Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
Ex) Article Title, Author, Keywords
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(3): 233-239
Published online March 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.3.233
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Department of Urology, Seoul National University Bundang Hospital
Correspondence to:Jin-Nyoung Ho, Seoul National University Bundang Hospital, 82, Gumi-ro 173beon-gil, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi 13620, Korea, E-mail: 97875@snubh.org
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Ginsenoside Re is a panaxatriol saponin and exhibits various pharmacological activities, which include anti-inflammatory, anticancer, antioxidant, and anti-diabetic effects. In this study, we examined the anticancer effects of ginsenoside Re on MCF-7 breast cancer cells. Cell proliferation was measured with the cell counting kit-8 assay, cell migration through a wound healing assay, and epithelial-mesenchymal transition (EMT) related gene expression via RT-PCR and gelatin zymography. Ginsenoside Re dose-dependently suppressed breast cancer cell proliferation and significantly reduced breast cancer cell migration at a concentration that did not affect cell viability. Ginsenoside Re also prevented EMT, as indicated by the upregulation of E-cadherin and downregulation of vimentin, matrix metalloproteinase (MMP)-2, and MMP-9. In conclusion, our data showed that ginsenoside Re significantly inhibits proliferation and migration MCF-7 breast cancer cell by regulating EMT-related genes including focal adhesion kinase, E-cadherin, vimentin, MMP-2, and MMP-9. These findings suggest that ginsenoside Re has potential therapeutic use for the treatment of breast cancer.
Keywords: ginsenoside Re, breast cancer, proliferation, migration, EMT
우리나라 중앙암등록본부에서 발표된 2022년 통계자료(Korea Central Cancer Registry, 2022)에 의하면 유방암은 2020년 우리나라 여성암 중 발병률 1위를 차지하고 있으며, 유방암 발생률은 매년 증가하여 2008년 이후 연간 변화율이 4.3%씩 증가하는 추세로 사망 빈도가 꾸준히 증가하고 있다. 유방암은 유전적인 요인과 서구화된 식생활 등의 환경적인 요인이 주된 발병 원인으로 알려져 있으며, 우리나라 여성의 유방암 위험도 평가 모델 연구에 따르면 직계 가족의 유방암 가족력, 초경 연령, 폐경 상태, 임신 경험, 모유 수유기간 및 체질량지수(BMI) 등이 유의미한 위험요인으로 보고되었다(Ataollahi 등, 2015; Park 등, 2013). 유방암의 수술적 치료는 유방 부분절제술과 유방 전절제술로 구분되며, 수술 후 재발 방지를 위해 방사선 치료, 항암화학요법, 표적치료 등이 시행된다(Barzaman 등, 2020).
암세포가 다른 조직으로 전이되기 위해서는 세포 이동(migration)과 침윤(invasion) 등 복잡한 단계를 거쳐야 하며, 이때 암세포에서 분비되는 단백질 분해효소에 의한 세포외기질(extracellular matrix)의 분해 과정이 필수적이다. 특히 matrix metalloproteinase(MMP)는 세포외기질을 분해하고 기저막 붕괴를 촉진함으로써 암세포의 침윤과 전이를 증대시키는 핵심 인자이다(Gonzalez-Avila 등, 2019; Vihinen 등, 2005). 또한 전이의 초기 단계에서 종양세포가 원발 종양을 떠나 상피조직의 특징을 상실하여 세포와 세포 간 연결이 약해지고 간엽세포의 특징을 얻으면서 다른 조직으로 침투하여 이동하기 위한 epithelial-to-mesenchymal transition(EMT)이 일어나게 된다. EMT는 상피세포가 간엽세포로 바뀌는 것으로 암세포의 이동, 침윤, 전이 및 항암제 내성에 관여하는 세포 형성성(cell plasticity)의 한 가지 형태이다(Bill과 Christofori, 2015; Wells 등, 2008; Zeisberg와 Neilson, 2009). 유방암, 난소암, 대장암 등에서 EMT는 항암제에 대한 내성을 유도한다는 보고가 있으며(Dongre와 Weinberg, 2019; Hiscox 등, 2006; Kajiyama 등, 2007; Yang 등, 2006), EMT가 이루어진 종양은 예후가 불량하다는 연구 결과들이 다수 보고되고 있다(Natalwala 등, 2008).
