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Asian J Beauty Cosmetol > Volume 20(1); 2022 > Article
플라보노이드(Flavonoids)의 구조적 특성에 따른 피부에 미치는 영향에 관한 고찰

요약

본 인체의 노화를 사전에 예방하기 위한 항노화 기능성 물질들이 의약품, 식품, 화장품 업계 등에서 주목을 받고 있으며, 그러한 물질 중 flavonoids를 이용한 화장품 성분에 관한 연구가 계속되고 있다. 이에 본 총설에서는 다양한 flavonoids 화합물의 구조적 특성에 따라 피부에 미치는 영향에 관한 선행 연구들을 고찰하였다. 본 연구에서는 천연추출물에 포함된 flavonoids의 항산화, 미백, 항염증 효과를 확인하였으며, flavonoids 성분 중 apigenin, baicalein, genistein, naringenin, hesperetin, proanthocyanidins, quercetin, kaempferol의 콜라겐 활성 증진 및 항산화, 항염, 미백효과를 확인하였다. 또한 β-cyclodextrin의 구조적 특성을 이용해 flavonoids를 포접체로 만들어 생체이용률을 높일 수 있는 연구 결과를 확인하였으며, flavonoids의 배당체와 비배당체 형태에 따른 효과를 분석한 연구를 검토하였다. 또 다른 연구에서는 flavonoid의 3'-hydroxyl기가 항산화 및 항염 작용에 중요한 역할을 한다고 보고하여 분자 구조의 수정으로 인한 효과가 예상되었다. 따라서 구조적 변형이 검증된 flavonoids의 효능을 보완할 수 있다는 연구는 타당하다고 판단된다. Flavonoids의 구조적 특성에 따른 피부에 미치는 영향에 대한 본 연구를 바탕으로 향후 안정적인 노화방지 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract

Functional materials with anti-aging properties that prevent aging in the human body in advance have been attracting attention in the pharmaceutical, food, and cosmetic industries, and active research regarding cosmetic ingredients employing flavonoids among such substances is underway. Therefore, this general review assessed previous studies regarding the effect of various flavonoids on the skin according to their structural characteristics. In this study, the antioxidant, whitening, and antiinflammatory effects of flavonoids present in natural extracts were analyzed. Among the flavonoids, the collagen activity enhancing, antioxidant, anti-inflammatory, and whitening effects of apigenin, baicalein, genistein, naringenin, hesperetin, proanthocyanidins, quercetin, and kaempferol were evaluated. In addition, a study conducted to increase the bioavailability of flavonoids by converting them into clathrates using the structural characteristics of β-cyclodextrin, which further analyzed the difference in the effects of glycoside-containing and non-glycoside flavonoids, was reviewed. Another study reported that the 3'-hydroxyl functional group of flavonoids plays an important role in their antioxidant and anti-inflammatory activities; hence, effects consequent to the modification of their molecular structure were expected. Therefore, the studies that suggest that structural modifications can supplement the efficacy of verified flavonoids are considered to be valid. In future, flavonoids may be used as a stable anti-aging material on the basis of this study on their effects on the skin according to their structural characteristics.

中文摘要

能够提前防止人体老化的具有抗衰老特性的功能性材料在医药、食品、化妆品等行业备受关注,在这些物质中使用类黄酮的化妆品成分的研究正在积极进行中。因此,本综述评估了先前关于各种黄酮类化合物根据其结构特征对皮肤影响的研究。在这项研究中,分析了天然提取物中类黄酮的抗氧化、美白和抗炎作用。在黄酮类化合物中,对芹菜素、黄芩素、染料木黄酮、柚皮素、橙皮素、原花青素、槲皮素和山奈酚的胶原蛋白活性增强、抗氧化、抗炎和美白作用进行了评估。此外,还回顾了一项利用β-环糊精的结构特征将黄酮类化合物转化为包合物以提高其生物利用度的研究,该研究进一步分析了含糖苷类黄酮类化合物和非糖苷类黄酮类化合物的作用差异。另一项研究报道,黄酮类化合物的 3'-羟基官能团在其抗氧化和抗炎活性中起重要作用,预期其分子结构的改变会产生影响。因此,表明结构修饰可以补充已验证黄酮类化合物功效的研究被认为是有效的。未来,在本研究的基础上,根据黄酮类化合物的结构特征对皮肤的影响,黄酮类化合物可作为一种稳定的抗衰老原料。

