을 완화, 감소, 예방, 지연, 개선 또는 제거시키는 것을 의미한다.
본 발명에서 용어 "균주 배양여과물"은 균주 배양액으로부터 수득한 배양여액, 농축 배양여액, 배양여액의 건조물, 발효여액, 농축 발효여액, 발효여액의 건조물 또는 균체 용해물을 포함하여 균체를 제거한 배양액의 상등액 또는 발효 상등액 형태로, 그 제형이 한정되지 아니하고, 일 예로 액체 또는 고체일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배양여액은 미생물을 배지에 배양하여 얻어진 배양액의 침전물의 상부에 존재하는 균체가 제거된 액체를 의미하는 것으로, 보다 구체적으로 미생물을 배양한 배양액을 원심분리하거나, 여과하여 균체를 제거한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 발효여액은 미생물로 발효시킨 배지에서 균체를 제거한 여액으로서, 미생물을 이용하여 발효 또는 배양한 배지에 포함된 구성성분들을 포함한다.
본 발명의 균주 배양여과물은 프로바이오틱 균주를 배양한 후 모든 균체를 제거한 배양액으로 제조된 것으로, 상기 균체를 제거한 프로바이오틱 배양여과물을 포함한 화장료 조성물을 피부에 적용할 경우, 피부 자극을 최소화할 수 있고 비교적 안전한 화장료 조성물로 활용될 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물은 유효성분인, 상기 균주 배양여과물 이외에 화장료의 제형 또는 사용 목적에 맞게 임의로 선정한 물질을 첨가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 정제수, 유분, 계면활성제, 보습제, 고급 알코올, 증저점제, 킬레이트제, 색소, 지방산, 산화방지제, 방부제, 왁스, pH 조절제 및 향료 등이 첨가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 페이스트, 크림 또는 젤인 경우, 담체 성분으로서 동물성유, 식물성유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우, 담체 성분으로서 락토오스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트 또는 폴리아미드 파우더를 포함할 수 있고, 특히, 스프레이인 경우, 추가적으로 클로로플루오로히드로카본, 프로판/부탄 또는 디메틸 에테르와 같은 추진체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우, 담체 성분으로서 용매, 용해화제 또는 유탁화제를 포함할 수 있고, 예를 들어, 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 현탁액인 경우, 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌 글리콜과 같은 액상의 희석제, 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와 같은 현탁제, 미소 결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라칸트 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 계면활성제 함유 클렌징인 경우, 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르 설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 유, 라놀린 유도체 또는 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 조성물은 비피도박테리움 애니말리스 락티스 균주 배양여과물을 포함하고, 비피도박테리움 롱굼, 락토바실러스 플란타룸, 락토바실러스 람노수스 및 락토바실러스 카제이로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 비피도박테리움 롱굼 균주 배양여과물을 포함하고, 락토바실러스 플란타룸, 락토바실러스 람노수스 및 락토바실러스 카제이로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 균주 배양여과물은 이눌린(inulin) 및 폴리덱스트로스(polydextrose)를 포함하는 배지에서 균주를 배양하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 비피도박테리움 애니말리스 락티스 균주는 비피도박테리움 애니말리스 락티스 BL3(KCTC 11904BP)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 비피도박테리움 롱굼 균주는 비피도박테리움 롱굼 BG7(KCTC 12200BP)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 락토바실러스 플란타룸 균주는 락토바실러스 플란타룸 LP3(KCTC 10782BP)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 락토바실러스 람노수스 균주는 락토바실러스 람노수스 LR5(KCTC 12202BP)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 락토바실러스 카제이 균주는 락토바실러스 카제이 LC5(KCTC 12398BP)일 수 있다.
본 발명은 프로바이오틱스 유래 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프로바이오틱스 유래 배양여과물은 자외선에 의한 세포 내 ROS 생성을 억제하여 항산화 효과를 나타내고, 자외선에 대한 세포 보호 효과 및 주름 발생과 관련된 유전자의 발현 수준을 억제하여 주름 개선 효과를 나타내며, 멜라닌 생성과 관련된 효소 활성 및 유전자 발현 수준을 억제하여 피부 미백 효과를 나타내는 바, 항노화에 사용될 수 있는 화장료 조성물에 활용될 수 있다.
