Vascular endothelial growth factor (VEGF) plays a key role in angiogenesis, which is an essential process in human physiology and disease pathology. In ischemic disease condition, VEGF-induced angiogenesis is often accompanied by a vascular permeability response. Therefore, the proper induction of angiogenesis without vascular leakage will be crucial for its effective therapy. Ginsenosides, triterpenoid saponins, are derived from the well-known medicinal plant, Panax ginseng (commonly known as ginseng), and have been considered candidates for modulating angiogenesis. Here, we examined the angiogenic effects of 10 different ginsenosides on human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and validated first time that two protopanaxatriol (PPT)-type ginsenosides, F1 and Rh1 could promote the tube formation, migration, and proliferation of endothelial cells (ECs). Interestingly, RNA transcriptome analysis showed that gene regulation induced by VEGF in ECs is distinct from that of ginsenosides F1 and Rh1. Unlike VEGF, F1 and Rh1 do not induce vascular permeability both in vitro and in vivo. In addition, F1 and Rh1 significantly inhibited VEGF-induced vascular permeability. Comparative transcriptome analysis revealed that these effects of F1 and Rh1 on vascular leakage restoration are mainly caused by the changes in VEGF-mediated tumor necrosis factor alpha ($TNF\alpha$) signaling via nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells ($NF\kappaB$). Particularly, the expression and transcription activity of nuclear receptor subfamily 4 group A member 1 (NR4A1) in $TNF\alpha$ signaling via $NF\kappaB$ were suppressed by F1 and Rh1. By modulating NR4A1, F1 and Rh1 could stabilize the expression and localization of junctional vascular endothelial (VE)-cadherin, which plays an important role in regulating vascular leakage. These findings demonstrate that ginsenosides F1 and Rh1 can be promising herbal remedies for vessel normalization in ischemic disease and that NR4A1 is the key target.
VEGF는 혈관생성을 유도하는 체내 단백질로 암, 염증, 혈관, 신경 질환과 같은 다양한 질병상황에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 허혈성질환에서는 VEGF의 발현 및 혈관 생성이 감소하는데, 이를 막기 위한 VEGF의 증가는 부작용인 혈관누수현상을 동반한다. 따라서, 혈관생성을 유도함과 동시에 혈관 누수를 억제한다면 허혈성질환의 치료효과를 극대화할 수 있을 것이다. 인삼의 주요 약효 성분인 진세노사이드는 생체 내 다양한 기능을 조절하며, 혈관 생성 및 소멸 또한 효과적으로 조절할 수 있다는 보고들이 증가하고 있다. 이 연구에서는 진세노사이드 10종의 혈관신생효과를 평가하여, 이제까지 알려지지 않은 혈관생성을 유도하는 진세노사이드 F1과 Rh1을 발굴했다. VEGF와 유사하게 F1과 Rh1은 혈관내피세포의 튜브 형성과 세포증식 및 이주를 증가시켰지만, 전사체분석을 통해 혈관신생관련 유전자들의 발현 변화를 비교했을 때 큰 차이를 보여 진세노사이드와 VEGF의 혈관신생 작용기전이 다름을 확인했다. 또, F1과 Rh1이 VEGF와 같이 혈관누수현상을 일으키는지 평가한 결과, F1과 Rh1은 생체 내외에서 혈관누수현상을 일으키지 않을 뿐만 아니라, VEGF에 의해 일어나는 혈관누수현상까지 효과적으로 억제했다. 더 나아가, F1과 Rh1에 의한 혈관누수억제현상은 VEGF에 의해 변화한 ‘$NF\kappaB$를 통한 $TNF\alpha$ 신호전달체계’를 F1과 Rh1이 효과적으로 조절하는 것에서 기인함을 밝혔다. 특히, F1과 Rh1은‘$NF\kappaB$를 통한 $TNF\alpha$ 신호전달체계’에 속한 핵 수용체인 NR4A1의 발현과 전사 활성을 억제하고, 혈관누수현상에 직접적으로 관여하는 혈관내피세포 접합단백질인 VE Cadherin의 안정화를 유도했다. 따라서 새롭게 발굴한 진세노사이드 F1과 Rh1은 부작용이 적고, 효과적으로 생체 내 생리 활동을 조절하는 허혈성질환의 건강기능식품 및 의약품 개발에 활용될 수 있을 것이다.
