Suppressive effects of ethanol extract of Aralia elata on UVB-induced oxidative stress in human keratinocytes

Purpose: Ultraviolet (UV)-induced oxidative stress contributes to several adverse biological effects on skin. Many phenolic phytochemicals have been shown to have antioxidant properties and protect skin cells from UV-induced oxidative damage. In this study, we investigated whether or not Aralia elata (AE) has a protective effect against UVB-induced reactive oxygen species (ROS), ultimately leading to photoaging. Methods: Phenolic content of dried AE and antioxidant properties of AE extract in 70% ethanol weredetermined by measuring DPPH and ABTS radical scavenging activities and ferric reducing antioxidant power (FRAP). The effect of AE extract on cellular ROS generation and expression levels of oxidative stress-response proteins such as superoxide dismutase (SOD)-1, catalase, nuclear factor-erythroid 2-related factor (Nrf)-2, and heme oxygenase (HO)-1 in UVB-irradiated ($75mJ/cm^2$) human keratinocytes (HaCaT) were further determined by 2'-7'-dichlorofluoresceine diacetate assay and Western blotting, respectively. Results: The total phenolic and flavonoid contents of dried AE were 20.15 mg tannic acid/g and 18.75 mg rutin/g, respectively. The $IC_{50}$ of AE extract against DPPH radical was $98.5{\mu}g/mL$, and ABTS radical scavenging activity and FRAP upon treatment with $1,000{\mu}g/mL$ of AE extract were $41.8{\mu}g\;ascorbic\;acid\;(AA)\;eq./mL$ and $29.7{\mu}g\;AA\;eq./mL$,m respectively. Pretreatment with AE extract significantly reduced (p < 0.05) ROS generation compared to that in UVB-irradiated control HaCaT cells. Pretreatment with AE extract reversed reduction of Nrf-2 and SOD-1 protein expression and induction of HO-1 protein expression caused by UVB exposure in HaCaT cells, whereas it did not affect catalase expression. Conclusion: AE extract in 70% ethanol demonstrated a protective effect against UVB-induced oxidative stress and decreased expression of Nrf-2 and SOD-1 in human keratinocytes. These findings suggest that AE ethanol extract might have potential as a natural resource for a skin anti-photoaging product in the food and cosmetic industry.

자외선 B를 조사한 인간유래각질세포에서 두릅순 에탄올추출물의 산화적 스트레스 억제효과

두릅순에서 얻은 70% 에탄올 추출물의 in vitro 항산화 효과를 측정하고, UVB에 의한 피부광노화를 유도하는 주요 원인인 ROS의 생성을 억제하는 효과가 있는지 알아보기 위하여 인간유래각질세포 (HaCaT)를 이용하여 실험을 수행하였다. 두릅순의 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량은 각각 20.15 mg tannic acid/g dry wt, 18.75 mg rutin/g dry wt 이었고, 70% 에탄올 추출물의 DPPH 라디칼을 소거능 ($IC_{50}$)은 $98.5{\mu}g\;AA\;eq./mL$이었으며, $1,000{\mu}g/mL$ 농도에서 ABTS 라디칼 소거능과 환원력 (FRAP)은 각각 $41.8{\mu}g\;ascorbic\;acid\;(AA)\;eq./mL$과 $29.7{\mu}g\;AA\;eq./mL$로 우수한 항산화효과를 보였다. 두릅순 추출물을 HaCaT 세포에 24시간 전처리했을 때 UVB 조사에 의한 ROS 생성이 유의하게 감소되었으며, 산화적 스트레스에 민감하게 반응하는 전사인자인 Nrf-2와 각질세포에서 ROS를 제거하는 역할을 하는 주요 항산화효소인 SOD-1의 단백질 수준의 발현은 증가한 반면, UVB 조사에 의하여 증가하였던 HO-1의 단백질 발현은 감소되었다. 그러나, catalase의 단백질 발현에는 영향을 주지 못하였다. 본 연구결과는 두릅순 70% 에탄올 추출물에 함유된 항산화효능이 우수한 어떤 페놀화합물들이 UVB 조사로 인하여 생성된 ROS를 직접적으로 제거할 뿐 아니라 각질세포에 존재하는 방어시스템의 활성화를 통하여 산화적 스트레스로 인한 악영향을 막아줄 가능성을 제시하고 있다. 따라서, 두릅순 70% 에탄올 추출물은 UVB에 의한 피부손상 및 피부광노화를 억제하는 기능성식품 및 화장품 소재로 이용될 수 있을 것이다.