Introduction

인체의 노화를 예방하기 위한 안티에이징(anti-aging)이 의약품, 식품, 화장품 업계 등에서 주목을 받고 있으며, 노화를 지연하고 예방할 수 있는 화장품 성분에 관한 연구가 계속되고 있다.
우리 생체 내에는 항산화(抗酸化) 효소가 있어 활성산소에 의한 산화적 손상으로부터 세포막과 세포 내 물질을 보호하는 역할을 한다. 그러나 나이가 들어감에 따라 항산화 효소가 급격하게 감소되어 활성산소나 과산화지질에 대응할 수 있는 능력이 저하되고, 신체 기관과 세포는 점차적으로 쇠퇴된다(Hong, 2009).
대표적인 항산화 물질로 알려진 폴리페놀(polyphenol)은 분자 하나에 페놀(phenol) 그룹이 2개 이상 있는 작용기로 여러 개의 수산기(hydroxyl, -OH)를 갖고 있다. Polyphenol은 식물 이차대사산물로 자외선으로부터 스스로를 보호하기 위해 만들어낸 일종의 방어 효능을 가지고 있다.
이러한 polyphenol은 식물에서 발견되는 파이토케미컬(phytochemical)중 하나로, 녹차에 든 카테킨(catechin), 포도주의 레스베라트롤(resveratrol), 사과와 양파의 쿼세틴(quercetin) 등이 있다. 과일에 많은 플라보노이드(flavonoids)와 콩에 많은 이소플라본(isoflavones)도 polyphenol의 일종이다. Polyphenol은 우리 몸에 있는 활성 산소를 해가 없는 물질로 바꾸어 주는 항산화 작용으로 노화를 방지하는 효과가 있으며, 활성 산소에 노출되어 손상되는 DNA와 세포 구성 단백질 및 효소를 보호하는 기능이 뛰어나 다양한 질병으로부터의 위험을 낮추는 것으로 보고 되었다(Bravo, 1998).
이러한 polyphenol류 중의 하나인 flavonoids는 디페닐 프로판(diphenyl propane) 구조를 가지며, 수산기의 수와 배열뿐만 아니라 이들 기의 알킬화(alkylation) 또는 글리코실화(glycosylation)에 따라 많은 변형이 있다(Ahn et al., 2017). Flavonoids는 활성산소로부터 식물의 세포를 보호하는 물질로 지질의 산화와 활성산소를 제거하여 산화적 스트레스를 막아 노화를 예방, 지연하는 효과가 있다(Lee et al., 2007; Kim et al., 2014). 또 세포에서 산화 반응에 작용하는 잔틴 산화효소(xanthine oxidase, XO), 산화효소인 사이클로옥시게나제(cyclooxygenase, COX), 산화환원 효소의 일종인 리폭시게나제(lipoxygenase)와 같은 여러 효소에 대해 강력한 억제 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Panche et al., 2016).
Flavonoids는 대부분 페닐알라닌(phenylalanine)에서 합성되는 광범위한 식물 색소의 구성 물질로 최근 의학적 치료를 목적으로 그 구조와 기능에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다(Lee et al., 2007). 그뿐만 아니라 flavonoids를 항노화 화장품 성분으로 활용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있어 본 연구에서 flavonoids의 구조적 특성을 이용한 선행 연구 결과를 고찰하여 효과를 비교•검토해 보고자 하였다.

1. Flavonoids 개요

1) Flavonoids의 정의

Flavonoid 또는 bioflavonoid는 노랗다는 뜻을 가진 라틴어 flavus에서 유래한 말로 phenylbenzo-γ-pyrone 유도체로서 자연계에 분포되어 있는 2차 대사체의 일종이다(Park et al., 2019). 이러한 2차 대사산물은 식물의 방어작용을 강화하는 데 사용할 뿐 아니라 생물학적 활성이 매우 커서 제약, 건강식품, 화장품 등에 많이 사용되고 있다(Yang et al., 2018).

2) Flavonoids의 화학적 구조

Flavonoids는 화학 구조적으로 '비배당체(aglycone)'와 당이 결합되어 있는 '배당체(glycoside)'의 형태로 여러 식물에 존재한다. 대부분의 flavonoid 화합물은 glycoside의 형태로서 전체 flavonoid의 50-80%를 차지하며, glycoside 형태는 aglycone 형태에 비해 항산화 작용 및 항균 등의 효과는 높고, 항암 활성은 낮은 것으로 알려져 있다(Cha & Cho, 2001; Lee et al., 2007). Aglycone의 종류나 결합되어 있는 당의 종류와 결합 형태에 따라 많은 flavonoids 조합이 가능하며, 실제로 발견되고 있다. Flavonoid glycoside의 rutinoside가 가수분해되어 aglycone 형태로 전환되면 흡수가 촉진되어 피부에서도 생리적 활성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상하여 연구들이 진행되고 있으며(Park et al., 2019), 미생물이나 효소적 반응의 물질 전환(bioconversion)을 통한 aglycone 형태의 flavonoids들이 개발되고 있다(Seo et al., 2015).