도 1은 NHDFs에서 프로바이오틱스 CMs의 세포독성 분석을 나타낸 것이다. NHDFs는 24시간 동안 프로바이오틱스 CMs의 표시된 용량(1-100 μg/mL)으로 처리되었고 세포 생존능은 WST-1 분석에 의해 결정되었다. BG7 CM(a), BL3 CM(b), LP3 CM(c), LC5 CM(d), LU4 CM(e) 및 LR5 CM(f)의 세포독성은 그래프에 표시되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 세포 생존능의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 2는 NHDFs에서 UV에 의해 유도되는 ROS 생성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 억제 효과를 나타낸 것이다. 세포를 96-웰 플레이트에 씨딩(seeding)하고 PBS로 세척한 후 UVB(10 mJ/cm2)를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 BG7 및 BL3의 CM(a), LP3 및 LC5의 CM(b), LU4 및 LR5의 CM(c)을 포함하여 표시된 용량의 CMs으로 처리되었다. 세포 내 ROS 수준은 DCF-DA 분석에 의해 결정되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 세포 내 ROS 수준의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 3은 NHDFs에서 UV로 인한 세포 생존능 손실에 대한 프로바이오틱스 CMs의 보호 효과를 나타낸 것이다. 세포를 96-웰 플레이트에 씨딩(seeding)하고 PBS로 세척한 후 UVB(10 mJ/cm2)를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 BG7 및 BL3 CM(a), LP3 및 LC5 CM(b), LU4 및 LR5 CM(c)을 포함하여 표시된 용량의 CMs으로 처리되었다. 세포 생존능은 WST-1 분석에 의해 결정되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 세포 생존능의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 4는 UV 조사된 NHDFs에서 콜라겐 및 MMP의 유전자 발현에 대한 프로바이오틱스 CMs의 조절 효과를 나타낸 것이다. 세포를 60-파이 세포 배양 플레이트에 씨딩(seeding)하고 PBS로 세척한 후 UVB(10 mJ/cm2)를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 BG7, BL3 및 LP3 CMs을 포함하여 표시된 용량의 CMs으로 처리되었다. COL1A1, COL3A1, MMP1 및 MMP3 mRNA의 수준은 특정 프라이머를 사용한 RT-qPCR 분석에 의해 결정되었다. 결과는 β-actin 수준에 대해 정규화되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 유전자 발현 수준의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 5는 시험관 내 mushroom tyrosinase 활성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 억제 효과를 나타낸 것이다. Tyrosinase 활성은 BG7 CM(a), BL3 CM(b), LP3 CM(c), LU4 CM(d), LC5 CM(e) 및 LR5 CM(f)를 포함하여 CMs의 부재 및 존재시 효소-매개 산물인 도파크롬(dopachrome)의 수준을 측정하여 평가했다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 효소 활성의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 6은 B16F10 세포에서 세포내 멜라닌 합성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 억제 효과를 나타낸 것이다. 세포는 α-MSH (100 nM) 및 프로바이오틱스 CMs(BL3 및 LP3 CMs(a), 및 LC5 및 LU4 CMs(b))을 24시간 동안 공동 처리되었다. 세포 펠렛에 NaOH 용해 완충액을 적용하고 450 nm에서 흡광도를 측정하여 멜라닌 함량을 결정했다. 알부틴은 양성 대조군으로 사용되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 멜라닌 함량의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 7은 B16F10 세포에서 멜라닌 생성 관련 mRNA 및 단백질의 발현에 대한 프로바이오틱스 CMs의 효과를 나타낸 것이다. α-MSH로 자극된 세포에서 무독성 용량의 BL3 pHO의 CM을 처리한 후 tyrosinase, Tyrp-1 및 Tyrp-2의 단백질 수준(a)을 확인하였고, tyrosinase(b), Tyrp-1(c) 및 Tyrp-2(d)의 mRNA 수준을 확인하였으며, MITF의 단백질(e)과 mRNA(f)의 수준을 확인하였다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 발현 수준의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 8은 B16F10 세포에서 CREB, PKA 및 MAPK 키나아제(kinase)의 인산화에 대한 프로바이오틱스 CMs의 효과를 나타낸 것이다. α-MSH로 자극된 세포에서 무독성 용량의 BL3 pHO의 CM을 처리한 후 표시된 단백질의 발현 수준은 특정 항체를 사용한 면역블롯팅에 의해 결정되었다. p-CREB 및 p-PKA 수준을 확인하였고(a), p-CREB 및 p-PKA의 밴드 강도는 Image-J 프로그램을 사용하여 분석하고 각각 CREB 및 PKA 블롯으로 정규화했다(b). 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). 또한, ERK, p38 및 JNK의 인산화 수준을 확인하였다(c). pHO: pH 조절 CM.
도 9는 BL3 CM의 화학 성분을 분석한 결과를 나타낸 것이다. (a)는 BL3 pHO 및 pHX CM의 HPLC 크로마토그램 분석에 의해 젖산, 포름산, 아세트산 및 알려지지 않은 3개의 피크를 포함하여 6개의 다른 피크 패턴을 가짐을 보여주는 것이다. (b)는 BL3 pHO 및 pHX CM에서의 젖산, 포름산 및 아세트산의 농도에 대한 비교 분석을 나타낸 것이다.
