Ginsenoside의 대사에서 장내미생물의 역할

[하은초]

Ginsenoside의 대사에서 장내미생물의 역할

http://www.changhospital.com/subpage/02/img/microbiome_4.pdf

인체에는 소화기관뿐만 아니라, 피부, 구강, 호흡기, 생식기 등 수많은 조직에 수조 ~ 수십조개의 다양한 공생미생물이 서식하고 있다. 전체 미생물의 90% 이상이 대장을 포함한 소화기관에 분포하며, 위장관 내에는 50가지 이상의 문(phylum), 약 1,000 종 이상의 다양한 세균이 존재하고 있다(Eckburg et al., 2005). 그 중에서도 Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteo- bacteria, Verrucomicrobia의 5개 문이 주종을 이루고 있으며, 특히 Bacteroidetes와 Firmicutes의 2개 문이 장내 미생물의 80% 이상을 차지하는 것으로 알려졌다(Eckburg et al., 2005; Lozupone et al., 2012). 개인의 장내미생물 분포는 출산방법, 식생활, 생활방식, 위생상태, 건강상태, 약물복용 등 환경적 요인들에 의해 영향을 받기 때문에 개인간에 장내미생물의 조성 차이가 크다고 알려졌다(Arumugam et al., 2011; Lozupone et al., 2012). 특히 식습관과 항생제 복용은 장내미생물 분포 변화에 기여하는 대표적인 환경요인으로 알려져 있으며, 장내미생물 분포의 변화는 비만, 당뇨, 심혈관계 질환, 위장관 질환, 신경계 질환, 암 등 다양한 질병 등의 병인과 관련이 있는 것으로 밝혀지고 있다(Cho and Blaser, 2012; Lynch and Pedersen, 2016). 장내미생물이 생산하는 효소들이 약물, 생약, 천연물의 대사과정에 관여하므로, 장내미생물 분포의 차이에 의해 약리적 효능에서 개인차가 나타날 수 있다(Pan et al., 2019; Xu et al., 2017). 약물과 마찬가지로 친수성 GS는 장내미생물에 의해 CK와 같은 소수성 GS로 전환되어야 장관에서 혈액으로 용이하게 흡수되어 약리작용을 발휘할 수 있다. 하지만 인삼을 섭취하는 사람의 체질과 식습관에 따라 당이 다수 결합된 친수성 GS를 소수성 GS로 전환할 수 있는 장내미생물의 존재 유무와 분포가 다르기 때문에 약리작용을 갖는 유효성분의 생체이용율 및 효능에서 개인차를 나타내게 된다(Kim et al., 2013; Lee et al., 2009; Wang et al., 2011). 인삼에 다량 함유된 major GS 배당체인 Rb1, Rb2, Rc, Re, Rg1 등은 인삼 섭취 후 장관에 존재하는 특정 장내세균의 효소작용(주로 deglycosylation, oxygenation, hydrolysis)에 의해 배당체에 결합된 당이 유리되어 CK, protopanaxatriol 등과 같은 소수성의 저분자 GS로 전환되어야 체내로 용이하게 흡수될 수 있다(Hasegawa et al., 1996; Lee et al., 2009; Wang et al., 2011; Kim, 2018). 장내세균 중에서 Bacteroides와 Lactobacillus 속은 deglycosylation 작용에 관여하고, Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium, Eubacterium, Fusobacterium, Lactobacillus, Peptostreptococcus, Prevotella 속은 oxygenation과 hydrolysis 작용에 관여한다고 알려졌다(El Kaoutari et al., 2013; Santangelo et al., 2019). PPD계 Rb1, Rb2, Rc는 Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Provotella oris 등의 장내세균이 생산하는 β-glucosidase, β-xylosidase, α-arabinofuranosidase, α-arabi- nopyranosidase의 작용에 의해 당이 분해되어 CK로 전환 되고(Bae et al., 2000; Bae et al., 2002a; Bae et al., 