발간등록번호 안내서 -0777-02 건강기능식품기능성평가가이드
지침서ㆍ안내서제ㆍ개정점검표 명칭등록대상여부지침서ㆍ안내서구분기타확인사항 건강기능식품기능성평가가이드 ( 피부건강에도움을줄수있음 편 ) 아래에해당하는사항에체크하여주시기바랍니다. 이미등록된지침서ㆍ안내서중동일ㆍ유사한내용의지침서ㆍ안내서가있습니까? 예 아니오 상기질문에 예 라고답하신경우기존의지침서ㆍ안내서의개정을우선적으로고려하시기바랍니다. 그럼에도불구하고동지침서ㆍ안내서의제정이필요한경우그사유를아래에기재해주시기바랍니다. ( 사유 : ) 법령 ( 법ㆍ시행령ㆍ시행규칙 ) 또는 예행정규칙 ( 고시ㆍ훈령ㆍ예규 ) 의내용을단순편집 아니오또는나열한것입니까? 단순한사실을대외적으로알리는공고의내용입니까? 1 년이내한시적적용또는일회성지시ㆍ명령에해당하는내용입니까? 외국규정을번역하거나설명하는내용입니까? 신규직원교육을위해법령또는행정규칙을알기쉽게정리한자료입니까? 예 아니오 예 아니오 예 아니오 예 아니오 상기사항중어느하나라도 예 에해당되는경우에지침서ㆍ안내서등록대상이아닙니다. 지침서ㆍ안내서제ㆍ개정절차를적용하실필요는없습니다. 내부적으로행정사무의통일을기하기위하여반복적으로행정사무의세부기준이나절차를제시하는것입니까? ( 공무원용 ) 대내외적으로법령또는고시ㆍ훈령ㆍ예규등을알기쉽게풀어서설명하거나특정한사안에대하여식품의약품안전처의입장을기술하는것입니까? ( 민원인용 ) 상위법령을일탈하여새로운규제를신설ㆍ강화하거나민원인을구속하는내용이있습니까? 예 ( 지침서 ) 아니오 예 ( 안내서 ) 아니오 예 아니오 상기질문에 예 라고답하신경우상위법령일탈내용을삭제하시고지침서ㆍ안내서제ㆍ개정절차를진행하시기바랍니다. 상기사항에대하여확인하였음. 2019 년 6 월일 담당자확인 ( 부서장 ) 이혜영
이안내서는건강기능식품기능성원료평가에대하여이해를돕고자, 현재의과학기술수준에서일반적인사항과시험방법등이제시된참고자료이며, 질병에관련된내용이포함되는경우기능성에대한전반적인이해를돕기위한것이지, 질병의치료및예방을목적으로기능성을설명하는것은아닙니다. 본안내서는대외적으로법적효력을가지는것이아니므로본문의기술방식 ( 하여야한다 등 ) 에도불구하고민원인여러분께서반드시준수하셔야하는사항이아님을알려드립니다. 또한, 본안내서는 2019 년 6월현재의과학적ㆍ기술적사실및유효한법규를토대로작성되었으므로이후최신개정법규내용및구체적인사실관계등에따라달리적용될수있음을알려드립니다. 민원인안내서 란대내외적으로법령또는고시ㆍ훈령ㆍ예규등을알기 쉽게풀어서설명하거나특정한사안에대하여식품의약품안전처의입장 을기술하는것 ( 식품의약품안전처지침서등의관리에관한규정제 2 조 ) 본안내서에대한의견이나문의사항이있을경우식품의약품안전평가원식품위해평가부영양기능연구팀으로문의하시기바랍니다. 전화번호 : 043-719-4416, 4421, 4423, 4428, 4430 팩스번호 : 043-719-4420
제 개정이력 연번제 개정번호승인일자주요내용 1 2014.12. 제정 2 안내서 -0777-01 2017.7.28. 3 안내서 -0777-02 2019.6. 식약처지침서등의관리에관한규정 에따른등록번호일괄정비 ( 규제개혁담당관실-3761호, 2017.5.16.) 개정 ( 기능성시험방법등업데이트 )
건강기능식품기능성평가가이드 ( 민원인안내서 ) CONTENTS 건강기능식품의기능성개요 1 약어 3 Ⅰ 서론 4 Ⅱ 일반적사항 4 1. 개요 4 2. 보건학적중요성 12 Ⅲ 기능성시험방법 13 1. 바이오마커의선정 13 2. 주요바이오마커의측정방법 19 3. 시험설계시고려사항 26 Ⅳ 참고문헌 28
피부건강에도움을줄수있음 편 건강기능식품의기능성개요 기능성정의 건강기능식품법률제3조 ( 정의 ) : 기능성이란인체의구조와기능에대하여영양소를조절하거나생리학적작용등과같은보건용도에유용한효과를얻는것을말한다. 기능성구분 건강기능식품의기능성은 3 가지로구분할수있다. 건강기능식품의기능성구분 기능성구분 기능성내용 기능성을가진원료또는성분 영양소기능 인체의정상적인기능이나생물학적활동에대한영양소의생리학적작용 영양소 생리활성기능 질병발생위험감소기능 인체의정상기능이나생물학적활동에특별한효과가있어건강상의기여나기능향상또는건강유지 개선을나타내는기능질병의발생또는건강상태의위험감소와관련한기능 기능성원료 1
건강기능식품기능성평가가이드 건강기능식품기능성원료의기능성내용과인정기준 건강기능식품기능성원료의기능성내용과인정기준은다음과같다. 건강기능식품기능성원료의기능성내용과인정기준 구분기능성내용인정기준 질병발생위험감소 기능 1) 생리활성 기능 2) 발생위험감소에도움을줌 에도움을줄수있음 기반연구자료를통해생리학적인효과또는기전이명확하게입증되어야하고일관성있는바이오마커의개선효과가다수의인체적용시험 (RCT) 에서확보되어야함 질병관련바이오마커의확인기반연구자료를통해가능성있는생리학적인효과또는기전을추측할수있어야하고일관성있는바이오마커의개선효과가최소 1건이상의인체적용시험 (RCT) 에서확보되어야함 ( 추측제안기전과관련한바이오마커가기반연구시험과인체적용시험에서일관성있게확인되어야함 ) 생리활성관련바이오마커의확인 1) 제출된기능성자료가질병의발생위험감소를나타내며, 확보된과학적근거자료의수준이상당한과학적합의 (Significant Scientific Agreement) 에이를수있을정도로높을경우인정. 상당한과학적합의 (Significant Scientific Agreement) 란성분또는원료와건강효과간의상관성이새로운과학에의해뒤집어지지않을정도의수준으로관련분야의전문가들에의한만장일치에가까운합의수준을말함 2) 제출된기능성자료가인체의정상기능이나생물학적활동에특별한효과가있어건강상의기여나기능향상또는건강유지 개선을나타내는경우인정 2
