섬유모세포에서 Smad2/3 발현 감소를 통한 Curcumin에 의한 제 1형 교원질 발현 억제

Abstract

제 1형 교원질은 섬유모세포에서 주로 생성되는데, TGF-β/Smad 신호전달체계가 주로 관여하는 것으로 알려져 있다. 생성된 교원질은 주로 matrix metalloproteinase-1(MMP-1)에 의하여 분해되고, 이 과정은 tissue inhibitor of MMP-1(TIMP-1)에 의하여 시기적절하게 억제됨으로써, 피부 조직 내 교원질의 항상성이 유지되고 있다. Curcumin은 Curcuma longa의 땅속 줄기에서 추출한 물질로 동물실험을 통해 폐섬유화나 담관섬유증과 같은 질환에서 항섬유화 효과 등이 밝혀진 바 있으나, 피부섬유모세포에서 제 1형 교원질, MMP-1, TIMP-1, 및 Smad2/3의 발현에 대한 curcumin의 효과는 연구가 필요한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 curcumin이 제 1형 교원질의 발현과 그 조절을 담당하는 Smad2/3, MMP-1, TIMP-1의 발현에 미치는 영향을 알아보고자, 피부 섬유모세포에 다양한 농도의 curcumin(1―40 μM)을 처치한 후 제 1형 교원질, MMP-1, Smad2/3 및 TIMP-1 단백질의 발현을 Western blot 분석을 통해 측정하였다. 또한 제 1형 교원질의 촉진자 활성도를 chloramphenicol acetyltransfease(CAT) 분석법을 통해 분석하였다. Curcumin을 처치한 제 1형 교원질의 촉진자 활성도는 curcumin의 농도가 증가할수록 활성도가 감소하였으며, Western blot 분석 결과 curcumin처치 농도와 처치 시간이 증가 할수록 제 1형 교원질의 발현은 감소하였고, MMP-1과 TIMP-1은 발현이 증가되었다. TIMP-1 역시 발현이 증가되었는데, 이는 시간대별 분석에서 제 1형 교원질 감소 및 MMP-1의 증가 이후에 일어났으며 조직내 교원질의 항상성을 유지하고자 하는 섬유모세포의 방어기제로 판단된다. 또한 Western 분석 결과 Smad2/3는 curcumin 처치 농도가 증가할수록 점진적인 발현감소를 보였고, TGF-β1에의하여Smad2/3는 인산화 되면서 활성화 되는데, curcumin 처치는 TGF-β1에 의하여 유도되는 Smad2/3의 활성도는 억제 하지 못하였다. 결론적으로 curcumin은 섬유모세포에서 Smad2/3 단백질의 발현 감소를 통해서 제 1형 교원질의 촉진자 활성도 및 단백질의 발현을 억제시켰을 뿐만 아니라, 제 1형 교원질을 분해하는 MMP-1의 발현을 증가시켰는데, 이는 curcumin이 피부조직에 대한 항섬유화 기능이 있음을 시사한다.

Type I collagen expression, which is synthesized in fibroblast, is mainly controlled by TGF-β/Smad pathway. In extracellular matrix, type I collagen is degradated by matrix metalloproteinase (MMP), and its function is inhibited by tissue inhibitor of MMP-1 (TIMP-1) causing maintenance of homeostasis in collagen expression. Curcumin, phytochemical extracted from rhizomes of Curcuma longa, showed anti-fibrotic effect in animal study. However, the expressions of type I collagen, MMP-1, Smad2/3, and TIMP-1 in curcumin treated human skin fibroblasts is largely unknown. The purpose of this study was to investigate the expressions of type I collagen, MMP-1, Smad2/3, and TIMP-1 proteins in curcumin-treated human skin fibroblasts. Human skin fibroblasts were treated by various concentrations of curcumin (1―40 uM). The expressions of type I collagen, MMP-1, Smad2/3, and TIMP-1 proteins were analyzed by Western blot analysis. In addition, activities of type I collagen promoter were analyzed by CAT assay. Type I collagen promoter activities were decreased by curcumin treatment in CAT assay. The expression of type I collagen was decreased but the expressions of MMP-1, and TIMP-1 were increased by curcumin treatment in dose and time dependent manner in Western blot analysis. Increased expression of TIMP-1, following after decreased expression of type I collagen and increased expression of MMP-1 by curcumin treatment, is thought to be a part of defense mechanism in fibroblast for maintaining homeostasis of collagen expression. Smad2/3 expressions were decreased by curcumin treatment but TGF-β1 induced Smad2/3 activations were not decreased by curcumin treatment in Western blot analysis. In conclusion, type I collagen promoter activities and its expressions were decreased through inhibition of Smad2/3 in human skin fibroblasts by curcumin treatment. And the expression of MMP-1, degradating enzyme of type I collagen, was increased by curcumin treatment which offers expectation of curcumin as antifibrotic agent.