The radix of Panax notoginseng is an important herbal resource for clinics, commercial markets, and the health industry worldwide. The quality of P. notoginseng roots is known to be associated with its cultivation age. And on another side, the different parts of PN have been used for specific clinical indications in Asia for hundreds of years. However, the comprehensive investigations into the metabolic profiles and bioactivities of different ages and parts of the PN plant are very rare. This study used 1H-nuclear-magnetic-resonance-spectrometry-based metabolic profiling to characterize P. notoginseng roots according to cultivation age. Twenty metabolites?including four ginsenosides?contributed to the characterization of P. notoginseng according to age. It appears that a partial least-squares regression model using the combined data set of two solvent systems would be the best predictor of cultivation age. Finally, receiver-operating-characteristic analysis was used to screen potential markers of P. notoginseng root cultivation age. These results may be applied to the development of medicinal and nutraceutical products using P. notoginseng roots. The free-radical scavenging activity (FRSA) and antiproliferative activity of different parts of PN (upper root, middle root, lower root, root hair, stem, and leaf) were investigated. Metabolic profiling of these parts was also performed using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR) with multivariate statistical analysis. The stem and leaf extracts had the highest FRSA, and the root hair and leaf possessed higher antiproliferative activities against the human colorectal cancer cell line HCT116. Twenty-three metabolites and 4 ginsenosides were identified by 1H-NMR analysis. S-plot analysis revealed that glucitol, aspartate, glutamate, glutamine, ginsenoside-Rg1, and ginsenoside-Re potentially contributed to the observed antiproliferative activity, while arginine, ornithine, and ginsenoside-Rb1 contributed to the FRSA. The findings of this investigation of the biological activities and metabolic profiles of PN suggest that the different ages and parts of PN presenting a distinctive metabolic profiles. And the multivariate statistics analysis demonstrate that the closing relationship between the metabolic profiles and bioactivities.
삼칠삼(Panax notoginseng, PN) 뿌리는 전 세계적으로 임상 및 상업, 의료산업에서 중요한 생약 자원으로 알려져 왔다. PN 뿌리의 품질은 연근과 관련이 있으며, PN의 각 부위는 아시아에서 수백 년 동안 특정 질환에 대해서 사용되었다. 그럼에도 불구하고 PN의 연근 및 부위에 따른 광범위한 대사체 프로파일 연구 및 생리활성 연구는 거의 되어있지 않다. 이 연구는 수소핵자기공명(1H-nuclear magnetic resonance spectroscopy, 1H-NMR)을 기반으로 하여 각 연근 별 PN 뿌리의 대사체 프로파일링을 수행하였다. 4개의 진세노사이드(ginsenoside)를 포함한 20개의 대사체들이 연근에 따른 P. notoginseng의 특징을 규정하는데 기여하였다. 두 개의 용매 시스템에서 도출된 데이터를 결합하여 구축한 부분최소제곱 회귀모델(partial least-squared regression model)이 연근을 예측하는데 가장 좋은 모델로 밝혀졌다. 또한 수신자동작결정 특성분석(receiver-operating-characteristic analysis)을 통해 PN 뿌리의 연근을 구분하는데 기여하는 잠재적 대사체 마커들을 선별하였다. 이 결과들은 PN 뿌리를 의약품 및 건강 기능 식품 소재로서 개발하는데 응용할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 이번 연구에서는 PN의 서로 다른 부위들(상단 뿌리, 중간 뿌리, 하단 뿌리, 뿌리털, 줄기 및 잎)에 대한 자유 라디칼 소거활성(free-radical scavenging activity, FRSA) 및 대장암세포 증식억제효과를 연구하였다. PN의 각 부위 대사체 프로파일링 연구를 위하여 1H-NMR분석 및 다변량통계분석을 이용하였다. PN의 줄기와 잎 추출물이 가장 높은 항산화활성을 보였으며, 뿌리털과 잎 추출물이 인간의 대장암 세포주 HCT116에 대해서 가장 높은 증식억제효과를 나타냈다. 1H-NMR분석을 통해 23개의 대사체들과 4개의 ginsenoside를 검출하였다. S-plot 분석을 수행함으로서 이 대사체들 중에서 glucitol, aspartate, glutamate, glutamine, ginsenoside-Rg1, ginsenoside-Re이 대장암증식억제에 기여하고, 반면에 arginine, ornithine, ginsenoside-Rb1은 항산화활성에 기여하는 것으로 밝혀졌다. 이 연구를 통하여 PN의 연근 및 부위에 따라서 서로 다른 생리활성 및 대사체 프로파일을 나타낸다는 알 수 있었다. 또한 다변량통계분석을 통해 대사체 프로파일과 생리활성이 밀접한 관계가 있음을 증명할 수 있었다.