피부건강에도움을줄수있음 편 약 어 AP-1 activator protein-1 TGF transforming growth factor NF-κB nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells MMP matrix metalloproteinase MAPK mitogen-activated protein kinase JNK c-jun N-terminal kinase NMF natural moisturizing factor HAS-1 hyaluronic acid synthase-1 TEWL transepidermal water loss IL interleukin TNF-α tumor necrosis factor-alpha SOD superoxide dismutase GPH-Px glutathione peroxidase CAT catalase COX-2 cyclooxygenase-2 COL1A1 collagen type 1 alpha 1 MED minimal erythema dose 3
건강기능식품기능성평가가이드 Ⅰ 서론 이가이드는건강기능식품기능성원료를개발하는연구자및영업자에게식품의약품안전처의기능성 ( 피부건강에도움 ) 평가원칙및기준등을알림으로써산업체의기능성원료연구개발에적정을기하고효율성을높이고자작성되었다. Ⅱ 일반적사항 1. 개요 가. 피부의구조 피부는크게표피 (epidermis), 진피 (dermis), 피하지방 (subcutaneous fat) 으로구성되어있다. 표피는각질층, 과립층, 유극층, 기저층으로구성되어있으며, 28일정도주기로새로운세포로교체되고있다. 또한케라틴으로되어있는케라티노사이트, 멜라닌을형성 분비하는멜라노사이트, 면역관련세포 (langerhans cell) 및지각관련세포 (merkel s corpuscles) 등여러가지세포로이루어져있어외부자극이나병원균의침입을방지하고체온조절, 수분과지질성분유지작용을한다. 진피는섬유성분과기질성분으로구성되어있는데그중콜라겐은입체구조유지, 인장강도부여등의피부를보호하는역할을수행하며진피층의 90% 를차지하고있다. 엘라스틴은탄력섬유로서진피층의 3~4% 정도를차지하며입체구조사이를스프링처럼작용하여피부탄력을유지한다. 그외에수분보유능이강한히알루론산, 뮤코다당체등의고분자지질성분이있다. 4
피부건강에도움을줄수있음 편 그림 1. 피부의구조 [ 출처 : 이해하기쉬운건강기능식품, 2019] 나. 피부의기능 (1) 보호작용피부는인체의표면에있는것으로다양한외부유해물질이나물리적인자극으로부터피부를보호한다. 또한체내의모든기관을외부의기계적인힘의전달에대해완충작용을하여피부의손상을막아준다. 특히, 피지선에서분비된피지가땀과어우러져피부겉표면에 ph 4.5~6.5의산성막을형성하여세균이나곰팡이등미생물의침입을막아피부를보호한다. 피부표면의굴곡에의한태양광선의반사와각질층에의한광선의산란등에의해햇볕을쪼이면생기는피부의멜라닌색소증가및화상등을막아준다. (2) 체온조절작용인체의대부분의열소실 (80%) 은피부를통해이루어지고나머지열소실 (20%) 은호흡기계와분비물을통해이루어진다. 따라서피부는발한이나피부혈관의확장 수축에의한피부혈류량의변화로신체의열발산을조절하여체온을일정하게유지함으로써인간의몸이항상최적의상태로활동할수있도록한다. 5
건강기능식품기능성평가가이드 (3) 지각작용 진피와피부및조직내에감각신경종말이존재하며, 이러한감각기들을통해온도, 촉감, 압박, 통증등의외부자극을감지하여신경세포에전달하는수용체로작용하여몸을보호한다. (4) 체내노폐물의분비 배출작용 피지선에서피지, 땀샘에서땀을분비하고적은양의염분, 물과유기물등의체내노폐물을배출한다. 피지선의크기와발달은성별, 나이등에영향을받는다. (5) 흡수작용피부를통합흡수경로는각질층을통한흡수, 모공및한선을통한흡수로나눌수있다. 이는주로확산에의해이루어지며, 분자량, 물질의물리 화학적성질, 혈류량, 피부온도등에따라달라진다. (6) 저장작용 피하조직은여분의영양물질을저장하고, 피부에는 18~20% 의수분이포함되어있다. 다. 피부노화 피부의노화는크게내인성노화와외인성노화 ( 광노화 ) 로나눌수있다. 내인성노화의임상적특징은비교적경미하며, 잔주름, 피부건조증, 탄력감소등을들수있다. 외인성노화 ( 광노화 ) 의경우내인성노화에비하여굵고깊은주름과잔주름이발생하며, 심한경우피부건조증, 탄력감소, 색소성질환, 양성종양, 피부암등을증가시킨다. (1) 내인성노화나이가들어감에따라섬유아세포의작용과세포수가감소하여콜라겐, 엘라스틴, 피브릴린등세포외기질단백질섬유의합성량이줄어들고구조가느슨해져서탄력이감소되며피부세포내수분이손실되고각질층의구조가변한다. 또한콜라게나아제의작용이증가하여콜라겐의가교된형태가증가함으로써보습이감소된다. 6
피부건강에도움을줄수있음 편 (2) 광노화태양광선의자외선에대한자극에의하여활성산소종 (ROS) 이발생되고, 전염증성사이토카인의생성이촉진되어여러가지신호전달체계를활성화시킨다. 또한 AP-1을활성화시켜 TGF-β 및 TGF-α를억제함으로써진피의주된성분인 collagen Ⅰ과 collagen Ⅲ의합성을감소시키며, AP-1과 NF-κβ의활성화는 MMPs, 특히 MMP-1, MMP-3, MMP-9을활성화시켜진피내결체조직의분해를촉진시킨다. 장기간 UV 노출시피부조직에서는표피두께가 2~3배증가하며, 표피층에서는유극세포의증가, 각질세포의다형성등이관찰되는것이특징이다. 또한무정형의엘라스틴을포함한물질들이표피와진피연결층위에침작되며진피층에서는콜라겐과엘라스틴의섬유구조가변형되고탄력섬유의증가로인한일광탄력섬유증 (elastosis) 이발생한다. (3) 산화적스트레스피부가자외선에노출되었을때, 세포가반응하는신호전달체계를작동시키고과산화수소등활성산소종의발생을증가시키며, 항산화효소의발현을감소시킨다. 이러한활성산소종의증가는유전자와단백질의구조를변화시켜세포내외의항상성이파괴되어피부의손상을가져오게된다. 라. 주름발생기전 노화와자외선등으로인한피부노출은 MAPK(mitogen-activated protein kinase) 를활성화시킨다. MAPK에서가장많이영향을받는인자는 AP-1이다. AP-1은 Jun과 Fos family 단백질로이루어진전사인자로 c-jun과 c-fos의 heterodimer 형태로존재할때전사활성이가장높다. 사람의피부가자외선에노출되지않았을때는 c-fos와 JunD의이합체로존재하나, 자외선, 외부환경적자극등에의하여 c-jun과 c-fos 단백질의발현이증가하게되고, c-jun은 JNK와 p38에의한인산화에의하여활성화된다. AP-1은세포와분화에관련되는많은유전자의발현을조절하고몇몇 MMPs의발현을강력히조절한다. MMP는 zinc이온을요하는 endoprotease로세포외기질단백질을분해하는효소이다. AP-1에의해발현이조절되는 MMP중 MMP-1은 collagenase 1으로알려져있으며, type Ⅰ와 Ⅲ collagen을기질로한다. MMP-3는 stromelysin 1이라고도하며, 기저막의 type Ⅳ collagen을분해하며 zymogen인 prommp-1을활성화시킨다. MMP-9은 gelatinase B로 collagenase에의해분해된산물을더작게가수분해한다. 자외선에의하여 MMP-1가 7