최근에는 합성신약보다 신약 개발에 요구되는 시간과 비용이 적고 독성과 부작용이 적어 안전하다는 장점을 갖고 있는 천연물 소재를 활용한 천연물의약품 연구가 활발히 이루어지고 있으며(Hwang 등, 2022; Woyengo 등, 2009), 유방암 치료제 개발을 위해 천연물 성분인 resveratrol, indole-3-carbino, apigenin, curcumin, luteolin 등의 phytochemical에 관한 연구가 다수 보고되고 있다(Alsamri 등, 2023).
인삼(
본 실험에서 사용한 진세노사이드 Re는 SelleCkchem(Fig. 1)에서 구입하였으며, dimethyl sulfoxide(Sigma-Aldrich Co.)에 용해하여 100 mM stock으로 만들어 사용하였다.
본 실험에 사용된 인간 유방암 세포주 MCF-7은 American Type Culture Collection에서 구매하였으며, 10% fetal bovine serum(Gibco)과 1% penicillin streptomycin(Gibco)이 함유된 Roswell Park Memorial Institute medium-1640(Gibco) 배지를 사용하여 37°C, 5% CO2 배양기에서 배양하였다. 배양 중인 세포의 배지는 1~2일에 한 번 새로운 배지로 교환해주었다.
진세노사이드 Re 처리에 따른 유방암 세포 생존율은 Cell Counting Kit-8(CCK-8; Dojindo Molecular Technologies)을 이용하여 측정하였다. MCF-7 세포를 96-well plate에 분주하여 24시간 동안 배양한 후 진세노사이드 Re를 다양한 농도(1, 5, 10, 50, 100 μM)로 처리하여 24시간과 48시간 동안 배양하였다. 세포 생존율은 CCK-8 시약을 10 μL씩 넣어 37°C에서 4시간 동안 반응시킨 다음 microplate reader를 사용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하고 대조군과 비교하여 백분율(%)로 표시하였다.
MCF-7 유방암 세포를 6-well 배양접시에 분주하여 90% 정도 confluent 될 때까지 배양하였다. 멸균된 플라스틱 200 μL pipette tip을 이용하여 MCF-7 단일 세포층의 표면에 스크래치(scratch)를 만들고 phosphate-buffered saline으로 한 번 세척한 후 진세노사이드 Re가 함유된 새로운 배양 배지를 넣고 12시간 배양하였다. 세포의 이동성은 현미경을 이용하여 사진 촬영하여 관찰하였다.
진세노사이드 Re가 처리된 MCF-7 유방암 세포에서 RNeasy Mini Kit(Qiagen)을 이용하여 RNA를 추출하고, AccessQuickTM RT-PCR System(Promega)을 사용하여 reverse transcription polymerase chain reaction(RT-PCR)을 수행하였다. PCR에 사용된 각각의 유전자에 대한 PCR primer의 염기서열은 Table 1에 나타내었다. PCR 반응은 95°C에서 10분간 pre-denaturation 하고, 한 cycle이 94°C에서 45초간 denaturation, 60°C에서 45초 annealing, 72°C에서 45초간 extension 과정을 40회 반복하여 cDNA를 증폭시켰다. 증폭된 PCR 산물은 1.5% agarose gel을 사용하여 전기영동으로 분리한 후 ethidium bromide 용액에서 20분간 반응시켜 mRNA 발현 정도를 관찰하였다.
