Modulation of P-glycoprotein Activity by Natural Compounds in Human Uterine Sarcoma Cells

Abstract

One of the possible mechanisms of multi-drug resistance found in cancer cells is the over-expression of P-glycoprotein (P-gp). Many studies have shown that compounds found in plants including vegetables and fruits not only have anticancer activities but may also modulate P-gp activity. The objective of this study was to investigate the effect of natural compounds on the P-gp activity in human uterine sarcoma cell lines, MES-SA (sensitive) and MES-SA/DX5 (resistant). The following compounds were evaluated: quercetin, fisetin, 1-naphthyl-isothiocyanate, artemisinin, berberine, biochanin A,cephalotaxine, daidzein, morin, naringenin and silymarin. The influence of these compounds on the uptake and efflux of daunomycin (DNM), a P-gp substrate, was examined. Moreover, Indonesian medical plants extracts were screened to examineii their inhibitory effects on the P-gp function. The IC_(50) value for DNM in MES-SA/DX5 cells was about 20 times higher than that observed in MES-SA cells. In addition, the uptake of DNM was approximately 10 times greater in MESSA cells as compared to MES-SA/DX5 cells, suggesting overexpression of P-gp in MES-SA/DX5 cells. Biochanin A, naringenin and silymarin resulted in a significant increase in DNM uptake in MES-SA/DX5 cells by inhibiting the efflux of DNM from the cells. In addition, biochanin A and silymarin significantly potentiated the growth inhibitory activity of DNM in the resistant cells. Quercetin resulted in a significant reduction in the uptake and efflux of DNM. Four Indonesian medicinal plant extracts, Alpinia galanga (BuOH ext.), Sindora sumatrana (CHCl₃ ext.), Strychnos liqustrina (CHCl₃ ext.), and Zingiber cassumunar Roxb (hexane ext.), showed the most potent inhibition on the P-gp activity. They increased DNM cytotoxicity up to IC_(50) values of less than 1.41 μM, which was a value with a positive control, verapamil. These results suggest that some of natural compounds can be developed as non-toxic chemosensitizers useful in the treatment of cancers demonstrating multi-drug resistance.;약물의 다제내성 (multidrug resistance, MDR)은 항암치료에 심각한 제약을 가져오는데, 이러한 현상은 구조나 작용기전이 전혀 다른 항암제들에 대해 암세포의 내성이 유발되기 때문이며 이는 P-당단백질 (P-glycorprotein)의 과다발현과 밀접한 관계가 있다. P-당단백질은 ATP-의존성 배출펌프로서, 주로 암세포에 발현되어 치료약물의 효과를 저하시키기도 하고, 여러 정상세포에도 존재하여 세포독성을 일으키는 물질들을 배출시켜 해독작용을 하기도 한다. 과일, 야채, 차나 적색포도주 등에 풍부하게 들어있는 플라보노이드류 물질들이 P-당단백질의 활성을 조절한다는 결과가 보고된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 종류의 천연성분들이 P-당단백질이 과다발현된 인체 자궁암 세포에서 P-당단백질의 기질인 도노마이신의 축적과 배출 및 세포독성에 미치는 영향을 알아봄으로써 P-당단백질 활성 조절인자로서의 가능성을 검토하였다. 본 연구에서는 천연성분으로서 artemisinin, berberine, biochanin A, cephalotaxine, daidzein, fisetin, morin, naringenin, 1-naphtyl-isothiocyanate,quercetin 및 silymarin을 사용하였다. Silymarin, biochanin A 및 naringenin은 MES-SA/DX5 세포에서 도노마이신의 배출을 억제함으로써, 도노마이신의 세포 내 축적을 유의성있게 증가 시켰다. 또한 silymarin과 biochanin A는 세포독성을 유의적으로 증가시켰다. 반면에 quercetin은 MESSA/DX5 세포에서 도노마이신의 세포 내 축적과 세포 외 배출을 모두 감소시켰다. 이 결과는 서로 상반되는 것으로써 그 이유에 대해서는 정확히 알 수 없으나 플라보노이드들이 P-당단백질의 활성을 조절할 뿐 아니라 세포막과도 상호작용을 하여 일단 세포 내에 있는 항암제의 배출은 억제하고 세포밖에 있는 항암제의 유입은 감소시키는 것으로 생각되며 이에 관한 작용 기전에 대해서는 앞으로 좀 더 구체적으로 연구할 필요가 있으리라 사료된다. 그리고 인도네시아 약용식물로부터 얻은 추출물 가운데 Alpinia galanga (BuOH ext.), Sindora sumatrana (CHCl₃ ext.),Strychnos liqustrina (CHCl₃ ext.), 그리고 Zingiber cassumunar Roxb (hexane ext.) 식물에서 얻은 추출물들이 P-당단백질의 저해제로 이미 잘 알려진 베라파밀보다 P-당단백질의 활성을 더욱 저해하는 것으로 나타났다. 여러 성분들이 섞여 있는 추출물에서 이와같은 결과가 나타났으므로 이 추출물에서 활성이 있는 단일물질을 분리한다면 항암증감제로 개발할 가능성이 매우 높을 것으로 사료된다. 결론적으로 본 연구에서는 몇몇의 천연성분들이 P-당단백질의 활성을 저해하였으므로 이들을 항암증감제로 개발하여 항암제와 함께 투여함으로써 암 치료효과를 증진시킬 수 있으리라 기대된다.