건강기능식품기능성평가가이드 fibillar collagen (types Ⅰ와 Ⅲ) 으로쪼개면서콜라겐을분해시키고, 연이어 MMP-3, MMP-9를증가시킨다. 그림 2. 피부의주름생성메커니즘 [ 출처 : Pittayapruek P et al., 2016] 8
피부건강에도움을줄수있음 편 마. 피부보습관련인자 피부의탄력성이나보습은피부의가장외층인표피의각질층에존재하는수분과진피에존재하는콜라겐에의해유지된다. 각질층의수분함량은표피에서생성분비되는지질혼합체인피지막과각질층내에존재하는수용성성분인자연보습인자 (NMF: natural moisturizing factor) 에의해결정된다. 건강한표피의각질층은 15-20% 의수분을함유하고있으며수분이 10% 이하로떨어지면피부가건조해지고윤기와탄력이없어져주름이증가하게된다. (1) 콜라겐 (collagen) 교원섬유라고도불리며, 진피의 85 90% 를차지한다. 세포외기질의주요구성성분인콜라겐은섬유아세포의작용에의해프로콜라겐의형태로생성되는단백질이다. 새롭게합성된프로콜라겐은효소반응을거쳐피부세포의세포외공간으로분비되어삼중나선구조의 microfibril을형성하고, microfibril들은 leucine-rich small proteoglycans과결합하여피브릴을형성하는데, 이러한과정을 fibrillogenesis라고한다. 결과적으로이렇게만들어진피브릴들이모여콜라겐섬유를형성하게되어피부의결합력과탄력성을갖게한다. 피부콜라겐중대부분을차지하는것은 type-1 콜라겐이다. 주된기능으로는피부의기계적견고성, 결합조직의저항력과조직의결합력, 세포접착의지탱, 세포분할과분화유도등이다. 콜라겐은피부, 골, 인대, 연골및치아등에높은농도로존재하고트립신과같은단백질분해효소의작용을받지않으나콜라게나아제에의해분해된다. 그림 3. Fibrillogenesis 과정 [ 출처 : Ireton JE et al., 2013] 9
건강기능식품기능성평가가이드 (2) 세라마이드 (ceramide) 지질성분들로구성된세라마이드는세포간 intercellular cement의 35 40% 를차지하며피부의수화와관련이있다. 따라서세라마이드의지질성분들의생성및분비감소가 lamellae 구조를파괴되면서경피수분손실 (TEWL) 이증가하여피부는건조해지고표면이메마르며각질이생성된다. 그림 4. 건조피부형성과정 [ 출처 : 건강기능식품기능성평가가이드라인, 2014] 단백질및인지질분해과정에서제공되는세린과 palmitoyl-coa의결합에의해생성되며, 관련효소명은 serine palmitoyltransferase이다. 이와같은 De novo 경로에의해형성된세라마이드는 glucosylceramide 또는 sphingomyelin으로전환이가능한데, 즉 glucosylceramide synthase 및 sphingomyelin synthase에의해 glucosylceramide 또는 sphingomyelin으로전환되며, 또한이들은 cerebrosidase및 sphingomyelinase에의해다시세라마이드로전환된다. De novo 및대사과정에의해형성된세라마이드는스핑고신과지방산으로최종분해되는데관련효소명은 ceramidase이고또한이들분해산물은세라마이드 synthase에의해다시세라마이드로전환될수도있다. 10
피부건강에도움을줄수있음 편 그림 5. 세라마이드형성과정 [ 출처 : 건강기능식품기능성평가가이드라인, 2014] (3) 히알루론산 (Hyaluronic acid) 피부에존재하는히알루론산은섬유모세포및각질형성세포에서형성되며점다당질의구성성분으로다당류가많이들어있어수분을상당량함유할수있는특징이있다. 주기는 2~4.5일이며, 무게가자신의 1,000배인수분과결합하여피부장벽기능의조절과세포외기질을수화시켜조직내수분의항상성을유지시킨다. 또한히알루론산은진피뿐만아니라표피의세포간격, 특히가시층에있으나각질층과과립층에는존재하지않는다. 그러나현재까지히알루론산이피부수화에어떤역할을수행하는지에대해서는확실하게알려져있지않다. 그림 6. 히알루론산구조 11
건강기능식품기능성평가가이드 2. 보건학적중요성 가. 피부건강의의의 일반적으로피부노화는나이의증가와활성산소종, 자외선등외부인자들이주요원인인것으로알려져있다. 이로인하여노화된피부는표피세포의분열속도와재생속도가감소되어상처치유능력이저하되며, 피부의세포면역이저하되어있어각종바이러스나진균에의한피부감염과종양에취약해진다. 또한항산화시스템의기능저하로인하여피부의산화손상은점점더증가되며, 콜라겐의변화와 MMPs의증가로인하여주름이형성된다. 피부노화를예방하기위하여비타민C, 비타민 E 등항산화물질섭취가피부의항산화작용에도움이된다. 또한피부의노화는수분을유지하는능력저하와주름발생으로진행되므로, 보습제와자외선차단을위하여일광차단제를사용해야한다. 그외에도레티노이드제사용은표피에서각질세포의증식을유도하고이상분화를막아주며, 진피의두께를증가시켜주는능력이있음이잘알려져피부노화의치료에사용되고있다. 12