3) Flavonoids의 형태

Flavonoid는 A, B의 두 개의 페닐(phenyl) 고리와 C의 산소를 포함하는 헤테로사이클(heterocycle)로 구성되어 있으며 Figure 1과 같다. 각 고리에 다양한 작용기가 결합된 구조를 가지고 있으며, 이 작용기가 flavonoid 화합물의 다양한 생리 활성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Xiao et al., 2008).
Flavonoid의 A와 B 고리에 인접한 두 개 이상의 수산기가 존재할 때 카테콜(catechol)구조(Figure 2)를 형성하여, 높은 항산화 활성을 나타냈다. 이러한 A, B 고리에 존재하는 catechol구조는 항산화 유효 구조로 판단된다고 하였다(Jeong, 2005).
Flavonoid는 heterocyclic 구조에 따라 플라본(flavones), 플라보놀(flavonols), 플라바논 (flavanone), 플라바놀(flavanol) 또는 카테킨(catechin), 안토시아닌(anthocyanin) 및 칼콘(chalcone)이 있다(Panche et al., 2016).

4) Flavonoids의 효능

Flavonoid는 항산화 활성, 자유 라디칼(free radical) 소거 능력, 항염증 등의 효능을 갖는다. Flavonoid는 다양한 메커니즘에 의해 산화 손상으로부터 지질을 보호하며, 철과 구리 등 금속이온 등을 킬레이트화(chelation) 하여 free radical 생성을 억제한다(Kumar & Pandey, 2013). 특히 퀘르세틴(quercetin)은 철 킬레이트화 및 철을 안정화하는 특성이 있는 것으로 알려져 있다. 아피제닌(apigenin), 갈라닌(galanin), 플라본(flavones), 글리코사이드(glycoside), 이소플라본(isoflavone), 플라바논(flavanone) 및 칼콘(chalcone)을 포함한 여러 flavonoid가 강력한 항균작용을 하는 것으로 나타났다.

2. Flavonoids의 피부에 대한 효과

1) 천연추출물 flavonoids의 항산화 효과

Flavonoids계 황금(Scutellatia baicalensis) 추출물의 항산화 활성을 측정한 결과 총 flavonoids 함량과 총 polyphenol 함량, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거 활성에 대한 효과가 우수하게 나타났으며, 특히 황금추출물의 농도가 0.07% 이상일 때 항산화 활성의 증가폭이 높았다(Kim, 2014).
녹차엽의 추출물인 폴리페놀의 일종인 카테킨(catechin)을 처리하고 인간 섬유아세포의 콜라겐 분해 효소인 matrix metalloproteinase (MMP)-1과 MMP-2의 발현을 확인하였다. 그 결과 epigallocatechin gallate (EGCG)와 gallocatechin gallate (GCG)에 MMP-2가 감소되어, 자외선에 의한 콜라겐 분해를 억제하는 효과를 보았다. 뿐만 아니라 세 가지 카테킨을 조합한 EGCG(0.5):GCG (1.5):ECG (epicatechin-gallate) (1.3)의 비율에서 콜라겐의 수용성 전구물질인 procollagen 합성에 가장 높은 효과를 나타내어 항산화 효과가 확인할 수 있었다(Shin et al., 2006).
Flemingia macrophylla 뿌리의 물 추출물(water extract of Flemingia macrophylla root, WEFM)과 Glycine tomentella 뿌리의 물 추출물(water extract of Glycine tomentella root, WEGT)은 티로시나아제(tyrosinase)를 억제하였으며, WEFM은 WEGT보다 더 효과가 우수하였다. 또한 WEFM와 WEGT 모두에서 flavonoids인 다이진(daidzin), 다이드제인(daidzein), 제니스틴(genistin), 제니스테인(genistein)이 존재하는 것을 확인하였다. 이러한 flavonoid의 함유는 자유라디칼(free radical)을 제거하여 천연 항산화 역할을 하는 것으로 제시되었다(Wang et al., 2012).
생강(Zingiber offcinale Roscoe)의 잎, 줄기, 뿌리 추출물의 화장품 소재로서의 가능성을 알아보기 위한 실험에서 생강 잎 추출물이 총 polyphenol과 flavonoid의 함량이 가장 높다고 보고하였다(Lee & Kim, 2021).

2) Flavonoids의 미백효과

기린초(Sedum kamtschaticum Fisch.)의 줄기(stem)와 뿌리(root) 부위를 각각 70% ethanol (SKS, SKR)로 추출한 후 화장품 소재로서 응용 가능성을 확인하였다. 70% ethanol 추출물(SKS, SKR)에 대해 HPLC 분석을 한 결과 gallic acid와 quercetin을 포함한 flavonoid가 검출되었다. Tyrosinase 활성 저해 효과로는 ethyl acetate 분획물이 가장 우수하였고, 모든 분획물은 세포독성이 없는 10 µg/mL 농도에서 멜라노마(melanoma) 세포(B16F10)를 처리했을 때 멜라닌 생성 저해력이 우수하게 나타났다(Yoon et al., 2020).
잔대(Adenophora triphylla var. japonica) 순아세트산 에틸 분획물의 in vitro 미백 효과 를 확인한 결과 200 µg/mL의 농도에서 B16F10를 처리했을 때 멜라닌을 108.04%로 저해하여 높은 효과를 보였다(Yoo et al., 2017).

