[10]-Gingerol from Zingiber Officinale Reduces Oxidative Stress via the ERK/Nrf2/HO-1 Signaling Pathway in Human Keratinocytes

[10]-Gingerol from Zingiber Officinale Reduces Oxidative Stress via the ERK/Nrf2/HO-1 Signaling Pathway in Human Keratinocytes

생강(ginger, Zingiber officinale Roscoe)은 생강과(Zingiberaceae)에 속하는 다년생 초본(草本)으로 열대 아시아가 원산지이며, 아시아, 아프리카, 아메리카 지역에서 재배되고 있다. 지하에서 성장하는 덩이줄기인 생강은 색이 진한 노란색부터 황색 또는 붉은색을 띄는 다육질이며 향신료 및 기능성 소재로 꾸준히 활용되고 있다. 생강에는 폴리페놀 등 400여 종류의 화합물이 밝혀진 바 있으며, [6]-shogaol, [6]-gingerol, [8]-gingerol 및 [10]-gingerol 등의 향신 화합물이 주요한 성분으로, 항암, 항산화, 혈소판응고억제, 항균, 혈당저하, 관절염 개선, 탈모 억제, 항염증, 체중 감소, 해열 및 멜라닌 생성 억제 효과 등이 보고되었다. 본 연구는 생강의 주요성분이 함유된 대용차 소재개발을 목적으로, 국내산 생강으로부터 [10]-gingerol을 분리하여 동정한 후, 인체 피부세포(human keratinocytes)에서 생성되는 산화적 스트레스에 의한 [10]-gingerol의 효능을 분자수준에서 관찰하였다. 실험 결과, [10]-gingerol은 1, 3, 5 μM 농도에서 인체 피부세포의 heme oxygenase-1 (HO-1) mRNA levels을 농도 의존적으로 증가시켰으며, nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)의 증가 및 kelch-like ECH-associated protein 1에 의해 세포질 안정성이 저하되는 것을 확인하였다. 결론적으로, mild oxidative stress 조건에서 [10]-gingerol이 ERK/Nrf2/HO-1 signaling pathway을 통해 antioxidant enzyme의 작용을 증가시키는 것을 확인하였다.

The present study was designed to investigate the molecular mechanisms of bioactive components against mild oxidative stress in human keratinocytes (HaCaTs). Solvent extraction and fractionation of the rhizomes of Zingiber officinale resulted in the isolation of [10]-gingerol. At concentrations of 1, 3, and 5 µM [10]-gingerol dose-dependently increased HO-1 (heme oxygenase-1) mRNA and protein levels, with a significant effect at 5 µM. This augmentation of HO-1 by [10]-gingerol was attributed to the upregulation of Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2), which markedly reduced the cytoplasmic stability of Keap1 (kelch-like ECH-associated protein 1). Furthermore, our findings indicate that the upregulation of HO-1 by [10]-gingerol increased resistance to mild oxidative stress, suggesting that [10]-gingerol might enhance the activities of antioxidant enzymes by stimulating Nrf2. Our experimental findings indicate that the mild attenuating effect of [10]-gingerol against oxidative stress involves the ERK/Nrf2/HO-1 signaling pathway.