이 연구의 목적은 멜라닌세포에서 인삼 열수추출물이 티로시나제 활성 및 멜라닌 합성 억제능을 알아보고, 인체피부섬유아세포에서 콜라겐 합성능 및 분해능을 알아보기 위함이다.
항산화 활성 실험에서 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물의 총 폴리페놀 함량은 각각 12.0, 8.3, 7.7 mg/g, 플라보노이드 함량은 각각 16.7, 8.4, 7.9 mg/g 이었다. 1,000 μg/mL에서 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물의 전자공여능은 각각 11.0%, 11.0%, 8.3% 였다. 이를 통하여 인삼 열수추출물은 항산화 활성을 지님을 확인하였다.
본 연구에 사용한 melan-a 세포에 대한 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물의 최대허용농도는 200 μg/mL 이였다. Melan-a 세포에 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물을 처치하여 도립현미경으로 관찰한 결과 농도 의존적으로 멜라닌합성과 수지상 돌기가 감소하였다.
멜라닌 합성량을 정량한 결과, 대조군에 비해 양성대조군인 알부틴은 50 μg/mL에서 29.1% 유의하게(p<0.001) 감소하였고, 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 50 μg/mL에서 각각 23.6%, 31.6%, 29.9% 유의하게(p<0.001) 감소하였다. Melan-a 세포에 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물을 처치하여 확인한 세포내 tyrosinase 활성과 세포추출물 tyrosinase 활성을 측정한 결과, 대조군에 비하여 50 μg/mL에서 각각 6.4%(p<0.001), 4.4%(p<0.01), 16.2%(p<0.001) 및 50.9%, 52.3%, 38.6% 유의하게(p<0.001) 감소하였고, 양성 대조군인 알부틴은 50 μg/mL에서 각각 26.9%, 55.9% 유의하게(p<0.001) 감소하였다.
멜라닌 합성 관련 효소와 인자들의 유전자 발현은 RT-PCR로 알아보았다. 알부틴은 tyrosinase, TRP-1, TRP-2, MITF-M 유전자 발현에서 유의한 변화가 관찰되지 않았으나, 선삼 열수추출물은 50 μg/mL에서 대조군에 비하여 tyrosinase(p<0.001), TRP-1(p<0.01), MITF-M(p<0.001)의 유전자 발현을 유의하게 감소시켰고, 홍삼 열수추출물은 TRP-2(p<0.01), MITF-M(p<0.001)의 유전자 발현을, 흑설삼 열수추출물은 MITF-M(p<0.001)의 유전자 발현을 유의하게 감소시켜 삼류 열수추출물 중 선삼 열수추출물이 멜라닌 합성 관련 효소와 인자들의 유전자 발현량을 가장 많이 감소시킨 것을 확인하였다. Western blotting을 이용하여 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물의 tyrosinase, TRP-1, TRP-2, MITF의 단백질 발현량을 알아보았다. 알부틴은 tyrosinase, TRP-1, TRP-2, MITF 단백질 발현에서도 유의한 변화가 관찰되지 않았다. 흑설삼 열수추출물은 대조군에 비하여 tyrosinase(p<0.001), TRP-1(p<0.01), TRP-2(p<0.01)의 단백질 발현을 유의하게 감소시켰고, 선삼 열수추출물은 TRP-2(p<0.01)의 유전자 발현을, 홍삼 열수추출물은 tyrosinase(p<0.01)의 유전자 발현을 유의하게 감소시켰다. 그러나 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 MITF의 유전자 발현에는 유의한 변화가 보이지 않았다. 멜라닌 합성 관련 효소와 인자들의 유전자 발현량은 흑설삼 열수추출물이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
MTT assay에 의한 인체피부섬유아세포에 대한 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물의 세포독성을 확인한 결과, 흑설삼, 홍삼 열수추출물의 최대허용농도는 200 μg/mL 이상이었고, 선삼 열수추출물은 100 μg/mL로 확인되었다. 인체피부섬유아세포를 이용한 type-I procollagen 합성능 실험 결과, 용매대조군에 비해 양성대조군인 TGF-β1은 5 ng/mL에서 165.0% 유의하게(p<0.001) 증가시켰고, 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 50 μg/mL에서 각각 124.6%, 44.7%, 113.0% 유의하게(p<0.001) 증가시켰다. Zymography를 이용한 MMP-2 활성 실험 결과, 대조군에 비해 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 50 μg/mL에서 각각 31.5%, 29.8%, 36.3% 유의하게(p<0.001) 저해시켰다. MMP-1의 유전자 발현과 단백질 발현 실험 결과, 대조군에 비해 50 μg/mL에서 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 각각 32.1%, 55.2%, 70.2% 및 17.6%, 16.7%, 23.0% 유의하게(p<0.001) 저해시켜, 인체피부섬유아세포를 이용한 주름개선 실험에서 홍삼 열수추출물의 효능이 가장 우수하였다
이상의 연구 결과를 종합해 보면, 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 melan-a 세포에서 tyrosinase 활성 억제, 멜라닌 합성 관련 효소와 인자들의 유전자 및 단백질 발현 감소를 통해 멜라닌 합성을 저해하고 또한, 인체피부섬유아세포에서 콜라겐을 분해하는 MMPs 유전자 및 단백질 발현을 저해시키고 콜라겐 합성 증가를 보여 주름개선 효과가 우수한 것으로 확인되었다. 따라서, 흑설삼, 선삼, 홍삼 열수추출물은 피부 미백 및 주름개선용 천연물질 화장품 소재로서 활용 가능성이 있을 것으로 사료된다.