3) Flavonoids의 항균, 항염 효과

노각나무(Stewartia koreana) 잎 에틸 아세테이트 분획으로부터 quercetin, 퀘르시트린(quercitrin), 히페린(hyperin), quercetin-3-O-(6''-O-galloyl)-β-D-galactopyranoside, kaempferol-3-o-[2'',6''-di-o-(trans-p-coumaroyl)]-β-D-glucopyranoside의 flavonoids을 5종으로 분리한 후, LPS를 처리한 대식세포에서 산화질소(nitric oxide, NO) 생성 억제활성을 측정하여 염증 반응에 대한 활성을 분석하였다. 그 결과 대식세포의 NO 생성을 유의적으로 저해하였으며, 특히 kaempferol-3-o-[2'',6''-di-o-(transp-coumaroyl)]-β-D-glucopyranoside는 가장 강한 억제효과를 보였다(Lee et al., 2018).
토종 복분자(Rubus coreanus Miquel) 추출물의 항염증 효과를 측정하였다. 항염증 실험을 위해 RAW 264.7 세포에서 세포 독성 측정을 통해 최대 농도인 100 µg/mL에서 세포 독성이 확인되지 않았으며, NO 생성을 현저하게 억제하여 저 독성 기능성 소염 화장품으로서의 가능성을 확인하였다(You et al., 2020).
Flavonoids의 피부에 대한 효과를 다음 Table 1과 같이 정리하였다.

3. Flavonoids 성분별 효과

1) Apigenin의 콜라겐 분해효소 억제효과

낙우송(Metasequoia glyptostroboides)으로부터 분리한 활성물질은 구조상 flavonoid계열에 속하였으며, 여러 가지 flavonoid 성분 중 apigenin을 정제하여 구조를 밝혔다. 또한 zymography, WST-1을 이용한 세포독성시험, northern blot 등의 실험을 통하여 matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) 유전자 발현을 억제하는 효과를 확인하였다(Yang et al., 2005).
Choi et al. (2016) 연구에서 apigenin이 UVA 조사로 인한 세포 독성으로부터 인간 진피섬유아세포(human dermal fibroblasts, nHDFs)의 생존력을 회복시키는 것을 보았다. 그뿐만 아니라 nHDFs에서 콜라겐 분해 효소인 collagenase와 matrix metalloproteinase (MMP-1)의 발현을 감소시킨 것을 확인하였다. 인간 진피섬유아세포에서 생성된 MMP-1은 콜라겐 감소를 촉진하는 것으로 보고되어(Fisher et al., 1997) 그 의미가 있다.

2) Baicalein의 콜라겐 합성 및 항염증 활성 효과

Lee et al. (2019)의 연구에서 안정성과 용해도를 향상시켜 flavonoids의 생체이용률을 높이기 위한 방법으로 cysteinyl β-cyclodextrin과 바이칼레인(baicalein)의 포접 복합체를 연구에 사용하였다. 그 결과 UV에 노출된 인간 섬유아세포(Hs68)에서 콜라겐 합성을 유의하게 회복시켰음을 보여주었다. 또한 type I 콜라겐의 단백질 발현을 유의하게 상향 조절하고 type I, II 및 III 콜라겐의 전사를 활성화했다. 반면에 콜라겐 분해효소인 MMP-1과 MMP-3 그리고 α-smooth muscle actin (α-SMA)의 발현을 하향 조절했다. 여기서 α-SMA 발현은 상처치유 과정에서 생길 수 있는 병리학적 콜라겐 침착과 흉터 형성을 촉진하는 것으로 이것의 하향조절은 보다 안전한 피부 재생을 유도하는 것으로 볼 수 있다.
Scutellaria baicalensis의 뿌리, Thymus vulgarisOroxylum indicum의 잎에서 발견되는 바이칼린(baicalin)과 baicalein flavonoids를 THP-1 세포주를 이용하여 항염증 활성과 세포독성에 대해 연구하였다. 그 결과 baicalin과 baicalein 모두 항염증 특성을 보인 반면, baicalein은 baicalin보다 Src 티로신 키나제(tyrosine kinas) 및 사이토카인(cytokine)인 IL-6 모두에 대해 더 높은 억제 활성을 갖는 것으로 나타났다. Baicalin과 baicalein은 THP-1 세포에서 세포독성을 확인한 결과 세포독성의 징후를 보이지 않았다(Jelićet al., 2016).