피부건강에도움을줄수있음 편 Ⅲ 기능성시험방법 1. 바이오마커의선정 가. 연구유형별바이오마커 자외선에의한피부손상으로부터피부건강유지 기능성확인을위한측정가능한시험연구유형별바이오마커 (biomarker) 는다음표 1과같다. 각바이오마커는자외선에의한피부손상보호와관련된기전을확인할수있는바이오마커와임상적으로효과를확인할수있는임상적개선바이오마커로구분되어있다. 표 1. 자외선에의한피부손상으로부터피부건강유지기능성확인을위한바이오마커 구분 피부보호 임상적개선 바이오마커 측정가능한연구유형 in vitro in vivo Human MAPK, AP-1, p-38,c-fos, c-jun, JNK MMPs 발현량 Ki-67, 8-OHdG cells 표피 진피두께 (thickness of epidermis dermis) 최소홍반량 (MED) SOD, GSH-Px, CAT 사이토카인 (cytokine) COX-2 피부주름 (skin wrinkle) 피부탄력 (skin elasticity) 피부보습 기능성확인을위한측정가능한시험연구유형별바이오마커 (biomarker) 는다음표 2와같다. 각바이오마커는피부보습과관련된기전인피부구조및기능유지를확인할수있는바이오마커와임상적으로효과를확인할수있는임상적개선바이오마커로구분되어있다. 13
건강기능식품기능성평가가이드 표 2. 피부보습기능성확인을위한바이오마커 구분 피부구조및기능유지 임상적개선 측정가능한연구유형 바이오마커 in vitro in vivo Human 세라마이드 (ceramide) 프로콜라겐 (procollagen) 콜라겐섬유 콜라겐합성유전자 콜라겐-I (Collagen-Ⅰ) 엘라스틴 (elastin) 피브릴린함량 (fibrillin content) 히알루론산함량 히알루론산합성효소 (HAS) 콜라게나아제억제활성 엘라스타아제억제활성 피부수분량 (skin hydration) 경피수분손실량 (TEWL) 각질화정도 (stratum corneum flexibility) 피부거칠기 (skin roughness) 피부탄력 (skin elasticity) 나. 바이오마커설명 (1) 피부보호 ( 가 ) MAPK(mitogen-activated protein kinase)/p-38/c-fos/c-jun/jnk (c-jun N-terminal kinase)/ap-1(activator protein-1) 피부주름생성인자로 MAPK pathway를통하여 JNK, AP-1의 Jun와 Fos family 단백질은세포의증식과분화에관련되는많은유전자의발현을조절하고몇몇 MMPs의발현을강력히유도한다. ( 나 ) MMPs(matrix metalloproteinase) 발현량 MMP는 zinc이온을요하는 endoprotease로세포외기질단백질을분해하는효소이다. 과도한자외선은 AP-1를활성화시켜 MMPs의발현을유도하여콜라겐을포함한세포외기질단백질을분해시킨다. 14
피부건강에도움을줄수있음 편 ( 다 ) Ki-67, 8-OHdG Ki-67는세포의증식마커이며, ribosomal RNA 전사와관련이있다. 8-OHdG은 DNA 손상관련산화적마커로서암생성과관련이있다. 자외선에의하여 Ki-67, 8-OHdG의증가는피부의탄력을저하시킨다. ( 라 ) 표피 진피두께 (thickness of epidermis dermis) 표피의두께는 0.05 0.1 mm정도로, 각질층, 과립층, 유극층, 기저층으로구성되어있으며, 28일정도주기로새로운세포로교체되고있다. 진피는섬유성분과기질성분으로구성되어있으며두께는표피의 15 40배정도이다. ( 마 ) 최소홍반량 (MED) 최소홍반량 (minimum erythemal dose, MED) 은 UVB를사람의피부에조사한후 16 24시간에서, 조사영역의거의대부분에미세한홍반을나타낼수있는최소한의자외선량을말한다. 최소홍반량의증가는자외선으로부터피부를보호하는데효과가있음을의미한다. ( 바 ) SOD/GSH-Px/CAT 과도한자외선노출로인하여활성산소의농도는증가하고, 이를억제하는것이 SOD, GSH-Px, CAT 항산화효소들이다. SOD는초과산화이온을산소와과산화수소로바꿔줌으로써독성으로부터세포를방어한다. GSH-Px의경우, 과산화수소를환원시켜물을만드는반응을촉매하고, CAT는과산화수소를물과산소로분해하여과산화수소의축적을방지하도록도와준다. ( 사 ) 사이토카인 (cytokine) 사이토카인은표적세포의세포막에존재하는특이적인수용체에결합하고신호전달경로를활성화하여궁극적으로효소활성이나유전자의발현을변화시킨다. 자외선으로인한염증성사이토카인 (IL-6, IL-1α, IL-10, TNF-α등 ) 증가는피부탄력을감소시킨다. ( 아 ) COX-2 COX-2(cyclooxygenase-2) 는아라키돈산을 prostaglandin E2(PGE2) 로전환시키는효소로, 염증이나면역자극에의해발현된다. 자외선으로인한 COX-2의증가는피부주름에영향을준다. 15
건강기능식품기능성평가가이드 (2) 피부구조및기능유지 ( 가 ) 세라마이드세라마이드는단백질및인지질분해과정에서제공되는세린과 palmitoyl-coa의결합에의해생성된다. 세라마이드의지질성분들의분비감소는 lamellae구조를파괴시켜각질을생성한다. ( 나 ) 프로콜라겐 (procollagen) 콜라겐의구성성분으로, fibroblast, osteoblast 등에서합성되어, 최종적으로프로콜라겐펩타아제에의해콜라겐으로전환된다. 프로콜라겐의증가는피부의결합력, 탄력성과연관성이있다. ( 다 ) 콜라겐섬유새롭게합성된프로콜라겐은효소반응을거쳐피부세포의세포외공간으로분비되어삼중나선구조의 microfibril을형성하고, microfibri들은 leucine-rich small proteoglycans와결합하여피브릴을형성하는데, 이러한과정을 fibrillogenesis라고한다. 결과적으로이렇게만들어진피브릴들이모여콜라겐섬유를형성하게되어피부의결합력과탄력성을갖게한다. ( 라 ) 콜라겐합성유전자 콜라겐합성하는단백질콜라겐 type 1,3,4 alpha 1,2가있다. 이들은각각콜라겐 type Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ를만드는데관여하고있으며, 각각의 type들은서로연관성이있다. ( 마 ) 콜라겐-I(collagen-Ⅰ) 콜라겐-Ⅰ는섬유아세포에서수용성프로콜라겐Ⅰ으로합성된후, 세포외로분비된다. 그후, 가수분해과정을통해비수용성콜라겐섬유형태로전환된다. 뼈, 치아, 힘줄생성등에관여하며, 힘에관여하는섬유들을생산하기위해중합하는역할을한다. ( 바 ) 엘라스틴 (elastin) 엘라스틴유전자발현에따라트리포엘라스틴이라는단백질을합성하게되고, 이러한트리포엘라스틴은서로다른트리포엘라스틴과결합하여최종적으로엘라스틴단백질을만들게된다. 탄성섬유인엘라스틴은진피층의 3 4% 정도를차지하며피부의탄력에영향을준다. 16
