나이아신아마이드는 멜라닌 합성에 직접적인 영향을 미치지는 않지만, 멜라노사이트에서 케라티노사이트로의 멜라노솜의 이동을 억제하는 참신한 메커니즘을 통해 효과적인 스킨 라이트닝 인자라는 것이 이번 연구를 통해 증명되었다.
나이아신아마이드의 색소침착 완화 효과 연구
인종을 불문하고 대부분의 사람들은 밝고 균일한 피부 톤을 꿈꾼다. Procter & Gamble Company의 조사 결과에 따르면, 일본 여성의 약 60%, 중국 여성의 75%가 더 밝은 피부 톤을 원한다고 보고했다. 보통 기미, 염증 후 색소침착, 노인성흑점과 같은 다양한 과색소침착은 햇볕에 노출되면 악화될 수 있다. 밝고 균일한 피부 톤을 유지하고, 과색소침착을 개선하기 위한 한 가지 효과적인 방법은 자외선차단제를 사용하거나 보호복을 입어서 햇볕 노출을 피하는 것이다. 햇볕 보호 기능이 있는 제품을 규칙적으로 사용하면 피부가 밝아질 수 있다. 멜라닌 합성의 초기 자극은 최대한 배제하고, 표피에 존재하는 색소는 표피층 박리를 통해 제거하는 것이 과색소침착을 케어하는 방법이 될 것이다.
현재 코스메틱 산업에서는 비타민C 유도체, 알부틴, 코직산와 같은 피부 라이트닝 성분이 함유된 수많은 스킨케어 제품이 판매되고 있다. 이러한 스킨 라이트닝 제품들은 다양한 방식으로 멜라닌 생성을 억제한다. 그 중 나이아신아마이드는 몇몇 보고서를 통해 우리 피부에 다양한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 그 대표적인 예로 여드름 항염인자의 역할 및 항산화 인자로써 광면역억제와 광 암형성을 방지하고 세포 내 지질합성을 증진한다. 국소부위용 나이아신아마이드는 진피 피부병변을 다루는데 사용돼 왔다. 그런데 이전까지 피부 색소침착에 영향을 미친다는 것은 입증되지 않았다. 따라서 멜라닌생성에 대한 나이아신아마이드의 영향을 다음과 같이 연구하였다.
자료와 방법론
티로시나아제 억제 테스트 나이아신아마이드가 티로시나아제의 촉매활동을 방해하는지 확인하기 위해, 다양한 농도의 나이아신아마이드가 있는 상태에서 혹은 없는 상태에서 버섯의 티로시나아제 10 lg mL-1 (Sigma, St Louis, MO, U.S.A.)를 L-tyrosine의 1 mmol L-1와 믹스했다. 24시간 후에 멜라닌 생성을 결정짓는 490 nm를 흡수했다.
멜라닌 테스트 멜라노사이트는 Cascade Biologicals(Portland, OR, U.S.A.)에서 구입해 공급업체의 권고에 따라 배양했다. 나이아신아마이드가 비트로(vitro)에서 멜라닌 생성을 방해하는지 확인하기 위해 105명의 인체 표피에서 추출한 멜라노사이트를 12일 동안 나이아신아마이드 1 mmol L-1가 있는 상태에서 혹은 없는 상태에서 배양했다. 세포는 원심분리기에서 얻은 동일한 숫자의 세포를 카운팅했다. 멜라노사이트 알갱이는 사진으로 촬영됐으며, 그 이후에 NaOH으로 용해됐다. 용해물에 함유된 멜라닌은 490nm 흡수된 것으로 측정해서 수량화됐다.
과색소침착과 기저 피부 톤 시각 평가 시술 전 과색소침착(시술 전 이미지) 대비 시술 후 과색소침착(4주차 혹은 8주차 이미지) 비교를 위해 캡처된 이미지에 대한 실험 참가자들의 시각 평가가 진행됐다. 캘리브레이션(보정) 비디오 모니터로(Barco Type 121), 시술 전과 시술 후 이미지를 랜덤으로 나란히 등장시켰다. 7명의 판정단이 독자적으로 한 쌍의 이미지를 봤고, 어떤 이미지가 시술전이고 시술 후인지 그리고 시술 타입은 무엇인지에 대해서는 블라인드로 진행했다.
눈가와 볼에 있는 과색소침착 부위와 눈가와 볼(study I)에 기저 피부 톤의 색상이 더 밝아진 곳(study II)이 두 이미지 중 어떤 이미지에서 나타났는지 판정단이 가리켰다. 또한 이미지들 간의 차이의 정도를 1~4점으로 평가했다- 1. 작은 차이가 있었던 것 같다; 2. 작은 차이가 있었다; 3. 중간 정도의 차이가 있었다; 4. 큰 차이가 있었다. 판정단 평가의 민감도를 높이기 위해 “차이가 전혀 없었다”라는 항목은 만들지 않았다. (+) 혹은 (본)를 판정단에서 평가하도록 시술 후 이미지 밝기를 표시하는 것에 대해 (+) 사인 혹은 (－) 사인으로 평가 정도를 구분했다. 따라서 (+) 값은 효능을 의미하며, (-) 값은 효과 없음을 의미했다. 7명의 판정단의 평균값은 통계학적 분석을 위해 사용됐다.