3) Genistein의 미백 및 항염증 효과

Genistein이 멜라닌 생성에 미치는 영향을 in vitroin vivo 실험을 통해 보았다. In vitro 측정에서 melan-a 세포에 genistein을 처리하여 멜라닌 양을 측정한 결과 멜라닌 생성이 농도 의존적으로 감소되었다. 또한 in vivo 측정 결과 genistein은 갈색 몰모트(brown guinea pig)의 등 부위에서 자외선에 의해 유도되는 피부 흑화를 농도 의존적으로 개선하여 미백 효과를 확인하였다. 인공색소반에 genistein을 1%, 2% 도포한 결과 5주차에 대조군과 비교하여 유의적인 미백 효과를 보임을 확인할 수 있었다(Yang et al., 2008).
대두에서 추출한 대표적인 이소플라본 화합물 중 하나인 genistein은 물에 대한 용해성이 매우 낮아 생체이용률이 현저히 떨어지는 단점이 있다. 이것을 보완하기 위해 hydroxypropyl beta-cyclodextrin complex라는 일종의 캡슐 제형으로 만들어 순수 genistein과 효능을 비교하였다. 그 결과 동일한 농도 조건에서 genistein 포접체가 genistein보다 더 높은 안정성을 가지고, NO 생성량을 억제하는 것으로 보였다. 또한 IL1-α, IL1-β, IL-6TNF-α와 같은 염증성 사이토카인의 mRNA 발현이 농도 의존적으로 감소됨을 확인하였다(Choi et al., 2018).

4) Naringenin, Hesperetin의 항산화, 항염 효과

감귤류 flavonoids는 항균, 항산화, 항암, 항염증 효과 등이 보고되었다. 감귤류에 존재 하는 flavonoids는 분자구조에 따라 플라본(flavones), 플라바논(flavanones), 플라보놀 (flavonols), 이소플라본(isoflavones), 안토시아니딘(anthocyanidins), 플라바놀 (flavanols)로 분류되며, 이 중에서 플라바논(flavanones)은 과육보다는 과피와 씨에 풍부 하다. Flavanones은 narirutin, naringin, hesperidin의 배당체(glycone)와 naringenin, hesperetin의 비배당체(aglycone) 형태로 존재하며, aglycone은 glycone보다 더 효과적으로 우리 몸에서 흡수된다. 이 연구에서는 감귤과피 내의 생리활성 물질 중 glycone을 aglycone으로 물질 전환(bioconversion) 했을 때 면역 세포주에서 항산화와 항염증 효과가 있는지 보았다. 그 결과 narirutin과 naringin을 naringenin으로, hesperidin을 hesperetin으로 물질 전환 후 면역세포에서 항산화, 항염증 효과를 확인 하였다(Seo et al., 2015).
유자(Citrus junos)의 활성 화합물인 hesperidin과 hesperidin의 in vitro에서 항산화 활성에 관해 연구하였다. Hesperidin과 hesperidin은 용량 의존적으로 DPPH, -OH 및 산화질소(NO)를 소거하였다. 또한 hesperidin과 hesperetin은 열과 빛 등 외부 자극에 의해 쉽게 라디칼을 형성하는 물질인 free radical initiator (자유 라디칼 개시제)로 2,2'-azobis(2-aminopropane) dihydrochloride에 의해 유도된 단백질과 지질의 산화를 유의미하게 감소시켰다. 특이할 만한 것은 hesperidin은 단백질 산화에 더 강한 활성을 보인 반면, 그의 aglycone 형태인 hesperetin은 지질 산화에 더 강한 활성을 가졌다. 이것은 glycone에 비해 aglycone의 형태가 항산화 효과가 뛰어남을 증명하는 것으로 천연 항산화제로 이용될 수 있을 것으로 사료된다(Kim et al., 2010).

5) Proanthocyanidins의 항염증 효과

실험용 쥐의 대식 세포주를 사용하여 포도 flavonoids 라고도 불리는 배당체 형태의 프로안토시아니딘(proanthocyanidins)을 처리하였다. 응축된 탄닌으로 알려진 proanthocyanidins은 채소에서 자연적으로 발생하는 폴리페놀릭 바이오 플라보노이드 그룹으로 항바이러스, 항미생물, 항HIV, 항산화 및 항종양 촉진 효과에 대한 연구 결과가 있었다. Proanthocyanidins의 지질다당류(lipopolysaccharide, LPS)에 의한 염증반응에 대한 효과를 연구한 결과 LPS에 의해 유도된 NO의 생성, inducible NO synthase (iNOS)의 발현과 염증성 사이토카인(cytokine)의 생성 및 발현을 유의적으로 억제 하였다. 이 결과로 proanthocyanidins의 항염증 제제로서의 개발 가능성이 제시되었다(Cheon et al., 2019).

6) Quercetin의 항산화 효과

자연상태의 flavonoids와 isoflavones의 항산화 활성을 비교하고, 쿼세틴(quercetin), 피세틴(fisetin), 7,8-디하이드록시플라본(7,8-dihydroxyflavone), 모린(morin), 캠퍼롤(kaemferol) 등을 비교∙실험하였다. 비교군들 중 quercetin이 flavonoids와 isoflavones 중에서 트롤록스 등가 항산화능값(trolos equivalent antioxidant capacity, TEAC)이 가장 높게 나타났다. 여기서 trolos란 비타민 E 수용성 유사체로서 trolox를 기준으로 한 항산화력의 측정값을 말하며, quercetin이 비교군 중에서 가장 항산화 능력이 뛰어남을 뜻한다(Pandey et al., 2013).
Kaempferol과 quercetin이 산화 스트레스에 미치는 영향을 in vitro 실험을 통해 보았다. 산화 스트레스를 가한 두 세포에서 항산화물의 산화 스트레스 극복효과가 현저 하게 나타났다. 그리고 kaempferol과 quercetin을 일정 비율로 서로 섞은 다음 산화 스트레스 처리와 함께 처리하여 조사한 결과, 단독으로 처리한 결과보다 산화 스트레스에 대해 더 많은 보호 효과가 나타났다(Park, 2008).