Table 1 . Primer sequences used in RT-PCR
Gene | Primer sequences (5′-3′) |
---|---|
FAK | F: 5′-GCGCTGGCTGGAAAAAGAGGAA-3′ |
R: 5′-TCGGTGGGTGCTGGCTGGTAGG-3′ | |
E-cadherin | F: 5′-ACATTGTCACCTCGCAGAC-3′ |
R: 5′-GCGGATTGTAGAAGTCTTGG-3′ | |
Vimentin | F: 5′-TGGCACGTCTTGACCTTGAA-3′ |
R: 5′-GGTCATCGTGATGCTGAGAA-3′ | |
GAPDH | F: 5′-CGGAGTCAACGGATTTGGTCGTAT-3′ |
R: 5′-AGCCTTCTCCATGGTGGTGAAGAC-3′ |
FAK: Focal adhesion kinase.
진세노사이드 Re가 처리된 MCF-7 유방암 세포에서 MMP-2와 MMP-9의 활성은 gelatin zymography에 의해 측정하였다. MCF-7 세포에 진세노사이드 Re(1, 5, 10 μM)를 처리한 후, 동량의 배지를 얻어 0.1% gelatin이 함유된 10% SDS-polyacrylamide gel에서 전기영동 하여, Triton X-100으로 SDS를 제거하고 developing buffer(50 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl2, 150 mM NaCl, 0.02% NaN3, pH 7.5)로 37°C에서 24시간 동안 반응시켰다. Gel은 0.25% Coomassie brilliant blue R-250으로 염색한 후 탈색하여 투명해진 밴드를 Image J software(National Institutes of Health)로 정량하여 gelatinase(MMP-2, MMP-9)의 활성을 측정하였다.
모든 실험 결과는 3회 반복 실험하여 그 결과를 평균±표준편차로 나타내었고, 집단 간의 통계적 유의성은 SPSS(Statistical Package for Social Science; version 20, IBM)를 이용하여
진세노사이드 Re가 MCF-7 유방암 세포의 증식에 미치는 영향을 알아보기 위해 MCF-7 세포에 진세노사이드 Re를 다양한 농도(0, 1, 5, 10, 50, 100 μM)로 처리하고 24, 48시간 동안 배양한 후, CCK-8 assay로 세포 생존율을 측정하였다. 그 결과 진세노사이드 Re를 24시간과 48시간 동안 처리하였을 때 진세노사이드 Re 농도 의존적으로 세포증식이 감소하였다(Fig. 2).
진세노사이드 Re를 24시간 동안 50, 100 μM 농도로 처리하였을 때 각각 28.74%, 38.91%의 유의적인 유방암 세포성장 억제 효과를 나타내었다. 인삼 열매로부터 분리된 진세노사이드 Re가 SW480 대장암 세포주의 세포증식을 억제함이 보고되었다(Xie 등, 2011). 또한 Aung 등(2007)은 미국 인삼 열매(American ginseng berry) 추출물과 진세노사이드 Re가 MCF-7의 세포증식을 억제하였으며, cisplatin과 진세노사이드 Re를 병용 처리하였을 때 세포증식 억제 효과가 상승하는 효과가 있음을 보고하여 본 연구 결과와 일치한다.