피부건강에도움을줄수있음 편 ( 사 ) 피브릴린함량탄력섬유의골격을이루는섬유성분으로피프릴린으로구성된섬유골격이만들어지면엘라스틴단백질이붙어서탄력섬유를이루게된다. 또는각질형성세포와섬유아세포가협력하여피프릴린의섬유골격을만든다. ( 아 ) 히알루론산함량히알루론산은동물의유기체관절액, 연골, 피부등에많이존재하는성분으로물과결합하여겔상태가되어관절의윤활작용, 피부의유연성등에관여한다. 피부조직에서히알루론산은콜라겐과엘라스틴섬유조직사이에들어있는젤리상태의물질이다. ( 자 ) 히알루론산합성효소 (HAS) 히알루론산합성효소는 HAS-1, 2, 3이있으며, 합성효소의초기단계에다당류에글루쿠론산와 N-아세틸글루코사민을반복적으로추가하여히알루론산을생성한다. ( 차 ) 콜라게나아제억제활성콜라겐의섬유질기본단위는세개의폴리펩타이드사슬로되어있는트로포콜라겐 (tropocollagen) 으로대부분이글리신과프롤린으로구성되어있는데, 콜라게나아제는 Pro-X-Gly-Y 구조의글리신과프롤린사이의결합을가수분해하는효소이다. 이효소는함량에따라피부탄력유지와연관성이있다. ( 카 ) 엘라스타아제억제활성엘라스틴은조직을연결하여탄력을제공하는세포외세포간질단백질로써, 피부진피를구성하는탄력섬유로피부탄력에영향을주는데이러한엘라스틴을감소시키는효소로엘라스타아제가있다. (3) 임상적평가지표 ( 가 ) 피부주름 (skin wrinkle) 건강한표피의각질층은 15-20% 의수분을함유하고있으며수분이 10% 이하로떨어지면피부가건조해지고윤기와탄력이없어져주름이증가하게된다. 17
건강기능식품기능성평가가이드 ( 나 ) 피부탄력 (skin elasticity) 피부탄력은탄력섬유인엘라스틴을간접적으로평가하는지표로서엘라스틴함량이증가함에따라피부탄력이증가하여주름개선효과가있다고알려져있다. ( 다 ) 피부수분량 (skin hydration) 일반적으로표피의각질층은약 15 20% 정보의수분을함유하고있으나수분이 10% 미만이되면피부가건조해져주름이쉽게형성된다. 자연보습인자 (natural moisturizing factor) 라는수용성성분은표피의각질층과피지막에존재하여이는피부의수분함량을결정하는중요한인자이다. ( 라 ) 경피수분손실량 (transepidermal water loss, TEWL) 동물이나사람의피부표면에서공기중수분을 fick 법칙에의해서확산하는증기압을구하여표피로부터증발하는수분을산정하는방식이다. 따라서인체외부로의 경피수분손실량 을측정은각질층의보습및수분상태와관련이있다. 경피수분손실 (TEWL) 이클수록각질층의보습능력이떨어지는것을의미한다. ( 마 ) 각질화정도 (stratum corneum flexibility) 피부의각질은외부환경에대한일차적인방어기능을담당하고있다. 외부로부터의물리적, 화학적자극및미생물등으로부터생체를보호하고체액, 수분의증발등을적절히조절하여항상성을유지한다. 특히, 피부를탄력있고, 부드럽게해주는역할을하는물질은각질층에대부분존재한다. 각질층은천연보습인자와단백질그리고콜레스테롤, 지방산, 세라마이드로구성된지질로이루어지며, 피부의수분정도와관련이있다. ( 바 ) 피부거칠기 (skin roughness) 자외선, 노화등으로인하여표피의각질층수분이 10% 이하로떨어지면피부가윤기와탄력이없어진다. 특히, 피부표면의최외층에있는각질세포가잘떨어져나가지않아서각질이많이쌓이게되고두터워지면더욱거칠고건조해진다. 18
피부건강에도움을줄수있음 편 2. 주요바이오마커의측정방법 가. 자외선에의한피부손상으로부터피부건강유지 (1) MAPK(mitogen-activated protein kinase), p-38, c-fos, c-jun, JNK(c-Jun N-terminal kinase) MAPK, p-38, c-fos, c-jun, JNK은단백질전기영동법을이용하여단백질발현정도를본다. 시험물질을식이섭취시킨실험동물의조직을적출하여 lysis buffer를넣고균질화한다음, 원심분리한다. 원심분리하여얻은상층액은단백질을정량하여일정량의단백질을 Sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis(sds-page) 로크기별로분리한후, membranes에이동시킨다. Membranes은 skim milk나 BSA(bovine serum albumin) 로 Blocking 과정을거친후, 아세틸콜린에스테라아제 1차항체를첨가하여반응시킨다. 그후 2차항체를첨가하여반응시킨다음, ECL 용액으로반응시키고 X-ray film에노출시켜각각의 band를정량화하여측정한다. (2) AP-1(activator protein-1) Dual-Luciferase Reporter Assay System으로, 세포를 PBS로씻어 DMEM으로인큐베이션한다. Lipofectamine 2000 reagent에따라, 세포를 pnf-kb, pap-1-luc reporter vector, pcmv-β-gal plasmid로투여시킨다. 인큐베이션동안 luminometer 를이용하여 luciferase activity를측정한다. (3) MMPs(matrix metalloproteinase) MMPs의분석방법은 PCR, 단백질전기영동법등이있다. 1 PCR 시험물질을식이섭취시킨실험동물의조직을적출하여 Trizol을넣어균질기로분쇄하여클로로포름을첨가한후혼합하여방치후, 원심분리한다. 원심분리상층액을회수하여 2-propanol을혼합하여방치한다. 이를다시원심분리한후 80% 에탄올로세척하여건조시킨다. 추출한 RNA는 DEPC(diethyl pyrocarbonate) 물에녹여 first strand cdna로합성한다. 합성된 cdna에 MMPs의 primer를반응시켜타겟유전자를증폭한후유전자발현량을분석한다. 19