7) Kaempferol의 항산화, 항염증 효과

양마(Hibiscus cannabinus L)는 아욱목 아욱과에 속하는 쌍떡잎 식물로, 이 양마의 잎에는 많은 양의 flavonoid계 물질이 존재한다. 비배당체인 캠페롤(kaempferol)과 이당 배당체인 캠페리트린(kaempferitrin), 단당배당체인 아프젤린(afzelin)과 람노이소로빈(rhamoisorobin)의 항산화활성을 보았다. 그 결과 비배당체인 kaempferol의 항산화력이 가장 우수하였고, rhamoisorobin, afzelin, kaempferitrin 순으로 감소하였다. 특히 비배당체인 kaempferol과 배당체인 kaempferitrin의 DPPH 소거능은 26.6배의 차이를 보였다. 이처럼 같은 분자구조를 가진 물질임에도 불구하고 항산화력에서 많은 차이가 나는 것은 항산화반응에 참여하는 원소들이 당의 유무에 따라 반응성이 크게 달라지기 때문인 것으로 보인다고 할 수 있다(Kim et al., 2014).
시료 4종(kaempferol, α-rhamnoisorobin, afzelin, kaempferitrin) 중 kaempferol과 α-rhamnoisorobin은 항산화, 항염증에 대해 우수한 효능을 나타내었다. 이것은 4개 시료 물질의 구조식과 대비하여 비교해 볼 때, 본 실험에서 효능을 나타내었던 kaempferol과 α-rhamnoisorobin은 구조식에서 3번 위치에서 hydroxyl 작용기를 갖고 있었으나, 비교적 우수한 효능을 보이지 않았던 다른 2종의 시료 afzelin과 kaempferitrin은 3번 위치에서 hydroxyl 작용기를 갖고 있지 않았음을 확인했다. 이것으로 3'-hydroxyl 기는 항산화 및 항염증과 관련된 활성을 나타내는데 중요한 작용을 하는 것으로 보았다. 이러한 구조적 활성 관계는 작용기 하나만으로 분자구조를 변형하여 더 우수한 효능을 기대할 수 있음을 시사한다(Lee et al., 2011).
Flavonoids의 성분별 효과를 Table 2에서 확인할 수 있다.

Conclusion

본 연구에서 flavonoids 효과와 관련한 선행논문을 고찰한 결과 천연추출물에 포함된 flavonoids의 항산화, 미백, 항염증 효과를 확인하였다. Flavonoids 성분 중 apigenin이 콜라겐 분해효소인 MMP-9, MMP-1의 발현을 감소시켜 체내 콜라겐의 90% 이상을 구성하는 1형 콜라겐이 분해되는 것을 억제하는 효과를 확인하였다. 또 UVA조사로 인한 세포독성으로부터 인간 진피섬유아세포의 생존력을 회복시키는 것을 보았다.
β-cyclodextrin과 baicalein의 포접 복합체를 사용하여 flavonoids의 안정성과 용해도를 향상시켜 콜라겐 합성을 유의하게 회복시켰으며, 항염증 효과를 확인하였다. Genistein은 물에 대한 용해성이 매우 낮아 생체이용률이 현저히 떨어지는 단점을 보완하기 위해 hydroxypropyl β-cyclodextrin 포접체를 만들어 순수 genistein과의 효능을 비교하였다. 그 결과 동일한 농도 조건에서 genistein 포접체가 genistein보다 더 높은 안전성과 NO 생성량을 억제하였으며, 염증성 사이토카인의 mRNA 발현이 농도 의존적으로 감소됨을 확인하였다. 이렇게 β-cyclodextrin의 구조적 특성은 소수성의 공동내에 안정성을 향상시킨 flavonoids 물질을 포접시켜 포접복합체로 생체이용률을 향상시키기 위한 방법으로 그 의미가 있다(Lee & Park, 2019).
Naringenin과 hesperetin의 항산화, 항염 효과를 확인한 연구에서 배당체(glycone)에 비해 비배당체(aglycone)의 형태가 항산화 효과가 뛰어남을 증명하였으며, 천연 항산화제로 이용될 수 있을 것으로 보았다. 또 다른 연구에서도 같은 분자구조를 가진 물질임에도 불구하고 항산화력에서 많은 차이가 나는 것은 항산화반응에 참여하는 원소들이 당의 유무에 따라 반응성이 크게 달라지기 때문인 것으로 보인다고 하였다. 이러한 결과로 flavonoids의 배당체와 비배당체 형태의 비교연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
Flavonoid의 3'-hydroxyl기가 항산화 및 항염 작용에 중요한 역할을 한다고 보고하여 분자 구조의 수정으로 인한 효과가 예상되었다. 따라서 구조적 변형이 검증된 플라보노이드의 효능을 보완할 수 있다는 연구는 타당하다고 판단된다.
Flavonoids의 구조적 특성에 따른 피부에 미치는 영향에 대한 본 연구를 바탕으로 향후 안정적인 노화방지 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

