Effects of Platycodon grandiflorum on the Induction of Autophagy and Apoptosis in HCT-116 Human Colon Cancer Cells

길경(桔梗, Platycodon grandiflorum)은 도라지의 뿌리로 항염증, 항알러지, 면역 반응, 당뇨, 고지혈증 및 항암 효과 등을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 길경의 항암 효과에 대한 연구는 미미하며, 길경이 유발하는 autophagy에 대한 연구는 되어 있지 않다. 본 연구에서는 HCT-116 대장암 세포주에서 길경 추출물이 autophagy와 apoptosis를 유발하면서 세포 성장을 억제하는지의 여부를 조사하였다. 길경 추출물은 농도 및 시간의존적으로 세포의 증식을 억제하였으며, 길경 추출물에 의해 나타나는 apoptosis는 caspase의 활성이 부분적으로 관여되어 있음을 알 수 있었다. 또한, 길경 추출물의 처리는 autophagy에 의해 나타나는 공포를 형성하면서 autophagy와 관련되어 있는 여러 단백질의 발현 조절 및 LC3 단백질의 축적이 동반되었다. 길경 추출물에 의해 유도되는 autophay와 apoptosis의 관계를 알아보기 위해서 3-MA나 bafilomycin A1을 처리하여 autophagy를 억제하였을 때 apoptosis가 유의적으로 증가됨을 알 수 있었다. 흥미롭게도 bafilomycin A1을 처리한 결과에서 길경 추출물에 의한 세포성장 억제가 뚜렷하게 회복되는 양상을 보였다. 따라서 본 연구의 결과는 HCT-116 세포에서 길경 추출물에 의해 유도된 autophagy는 세포 보호적인 작용이 아닌 autophagic cell death이며, 길경 추출물이 대장암 세포주에서 암세포의 사멸을 유도하는 효과적인 대안이 될 수 있음을 알 수 있었다. Platycodon grandiflorum (PG) has been known to possess many biological effects, including anti-inflammatory and anti-allergy activity and anti-obesity and hyperlipidemia effects. However, little research has been conducted regarding its anticancer effects, with the exception of its ability to stimulate apoptosis in skin cells. There has also been no study regarding PG-induced autophagy. The modulation of autophagy is recognized as one of the hallmarks of cancer cells. Depending on the type of cancer and the context, autophagy can suppress or help cancer cells to overcome metabolic stress and the cytotoxicity of chemotherapy. Therefore, the present study was designed to investigate whether or not extracts from PG-induced cell death were connected with autophagy and apoptosis in HCT-116 human colon cancer cells. PG stimulation decreased cell proliferation in a dose- and time-dependent manner and induced apoptosis, which was partially dependent on the activation of caspases. PG treatment also resulted in the formation of autophagic vacuoles simultaneously with regulation of autophagy-related genes. Interestingly, a PG-mediated apoptotic effect was further triggered by pretreatment with the autophagy inhibitors 3-methyladenin and bafilomycin A1. However, cell viability recovered quite well with bafilomycin A1 treatment. These findings show that PG treatment promotes both autophagy and apoptosis and that PG-induced autophagic response might play a role in the autophagic cell death of HCT-116 cells.