There is a variety of commercial ginseng products currently available on the market, including white ginseng (WG), red ginseng (RG), black snow ginseng (BSG), and sun ginseng (SG). The objective of this study was to evaluate the putative effect of Panax ginseng (BSG, SG, RG) water extracts (PGWEs: BSGWE, SGWE, and RGWE, respectively) on melanin synthesis and tyrosinase activity in melan-a cells, and collagen synthesis and degradation in human dermal fibroblasts.
Total polyphenol contents in the BSGWE, SGWE, and RGWE were determined to be 12.0, 8.3, and 7.7 mg/g, respectively, and their total flavonoid contents were 16.7, 8.4, and 7.9 mg/g respectively. The electron-donating ability of BSGWE, SGWE, and RGWE at 1000 μg/mL concentration was 11.0, 11.0, and 8.3%, respectively. These findings suggest that PGWEs exhibit some antioxidant activity.
The maximum permissible level of BSGWE, SGWE, and RGWE for application to melan-a cells was above 200 μg/mL. BSGWE, SGWE, and RGWE decreased melanin synthesis and melanocyte dendricity in a dose-dependent manner. Compared to control cells, cells incubated with BSGWE, SGWE, or RGWE at 50 μg/mL concentration exhibited significantly lower (p<0.001) melanin content (by 23.6, 31.6, and 29.9%, respectively) and significantly decreased (p<0.001) intracellular and cell-extracted tyrosinase activities. The inhibitory effects of BSGWE, SGWE, and RGWE on both melanin synthesis and tyrosinase activity were found to be equivalent or more potent than those of positive control arbutin.
While the mRNA expression of tyrosinase, TRP-1, TRP-2, and transcription factor MITF-M was not affected by arbutin treatment, incubation with BSGWE, SGWE, and RGWE concentration-dependently reduced their expression, with the inhibition of MITF-M reaching significance (p<0.001). SGWE treatment in particular elicited a profound reduction of MITF-M mRNA expression. While the expression of tyrosinase, TRP-1, TRP-2, and MITF proteins, as assessed by Western blotting, was found not to be altered by arbutin treatment, BSGWE strongly reduced the expression of tyrosinase (p<0.001), TRP-1 (p<0.01), and TRP-2 (p<0.01) proteins, relative to control cells. However, treatments with BSGWE, SGWE, and RGWE did not reduce the expression of MITF protein.
The maximum permissible level of BSGWE and RGWE in human dermal fibroblasts was determined to be over 200 μg/mL, and that of SGWE was 100 μg/mL. BSGWE, SGWE, and RGWE at concentration of 50 μg/mL increased the type-I procollagen synthesis in human dermal fibroblasts by 124.6, 44.7, and 113.0%, respectively, as compared to control cells. In comparison with the control cells, treatments with BSGWE, SGWE, and RGWE significantly (p<0.001) decreased MMP-2 activity, MMP-1 mRNA expression, and reduced the MMP-1 protein expression (p<0.001).
Overall, the results of this study indicate that PGWEs could be used as functional cosmetic materials for the prevention or alleviation of skin pigmentation and wrinkle formation.