표피의노화 (Epidermal aging) 1부 – 저자 김홍석(와인피부과)
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피부의 대부분을 진피가 차지하고 있고, 피부과 영역에서 치료는 진피의 환경 개선에 집중하다 보니 피부 노화를 이야기하면 대부분 진피에 초점을 맞추어서 이야기하는 경향이 있다. 하지만 피부의 노화는 진피뿐 아니라 표피에서도 확연하게 이뤄지고 있으며, 더욱 표피의 경우에는 모든 외부 물질로부터의 첫 번째 방어막으로 작용하다 보니 표피의노화 에 대해서도 중요하게 생각해야 하는 부분이다.
피부 장벽과 노화
날씨가 건조해지거나 나이가 들면 피부가 건조해지게 되는데 한 연구에서는 나이가 들수록 건조한 증상이 무려 30~58%에서 나타난다고 하였다. 아직은 이런 건조증에 대한 이론은 아직 정확하게는 밝혀져 있진 않지만, 내인성, 유전학적, 환경적 영향이 이런 문제를 일으키는 다양한 원인이 될 것으로 생각하고 있다. 예전에는 단순히 피지 분비가 줄고 수분의 함량이 줄어들기 때문이라고만 생각했는데 이는 각질화 과정과 각질층의 지질에 대한 변화 때문으로 생각하고 있다. 각질 세포에서의 지질-단백질 막과 각질 세포 사이 결합이 깨지면서 피부 장벽의 손상이 된다.
이렇게 피부의 장벽을 구성하는 지질층이 다른 다양한 원인에 의해 손상이 되고 복구가 되지만 노화 피부에서는 지질의 구조가 변화되면서 장벽을 이루는 층이 약해지게 된다. 초기에는 피부 장벽이 손상되면 과립층 내 세포들의 과립들이 분비되어 콜레스테롤과 지방산의 합성이 증가하며 12시간 이내에 장벽기능의 50% 정도가 회복된다. 초기에 빠른 복구 반응 후에는 β-glycocerebrosidase와 DNA 합성을 자극해 세라마이드 합성이 증가하게 되며 72~96시간 이내에 장벽이 완전히 복구되는데, 장벽이 회복되는 과정에서 세포간지질이나 천연보습인자와 같은 장벽 유지에 필수 요소가 부족하게 되면 피부에 이차적인 문제가 생기기 쉽다. 그리고 노화 피부에서는 이러한 현상이 지속해서 있다 보니 피부가 쉽게 회복되지 않는 것이 바로 그 이유 때문이다. 장벽이 손상되었을 경우 각질층의 세 가지 주요 지질 성분인 세라마이드(CER), 콜레스테롤(CHOL), 지방산(FFA)을 채우는 과정이 중요하며, 초기에는 수분 손실이 최소화할 수 있게끔 강력한 밀폐제 성분이 들어있는 제품을 사용하는 것이 좋다. 그중 피부의 구성요소인 세라마이드, 콜레스테롤, 지방산의 세포간지질 구성성분으로 된 제품을 바르게 되면 이 구성성분들이 각질층뿐 아니라 과립층의 층판과립으로 들어가서 장벽 회복에 도움을 주게 된다. 이 세 가지 지질 성분이 적절하게 들어있지 않거나 단독으로만 들어있으면 오히려 장벽 회복을 지연시키기 때문에 모든 지질이 적절한 비율로 들어가 있는 것이 매우 중요하다.
콜레스테롤은 친수성 부분이 작으며 소수성 부분의 분자량이 커 마치 세포막 인지질과 구조적으로 비슷하다. 세포막에 불포화 지방산이 많은 경우 세포막 사이 간격이 넓어져서 세포막이 매우 유동적인 상태가 되어 수분 등의 다양한 물질의 투과도가 높아지기 때문에 콜레스테롤은 이러한 공간 사이에 침투가 되어 세포막을 안정화해 준다. 콜레스테롤을 바르면 핵이 부분적으로 남아있는 각질층이나 과립층으로 들어가서 세포질 내의 LG 안으로 들어가게 된다. 외부에서 콜레스테롤을 발랐다고 해서 negative feedback을 주지 않아 콜레스테롤은 피부 장벽을 회복하는 데 있어 중요한 성분으로 재생 크림의 성분으로 많이 사용한다. 그리고 콜레스테롤은 각질화 과정을 조절하는데 중요한 작용을 한다. 세포막에서 콜레스테롤은 지질 뗏목 형태로 존재하며 이는 여러 효소작용과 세포 신호과정을 조절하면서 기저층에서 줄기세포의 활성을 중재하는 역할을 한다. 콜레스테롤설페이트는 세포 사이의 응집에 중요한 역할을 하고 스테로이드 설파타아제 (steroid sulfatase)에 의해 설페이트가 제거되면 각질층의 탈락이 시작되는데 콜레스테롤설페이트에 이상이 있으면 표피분화와 각질 세포의 탈락에 문제가 생기게 된다. 콜레스테롤은 음식으로부터 주로 흡수하게 되며 보습제나 재생 크림에 많이 들어있으나 피부에서 발견되는 콜레스테롤 일부는 음식에서 들어오지만, 대부분 콜레스테롤은 각질 세포에 있는 효소에 의해 생성된다. 콜레스테롤 합성은 음식이나 혈관 속에 있는 콜레스테롤 레벨에는 영향을 받는 것 같지는 않으며 피부의 장벽 상태가 변화될 때 조절되며, 칼슘 레벨이 높을 때 증가한다.