도 2는 NHDFs에서 UV에 의해 유도되는 ROS 생성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 억제 효과를 나타낸 것이다. 세포를 96-웰 플레이트에 씨딩(seeding)하고 PBS로 세척한 후 UVB(10 mJ/cm2)를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 BG7 및 BL3의 CM(a), LP3 및 LC5의 CM(b), LU4 및 LR5의 CM(c)을 포함하여 표시된 용량의 CMs으로 처리되었다. 세포 내 ROS 수준은 DCF-DA 분석에 의해 결정되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 세포 내 ROS 수준의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 3은 NHDFs에서 UV로 인한 세포 생존능 손실에 대한 프로바이오틱스 CMs의 보호 효과를 나타낸 것이다. 세포를 96-웰 플레이트에 씨딩(seeding)하고 PBS로 세척한 후 UVB(10 mJ/cm2)를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 BG7 및 BL3 CM(a), LP3 및 LC5 CM(b), LU4 및 LR5 CM(c)을 포함하여 표시된 용량의 CMs으로 처리되었다. 세포 생존능은 WST-1 분석에 의해 결정되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 세포 생존능의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 4는 UV 조사된 NHDFs에서 콜라겐 및 MMP의 유전자 발현에 대한 프로바이오틱스 CMs의 조절 효과를 나타낸 것이다. 세포를 60-파이 세포 배양 플레이트에 씨딩(seeding)하고 PBS로 세척한 후 UVB(10 mJ/cm2)를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 BG7, BL3 및 LP3 CMs을 포함하여 표시된 용량의 CMs으로 처리되었다. COL1A1, COL3A1, MMP1 및 MMP3 mRNA의 수준은 특정 프라이머를 사용한 RT-qPCR 분석에 의해 결정되었다. 결과는 β-actin 수준에 대해 정규화되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 유전자 발현 수준의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 5는 시험관 내 mushroom tyrosinase 활성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 억제 효과를 나타낸 것이다. Tyrosinase 활성은 BG7 CM(a), BL3 CM(b), LP3 CM(c), LU4 CM(d), LC5 CM(e) 및 LR5 CM(f)를 포함하여 CMs의 부재 및 존재시 효소-매개 산물인 도파크롬(dopachrome)의 수준을 측정하여 평가했다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 효소 활성의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 6은 B16F10 세포에서 세포내 멜라닌 합성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 억제 효과를 나타낸 것이다. 세포는 α-MSH (100 nM) 및 프로바이오틱스 CMs(BL3 및 LP3 CMs(a), 및 LC5 및 LU4 CMs(b))을 24시간 동안 공동 처리되었다. 세포 펠렛에 NaOH 용해 완충액을 적용하고 450 nm에서 흡광도를 측정하여 멜라닌 함량을 결정했다. 알부틴은 양성 대조군으로 사용되었다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 멜라닌 함량의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 7은 B16F10 세포에서 멜라닌 생성 관련 mRNA 및 단백질의 발현에 대한 프로바이오틱스 CMs의 효과를 나타낸 것이다. α-MSH로 자극된 세포에서 무독성 용량의 BL3 pHO의 CM을 처리한 후 tyrosinase, Tyrp-1 및 Tyrp-2의 단백질 수준(a)을 확인하였고, tyrosinase(b), Tyrp-1(c) 및 Tyrp-2(d)의 mRNA 수준을 확인하였으며, MITF의 단백질(e)과 mRNA(f)의 수준을 확인하였다. 그래프는 삼중 실험의 각 샘플에서 상대적인 발현 수준의 평균 ± S.D를 나타낸다. 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). pHO: pH 조절 CM, pHX: pH 조절되지 않은 CM.
도 8은 B16F10 세포에서 CREB, PKA 및 MAPK 키나아제(kinase)의 인산화에 대한 프로바이오틱스 CMs의 효과를 나타낸 것이다. α-MSH로 자극된 세포에서 무독성 용량의 BL3 pHO의 CM을 처리한 후 표시된 단백질의 발현 수준은 특정 항체를 사용한 면역블롯팅에 의해 결정되었다. p-CREB 및 p-PKA 수준을 확인하였고(a), p-CREB 및 p-PKA의 밴드 강도는 Image-J 프로그램을 사용하여 분석하고 각각 CREB 및 PKA 블롯으로 정규화했다(b). 스튜던트 t-테스트는 통계적 유의성을 결정하기 위해 수행되었다(*p<0.05). 또한, ERK, p38 및 JNK의 인산화 수준을 확인하였다(c). pHO: pH 조절 CM.
도 9는 BL3 CM의 화학 성분을 분석한 결과를 나타낸 것이다. (a)는 BL3 pHO 및 pHX CM의 HPLC 크로마토그램 분석에 의해 젖산, 포름산, 아세트산 및 알려지지 않은 3개의 피크를 포함하여 6개의 다른 피크 패턴을 가짐을 보여주는 것이다. (b)는 BL3 pHO 및 pHX CM에서의 젖산, 포름산 및 아세트산의 농도에 대한 비교 분석을 나타낸 것이다.
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다.
실시예
실험 재료 및 방법
1.
프로바이오틱
배양여액
(conditioned media, CM)의 제조
비피도박테리움 애니말리스 락티스 BL3(Bifidobacterium animalis subsp. lactis BL3(KCTC 11904BP)) 및 비피도박테리움 롱굼 BG7(Bifidobacterium longum BG7(KCTC 12200BP))은 비피도박테리아 최적화 배지인, BL 액체배지(broth, Becton Dickinson)에서 혐기성 조건하에 37℃에서 밤새 배양하였다.