진세노사이드 Re가 유방암 세포의 이동 능력에 미치는 영향을 조사하기 위해 진세노사이드 Re가 세포독성을 나타내지 않는 농도(1, 5, 10 μM)에서 wound healing assay를 수행하였다. MCF-7 유방암 세포의 이동성은 진세노사이드 Re의 모든 농도에서 유의미하게 억제되었다. 특히 5, 10 μM 농도에서 유방암 세포의 이동성은 대조군과 비교하였을 때 각각 25.73%와 34.76% 감소하였다(Fig. 3). Focal adhesion kinase(FAK)는 비수용체 티로신 인산화 효소로 세포의 focal adhesion에 위치하며 세포의 성장, 이동 및 adhesion에 중요한 역할을 담당하는 신호전달 물질(Gilmore와 Romer, 1996)로, 암세포에서 FAK가 과발현되면 세포의 이동성을 증가시키고 침습과 전이가 증가한다는 보고가 있다(Liu 등, 2001; Sawai 등, 2005). 또한 Wu 등(2018)은 유방암 세포주 MDA-MB-231에서
사과 폴리페놀 플로레틴(polyphenol phloretin)이 paxillin/FAK와 Src를 억제함으로써 세포 이동성을 감소시켰다고 보고하였다. 본 연구 결과에서 진세노사이드 Re는 세포 이동성을 일으키는 FAK mRNA 발현량을 진세노사이드 Re 농도 의존적으로 유의미하게 감소시켰으며(Fig. 4), 이러한 결과는 진세노사이드 Re가 FAK 발현 감소를 통해 MCF-7 유방암 세포의 이동 능력을 저해하였음을 시사한다.
EMT는 정상적인 배아발달 과정에서 발생하는 현상이지만, 암세포에서는 세포의 침윤과 이동에 주요한 과정이며 전이성 암세포에서 특히 많이 발생한다(Lamouille 등, 2014). 암세포가 EMT 과정을 거치며 원래의 epithelial 성질을 잃으면서 세포가 이동되기 쉬운 형태로 변하게 되므로 침윤성과 이동 능력을 획득하게 된다. 따라서 EMT는 암 발생과 전이 과정에서 중요한 현상이며, epithelial 마커로써 상피세포 표면에서 세포의 부착을 매개하는 단백질인 E-cadherin의 발현은 감소하고 mesenchymal 마커인 vimentin, N-cadherin 등의 발현은 증가하게 된다(Nakajima 등, 2004; Thiery 등, 2009). 특히 E-cadherin은 유방암 전이에서 중요한 역할을 하고 유방암 조직에서 발현이 감소하고 있으며, 이는 림프절 전이와 불량한 예후와 관련이 있다는 보고가 있다(Yu 등, 2015). 따라서 EMT를 조절하는 것으로 항암제 내성을 감소시키고 암의 진행 및 전이를 억제하는 데 활용할 수 있다. 본 연구에서 MCF-7 유방암 세포에 진세노사이드 Re를 처리하였을 때 epithelial 마커인 E-cadherin은 증가하고, mesenchymal 마커인 vimentin의 mRNA 발현이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 4). 이러한 결과로 볼 때 진세노사이드 Re는 유방암 세포에서 EMT 과정을 억제할 수 있는 잠재력을 가지며 암세포 이동 능력과 전이를 예방하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. Sun 등(2019)에 따르면 resveratrol은 MDA-MB-231 유방암 세포주에서 E-cadherin을 증가시키고 vimentin을 감소시킴으로써 EMT를 억제하며, MMP-2 및 MMP-9 발현 감소를 통해 세포 이동성과 침윤을 억제하는 효과를 나타내어 본 연구 결과의 진세노사이드 Re의 항암 메커니즘과 일치하는 결과를 나타내었다.