NOTES

Author's contribution
SP designed, conceptualized and supervised the review. JL collected literatures. SP and JL wrote the manuscript.
Author details
Jaeeun Lee (Visiting Professor), Department of Beauty Design, Sungkyul University, 53, Seonggyeoldaehak-ro, Manan-gu, Anyang si, Gyeonggi-do 14097, Korea; Seyeon Park (Professor), Department of Applied Chemistry, Dongduk Women's University, 60 Hwarang-ro, 13-gil, Seongbuk-gu, Seoul 02748, Korea.

Figure 1.

Flavonoid structure.

The structures and cyclics of flavonoids are indicated by A, B, and C. A flavonoid is composed of two phenyl rings of A and B and a heterocycle containing oxygen of C, and has a structure in which various functional groups are bonded to each ring.
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Figure 2.

Catechol structure.

When two or more hydroxyl groups adjacent to the A and B rings of a flavonoid exist, a catechol structure is formed.
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Table 1.
Effects of flavonoids on skin
Natural flavonoids name Effect Reference
Scutellaria baicalensis extract Antioxidant Kim, 2014
Green tea catechins Antioxidant Shin et al ., 2006
Flemingia macrophylla and Glycine tomentella roots Antioxidant Wang et al., 2012
Zingiber offcinale Roscoe Antioxidant Lee & Kim, 2021
Sedum kamtschaticum Fisch Whitening Yoon et al., 2020
Adenophora triphylla var. japonica Whitening Yoo et al ., 2017
Stewartia koreana Anti-inflammatory Lee et al ., 2018
Rubus coreanus Miquel Anti-inflammatory You et al ., 2020
Table 2.
Effects of flavonoids based on their ingredients
ajbc-20-1-133i1.jpg

References

Ahn S, Ahn E, Sung J, Koh D, Lim Y, Park S. Synthetic polyphenol compounds inhibit β-catenin/Tcf signaling: structure-activity relationship. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 56: 258-269. 2017.
crossref
Bravo L. Polyphenols: chemistry, dietary sources, metabolism, and nutritional significance. Nutrition Reviews 56: 317-333. 1998.
crossref pmid
Cha JY, Cho YS. Biofunctional activities of Citrus flavonoids. Applied Biological Chemistry 44: 122-128. 2001.

Cheon HJ, Park SY, Jang HJ, Cho DY, Jung J, Park G, Jeong KM, Kim JK. Proanthocyanidins suppresses lipopolysaccharide-stimulated inflammatory responses via heme oxygenase-1 induction in RAW2647 macrophages. Journal of Life science 29: 484-491. 2019.

Choi DJ, Cho UM, Choi DH, Hwang HS. Effects of antiinflammation and skin barrier by genistein cyclodextrin complex. Journal of the Society of Cosmetic scientists of Korea 44: 171-181. 2018.

Choi S, Youn J, Kim K, Joo DH, Shin S, Lee J, Lee HK, An IS, Kwon SB, Youn HJ, et al. Apigenin inhibits UVA-induced cytotoxicity in vitro and prevents signs of skin aging in vivo. International Journal of Molecular Medicine 38: 627-634. 2016.
crossref pmid
Fisher GJ, Wang ZQ, Datta SC, Varani J, Kang S, Voorhees JJ. Pathophysiology of premature skin aging induced by ultraviolet light. The New England Journal of Medicine 337: 1419-1428. 1997.
crossref pmid
Hong JK. A study on skin aging caused by free-radical and on efficacy of antioxidant vitamins. Asian Journal of Beauty and Cosmetology 7: 51-62. 2009.

Jelić D, Lower-Nedza AD, Brantner AH, Blažeković B, Bian B, Yang J, Brajša K, Vladimir-Knežević S. Baicalin and baicalein inhibit Src tyrosine kinase and production of IL-6. Journal of Chemistry 2016: 1-6. 2016.
crossref
Jeong IY. Antioxidant activity and radioprotection of two flavonoids from propolis. Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 34: 162-166. 2005.
crossref
Kim HY, Li L, Cho EJ. Antioxidative effects of hesperidin and hesperetin under in vitro. Journal of Cancer Prevention 15: 333-339. 2010.

Kim JW, Moon JS, Choi TB. Comparison of antioxidant activity of kenaf extract and its flavonoids. Asian Journal of Beauty and Cosmetology 12: 203-210. 2014.

Kim NY. Effect of antioxidation and inhibition of melanogenesis from Scutellaria baicalensis extract. Asian Journal of Beauty and Cosmetology 12: 41-47. 2014.