락토바실러스 카제이 LC5(Lactobacillus casei LC5(KCTC 12398BP)), 락토바실러스 플란타룸 LP3(Lactobacillus plantarum LP3(KCTC 10782BP)), 락토바실러스 람노수스 LR5(Lactobacillus rhamnosus LR5(KCTC 12202BP)) 및 락토바실러스 루테리 LU4(Lactobacillus reuteri LU4)를 락토바실러스 최적화 배지인, MRS 액체배지(broth, Difco, BD Biosciences, USA)에서 호기성 조건하에 37℃에서 밤새 배양하였다.
pH 조절 배지(pHO)는 배지의 pH 조건을 6.0~6.5로 유지하도록 조절한 배지를 의미한다. pH 조절되지 않은 배지(pHX)는 pH가 유지되는 조건이 없는 배지를 의미한다. 각각의 균주 배양액을 2700 g에서 30분간 원심분리하여 균체가 제거된 배양액의 상등액(배양여액)을 수득하였다. 상기 배양액의 상등액(배양여액)을 진공 증발 및 동결 건조를 통해 상등액의 5 배 농축 분말을 제조하였다. 이 후 실험 분석에는 상기 농축 분말을 적절한 용매에 일정농도가 되도록 녹여서 사용되었다.
2. 세포 배양
정상 인간 진피 섬유아세포(Normal human dermal fibroblasts, NHDF)를 CELLnTEC(Bern, Switzerland)에서 구입하고 FGM-2 SingleQuot Kit(Lonza)가 보충된 섬유아세포 성장 배지(FBM; Lonza, Basel, Switzerland)에서 37℃, 5% CO2에서 유지했다.
B16F10 마우스 흑색종 세포는 10%(v/v) 태아 소 혈청(Biowest), 100 U/mL 페니실린 및 100 μg/mL 스트렙토마이신(Gibco, Grand Island, NY, USA)가 보충된 Roswell Park Memorial Institute 1640 배지(Biowest, Nuaill, France)에서 37℃에서 가습된 5% CO2 인큐베이터에서 배양되었다.
3. 수용성
테트라졸륨염
(
WST
-1) 분석
프로바이오틱 CMs에 의해 유도되는 세포독성은 WST-1 assay (EZ-Cytox cell viability assay kit; Itsbio, Seoul, Korea)를 이용하여 평가하였다. 간단히 말해서, NHDF 및 B16F10 세포를 96-웰 배양 플레이트에 씨딩(seeding)하고 밤새 배양하였다. 그런 다음 세포를 표시된 용량의 프로바이오틱 CMs으로 24시간 동안 처리했다. 이후 WST-1 용액을 각 웰에 추가했고 0.5시간 동안 더 배양하였다. 세포 생존능은 iMark 마이크로플레이트 판독기(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)를 사용하여 620 nm(기준 필터)로 450 nm에서 흡광도를 측정하여 결정했다.
4.
UVB
조사 및 시약 처리
세포 생존능 손실 및 ROS 생성을 포함한 UV에 의해 유도되는 세포 손상에 대한 프로바이오틱스 CMs의 보호 효과를 UVB에 조사되고 CM 처리된 NHDFs로 평가했다. 간단히 말해서, 세포(2 x 105)를 60 mm 세포 배양 플레이트에 씨딩(seeding)하고 24시간 동안 배양했다. UVB 조사 전에, 세포를 PBS(phosphate-buffered saline)로 두 번 세척한 다음, 플레이트 디쉬를 덮지 않고 UV 조명기인, Super Light VI(BoTeck, 경기도, 한국)를 사용하여 10 mJ/cm²의 UVB를 조사하였다. UVB 조사 후, 세포는 즉시 24시간 동안 프로바이오틱 CMs을 함유하는 신선한 성장 배지로 처리되었다.
5. 세포 내
ROS
수준 분석
NHDFs에서 UV에 의해 유도되는 세포 내 ROS 생성에 대한 프로바이오틱스 CMs의 보호 효과는 2', 7'-Dichlorodihydrofluorescein diacetate(DCF-DA; Sigma Aldrich) 염색 분석을 사용하여 평가되었다. 간단히 말해서, 세포를 UVB 광선에 노출시키고 24시간 동안 프로바이오틱 CMs으로 처리했다. 그런 다음 세포를 트립신 처리하고 10 μM DCF-DA 용액(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)에 재현탁했다. 1시간 동안 배양한 후, 형광 강도를 마이크로플레이트 형광 판독기(Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 각각 485 nm 및 530 nm의 여기(excitation) 및 방출(emission) 파장에서 측정하였다.
6. 고성능 액체 크로마토그래피(
HPLC
) 분석
HPLC는 Shimadzu HPLC 시스템(Shimadzu, Korea)을 통해 수행하였다. 비피도박테리움 애니말리스 락티스 BL3의 발효 상등액은 두 가지 다른 조건에서 준비되었다. 하나의 샘플은 배지의 pH를 유지하여 pH 조절 방식으로 발효되었다.
다른 샘플은 배지의 pH 조절 없이 발효되었다. 발효 후 배양액을 원심분리하여 균체와 상등액을 분리하여 발효 상등액(발효여액)을 수득하였다. 상기 발효 상등액(발효여액)은 분리 후 동결 건조시켰다. 비피도박테리움 애니말리스 락티스 BL3 발효 상등액의 동결 건조 샘플 50 mg을 6 mM 과염소산(perchloric acid)에 녹이고 0.2 μm 필터로 여과하였다. 동일한 용매를 이동상으로 컬럼(Shodex RSpak KC-811, 6 μm, 8.0 x 300 mm)에 펌핑했다. 과염소산의 유속은 1 mL/분이었고 온도는 40℃였다. 두 조건은 분석이 끝날 때까지 유지되었다. 샘플의 주입량은 10 μl였다. 피크는 210 nm에서 UV 검출기로 검출되었다.