EMT가 유도될 때 암세포가 이동하여 새로운 조직에 부착하여 침윤이 일어나기 위해서는 세포외기질 분해가 선행되어야 하므로 세포외기질을 분해하는 MMPs 활성이 촉진되는 것으로 보고되고 있다(Gonzalez-Avila 등, 2019; Kim 등, 2010). 특히 MMP-2와 MMP-9 type Ⅳ collagenase는 기저막의 주성분인 type Ⅳ collagen을 분해할 뿐 아니라 신생혈관 형성에도 관여하므로 암세포의 이동과 침윤에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 정상세포에 비해 종양세포에서 활성이 증가하는 것으로 보고되고 있다(MacDougall과 Matrisian, 1995; Shay 등, 2015). 이에 본 연구에서는 효소기질 분해능을 이용하여 MMPs의 활성을 확인하는 방법인 gelatin zymography에 의해 MMP-2와 MMP-9의 활성을 측정하였다. 유방암 세포 MCF-7에 세포독성을 나타내지 않는 범위인 1, 5 및 10 μM 농도의 진세노사이드 Re를 처리한 후 MMP-2와 MMP-9의 활성을 측정한 결과(Fig. 5), MMP-2와 MMP-9의 활성은 진세노사이드 Re를 처리한 경우 진세노사이드 Re를 처리하지 않은
대조군과 비교하여 농도 의존적으로 유의미하게 감소하였다. 특히 MMP-2 활성은 진세노사이드 Re 5와 10 μM에서 각각 56%와 68% 감소하였다. 이는 진세노사이드 Re가 암세포 전이와 침윤 억제를 통해 항암 활성을 나타내고 있음을 시사한다. MMP-2와 MMP-9의 과발현은 유방암 환자의 생존율을 감소시킨다는 보고가 있으며(Jiang과 Li, 2021; Li 등, 2017), Hong 등(2002)에 따르면 MMP-2의 활성은 정상조직이나 양성종양보다 악성종양에서 유의적으로 높게 나타났고 활성도가 증가할수록 전이된 림프절의 수도 증가하는 것으로 보고하여 MMP-2가 기저막 파괴에 관여하며 암세포의 침윤과도 관련성이 있음을 시사하였다. Bang 등(2005)은 유방암 세포주 MDA-MB-231에서 EGCG의 처리가 세포 이동성을 감소시키고 MMP-2와 MMP-9의 활성을 감소시킴으로써 기저막 분해가 감소하여 침윤 과정이 억제된다고 보고하여 본 실험과 같은 결과를 보였다. 또한 진세노사이드 Rh1은 MDA-MB-231 유방암 세포에서 MMP-2와 MMP-9의 발현 감소를 통해 migration과 invasion을 억제함으로써 본 연구 결과와 유사한 메커니즘으로 항암 효과를 나타내었다(Jin 등, 2021).
이상의 결과로 볼 때 진세노사이드 Re는 인체 유방암 세포에서 세포 생존율, 세포 이동 및 EMT 억제를 통해 항암 효과를 나타내었으며, 유방암 치료에 유용한 기능성 소재로써의 이용 가능성을 시사하였다.
본 연구에서는 인체 유방암 세포에 대한 진세노사이드 Re의 항암 효과를 측정하기 위하여 유방암 세포 MCF-7에 진세노사이드 Re를 처리한 후, CCK-8 assay로 세포증식에 미치는 영향을 측정하고 wound healing assay에 의해 유방암 세포의 이동성을 관찰하였다. 유방암 세포 MCF-7에 진세노사이드 Re를 24시간과 48시간 동안 처리한 후 세포 생존율을 측정하였을 때 50 μM과 100 μM 농도에서 유의적인 유방암 세포증식 억제 효과를 확인할 수 있었다. 또한 진세노사이드 Re는 유방암 세포 MCF-7의 생존에 영향을 미치지 않는 농도(1, 5, 10 μM)에서 유방암 세포의 이동성을 농도 의존적으로 유의성 있게 감소시켰으며, 세포 이동성에 관여하는 FAK mRNA 발현량도 감소시켰다. 또한 진세노사이드 Re의 세포증식과 세포 이동성 억제 기전을 규명하기 위하여 RT-PCR과 gelatin zymography를 통해 EMT 관련 유전자의 발현을 측정한 결과, 진세노사이드 Re는 epithelial 마커인 E-cadherin 발현을 증가시키고 mesenchymal 마커인 vimentin 발현을 감소시킴으로써 암세포의 이동 능력과 침윤성을 획득하기 위한 중요한 과정인 EMT 과정을 억제하였으며, 암세포 침윤에 중요한 역할을 하는 MMP-2와 MMP-9의 활성도 현저하게 감소시킴으로써 항암 효과를 나타내는 것으로 사료된다. 따라서 본 연구 결과는 진세노사이드 Re가 유방암 치료에 유용한 기능성 소재로 활용될 수 있는 가능성을 제시한다.