건강기능식품기능성평가가이드 2 단백질전기영동법시험물질이처리된조직에 lysis buffer를넣고균질화한다음, 원심분리한다. 원심분리하여얻은상층액은단백질을정량하여일정량의단백질을 Sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis(sds-page) 로크기별로분리한후, membranes에이동시킨다. Membranes은 skim milk나 BSA(Bovine serum albumin) 로 Blocking 과정을거친후, MMPs 1차항체를첨가하여반응시킨다. 그후 2차항체를첨가하여반응시킨다음, ECL 용액으로반응시키고 X-ray film에노출시켜각각의 band를정량화하여 MMPs을측정한다. (4) Ki-67, 8-OHdG Anti-mouse Ki-67, anti-8-ohdg를이용하여 immunoperoxidase technique를사용한다. 항체에퍼옥시다제를결합시켜항원에결합한항체의위치또는양을 peroxidase 활성을이용하여확인하는방법이다. (5) 표피 진피두께 (thickness of epidermis dermis) 표피, 진피의두께는 digimatic calipers를사용하여측정한다. 또는기저층부터과립층까지의두께를 biomicroscope, DP-72 CCD camera를이용하여측정한다. (6) 최소홍반량 (MED) 피험자의등에시험부위를구획한후피험자가편안한자세를취하도록하여자외선을조사한다. 자외선을조사하는동안에피험자가움직이지않도록한다. 조사가끝난후 16 24시간범위내의일정시간에피험자의홍반상태를판정한다. 홍반은충분히밝은광원하에서두명이상의숙련된사람이판정한다. 전면에홍반이나타난부위에조사한 UVB의광량중최소량을최소홍반량으로한다. (7) SOD(superoxide dismutase), GPx(glutathione peroxidase), CAT(catalase) 상용화된 Kit 을이용하여 UV-spectrometer 로항산화활성도를측정한다. (8) 사이토카인 (cytokines) 시험물질이처리된세포에 lysis buffer를넣고균질화한다음, 원심분리한다. 원심분리하여얻은상층액은단백질을정량하여일정량의단백질을 sodium dodecyl sulfatepolya 20
피부건강에도움을줄수있음 편 crylamide gel electrophoresis(sds-page) 로크기별로분리한후, membranes에이동시킨다. Membranes은 skim milk나 BSA(bovine serum albumin) 로 blocking 과정을거친후, 사이토카인 1차항체를첨가하여반응시킨다. 그후 2차항체를첨가하여반응시킨다음, ECL 용액으로반응시키고 X-ray film에노출시켜각각의 band를정량화하여사이토카인을측정한다. (9) COX-2(cyclooxygenase-2) 시험물질이처리된세포에 Trizol을넣어균질기로분쇄하여클로로포름을첨가한후혼합하여방치후, 원심분리한다. 원심분리상층액을회수하여 2-propanol을혼합하여방치한다. 이를다시원심분리한후 80% 에탄올로세척하여건조시킨다. 추출한 RNA는 DEPC (diethyl pyrocarbonate) 물에녹여 first strand cdna로합성한다. PCR을이용하여, 합성된 cdna에 COX-2의 primer를반응시켜타겟유전자를증폭한뒤, 유전자발현량을측정한다. (10) 피부주름 (skin wrinkle) 쥐의 dorsal skin을 replica-visiometer를이용하여, R1 R5로나뉘어측정한다. R1은피부표면가장높은값과낮은값사이의거리, R2는 5부위측정치중 R1의가장큰값, R3는 4부위측정치 R1의평균, R4는평활도깊이, R5는산술평균표면거칠기를평가한다. [Visiometer] [ 출처 : 건강기능식품기능성평가가이드라인, 2014] (11) 피부탄력 (skin elasticity) 실험동물의 dosal skin 부분을 digimatic calipers 또는 cutometer 를사용하여측정한다. 21
건강기능식품기능성평가가이드 나. 피부보습 (1) 세라마이드 (ceramide) 함량 표피를 polytron 으로분쇄하고 HPLC-ELSD 를이용하여세라마이드양을측정한다. (2) 프로콜라겐 (procollagen) in vitro 시험법으로프로콜라겐 type-1 C peptide(pip) EIA kit를이용하여프로펩타이드의양을측정한다. 동물시험은 suction blister model 일종으로, 피부범위약 7 mm정도에테스트를진행한다. blister 생성을위해, 그부위에 Plexiglas suction chamber를놓고압력을준다. 생성된 blister 액체를 sterile hypodermic syringes에담아보관하며, blister 액체로 ELISA kit를이용하여프로콜라겐양을측정한다. (3) 콜라겐섬유 (collagen fiber) Anticollagen Type I antibody를이용하여면역조직화학염색 (IHC) 법으로수행한다. 희생시킨동물에서혈액을채취하고조직을적출하여고정액에담가 12 24 시간고정한다. Free-floating 방법으로고정된조직은 30% sucrose용액에넣고 24시간이상침적시킨후꺼내어동결절편기를이용하여 35 μm두께의연속가로동결절편을제작한다. 조직절편에과산화수소 (H 2 O 2 ) 를처리하여내인성과산화효소를제거하고 normal goat serum으로처리한다. 희석한 1차항체를 4 에서 24 48시간동안반응시킨다. 2차항체를반응시킨후, avidin biotin complex를처리시키고, 3, 3'diaminobenzidin tetrahygrochloride (DAB) 로발색시켜콜라겐섬유를측정한다. (4) 콜라겐합성유전자 Suction blister model의방법을사용하여시험물질이처리된세포를 trizol을넣어균질기로분쇄하여클로로포름을첨가한후혼합하여방치후, 원심분리한다. 원심분리상층액을회수하여 2-propanol을혼합하여방치한다. 이를다시원심분리한후 80% 에탄올로세척하여건조시킨다. 추출한 RNA는 DEPC(diethyl pyrocarbonate) 물에녹여 first strand cdna로합성한다. 합성된 cdna에 COL1A1, COL1A2, COL3A1, COL4A1의 primer를반응시켜타겟유전자를증폭한뒤, 유전자발현량을분석하여 COL1A1, COL1A2, COL3A1, COL4A1을측정한다. 22