7.
면역블롯
(
Immunoblot
) 분석
면역블롯 분석을 사용하여 단백질 수준의 변화를 측정했다. 총 세포 용해물은 프로테아제 억제제 칵테일(Roche Diagnostics, Indianapolis, IN, USA)이 보충된 방사성면역침전(radioimmunoprecipitation) 분석 용해 완충액(Thermo Fisher Scientific)으로 제조되었다. 용해물을 SDS-PAGE를 실시한 후 니트로셀룰로오스 멤브레인으로 옮겼다. 상기 멤브레인을 실온에서 1시간 동안 5% skim milk로 블록킹(blocking)하고 4℃에서 표시된 항체와 함께 밤새 배양했다. Horseradish peroxidase-결합 항-마우스 또는 항-토끼 2차 항체(Cell Signaling Technology)를 사용하였고, 그 다음으로 enhanced chemiluminescence (ECL; Pierce, Thermo Fisher Scientific) 및 자가방사선촬영을 통해 단백질을 검출하였다. β-actin은 내인성 내부 대조군으로 사용되었으며 이에 대한 항체(Sigma-Aldrich)를 사용하여 검출되었다. 면역블롯 분석에 사용된 1차 항체는 Mitf, Tyrosinase, Tyrp-1, Tyrp-2, p38 (Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA), p-PKA (Thr198), CREB, p-CREB (Ser133), ERK, p-ERK (Thr202/Tyr204), p-p38(Thr180/Tyr182), JNK, p-JNK(Thr183/Tyr185)(Cell Signaling Technology, Danvers, MA, USA) 및 PKA (Abcam, 케임브리지, 영국)에 대한 항체였다.
8. 실시간 정량
PCR
(real-time quantitative
PCR
, RT-
qPCR
)
mRNA 수준의 변화는 RT-qPCR을 사용하여 측정되었다. 총 RNA는 제조업체의 지침에 따라, TRIzol 시약(Invitrogen, Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 준비했다. cDNA는 M-MLV 역전사효소(Invitrogen, Thermo Fisher Scientific)를 사용하여 합성되었다. 실시간 정량 PCR은 HOT FIREPol EvaGreen PCR Mix Plus(Solis BioDyne, Estonia) 및 StepOnePlus Real-Time PCR System(Applied Biosystems, Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 수행되었다. 프라이머 서열은 다음과 같다: 인간 COL1A1 정방향 5'-AGGGCCAAGACGAAGACATC-3', 역방향 5'-AGATACACGTCATCGCACAACA-3'; 인간 COL3A1 정방향 5'-GTTTTGCCCCGTATTATGGA-3', 역방향 5'-GGAAGTTCAGGATTGCCGTA-3'; 인간 MMP1 정방향 5'-TCTGACGTTGATCCCAGAGAGCAG-3', 역방향 5'-CAGGGTGACACCAGTGACTGCAC-3'; 인간 MMP3 정방향 5'-AGCAAGGACCTCGTTTTCATT-3', 역방향 5'-GTCAATCCCTGGAAAGTCTTCA-3'; Mitf 정방향 5'- AGAAGCTGGAGCATGCGAACC-3', 역방향, 5'-GTTCCTGGCTGCAGTTCTCAAG-3'; Tyrosinase 정방향 5'-ACACACTGGAAGGATTTGCC-3', 역방향 5'-GAGCGGTATGAAAGGAACCA-3'; Tyrp-1 정방향 5'-GATGTCTGCACTAGTGACTTG-3', 역방향 5'-CCTGATTGGTCCACCCTCAG-3'; Tyrp-2 정방향 5'-CGTGCTGAACAAGGAATGCT-3', 역방향 5'-GCATGTCCGGTTGAAGAAT-3'; β-actin 정방향 5'-GTATGGAATCCTGTGGCATC 3', 역방향 5'-AAGCACTTGCGGTGCACGAT-3'.
각 표적 유전자의 mRNA 발현은 β-actin으로 정규화되었고 상대적인 mRNA 정량화는 2- ΔΔCt 방법을 사용하여 계산되었다.
9. 멜라닌 함량 측정
세포 내 멜라닌 함량은 NaOH 용해 완충액 및 450 nm에서의 흡광도에 의해 결정되었다. 간단히 말해서, 세포를 24시간 동안 100 nM의 알파-멜라닌세포 자극 호르몬(alpha-melanocyte stimulating hormone, α-MSH)의 존재 또는 부재하에 다양한 농도의 프로바이오틱 CMs으로 처리했다. 세포 펠렛(cell pellets)을 1시간 동안 60℃에서 1N NaOH 용해 완충액에 용해시켰다. 멜라닌 함량은 iMark 마이크로플레이트 리더(iMark microplate reader, Bio-Rad)를 이용하여 측정한 450 nm에서의 흡광도를 비교하여 측정하였다. 총 단백질은 Pierce BCA 단백질 분석 키트(Rockford, IL, USA)를 사용하여 측정되었다. 상대적인 멜라닌 함량은 총 단백질 농도를 사용하여 표준 곡선에서 계산되었다.