Kumar S, Pandey AK. Chemistry and biological activities of flavonoids: an overview. The Scientific World Journal 2013: 162750. 2013.
crossref pmid pmc
Lee ER, Kang GH, Kang YJ, Kim WY, Choi HY, Kim BW, Jeong HS, Cho SG. Regulation of cellular signal transduction by flavonoids. Journal of Cancer Prevention 12: 163-173. 2007.

Lee J, Park S. Review of the usability of cyclodextrin as a cosmetic ingredient. Asian Journal of Beauty and Cosmetology 17: 545-553. 2019.
crossref
Lee JM, Ahn ES, Kim SY, Shin YJ, Ahn SH, Sung JH, Kim HH, Cho EA, Jung SH, Park SY. Inclusion complexes of cysteinyl β-cyclodextrin with baicalein restore collagen synthesis in fibroblast cells following UV exposure. Journal of Cellular Biochemitry 120: 4032-4043. 2019.
crossref
Lee KH, Cho YL, Joo CG, Joo YJ, Kwon SS, Ahn SM, Oh SJ, Rho HS, Park C. Study on the antioxidative activities and anti-inflammatory effect of kaempferol and kaempferol rhamnosides. Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea 37: 257-264. 2011.

Lee SM, Kim CD. Antioxidant effect of leaf, stem, and root extracts of Zingiber officinale as cosmetic materials. Asian Journal of Beauty and Cosmetology 19: 23-33. 2021.
crossref
Lee SS, Bang MH, Park SH, Chung DK, Yang SA. Inhibitory effects of flavonoids isolated from the leaves of stewartia koreana on nitric-oxide production in LPS-stimulated RAW 2647 cells. Journal of Life Science 28: 509-516. 2018.

Panche AN, Diwan AD, Chandra SR. Flavonoids: an overview. Journal of nutritional science 5: 1-15. 2016.
crossref
Pandey RP, Koirala N, Lee JH, Lee HC, Sohng JK. Comparative study of the antioxidative potential of common natural flavonoids and isoflavonoids. Microbiology and Biotechnology 41: 367-371. 2013.
crossref
Park G, Park JY, Chang YH. Changes in flavonoid aglycone contents and antioxidant activities of citrus peel depending on enzyme treatment times. Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 48: 542-550. 2019.
crossref
Park SY. Protective effects of kaempferol and quercetin on oxidative stress in CPAE cell. Korean Journal of Plant Reources 21: 395-401. 2008.

Seo J, Lim H, Chang YH, Park HR, Han BK, Jeong JK, Choi KS, Park SB, Choi HJ, Hwang J. Effects of Jeju Citrus unshiu peel extracts before and after bioconversion with cytolase on anti-inflammatory activity in RAW2647 cells. Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 44: 331-337. 2015.
crossref
Shin HJ, Kim SN, Kim JK, Lee BG, Chang IS. Effect of green tea catechins on the expression and activity of MMPs and type I procollagen synthesis in human dermal fibroblasts. Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea 32: 117-121. 2006.

Wang BS, Juang LJ, Yang JJ, Chen LY, Tai HM, Huang MH. Antioxidant and antityrosinase activity of flemingia macrophylla and glycine tomentella roots. Evidence-based Complementary and Alternative Medicine 2012: 431081. 2012.
pmid pmc
Xiao J, Suzuki M, Jiang X, Chen X, Yamamoto K, Ren F, Xu M. Influence of B-ring hydroxylation on interactions of flavonols with bovine serum albumin. Journal of Agricultural and Food Chemistry 56: 2350-2356. 2008.
crossref pmid
Yang ES, Hwang JS, Choi HC, Hong RH, Kang SM. The effect of genistein on melanin synthesis and in vivo whitening. Microbiology and Biotechnology 36: 72-81. 2008.

Yang JY, Lee HJ, Kho YH, Kwon BM, Chun HK. Suppression of matrix metalloproteinase-9 expression of flavonoids from metasequoia glyptostroboides. Journal of Life Science 69: 231-235. 2005.
crossref
Yang L, Wen KS, Ruan X, Zhao YX, Wei F, Wang Q. Response of plant secondary metabolites to environmental factors. Molecules 23: 762. 2018.
crossref pmc
Yoon J, Park JH, Kim BR. Skin whitening effect of Sedum kamtschaticum fisch. solvent fractions. Journal of the Korean Applied Science and Technology 37: 1239-1247. 2020.

Yoo SK, Park SK, Kang JY, Kim JM, Park SH, Kwon BS, Lee CJ, Kang JE, Park SB, Lee U, et al. Skin whitening effect of ethyl acetate fraction of Adenophora triphylla var. japonica sprout. Korean Journal of Plant Reources 30: 352-363. 2017.

You SH, Park CH, Son HJ. Polyphenol, flavonoid contents and anti-inflammatory active effects of Rubus coreanus miquel extract. Korean Society of Cosmetics and Cosmetology 10: 323-330. 2020.

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