Protective Effects of an Acidic Polysaccharide of Panax ginseng on Radiation-induced Hematopoietic and Gastrointestinal Injury in Mice

Abstract

An acidic polysaccharide of Panax ginseng (APG), so called Ginsan, is known to have important immunomodulatory activities. It was recently reported that APG had radioprotective effects in mice but the detailed mechanism was not fully elucidated. We investigated the potential of APG to protect the hematopoietic and gastrointestinal of mice from radiation injury by a single whole-body irradiation (WBI) in vivo. From our results, the counts of endogenous colony forming units (CFUs) increased in APG-treated mice, indicating that APG induced the regeneration of hematopoietic cells. In splenocyts, APG treatment decreased the percent of tail DNA, a parameter of DNA damage, and also accelerated the proliferation and recovery of splenocytes, compared with untreated, irradiated controls. Furthermore, the number of apoptotic cells was significantly decreased in splenocytes of APG-treated mice compared with that of irradiated controls. Also, APG treatment caused the lengthening of villi and a numerical increase of crypt cells in the small intestine at 3.5 days after 7 Gy irradiation compared to irradiated, non-treated controls. In addition, the expression levels of apoptosis-related molecules in the jejunum were investigated using immunohistochemistry. As a result, it increased the expression levels of anti-apoptotic proteins (Bcl-2 and Bcl-XS/L) and dramatically reduced the expression levels of pro-apoptotic proteins (p53, BAX, cytochrome C and Caspase-3). Overall, this study shows that APG can enhance the regeneration of hematopoietic stem cells, and promote the repair of damaged cells or the proliferation of the immune cells. Therefore, our current data provide evidence that APG might be a useful adjunct to therapeutic irradiation as a protective agent for the gastrointestinal tract of cancer patients.

인삼 (panax ginseng)은 예로부터 건강식품 및 각종 생리활성 물질로 각광 받 아 왔다. 흔히 인삼의 효능이라고 밝혀진 많은 결과들은 인삼의 구성성분인 사포닌 계열의 물질에 초점을 두어 밝혀진 것들이 많다. 하지만 최근 들어 항암, 항염, 항 산화 등 중요한 효능을 가지고 있는 비사포닌 계열의 물질들 역시 많이 연구되고 있다. 그 중 acidic polysaccharide (APG) 역시 비사포닌 계열의 물질로서 암세 포 살해세포 생성작용, 대식세포에 대한 면역조절자극 효과, 항균, 항염증 및 면역 조절 작용 효능에 관한 연구가 알려져 있다. 또한 APG의 방사선에 대한 방어제로 서의 역할과 효능 연구로서 시험관내 실험에서 골수세포 방어작용, 항산화 작용에 의한 방사선 방호효과 등에 관한 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 마 우스에서 방사선 손상에 대한 조혈 및 위장장애에 대한 APG의 방어효과를 알아보 고 자세한 기전에 대해 확인하고자 하였다. 그 결과, 내재성 비장집락 형성시험을 통해 APG 병행투여군에서 내재성 비장집 락 수의 증가를 확인할 수 있었고, Comet assay법을 이용하여 APG가 비장세포의 DNA손상을 효과적으로 억제 시킴으로서 말초면역 세포의 DNA손상 억제 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 DAPI 염색을 통해 비장세포에서 방사선 대조군 에 비해 APG 병행투여군에서 apoptotic cell의 수가 유의적으로 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 게다가 비장세포의 증식능시험에서 역시 방사선 대조군에 비해 APG 병행투여군에서 높은 수치를 나타내었다. 이후 소장 crypt에서 H&E염색 과 TUNNEL assay 염색을 통해 apoptotic cell의 수를 확인한 결과, 방사선 대조군 에 비해 APG 병행투여군에서 그 수가 유의적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었 다. 추가적으로 소장에서 세포자멸사 (apoptosis)와 관련된 인자들을 면역조직화학 염색법을 통해 발현양상을 알아보았다. 그 결과, anti-apoptotic 인자인 Bcl-2 와 Bcl-XS/L은 방사선 대조군에 비해 APG 병행투여군에서 발현양상이 증가하였고, pro-apoptotic 인자인 p53, Bax, Cytochrome C, Caspase-3는 방사선 대조군에 비해 APG 병행투여군에서 발현양상이 감소하는 경향을 보였다. 결론적으로, 본 연구에서는 마우스에 방사선을 조사한 후 방사선 손상에 따른 조 혈 및 위장장애에 대한 APG의 방호효과를 밝힘에 따라 APG는 방사선 방어물질로 서 적용이 가능할 것으로 사료된다.