피부건강에도움을줄수있음 편 (5) 콜라겐-Ⅰ(collagen-Ⅰ) collagen-Ⅰ은단백질전기영동법을이용하여단백질발현정도를본다. 시험물질을식이섭취시킨실험동물의조직을적출하여 lysis buffer를넣고균질화한다음, 원심분리한다. 원심분리하여얻은상층액은단백질을정량하여일정량의단백질을 sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis(sds-page) 로크기별로분리한후, membranes에이동시킨다. Membranes은 skim milk나 BSA(bovine serum albumin) 로 Blocking 과정을거친후, 아세틸콜린에스테라아제 1차항체를첨가하여반응시킨다. 그후 2차항체를첨가하여반응시킨다음, ECL 용액으로반응시키고 X-ray film에노출시켜각각의 band를정량화하여콜라겐-Ⅰ을측정한다. (6) 엘라스틴 (elastin) Suction blister model 일종으로, 피부범위약 7mm정도에테스트를진행한다. blister 생성을위해, 그부위에 plexiglas suction chamber를놓고압력을준다. 생성된 blister 액체를 sterile hypodermic syringes에담아보관하며, blister 액체로 ELISA kit를이용하여 elastin 양을측정한다. (7) 피브릴린함량 (fibrillin content) Suction blister model 일종으로, 피부범위약 7mm정도에테스트를진행한다. blister 생성을위해, 그부위에 plexiglas suction chamber를놓고압력을준다. 생성된 blister 액체를 sterile hypodermic syringes에담아보관하며, blister 액체로 ELISA kit를이용하여 fibrillin 양을측정한다. (8) 히알루론산함량 1 PCR법유전자발현양측정법은시험물질이처리된세포에 Trizol을넣어균질기로분쇄하여클로로포름을첨가한후혼합하여방치후, 원심분리한다. 원심분리상층액을회수하여 2-propanol을혼합하여방치한다. 이를다시원심분리한후 80% 에탄올로세척하여건조시킨다. 추출한 RNA는 DEPC(diethyl pyrocarbonate) 물에녹여 first strand cdna로합성한다. 합성된 cdna에히알루론산의 primer를반응시켜타겟유전자를증폭한뒤, 유전자발현량을분석한다. 23
건강기능식품기능성평가가이드 2 ELISA 법 ELISA법은피부표피, 진피조직을지방을제거하는등전처리를거쳐 enzyme-linked immunosorben assay인 hyaluronic acid kit를이용하여측정한다. (9) 히알루론산합성효소 (HAS-1) Suction blister model의방법을사용하여시험물질이처리된세포에를 Trizol을넣어균질기로분쇄하여클로로포름을첨가한후혼합하여방치후, 원심분리한다. 원심분리상층액을회수하여 2-propanol을혼합하여방치한다. 이를다시원심분리한후 80% 에탄올로세척하여건조시킨다. 추출한 RNA는 DEPC(diethyl pyrocarbonate) 물에녹여 first strand cdna로합성한다. 합성된 cdna에 HAS-1의 primer를반응시켜타겟유전자를증폭한뒤, 유전자발현량을분석하여 HAS-1 양을측정한다. (10) 콜라게나아제억제활성 EnzCheck gelatinase/collagenase assay kit를사용하며, fluorescence micro plate reader를통해콜라게나아제억제활성도를측정한다. (11) 엘라스타아제억제활성 0.4 M TrisHCl buffer(ph 8.6) 을 50μl, 농도별추출물을 50μl, 50mM Tris-HCl buffer(ph 8.6) 에 0.6U/ml이되도록희석한 enzyme(ex-porcine pancreas) 을 50μl을넣고 37 에서 30min간반응시킨후 substrate(methoxysuccinyl-l-ala-lval-5- nitroanilide) 를 100μl를넣은후 37 에서 30 분간반응시킨후다시 410nm에서흡광도를측정한다. (12) 피부수분량 (skin hydration) Corneometer를이용하여실험동물의 dosal skin부분을수분함유량의시험전 후변화를기기적으로측정한다. (13) 경피수분손실량 (TEWL) Ventilated chamber method에따라전해물분석기를이용하거나, 쥐의 dosal skin에 tewameter, corneometer 등을이용하여피부의수분정도를측정한다. 24
피부건강에도움을줄수있음 편 [Tewameter] [ 출처 : Courage + Khazaka electronic GmbH] (14) 각질화정도 (stratum corneum flexibility) 각질층의수화와두께정도는 corneometer 를이용하여측정한다. (15) 피부거칠기 (skin roughness) silicone imprint(replica) 를이용하여피부의모사판을제작하고이를적합한기기 ( 예 : visiometer, primos compact 등 ) 를사용하여분석한다. 측정변수는 Rz, Rz, R3-R5 등을측정한다. (16) 피부탄력 (skin elasticity) 탄력측정기 ( 예 : Cutometer, Balisotmeter 등 ) 를이용하여피부의탄력을측정한다. Cutometer의경우 R2, R5등변수는 1에가까울수록탄력성이높은것으로평가된다. 25
