Anti-wrinkle effect of fucoidan isolated from Miyeokgui (Undaria pinnatifida sporophyll) by enzyme-assistant extraction

Abstract

최근에 국내 및 국제의 기능성 화장품 시장의 규모가 점점 커지고, 천연물로부터 화장품의 소재를 개발하는 연구가 활발히 진행 됨에 따라서 이 연구를 수행하였 다. 연구의 소재로는 미역의 포자엽인 미역귀(Undaria pinnatifida sporophyll)를 선택 하였다. 불과 얼마 전만 해도 미역귀는 미역 줄기를 사용하고 난 후에 버려지는 부위였지만, 몸에 이로운 작용을 하는 비타민, 알긴산, 미네랄등의 성분들 뿐만 아니라 생리활성이 뛰어난 fucoidan의 함량이 풍부함이 알려짐에 따라서 각광받기 시작하였다. Fucoidan은 단당류인 fucose에 sulfate가 결합한 구조를 가지고 있으며, 미역, 톳, 다시마, 모즈쿠 등 갈조류에 풍부하다고 알려져 있다. 미역귀로부터 분 리한 fucoidan은 항산화, 항염증, 항비만, 항당뇨, 면역조절 등의 다양한 효과가 있 다고 알려져 있으며, 특히 암세포의 apoptosis를 유도하는 효과가 뛰어나다고 알려 져 있다. Fucoidan의 apoptosis 유도 효과는 1996년 제 55회 일본암학회에서 처음 발표 되었 다. 암에 대한 효과를 주목 받기 시작하고, 많은 수의 의학논문들이 발표 되었다. 우리 나라는 일본에 비해 뒤늦게 후코이단에 대한 연구 및 사업을 시작하였지만, 빠른 속도로 규모가 커지고 있다. 일본의 fucoidan의 주요 원료는 모즈쿠라는 해조류인데, 본 연구에서 사용된 미역귀의 fucodian은 모즈쿠의 fucoidan보다 sulfate 의 함량이 매우 높다. 기능성의 지표가 될 수 있는 sulfate는, 그 함량이 높을수록 효과가 좋다. 일본에 비해 높은 sulfate의 함량을 보유한 fucoidan을 보유한 미역귀 를 소재로 하여 다양한 연구 및 사업이 진행되고 있다. 이러한 이로운 기능들과 개발 가능성을 근거로 하여 식품 및 의약품이 아닌 기능성 화장품 소재로서의 가 능성을 확인하기 위하여 본 연구를 진행 하였다. 기능성 화장품은 산화 억제, 피부에 대한 염증보호, 미백, 자외선에 대한 보호, 주 름개선, 보습효과 등의 기능을 필수적으로 포함한다. 그 중에서 주름에 대한 보호 및 개선 효과가 가장 중요하다고 생각되어 미역귀 유래 후코이단을 소재로 하여 연구를 진행하였다. 주름은 피부의 진피층의 기질 단백질이 분해 됨에 따라서 그 탄력성을 잃고 형성된다. 주름의 형성 원인은 자외선, 흡연, 내인적 스트레스 등 다양하다. 피부가 주름 형성 요인들에 의해서 자극을 받게 되면, reactive oxygen species (ROS가 생성되어진다. 생성된 ROS는 진피의 growth factor receptor를 자극하 여 FOS와 JUN으로 구성되어 있는 activator protein-1 (AP-1)을 활성화 시킨다. 활성 화된 AP-1은 기질 구조 단백질인 collagen의 전구체인 procollagen의 합성을 억제 하고, collagen을 분해시키는 matrix-metallopreoteinases (MMPs)을 활성화 시킨다. 미역귀 유래 fucoidan은 human dermal fibroblast에서 무처리군과 비교하였을 때 최 고 농도 200 μg/mL에서 132.2%의 증가량을 보였다. 또한 UVA로 인해 증가된 MMP-1의 발현량을 크게 감소 시켰다. 그러므로 미역귀 유래 fucoidan은 antiwrinkle 효과를 가진 기능성 화장품의 원료로서 사용할 수 있다고 사료된다.

Fucoidan isolated from the cultured Korean brown seaweed sporophyll (Miyeokgui) Undaria pinnatifida (Miyeok) is an interesting polysaccharide due to its various biological activities. This polysaccharide was isolated using five carbohydrate enzymes including AMG, Celluclast, Termamyl, Ultraflo, and Visoczyme. The five enzyme-assistant extracts were measured for their elastase and collagenase inhibition activity by chemical methods. Based on the results, we selected Celluclast enzymatic extract because of it's high level of biological activity. Then, the polysaccharides were separated from Miyeokgui cellucalst extract by mixing three volume of ethanol and storing in 4°C over night after proper mixing. Ethanolic supernatant was removed by centrifugation and the alginates were collected by CaCl2 precipitation. The crude extract was further purified by DEAE–cellulose chromatography. Peak (carbohydrate contents) of fraction was showed on concentration of flow buffer 0 M, 0.2 M, 0.4 M, 0.6 M, 0.8 M, 1 M, and 1.2 M. The collected fractions were analysed for their sulfate content and monosaccharide composition. The F3 fraction was found to possess the highest sulfate and fucose contents. Therefore, further investigations were carried out using the F3 fraction. Fucodian isolated from Miyeokgui by enzyme-assistant extracts were treated on human dermal fibroblast (HDF) cells for collagen synthesis activity and matrix-metalloproteinases inhibition activity. After 24 hours, culture media were collected for measured collagen synthesis activity and cells were lysed by lysis buffer for western blotting for measured matrix-metalloproteinases inhibition activity. Fucoidan isolated from Miyeokgui by enzyme-assistant extracts increased the collagen synthesis with the increments of 69.3%, 111.8%, and 132.2%, at each concentration and inhibited the matrix-metalloproteinases expression to 78.5%, at 200 μg/mL concentration. These results suggests that fucoidan isolated from Miyeokgui can be used as a potential ingredient in anti-wrinkle material in functional cosmeceutical industry.