10. Mushroom
tyrosinase
활성 측정
시험관 내 tyrosinase 활성을 측정하기 위해 100 U/mL mushroom tyrosinase 및 1 mM L-DOPA 용액을 96-웰 플레이트에 첨가하고 0.1 M 인산나트륨 완충액(pH 6.8)에서 다양한 농도의 프로바이오틱 CMs과 반응시켰다. 37℃에서 5분간 배양한 후 iMark 마이크로플레이트 리더(Bio-Rad)를 이용하여 L-DOPA로부터 생성되는 도파크롬(dopachrome)의 양을 450 nm에서 흡광도 측정하여 tyrosinase 활성을 분석하였다.
11. 통계 분석
모든 실험 데이터는 평균 ± SD로 표시되며 스튜던트 t-검정을 사용하여 분석되었다. 모든 분석은 삼중으로 수행되었으며, p-값 < 0.05가 유의한 것으로 간주되었다.
실험 결과
1.
비피도박테리움
속(
Bi
) 및
락토바실러스
속(La) 균주 CM의 세포 내
ROS
소거 효과
ROS는 세포 에너지 생성을 위한 정상적인 대사과정에서 생성되지만 비정상적인 자외선 조사량은 피부 광노화의 주요 원인 중 하나인 ROS 생성 수준을 증가시킨다. 따라서, 먼저 정상 인간 진피 섬유아세포(NHDFs)에서 UV에 의해 유도되는 ROS 생성에 대한 비피도박테리움 속(Bi) 및 락토바실러스 속(La) 균주 CM의 억제 효과를 조사했다. 세포에 대한 CM의 처리 용량을 설정하기 위해, NHDFs에 다양한 용량(1-100 μg/mL)의 CMs을 24시간 동안 처리한 후 WST-1 기반 세포 생존능 분석을 통해 CM의 무독성 용량을 평가했다.
도 1에서 도시된 바와 같이, LP3 균주의 pHO와 pHX CMs의 처리 용량은 세포 생존능에 영향을 미치지 않았다. 그러나, 다른 균주의 pHO와 pHX CM 사이에서 다른 세포독성이 나타났다. 이러한 결과는 CM의 조성이 성장 조건에서 다른 pH에 의해 잠재적으로 변경되었음을 시사했다. 이러한 결과에서 각 CM의 무독성 용량이 추가 실험을 위해 선택되었다.
다음으로, CMs의 세포 내 ROS 소거 효과를 조사하기 위해, NHDFs에 10 mJ/cm2 UVB를 조사하고 무독성 용량의 CMs을 처리한 후 DCF-DA를 사용하여 세포 내 ROS를 측정하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, UV 광선은 세포의 ROS 수준을 상당히 증가시켰다. 그러나, 이 값은 모든 CM-처리 그룹에서 감소했다. 흥미롭게도, BG7 pHX, BL3 pHO 및 LP3 pHO의 CM 100 μg/mL은 UV 조사된 NHDFs의 ROS 수준과 비교하여 세포 ROS 수준을 각각 72%, 54% 및 59% 감소시켰다. 다른 CMs은 세포의 ROS 수준을 10~30% 감소시켰다. 이러한 결과는 CMs이 NHDFs에서 UV 광선에 의해 유도되는 세포 ROS 생성에 대한 억제 효과를 나타냄을 시사한다.
2. UV 조사된
NHDFs에
대한
비피도박테리움
속(
Bi
) 및
락토바실러스
속(La) 균주 CM의 보호 효과
UV에 의해 유도되는 ROS 생성은 콜라겐 및 MMP 발현의 조절장애를 통해 ECM 분해를 유발할 수 있다. 따라서, 상기 결과가 UV 조사된 세포 손상에 대한 보호 기능과 관련이 있는지 여부를 추가로 테스트했다. NHDFs에 10 mJ/cm2 UVB를 조사하고 24시간 동안 CMs으로 처리했다. 세포 생존능의 변화를 조사하기 위해, WST-1 분석을 수행했다. 도 3에 도시된 바와 같이, UV 광선은 생존능을 54 ± 0.84%로 상당히 감소시켰다. 그러나, 상기 결과는 CMs 처리에 의해 회복되었다. 흥미롭게도, BG7 pHO (10 μg/mL) 및 pHX (100 μg/mL)의 CMs은 UVB-매개 세포 생존능 손실을 각각 13% 및 21%만큼 현저하게 회복시켰다. 또한, BL3 pHO 및 LP3 pHX의 100 μg/mL CMs은 세포 생존능 손실을 각각 18% 및 23% 회복시켰다. 다른 CMs은 회복 효과를 유의하게 나타내지 않았다.