설문을 통한 자가 평가 4주 차와 8주 차에 자가 평가가 진행됐다. 색소침착 갈색 부위(study I)의 숫자와 색 변화 혹은 피부 기저톤 (study II) 대비, 시술 전 피부색을 실험 참가자의 얼굴을 통해 각각 평가했다. 점수는 5가지로 구분해서 다음과 같이 평가했다. <결과> + 2 : 감소했음 / 밝아졌음 ; + 1 : 약간 감소했음 / 약간 밝아졌음 ; 0 : 변화 없음; - 1: 약간 증가했음 / 약간 어두워졌음 ; - 2 : 증가 했음 / 어두워 졌음
결과
비트로(vitro) 연구
① 나이아신아마이드가 티노시나아제 촉매활동을 방해하는지 여부를 확인하기 위해, 나이아신아마이드의 다양한 용량을 버섯 티로시나아제, 티로시나아제 혼합물에 합치고, 멜라닌생성을 테스트했다. 최대 10 mmol L-1의 나이아신아마이드는 490 nm로 흡수되도록 하는데 통계학적으로 유의미하게 영향을 미치지 않았다. 이 수치는 비트로 연구에서 생성된 멜라닌 양 측정값이다(Fig 1).
② 나이아신아마이드가 비트로에서의 멜라닌 생성을 억제하는지 확인하기 위해 멜라노사이트 배양은 12일 간 1.0 mmol L-1 나이아신아마이드로 트리트먼트했다. 나이아신아마이드는 세포 조각에서 관측된 혹은 분광광도법으로 수량화한 멜라닌 양에 변화를 주지 않았다(Fig 2).
③ 다음으로 인간의 배양된 멜라노사이트는 7일 간 0.1 mmol L-1 나이아신아마이드 혹은 1.0 mmol L-1 나이아신아마이드를 트리트먼트하고 세포 숫자, 티로시나아제 하이드록시라아제 활동, DOPAZ 옥시다제 활동을 평가했다. 세 가지 기준을 놓고 볼 때 멜라노사이트 트리트먼트 그룹과 비 트리트먼트 그룹 간의 통계학적으로 유의미한 차이는 없었다. 또한 1.0 lmol L-1 - 1.0 mmol L-1 나이아신아마이드 트리트먼트는 케라티노사이트 증식에 통계학적으로 유의미한 영향을 미치지 않았다.
④ 마지막 실험은 멜라노사이트와 케라티노사이트 공동배양에서 나타나는 나이아신아마이드를 통한 멜라노솜 이동 억제를 보여준다. Table 2는 다양한 케라티노사이트 세포를 사용한 두 가지 테스트에서 멜라노솜 이전 유동세포 측정 분석법 결과를 보여준다. 두 가지 테스트에서 1.0 mmol L-1 나이아신아마이드이 있는 6일 간의 공동배양을 통해 멜라노사이트에서 케라티노사이트로의 형광색소 이동을 억제했다. 두 가지 테스트에서의 억제 비율은 대략 35%와 68%이었다.
인체 임상연구 I : 나이아신아마이드를 통한 과다색소침착 감소
①이미지 분석. 과다색소침착 전체 부위의 시술 전 대비 비율 변화 이미지 분석결과는 다음과 같다(5% 나이아신아마이드와 비히클 통제 트리트먼트). 트리트먼트 4주 뒤에, 비히클 통제 시술 부위 대비 나이아신아마이드를 받은 얼굴 면에서 전체 색소침착 부위가 통계학적으로 유의미하게 감소 (P < 0.05) 했다는 사실이 밝혀졌다. 나이아신아마이드와 비히클 트리트먼트 간 차이의 정도는 시술 4주 후에 계속 증가하지 않았으나, 연구를 진행하는 내내 통계학적으로 유의미할 정도의 차이가 유지됐다.
②시각 평가. (+)수치는 시술 전 대비 과다색소침착이 감소했음을 함의함). 5% 나이아신아마이드 대비 비히클 통제의 과다색소침착 정도를 시각 평가한 것이다. 트리트먼트 8주 후, 나이아신아마이드를 받은 열굴 면은 비히클 통제를 받은 면 대비 색소침착이 통계학적으로 유의미하게 감소했다. 대표 이미지는 Figure 6을 통해 확인 가능하다.