이 논문은 2021년도 과학기술부정보통신부의 재원으로 한국연구재단 기본연구사업의 지원을 받아 수행된 연구(No. NRF-2021R1F1A1061969)로 이에 감사드립니다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(3): 233-239
Published online March 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.3.233
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
호진녕
분당서울대학교병원 비뇨의학과
Department of Urology, Seoul National University Bundang Hospital
Correspondence to:Jin-Nyoung Ho, Seoul National University Bundang Hospital, 82, Gumi-ro 173beon-gil, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi 13620, Korea, E-mail: 97875@snubh.org
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Ginsenoside Re is a panaxatriol saponin and exhibits various pharmacological activities, which include anti-inflammatory, anticancer, antioxidant, and anti-diabetic effects. In this study, we examined the anticancer effects of ginsenoside Re on MCF-7 breast cancer cells. Cell proliferation was measured with the cell counting kit-8 assay, cell migration through a wound healing assay, and epithelial-mesenchymal transition (EMT) related gene expression via RT-PCR and gelatin zymography. Ginsenoside Re dose-dependently suppressed breast cancer cell proliferation and significantly reduced breast cancer cell migration at a concentration that did not affect cell viability. Ginsenoside Re also prevented EMT, as indicated by the upregulation of E-cadherin and downregulation of vimentin, matrix metalloproteinase (MMP)-2, and MMP-9. In conclusion, our data showed that ginsenoside Re significantly inhibits proliferation and migration MCF-7 breast cancer cell by regulating EMT-related genes including focal adhesion kinase, E-cadherin, vimentin, MMP-2, and MMP-9. These findings suggest that ginsenoside Re has potential therapeutic use for the treatment of breast cancer.
Keywords: ginsenoside Re, breast cancer, proliferation, migration, EMT
우리나라 중앙암등록본부에서 발표된 2022년 통계자료(Korea Central Cancer Registry, 2022)에 의하면 유방암은 2020년 우리나라 여성암 중 발병률 1위를 차지하고 있으며, 유방암 발생률은 매년 증가하여 2008년 이후 연간 변화율이 4.3%씩 증가하는 추세로 사망 빈도가 꾸준히 증가하고 있다. 유방암은 유전적인 요인과 서구화된 식생활 등의 환경적인 요인이 주된 발병 원인으로 알려져 있으며, 우리나라 여성의 유방암 위험도 평가 모델 연구에 따르면 직계 가족의 유방암 가족력, 초경 연령, 폐경 상태, 임신 경험, 모유 수유기간 및 체질량지수(BMI) 등이 유의미한 위험요인으로 보고되었다(Ataollahi 등, 2015; Park 등, 2013). 유방암의 수술적 치료는 유방 부분절제술과 유방 전절제술로 구분되며, 수술 후 재발 방지를 위해 방사선 치료, 항암화학요법, 표적치료 등이 시행된다(Barzaman 등, 2020).