건강기능식품기능성평가가이드 3. 시험설계시고려사항 가. 시험관시험 (1) 시험계 1 자외선에의한피부손상으로부터피부건강을유지하는데도움 : epidermal keratinocyte 등을사용한다. 2 피부보습에도움 : human dermal fibroblast 등을사용한다. (2) 바이오마커 1 자외선에의한피부손상으로부터피부건강을유지하는데도움 : MMPs 발현량등을측정한다. 2 피부보습에도움 : 콜라게나아제, 엘라스타아제억제활성등을측정한다. (3) 통계처리 시험결과는대조군과시험군을통계적으로비교하여 p<0.05 수준에서유의성을판정한다. 나. 동물시험 (1) 실험동물 UV 를조사한 hairless mice 등의실험동물을사용한다. (2) 바이오마커 1 자외선에의한피부손상으로부터피부건강을유지하는데도움 : 피부주름, 표피두께, 콜라겐함량등을측정한다. 2 피부보습에도움 : 피부수분량, 경피수분손실 (TEWL), 세라마이드함량등다양한바이오마커를측정한다. (3) 통계처리 시험결과는대조군과시험군을통계적으로비교하여 p<0.05 수준에서유의성을판정한다. 26
피부건강에도움을줄수있음 편 다. 인체적용시험 (1) 시험대상 ( 가 ) 시험대상자 ( 예시 ) 건강인, 피부건조증상 ( 국소적 ) 이있는자, 경증아토피피부염이있는자 ( 짓무름증상없음, 증상이국소적 ) 를대상으로한다. ( 나 ) 대상자제외기준 ( 예시 ) 임신또는수유중인여성과임신가능성이있는여성 민감성또는과민성피부를가진자 건선환자 ( 면역억제제복용자 ), 중증아토피피부염환자 ( 짓무름증상, 전신증상, 스테로이드제복용 ) ( 최소홍반량실험시 ) 광알레르기또는광감작의병력이있는자 그외연구책임자의판단으로시험에부적합하다고생각되는경우 (2) 시험설계 무작위배정, 위약대조연구 (randomized, controlled trial; RCT) 를기본으로한다. (3) 바이오마커 1 자외선에의한피부손상으로부터피부건강을유지하는데도움 : 피부주름, 피부탄력등을측정한다. 2 피부보습에도움 : 피부수분량, 경피수분손실량 (TEWL) 등을측정한다. (4) 통계처리 시험결과는대조군과시험군을통계적으로비교하여 p<0.05 수준에서유의성을판정함 27
건강기능식품기능성평가가이드 Ⅳ 참고문헌 1. 건강기능식품기능성원료및기준 규격인정에관한규정, 식품의약품안전처고시 2016-141호, 2016 2. 건강기능식품시험법가이드 (Ⅱ), 식품의약품안전청, 2004 3. 기능성식품학, 이형주, 장해동, 이기원, 이홍진, 강남주, 수학사, 2011 4. 김기쁨, 조아령, 차화준, 신상훈, 이정주, 이현경, 안인숙. Sericine과 Alpha-Mangostin의주름개선상승효과. Kor J Aesthet Cosmetol 13(6):729-734, 2015 5. 김나미, 구본석, 이성계, 황의일, 소승호, 도재호. 홍삼성분이섬유아세포의콜라겐생합성과 MMP-1 활성에미치는영향. J Ginseng Res 31(2):86-92, 2007 6. 김대선, 전병국, 최미은, 문연자, 박석돈, 우원홍. Hairless mouse에서홍삼 교맥복합물의피부주름생성예방효과. Kor J Orien Physiol Pathol 23(3):695-699, 2009 7. 김미진, 정택규, 박현철, 윤경섭. 질려자추출물의피부볼륨증진및주름개선효과. Kor Biotech Bioeng J 31(3):178-185,2016 8. 메디컬스킨케어, 표영희, 박은경, 이혜영, 이은주, 파워북, 2018 9. 생활속의자외선, 장성재, 최상숙, 김영옥, 화장품신문출판국, 2002 10. 소승호, 이성계, 황의일, 구본석, 한경호, 정진호, 이민정, 김나미. 홍삼생약복합물 (KTNG0345) 의피부주름개선에관한작용기전. J Ginseng Res 32(1):39-47, 2008 11. 피부과학, 권혜영, 권혜진, 김미령, 김봉인, 메디시언, 2014 12. 피부과학, 대한피부과학회교과서편찬위원회, 대학의학서적, 2014 13. Bandier J, Ross-Hansen K, Carlsen BC, Tanassi JT, Johansen JD, Heegaard NH. Quantification of Epidermal Filaggrin in Human Skin and its Response to Skin Irritation. J Invest Dermatol 136(6):1296-1269, 2016 14. Bertuccelli G, Zerbinati N, Marcellino M, Nanda Kumar NS, He F, Tsepakolenko V, Cervi J, Lorenzetti A, Marotta F. Effect of a quality-controlled fermented nutraceutical on skin aging markers: An antioxidant-control, double-blind study. Exp Ther Med 11(3):909-916, 2016 15. Cho S, Kim HH, Lee MJ, Lee S, Park CS, Nam SJ, Han JJ, Kim JW, Chung JH. Phosphatidylserine prevents UV-induced decrease of type I procollagen and increase of MMP-1 in dermal fibroblasts and human skin in vivo. J Lipid Res 49(6):1235-1245, 2008 16. Cho S, Lee S, Lee MJ, Lee DH, Won CH, Kim SM, Chung JH. Dietary Aloe Vera 28
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건강기능식품기능성평가가이드 ( 민원인안내서 ) - 피부건강에도움을줄수있음 편 - 발행인 편집위원장 편집위원 : 이동희 : 황인균 : 이혜영, 권용관, 허수정, 서은채, 국주희, 김준영, 이미영, 오재명, 황경미, 방수진, 이요아, 정혜진, 김선후, 송진희 발행처 발행일 문의처 : 식품의약품안전평가원 : 2019 년 6 월 : 식품위해평가부영양기능연구팀 (043-719-4416, 4421, 4423, 4428, 4430)
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