인삼의 뇌신경세포 방어 효과
스페인 컴풀루텐스 대학의 Serranillos 교수는 과산화수소로 산화적 스트레스를 유도하는 1차 성상교세포(primary astrocytes·별모양의 신경교세포) 모델을 이용하여 고려인삼 추출물의 항산화 효과를 조사했다.
그 결과 인삼은 과산화수소에 의해 야기되는 세포사를 유의하게 억제했으며 세포 생존율은 추출물 처리 농도가 증가할 수록 증가하는 것으로 나타났다.
이러한 효과는 과산화수소의 경우 활성산소종(reactive oxygen species·ROS)을 증가시킴과 동시에 항산화 관련 효소의 활성을 감소시키는 반면, 인삼은 활성산소종의 발생을 억제함과 동시에 항산화-관련 효소 활성을 증가시키는 것에 기인한 것으로 보고했다.
동 대학의 Cuadrado 교수 역시 고려인삼의 중추신경계 보호 효과는 사포닌에 기인한다고 발표했다. 그들은 프로토파낙사디올계(ginsenoside Rb1, Rb2, Rc, Rd)와 프로토파낙사트리올계(ginsenoside Re, Rg1) 사포닌이 과산화수소 처리로 독성을 유발한 성상세포(astrocytes)에 있어 산화적 스트레스에 대한 방어효과를 조사했다.
그 결과 과산화수소만을 처리한 세포는 항산화 효소활성의 저하, 생존율 감소 및 ROS 생성 증가가 관찰되는데 반해 진세노사이드를 전 처리한 세포에 있어서는 이와 같은 비정상적인 현상이 억제되며 결국 세포사멸이 유의하게 감소됐다고 했다.
또한 이들 사포닌 가운데 Re가 가장 효과적이었다고 했다.
서울대 약대 오 교수 그룹은 ginsenoside Rb1과 Rg3가 과도한 글루타메에트 투여로 야기된 피질 세포 손상을 방어한다는 사실을 발견했다.
이들 두 가지 사포닌은 과도한 글루타메이트 처리로 야기되는 세포 사멸, 지질 과산화물인 말론디알데하이드(malondialdehyde)의 생성 및 칼슘 유입(influx)을 억제한다고 밝혔으며, 이러한 결과는 인삼이 신경세포의 산화적 스트레스로부터 보호한다는 사실을 의미한다고 말했다.
일본 도야마의약학대학 화한약연구소(Wakanyaku Institute)의 와타나베 교수 그룹은 고려인삼 추출물을 사료에 1.8% 첨가하여 늙은 흰쥐에 공급한 결과 야간 자율 운동성이 유의하게 증가한 반면, 낮에는 도파민 이용성이 현저히 낮아졌다고 밝혔다.
한편, 젊은 쥐에 있어서는 이와 반대의 현상이 관찰되었다고 한다.
척추 상해는 육체적 장애를 유발하여 결국 육체적, 심리적, 사회적 어려움을 야기한다. 또한 척추 장애가 발생하면 장애 발생 부위의 신경세포 소실과 신경돌기의 퇴화를 일으켜 결국 부분 혹은 전신마비를 일으키게 된다.
따라서 신경 장애를 방지하기 위해서는 신경세포의 생존과 신경돌기를 재생시킴으로써 신경세포의 연결을 복원하는 전략이 필요하다.
미국 New Jersey 대학 약대의 Lia 교수팀은 세포를 이용한 시험관 시험을 통해 고려인삼에서 분리한 총사포닌, ginsenoside Rb1 및 Rg1이 글루타메97이트(glutamate), 카이닉 산(Kainic acid) 및 과산화수소로 야기한 척추신경세포 독성에 대해 보호 작용이 있다는 사실을 확인했다.
이들 사포닌의 신경세포 보호를 위한 적정 농도는 20~40mM이었으며 ginsenoside Re는 동일한 인삼 사포닌임에도 불구하고 효과를 나타내지 않는 것으로 보아 척추 신경 보호 효과는 이들 두 가지 사포닌만 가지고 있는 특이적 현상이라고 언급했다.
한국생명공학연구원 유전-단백체 연구부의 전병화 박사팀은 rat를 이용한 동물실험 결과 고려홍삼에서 분리한 조사포닌이 뇌로의 혈액 순환을 촉진하며 인체 제대혈 정맥 세포 유래 내망세포에 있어서는 NADPH-유도 과산화물 생성을 유의하게 억제함으로 인해 뇌경색을 방지할 수 있을 것으로 기대했다.