다양한 연구를 통해서 피부와 가장 흡사한 환경 조건에서 효과적인 지질 성분 보충을 위한 배합 비율에 대한 활발한 연구가 이루어져 왔다. 그 결과 CER:CHOL:FFA의 구성 비율이 1:3:1 분자비율로, 1:2:1 함량 비율로 배합한 콜레스테롤 기반의 지질 성분 돌봄이 가장 효과적이라는 결론을 얻을 수 있었다. 특히 이 세 가지 세포 지질의 다양한 배합 중에서 콜레스테롤 함량이 높은 경우 쥐 실험에서와 사람의 피부에서 장벽 회복을 촉진해 준 것을 확인하여 다양한 함량으로 구성 비율을 조사한 결과 CER:CHOL: FFA이 1:2:1의 함량 비율을 보일 때 장벽이 강하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 최근에는 이러한 경향에 맞춰 다양한 제품들이 출시되고 있으며 이러한 제품들이 노화로 인해 빠르게 손실되는 피부 지질 성분을 효과적으로 보충해 준다. 따라서 피부 노화가 진행된 환자에게 콜레스테롤 기반의 지질 성분 보충을 위한 화장품을 적절히 처방함으로써 피부 장벽 강화 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다.
그리고 노인 환자들에게 피부 건조해져 있는 경우 퇴행성 질환 및 대사질환 등에 의해 약의 복용 빈도와 종류가 많아지면서 이들이 피부에 영향을 주는 것도 무시할 수 없다. 특히 isotretinoin, 이뇨제, 고지혈증약, 시메티딘, anti-androgen과 같은 약은 건조증을 유발하게 된다.
각질 세포와 노화
표피 가장 외부의 각질층 세포는 표피의 다른 세포와는 다르게 각질세포막(Cornified envelope, CE)을 가지고 있다. 각 각질 세포는 10nm 정도의 두께의 단단한 단백질 막으로 구성되어 있으며 외부로부터 우리 몸을 보호해주는 일차적인 방어막을 하는 곳이다. ω-hydroxyceramide는 세포 내에서 인볼루크린과 에스터 결합을 하고 외부로는 CE와 공유결합을 지질막을 형성하게 된다.
이는 세포대사, 염증, 자외선 노출 등에 의해 피부에서는 세포 내외로 ROS를 형성하게 되어 단백질, 지질, DNA에 손상을 주게 되어 세포자멸사, 악성으로의 변화, 노화 등에 영향을 주게 되는데 이러한 산화스트레스는 표피에서 많이 발생하게 된다.
CE에는 small proline rich protein(SPRR), 로리크린, 인볼루크린, 필라그린과 같은 다양한 단백질들이 있는데 이들은 sulfhydryl oxidase, transglutaminase에 의해 세포 표면에서 서로 cross-linking 하여 지질과 함께 각질세포막 바로 아래에 CE를 형성하게 되며 CE 아래에는 케라틴 필라멘트들 덩어리가 세포 내를 가득 채우게 되며 세포 내 구조를 튼튼하게 해주는 역할을 한다. 이 중 SPRR은 ROS 방어기전뿐 아니라 상처를 회복시키는데 표피의 각질 세포를 이동하는데도 발현이 된다고 연구결과를 보고하기도 하였다. SPRR은 상처가 나지 않은 피부에서도 ROS를 잡아주는 중요한 역할을 하였으며, SPRR 특히 SPRR-4는 로리크린보다 더 강력한 항산화 효과를 보였다. 이는 이 단백질 안에 시스테인이 풍부한 것과 연관이 있으며 직접 ROS와 반응하기도 하며 분자 간에 공유결합을 하고 있기 때문이기도 하다. 자외선에 노출이 되고 난 뒤에도 SPRR4의 표현이 증가하였으며 이 반응은 만성 자외선 노출 때문에 과각화현상이 나타나는 것과 연관이 있다.