다음으로, 세포 생존능에서의 UV 보호 기능이 UV로 인한 ECM 분해에 대한 보호와 잠재적으로 관련이 있는지 여부를 추가로 테스트했다. UVB 조사된 NHDFs에서 BG7 pHO 와 pHX, BL3 pHO 및 LP3 pHX의 CMs으로 처리한 후, 총 RNA를 분리하고 콜라겐 유전자(COL1A1 및 COL3A1) 및 MMP 유전자(MMP1 및 MMP3)의 발현 수준을 RT-qPCR 실험을 이용하여 분석했다. 도 4에 도시된 바와 같이, UVB 조사는 대조군에 비해 COL1A1 및 COL3A1 발현을 유의하게 감소시켰다. 그러나, BG7 pHO (10 μg/mL) 및 pHX (100 μg/mL)의 CMs으로 처리하면 UVB에 의해 유도되는 COL1A1 및 COL3A1 하향조절이 회복되었다. 또한, CMs은 UVB에 의해 유도되는 MMP1 및 MMP3 상향조절을 유의하게 감소시켰다. 유사한 결과가 BL3 pHO CM 처리된 NHDFs에서 나타났으나, LP3 pHX CM 처리된 세포에서는 나타나지 않았다. 이러한 결과는 BG7 pHO 와 pHX, 및 BL3 pHO의 CMs이 NHDFs에서 세포 생존능 및 콜라겐과 MMP 유전자의 발현을 조절함으로써 UV 보호 효과를 나타냄을 시사한다.
3. 멜라닌 생성에 대한
비피도박테리움
속(
Bi
) 및
락토바실러스
속(La) 균주 CM의 억제 효과
피부 과색소침착은 노화 과정 중 하나로 주로 자외선에 의해 유발된다. 따라서, CMs이 인간 표피 멜라닌세포에서 UV에 의해 유도되는 멜라닌 생성에 억제 효과가 있는지 여부를 테스트했다. 먼저, 멜라닌 생성의 주요 대사 효소인 tyrosinase 효소 활성의 억제 효과를 평가하기 위해 수행하였다. Mushroom tyrosinase와 그 기질인 L-DOPA를 CMs (1~100 μg/mL)과 함께 배양하고 L-DOPA로부터 생성되는 도파크롬(dopachrome)의 양을 측정하여 tyrosinase 활성 억제 효과를 분석하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, BG7의 CMs은 tyrosinase 활성에 대한 억제 효과가 없었다. 그러나, BL3의 CMs은 용량-의존적 방식으로 tyrosinase 활성의 유의한 감소를 보여주었다. 특히, BL3 pHO의 CM은 tyrosinase 활성 억제율을 약 40%까지 증가시켰다. 그러나, BL3 pHX의 CM 처리 그룹의 tyrosinase 활성 억제율은 최대 30%로 나타났으며, 이는 BL3 pHO의 CM이 BL3 pHX의 CM보다 tyrosinase 활성에 대한 억제율이 더 우수함을 나타낸다. 다른 그룹에서는 LP3 pHX가 아닌 LP3 pHO의 CM이 용량-의존적 방식으로 tyrosinase 활성의 억제 효과를 보였다. LU4 및 LC5의 CM 처리 그룹에 대해서도 tyrosinase 활성 억제 효과가 관찰되었지만, 용량-의존적인 tyrosinase 활성 억제 효과가 나타나지 않았다.
Tyrosinase 활성에 대한 억제 효과를 나타내지 않은 BG7 및 LR5 CMs을 제외한 CMs을 처리한 후 멜라닌세포의 멜라닌 양을 평가하여 시험관 내 분석 결과를 추가로 확인했다. 먼저, WST-1 분석을 수행하여 CMs의 처리 용량을 B16F10 흑색종 세포로 설정했다(데이터는 표시되지 않음). 각 CM의 무독성 용량을 사용하여 멜라닌 합성의 주요 자극 인자인 α-MSH로 자극된 세포에서 24시간 처리 후 세포 내 멜라닌 함량을 정량화했다. 도 6에 도시된 바와 같이, BL3 pHO와 pHX의 CM 처리 그룹은 멜라닌 함량의 유의한 감소를 보였다. 그러나, 다른 그룹은 멜라닌 함량의 하향조절에 낮은 영향을 나타내었다. 종합하면, 이러한 결과는 BL3의 CM이 우수한 멜라닌 생성 억제 효과가 있음을 시사한다.
4.
PKA
및
ERK
경로의 하향조절을 통한 BL3 CM의 항-색소침착(미백) 효과
도 5 및 6의 결과는 단지 흑색종 세포에서 시험관 내 tyrosinase 활성 및 멜라닌 함량에 대한 BL3 CM의 억제 효과를 보여주었다. 이러한 결과를 확인하기 위해 억제 기전을 추가로 조사했다. α-MSH로 자극된 세포에서 무독성 용량의 BL3 pHO의 CM을 처리한 후 면역블롯 및 RT-qPCR 분석을 수행했다. 도 7에 도시된 바와 같이, α-MSH 자극은 tyrosinase, TYPR-1 및 TYRP-2 단백질뿐만 아니라 mRNA 수준을 상향조절하였다. 그러나, BL3 pHO의 CM은 용량-의존적 방식으로 α-MSH 자극에 의해 상향조절된 tyrosinase, TYPR-1 및 TYRP-2 단백질뿐만 아니라 mRNA 수준을 모두 감소시켰다.