2002b; Hasegawa et al., 2000; Kim, 2009), PPT계는 Bacteroides, Eubacterium, Fusobacterium 등이 생산하는 α-rhamnosidase와 β-glucosidase에 의해 Rh1 또는 protopanaxatriol로 전환된다고 보고되었다(Bae et al., 2000; Bae et al., 2005). PPD계 GS는 위에서 분해되지 않고 장내세균에 의해 CK로 대사되어 체내로 흡수된다. PPD계 주요 GS인 Rb1은 장내세균에 의해 주로 Rb1 → Rd → F2 → CK 순으로 대사되지만, gype- noside 경로(Rb1 → G-XVII → G-LXXV → CK)에 의해 대사되 기도 한다(Shen et al., 2013). Rg1, Rg2, Re 등 대부분의 PPT계 major GS는 장내세균에 의해 Rh1과 protopanaxatriol로 대사되지만, Rg1과 Re는 위산에 의해 분해되어 Rh1과 Rg2로 전환되고, 그 중 Rh1은 위와 소장에서 흡수되어 혈액에서 검출된다고 보고되었다(Kim et al., 2018). 최근의 동물실험 및 임상연구에 의하면 인삼을 섭취한 이후 CK가 주된 성분으로 혈액에서 검출되는 것으로 밝혀졌다. Akao 등(1998)은 Rb1을 경구투여한 쥐의 혈장에서 고농도의 CK가 검출되었지만 Rb1은 소량으로만 검출되었으며, Hasegawa 등(2000)은 Rb1의 체내 흡수율은 4.35%에 불과하고, Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rg1 등은 위장관에서 거의 흡수되지 않는다고 보고하였다. Tawab 등 (2003)은 인삼추출물을 섭취한 사람의 혈장과 소변에서 주된 성분으로 CK가 검출되는 것을 확인하였으며, Lee 등(2009)은 인삼 섭취 이후 4시간 만에 CK가 혈액으로 흡수되기 시작하여 9-14시간에 최고치로 흡수되는 것을 확인하였다. Kim(2013)은 홍삼추출물 9 g/day을 섭취한 이후 성인 남성의 최대혈장농도의 평균값은 각각 8.35±3.19 ng/mL, 3.94±1.97 ng/mL로, CK의 농도가 Rb1에 비해 약 2.1배 높았다고 보고하였다. Kim 등(2013)은 인삼의 주요 성분인 Rb1을 CK로 대사할 수 있는 능력이 있는 사람의 분변에서 대사활성과 장내세균을 분석한 결과, 대사능력이 없는 사람과 비교하여 높은 β-glucosidase 활성을 나타냈으며, Bacteroides와 Bifidobacterium 분포 비율이 높았다고 보고하였다. Kim 등(2015)은 프리바이오틱 식이섬유를 인삼과 함께 섭취한 쥐에서 장내세균의 glycosidase 활성이 증가되고, CK의 흡수율이 식이섬유 섭취량에 따라 유의차 있게 증가하는 것을 확인하였다. 한편, Wan 등(2017)은 성인 남성 여섯 명을 서구형 식사 그룹과 아시아형 식사 그룹으로 분류하고, 미국인삼(Panax quinquefolius L.) 파우더를 7일 동안 2g/day을 경구 투여하고, 혈장에서 GS 대사체를 분석하였다. 여섯 명 모두 혈장에서 고농도의 CK와 소량의 Rb1이 검출되었지만, 서구형 식사 그룹의 CK와 Rb1 농도는 각각 65.7 ng/mL, 5.1 ng/mL로 아시아형 식사 그룹의 CK(47.4 ng/mL)와 Rb1(11.3 ng/mL)과 비교하여 CK는 37.7% 높았고 Rb1은 2.2배 낮은 것으로 나타났다. 이는 인삼 사포닌의 대사에서 주요 작용을 하는 Bacteroides가 동물성 단백질 섭취량이 많은 서구형 식사 그룹에 더 많이 분포하기 때문인 것으로 추정하고 있다. 최근에는 CK가 고농도로 함유된 발효홍삼 섭취에 의해 CK의 흡수율 크게 향상되었다는 연구결과가 보고되었다. Cho 등 (2016)은 성인남성을 대상으로 CK가 농축된 발효홍삼추출물 (Rg1 4.12 mg/g, CK 3.65 mg/g) 또는 홍삼추출물(Rb1 6.88 mg/g, Rg1 1.33 mg/g)을 하루 3g씩 경구투여하고 혈장에서 CK의 농도를 비교한 결과, 발효홍삼을 섭취한 그룹의 최대혈장 농도 평균치가 254.45 ng/mL로 홍삼섭취 그룹(3.18 ng/mL)과 비교하여 약 80배 높았으며, 최대치로 흡수되는 시간도 3.6배 빨랐다고 보고하였다.