최근에는 CE가 피부 노화 과정에서 매우 중요한 역할을 하는 것으로 보고 되었다. 로리크린과 필라그린은 CE의 중요한 구성성분 중 하나인데 젊은 사람에 비교해 노화 피부에서 이 두 단백질은 transcription/translation 단계에서 모두 상당히 떨어져 있었던 반면에 다른 단백질 구성성분 중 특히 SPRR은 상당히 증가하는 소견을 보인다. 아마 이는 로리크린과 필라그린이 노화 피부에서 줄어들면서 생긴 보상작용 혹은 아직 정확하지는 않지만, 위에서 언급한 만성 자외선 노출 때의 SPRR 발현이 증가하는 것과도 연관이 있지 않나 추측해본다.
그리고 가장 흥미로운 것 중 하나가 S100 단백질인데 이는 Ca2+이 붙는 단백질로서 산화 조절, 상처 재생, 세포막과 vesicular 이동, 분화, 세포 이동, 칼슘 항상성 유지 등과 같이 다양한 생리학적 기능을 보인다. S100A7은 건선에서는 염증을 더욱 악화시키며, 항균효과를 보이기도 하고, S100A8는 피부에서의 산화스트레스로부터 피부를 보호하고 테이프-스트리핑이나 다른 물리적 스트레스가 있고 난 뒤에도 증가하는 소견을 보인다. S100A9은 상처 후에 S100A8과 함께 증가하는 소견도 보이며, S100A10은 각질 세포가 분화하는 과정에서 세포막의 리모델링에도 영향을 준다. 이러한 다양한 S100 family들 모두가 노화 과정에서 상당히 증가하여 있는 소견을 보이는데, 젊은 피부에 비교해 S100A10의 경우 2배, S100A9의 경우 5배 정도 증가하는 것을 확인하였다.
노화에서의 Dermoepidermal junction의 변화
진피표피경계부(Dermoepidermal junction; DEJ)는 크게 4가지로 구성되는데 각각의 층은 단백질의 구성요소가 변한다. 기저층의 각질 세포는 DEJ에 붙어 hemidesmosome으로 중간섬유 네트워크를 형성하는데, 노화가 진행될수록 DEJ가 얇아지기 시작해서 rete ridge가 줄어들면서 표면적이 감소하여 장력이나 다른 자극에 피부과 쉽게 찢어지는 형태를 보이게 되는 것이다. 실제로 다양한 연구상에서도 노화가 진행되면서 DEJ 내의 단백질의 변화와 감소세를 보였다. collagen VI과 같은 microfibrillar 단백질 진피 유두층 내의 다양한 단백질 구성도 변화가 나타나면서 DEJ가 편평해지면서 구조의 이상이 나타나기 시작하는 것이다. 즉 DEJ가 얇아지고 편평해지면서 lamina lucida, densa, anchoring fibril 모두의 일반적인 구조 변화가 나타나면서 피부가 약해지기 시작하는 것이다. 이렇게 변화됨으로써 표피, 진피 사이의 물리적인 보호 기능이 줄어들게 되면서 쉽게 물집이나, 열상, 상처 후 궤양, 찢어지는 상처가 잘 발생하게 되는 것이다.
표피의 기저층에 있는 줄기세포는 표피의 세포를 끊임없이 생성하는 데 있어 매우 중요하다. Perlecan은 heparan sulfate proteoglycan으로서 각질 세포의 생존과 분화에 중요한 역할을 한다. 노화가 생기면 DEJ에 각질 세포의 접촉면이 줄어들면서 각질 세포의 재생과 항상성에 영향을 주게 된다. in vitro에서 Perlecan은 노화가 진행될수록 점차 줄어들면서 이로 인해 노화 피부가 얇아지고 잘 분화되지 않은 표피가 형성되는 것을 확인하였다. 노화 피부에서는 Perlecan이 감소하면서 K15의 발현이 줄어들게 되는데 기저층의 각질 세포의 생산 능력을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
피부의 처치와 치료를 하면서 대부분 표피와 진피에 대한 부분만 강조되는데 DEJ를 보다 정상으로 돌리는 것에 조금 더 집중한다면 건강해진 DEJ로 인해 표피의 분화가 좋아질 수 있어 향후 피부 노화의 연구에 있어서 중요한 부분이 되지 않을까 생각해본다. – 2부로 계속
표피의노화(Epidermal aging) 1부 – 대한피부항노화학회지
*상기내용은 항노학회지에 개재된 원고로써 저자의 허락을 받은후 발췌하였습니다.
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표피의노화 (Epidermal aging) 1부 – 대한피부항노화학회지
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