MITF는 상기 유전자의 주요 전사 인자로 알려져 있다. 따라서, 상기 MITF의 발현 수준을 추가로 분석했다. 분석한 결과, MITF의 단백질과 mRNA 수준이 BL3 pHO의 CM에 의해 유의하게 하향조절되었음을 나타내었다. 이러한 결과는 BL3 pHO의 CM의 항-색소침착(미백) 효과가 세포내에서 MITF 발현의 하향조절에 의해 매개됨을 시사한다.
MITF 발현의 조절은 'cAMP 매개 PKA/CREB 신호 전달'과 같은 특정 경로에 의해 매개되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 가능성을 추가로 테스트했으며, 면역 블롯 분석 결과는 BL3 pHO의 CM 처리에 의해 PKA 및 CREB 단백질의 인산화 수준을 현저하게 하향조절했으나, 총 단백질 수준에서는 용량-의존적 방식으로 하향조절하지 않았다(도 8a 및 8b).
또한, MAPK 키나아제(kinase) 활성의 효과에 대한 다른 가능성을 테스트했다. CREB 단백질의 인산화가 멜라닌 생성에서 PKA-독립적 방식으로 ERK에 의해 유도될 수 있기 때문이다. 도 8c에 도시된 바와 같이, α-MSH 자극은 ERK에서 인산화의 상향조절을 유도했으나, p38과 JNK에서는 그렇지 않았다. 그러나, BL3 pHO의 CM은 용량-의존적 방식으로 ERK의 인산화 수준을 감소시켰다.
종합하면, 이러한 결과는 BL3 pHO의 CM에 의한 항-색소침착(미백) 효과는 멜라닌세포에서 PKA- 및 ERK-매개 CREB 경로의 조절에 의해 나타날 수 있음을 시사한다.
5. BL3 CM의 화학 성분 분석
관련 연구에서 각 성분의 정확한 화학적 조성과 생물학적 효과가 완전히 밝혀지지 않았지만 프로바이오틱스의 CMs에서 알려진 발견 중 하나는 단쇄 지방산과 같은 여러 대사 산물, 분비 단백질, 세포외소포체 및 박테리오신의 생성이다. 따라서, 특히 BL3 pHO의 CM에서 어떤 성분이 분포되어 있는지 추가로 분석했다. 상기 CM이 본 발명의 테스트한 결과에서 가장 우수한 항노화 효과를 보였기 때문이다. 상기 CM의 화학 성분을 더 잘 제시하고자, BL3 pHO와 pHX의 CM 사이의 유기산 조성을 비교했다.
HPLC 분석은 두 CM에서 알려지지 않은 3개의 피크, 젖산(lactic acid), 포름산(formic acid) 및 아세트산(acetic acid)를 포함한 여섯개의 다른 피크를 나타내었다(도 9). 주목할 만한 사실은 알려지지 않은 첫번째 및 여섯번째 피크(피크 a 및 c)의 양은 BL3 pHO와 pHX의 CM 사이에서 변하지 않았다.
그러나, 알려지지 않은 두번째 피크(피크 b)의 양과 3개의 유기산은 BL3 pHX의 CM에 있는 양과 비교하여 BL3 pHO의 CM에서 현저하게 증가했다. 특히, 피크 b의 성분의 양은 pHX 샘플의 값과 비교하여 pHO 샘플에서 X배만큼 증가하였다. 또한, 젖산, 포름산 및 아세트산의 양은 pHX 샘플의 값과 비교하여 pHO 샘플에서 각각 약 8.9배, 4.3배 및 2.9배 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 데이터는 상기 증가된 성분들이 항노화 효과와 관련이 있을 수 있음을 시사한다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (9)
- 비피도박테리움 애니말리스 락티스(Bifidobacterium animalis subsp. lactis), 비피도박테리움 롱굼(Bifidobacterium longum), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus) 및 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei)로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 포함하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은 비피도박테리움 애니말리스 락티스 균주 배양여과물을 포함하고, 비피도박테리움 롱굼, 락토바실러스 플란타룸, 락토바실러스 람노수스 및 락토바실러스 카제이로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 조성물은 비피도박테리움 롱굼 균주 배양여과물을 포함하고, 락토바실러스 플란타룸, 락토바실러스 람노수스 및 락토바실러스 카제이로 이루어진 군 중에서 적어도 1종 이상의 균주 배양여과물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 균주 배양여과물은 이눌린(inulin) 및 폴리덱스트로스(polydextrose)를 포함하는 배지에서 균주를 배양하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 비피도박테리움 애니말리스 락티스 균주는 비피도박테리움 애니말리스 락티스 BL3(KCTC 11904BP)인 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 비피도박테리움 롱굼 균주는 비피도박테리움 롱굼 BG7(KCTC 12200BP)인 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 락토바실러스 플란타룸 균주는 락토바실러스 플란타룸 LP3(KCTC 10782BP)인 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 락토바실러스 람노수스 균주는 락토바실러스 람노수스 LR5(KCTC 12202BP)인 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 락토바실러스 카제이 균주는 락토바실러스 카제이 LC5(KCTC 12398BP)인 것을 특징으로 하는 항노화 화장료 조성물.
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