논의점 및 결론
나이아신아마이드는 종종 피부에 화끈거리는 불편한 반응을 일으키는 다른 비타민 군의 일반적인 형태와 대비해서 피부에서 내성이 있다(예: 니코티닉애씨드와 에스테르). 경구용 나이아신아마이드(혹은 나이아신)은 인슐린 의존성 당뇨병 발발을 방지하고 나이아신 결핍증 펠라그라를 완치한다고 보고됐다. 경구용 나이아신아마이드의 효능에 대해 연구가 오랫동안 진행된 것과 대비해서 국소부위용 나이아신아마이드에 대한 연구는 비교적 최근부터 진행됐다. 국소부위용 나이아신아마이드 4%의 경우, 8주 간 하루 두 번 사용했을 때 여드름 치료에 효과적인 것으로 1995년 보고됐다. 1997년 Tanno를 포함한 여러 연구진들이 나이아신아마이드가 주요 각질층 지질의 바이오합성을 촉진한다고 보고했다. 4주 간의 인체 연구에서 아세틸 코엔자임 A의 증가를 통해 국소부위용 나이아신아마이드 2%가 세라마이드 레벨, 콜레스테롤 합성, 유리지방산을 높이는 것으로 보고됐다. 국소부위용 나이아신아마이드의 다양한 효과가 보고됐지만, 색소침착 혹은 멜라닌 생성에 미치는 영향력에 대해서는 연구가 문서화되지 않았다.
이번 연구에서 연구진은 나이아신아마이드가 멜라닌생성과 색소침착에 미치는 영향을 비트로와 비보 실험을 통해 밝혔다. 먼저 연구진은 티로시나아제의 직접적인 억제에 대해 실험했다. 알부틴 혹은 코직애씨드와 같이 현재 시장에 나와 있는 스킨 라이트닝 혼합물 대부분은 이와 같은 메커니즘으로 작동한다고 생각했었다. 하지만 Virador를 비롯한 많은 연구진들이 나이아신아마이드 그 자체로는 정제된 티로시나아제를 이용해 멜라닌생성 활동 억제를 크게 보여주지 못했다.
연구 결과를 통해 나이아신아마이드 그 자체로 멜라닌 합성을 억제하지 않는다는 것이 밝혀졌다(Figure 1). 다음으로 연구진은 나이아신아마이드가 배양된 멜라노사이트에 미치는 영향을 연구했다. 실험 결과를 통해 나이아신아마이드는 티로시나아제 활동, 멜라닌 합성 혹은 멜라노사이트 단독배양 시스템에서의 세포 수에 영향을 미치지 않는 것이 밝혀졌다(Figure 2). 또한 나이아신아마이드는 케라티노사이트 증식에 영향을 미치지 않았다.
우리는 멜라닌생성과 관련해 케라티노사이트와 멜라노사이트 간의 상호작용에 나이아신아마이드가 미치는 영향에 대해 집중했다. 잘 알려진 상호작용 중 하나는 케라티노사이트로부터의 그리고 케라티노사이트로의 통로에 시그널을 보내는 시토킨이다. 멜라닌 생성 과정에서 케라티노사이트로부터 추출한 시토킨의 역할은 지난 10년 동안 광범위하게 연구됐다. Imokawa를 비롯한 많은 연구진들은 UV를 통한 표피에서의 인터류킨-1a 증가하고 이를 통해 케라티노사이트에서 엔도텔린-1a가 방출되도록 하며, 멜라노사이트로 멜라닌 생성을 촉진시킨다는 것이 밝혀졌다.
여기에서 연구진들은 케라티노사이트와 멜라노사이트로 구성된 PREP 모델에서의 나이아신아마이드 효과를 연구했다. 나이아신아마이드를 증가시켰을 경우 색소침착을 눈에 보일 정도로 감소시켰다. 이 데이터는 케라티노사이트와 멜라노사이트 간의 상호작용을 방해함으로써 나이아신아마이드가 멜라닌생성을 하향조절한다는 것을 강력하게 암시했다.
결론적으로 연구진은 나이아신아마이드가 PREP 모델과 얼굴 피부의 색소침착을 효과적으로 줄일 수 있다는 것을 처음으로 증명했다. 이와 같이 색소침착을 낮추는 나이아신아마이드의 효과는 멜라노사이트의 멜라닌 합성에 직접적으로 영향을 미쳐서 나타난 것은 아니었다. 연구진은 나이아신아마이드가 공동배양 시스템의 멜라노사이트에서 주변에 있는 케라티노사이트로의 멜라노솜 이전을 낮췄다는 것을 밝혔다. 마지막으로 연구진은 나이아신아마이드 모이스처라이저를 매일 사용했을 경우 컨트롤 모이스처라이저 대비 과다색소침착 감소와 피부 톤 밝기 개선에 효과적이었다는 것을 밝혔다.
나이아신아마이드의 특정 세포 메커니즘은 더 자세히 안내되어야 하겠지만, 이번 연구 데이터를 통해 나이아신아마이드가 참신한 메커니즘을 통해 작동하는 효과적인 스킨 라이트닝 인자라는 것을 암시한다. 즉, 나이아신아마이드는 멜라노사이트에서 케라티노사이트로의 멜라노솜 이동을 억제한다.
