Ginseng has been utilized as a medicinal plant for thousands of years in human history. The pharmacological effects of ginseng have been shown in diverse diseases including diabetes, neurodegenerative diseases, and cancers. Ginsenosides, the biologically active saponins of ginseng, and their anti-cancer effects have been studied a lot in the world. According to the previous researches, protopanaxadiols (PPDs), or PPD type ginsenosides, restrain cancer growth by inhibition of proliferation, angiogenesis, invasion, and metastasis in various types of cancers. However, the detailed mechanisms of the ginsenosides to lead anti-cancer effects are not fully understood, so far.
Meanwhile, in conventional anti-cancer therapy, adverse cytotoxic effects of the anti-cancer drugs to normal cells and acquiring drug-resistances of cancer cells are significant obstacles. Therefore, it is a critical issue to reduce the treatment dosage of anti-cancer drugs while increasing the cytotoxicity of the drugs for the cancer cells.
In this research, I proposed highly effective adjuvant anti-cancer therapy using ginsenosides to sensitize cancer cells to anti-cancer drug. The results indicate that the two PPD type ginsenosides, compound-K (C-K) and protopanaxadiol (PPD), synergistically increase the cytotoxicity of doxorubicin in human breast cancer cell line, MCF-7. Although the ginsenosides did not cause any cell death in low concentration, the non-cytotoxic dose of the ginsenosides enhanced the doxorubicin sensitivity and increased caspase-9 dependent apoptotic cell death. The ginsenoside C-K and PPD induced mitochondrial fragmentation, and increased mitochondrial outer membrane permeability and cytochrome-c release. In summary, this study demonstrated that the non-cytotoxic concentration of ginsenoside C-K and PPD sensitized MCF-7 to mitochondria-mediated intrinsic apoptosis induced by doxorubicin via mitochondrial fragmentation.
인삼(Ginseng)은 대표적인 약용 식물 중 하나로, 수천 년 전부터 전 세계적으로 사용되어 왔다. 인삼은 당뇨, 퇴행성뇌질환, 그리고 암 등 여러 질병에서 의약학적으로 효능이 있는 것으로 밝혀져 있다. 진세노사이드(Ginsenoside)는 인삼의 다양한 성분 중에서도 체내에서 활성화되어 약리적인 효능을 띄는 사포닌을 지칭하는 용어로서, 진세노사이드의 항암효과에 관해 세계적으로 많은 연구들이 진행되어 왔다. 그 중에서도 프로토파낙사디올계(Protopanaxadiols, PPD type)의 진세노사이드들은 다양한 종류의 암의 분열과 혈관생성, 침투, 및 전이를 억제하는 것으로 밝혀졌다. 하지만, 진세노사이드가 이러한 항암효과를 유발하는 것에 대한 자세한 작용기전은 여전히 완벽하게 밝혀지지 않고 있다.
한편, 현대 의학에서 암환자에 대한 항암치료는 약물을 이용한 치료가 가장 널리 시행되고 있는데, 항암제의 독성으로 인해 다양한 부작용이 생기기도 한다. 항암제의 독성이 암세포뿐만 아니라 정상 조직과 세포에도 유독하게 작용함으로써 악영향을 끼치기도 하고, 약물치료가 오랜 시간 계속 됨에 따라 암세포가 약물에 대한 내성이 생겨 더욱 악성이 되거나 재발을 하는 등의 위험성도 여전히 항암치료의 큰 장애물로 남아있다. 따라서, 항암제의 처리 농도를 낮추면서 암세포에 특이적으로 독성을 높이는 방법을 연구하는 것이 더욱 안전하고 효과적인 항암치료를 위해 아주 중요한 사안이다.
이 연구에서는 진세노사이드를 이용하여 기존에 많이 사용되고 있는 항암제에 대한 암세포의 민감도를 높이는 방법을 통해 매우 효과적인 항암 보조 치료법을 제안하였다. 실험 결과, 두 종류의 프로토파낙사디올계의 진세노사이드 Compound-K 와 PPD 를 처리한 인간 유방암 세포 MCF-7 에서 항암제 독소루비신(Doxorubicin) 에 대한 민감도가 증가되는 것으로 나타났다. 두 가지 진세노사이드 자체만으로는 낮은 농도에서 암세포에 대해 전혀 독성을 나타내지 않았으며, 이러한 농도의 진세노사이드를 독소루비신과 함께 처리해 주었을 때 암세포의 사멸이 현저하게 증가하였고, 특히 caspase-9을 통한 세포사멸이 크게 늘어난 것을 확인하였다. 진세노사이드 Compound-K 와 PPD 는 세포 내에서 호흡과 대사를 담당하는 소기관인 미토콘드리아(mitochondria)의 분열을 유도하여 미토콘드리아 외막의 투과성을 증가시킴으로써 세포 사멸을 유도하는 물질인 cytochrome-c가 세포질로 유출되는 것을 촉진시키는 것으로 보여졌다. 결론적으로, 이 연구에서는 세포에 독성이 없는 농도의 진세노사이드 Compound-K 와 PPD가 사람의 유방암 세포에서 미토콘드리아의 분열을 유도함으로써 항암제 독소루비신에 의한 미토콘드리아-매개 세포사멸을 현저하게 증가시킨다는 것을 확인하였다.