중국 의학-북경 의학연합대학의 Chen 교수팀은 고려인삼 성분인 ginsenoside Rb1과 Rg1이 신경전달을 조정하는 주요 활성성분이라는 점에 착안하여 신경전달물질 방출에 중요한 역할을 하는 synapsins(인단백질, 모든 synapsins는 잘 보존된 short amino-terminal domain A를 가지고 있으며 PKA에 의해 인산화 되는 단백질로써 신경 전달에 매우 중요한 역할을 함)에 대한 효과를 조사했다.
Ginsenoside Rb1은 물론 Rg1도 미분화 혹은 분화된 PC12 cells에서 신경전달물질 방출을 증가시켰으나 작용하는 양식은 달랐다. 즉 Rb1은 PKA 경로를 통해, Rg1은 PKA-경유 인산화와 무관한 경로를 통해 synapsins를 인산화시킨다는 사실을 밝혀냈다.
더 나아가 이들은 ginsenoside Rg1이 중추신경계에 있어 신경 전달을 조절 작용을 통해 기억과 학습 능력을 향상시킨다는 사실을 확인한 다음, 작용기전 연구를 통해 ginsenoside Rb1은 PKA를 경유(PKA-dependent)하는 신호전달 경로를 통해, Rg1은 PKA와 무관(PKA-independent)한 경로를 통해 글루타메이트 방출을 촉진하는 것으로 보고했다.
이들은 Rg1의 신경세포 보호작용 기전을 보다 명확하게 구명하기 위해 calcium/calmodulin-관련 protein kinase II (CaMKII)에 미치는 효과를 조사했다.
즉 CaMKII의 저해제인 KN93이 Rg1에 의해 야기되는 글루타메이트 방출을 억제한다는 사실로부터 Rg1은 해마-유래 1차 배양 신경세포(primary hippocampal neurons)에서 CaMKII에 작용함으로써 글루타메이트 방출을 촉진하는 것으로 결론지었다.
또한 CaMKII의 활성화는 더 나아가서 신경전달물질 방출에 필수적인 인단백(phosphoprotein)의 일종인 시납신(synapsin) I의 인산화 수준을 증가시킨다고 했다. 아울러 이들은 그간의 연구 결과에 기초해 인삼 사포닌은 종류별로 다른 경로를 통하여 신경보호 작용을 나타낸다고 했다.
경북대학교 치과대학의 장일성교수 연구팀은 프로토파낙사디올계 사포닌이 사람의 장내에서 세균에 의해 분해된 다음 compound K(CK)로 전환되어 흡수된다는 사실에 착안 CK가 랫트 해마 CA3 pyramidal 신경세포에 미치는 작용 기전에 관하여 연구했다.
그 결과 CK는 전류 강도(current amplititute)에는 영향을 미치지 않지만 전 시납스에 작용하여 자발적(spontaneous) GABA(g-aminobutyric acid) 유리를 촉진할 가능성을 시사했다.
또한 이러한 효과는 세포외에서 세포내로의 칼슘(Ca2+) 유입 증가에 기인한 것이 아니라 전 시납스의 칼슘 저장소로부터 칼슘 방출에 따라 intraterminal 칼슘 증가에 기인한 것으로 추정했다.
6-Hydroxydomapmi (6-OHDA)는 dopaminergic 신경세포의 사멸을 야기하기 때문에 파킨슨병의 모델을 만드는데 널리 사용되는 catecholaminegic 신경독성물질이다.
조선대학교 약학대학의 정혜광 교수와 충남대학교 약학대학의 황용필 교수는 SH-SY5Y 세포를 ginsenoside Rb1로 전 처리하면 6-OHDA에 의해 야기되는 caspase-3 활성화를 유의하게 억제하며 나아가 세포사멸로부터 보호한다고 전했다.
또한 Rb1은 hemeoxygenase-1 (HO-1) 발현을 증가시켰으며 이러한 결과는 6-OHDA에 의해 발생하는 산화적 스트레스로부터 신경세포를 보호하는 것으로 추측했다. Rb1의 이러한 효과는 에스트로젠 수용체 관련 PI3K/Akt/Nrf2-dependent 경로에 관여, oxygenase-1의 발현을 증가시키는 것에 기인한다고 말했다.
건국대학교 의료생명대학 생명과학부 김시관 교수
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