암세포가 다른 조직으로 전이되기 위해서는 세포 이동(migration)과 침윤(invasion) 등 복잡한 단계를 거쳐야 하며, 이때 암세포에서 분비되는 단백질 분해효소에 의한 세포외기질(extracellular matrix)의 분해 과정이 필수적이다. 특히 matrix metalloproteinase(MMP)는 세포외기질을 분해하고 기저막 붕괴를 촉진함으로써 암세포의 침윤과 전이를 증대시키는 핵심 인자이다(Gonzalez-Avila 등, 2019; Vihinen 등, 2005). 또한 전이의 초기 단계에서 종양세포가 원발 종양을 떠나 상피조직의 특징을 상실하여 세포와 세포 간 연결이 약해지고 간엽세포의 특징을 얻으면서 다른 조직으로 침투하여 이동하기 위한 epithelial-to-mesenchymal transition(EMT)이 일어나게 된다. EMT는 상피세포가 간엽세포로 바뀌는 것으로 암세포의 이동, 침윤, 전이 및 항암제 내성에 관여하는 세포 형성성(cell plasticity)의 한 가지 형태이다(Bill과 Christofori, 2015; Wells 등, 2008; Zeisberg와 Neilson, 2009). 유방암, 난소암, 대장암 등에서 EMT는 항암제에 대한 내성을 유도한다는 보고가 있으며(Dongre와 Weinberg, 2019; Hiscox 등, 2006; Kajiyama 등, 2007; Yang 등, 2006), EMT가 이루어진 종양은 예후가 불량하다는 연구 결과들이 다수 보고되고 있다(Natalwala 등, 2008).
최근에는 합성신약보다 신약 개발에 요구되는 시간과 비용이 적고 독성과 부작용이 적어 안전하다는 장점을 갖고 있는 천연물 소재를 활용한 천연물의약품 연구가 활발히 이루어지고 있으며(Hwang 등, 2022; Woyengo 등, 2009), 유방암 치료제 개발을 위해 천연물 성분인 resveratrol, indole-3-carbino, apigenin, curcumin, luteolin 등의 phytochemical에 관한 연구가 다수 보고되고 있다(Alsamri 등, 2023).
인삼(
본 실험에서 사용한 진세노사이드 Re는 SelleCkchem(Fig. 1)에서 구입하였으며, dimethyl sulfoxide(Sigma-Aldrich Co.)에 용해하여 100 mM stock으로 만들어 사용하였다.
본 실험에 사용된 인간 유방암 세포주 MCF-7은 American Type Culture Collection에서 구매하였으며, 10% fetal bovine serum(Gibco)과 1% penicillin streptomycin(Gibco)이 함유된 Roswell Park Memorial Institute medium-1640(Gibco) 배지를 사용하여 37°C, 5% CO2 배양기에서 배양하였다. 배양 중인 세포의 배지는 1~2일에 한 번 새로운 배지로 교환해주었다.
진세노사이드 Re 처리에 따른 유방암 세포 생존율은 Cell Counting Kit-8(CCK-8; Dojindo Molecular Technologies)을 이용하여 측정하였다. MCF-7 세포를 96-well plate에 분주하여 24시간 동안 배양한 후 진세노사이드 Re를 다양한 농도(1, 5, 10, 50, 100 μM)로 처리하여 24시간과 48시간 동안 배양하였다. 세포 생존율은 CCK-8 시약을 10 μL씩 넣어 37°C에서 4시간 동안 반응시킨 다음 microplate reader를 사용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하고 대조군과 비교하여 백분율(%)로 표시하였다.
MCF-7 유방암 세포를 6-well 배양접시에 분주하여 90% 정도 confluent 될 때까지 배양하였다. 멸균된 플라스틱 200 μL pipette tip을 이용하여 MCF-7 단일 세포층의 표면에 스크래치(scratch)를 만들고 phosphate-buffered saline으로 한 번 세척한 후 진세노사이드 Re가 함유된 새로운 배양 배지를 넣고 12시간 배양하였다. 세포의 이동성은 현미경을 이용하여 사진 촬영하여 관찰하였다.
진세노사이드 Re가 처리된 MCF-7 유방암 세포에서 RNeasy Mini Kit(Qiagen)을 이용하여 RNA를 추출하고, AccessQuickTM RT-PCR System(Promega)을 사용하여 reverse transcription polymerase chain reaction(RT-PCR)을 수행하였다. PCR에 사용된 각각의 유전자에 대한 PCR primer의 염기서열은 Table 1에 나타내었다. PCR 반응은 95°C에서 10분간 pre-denaturation 하고, 한 cycle이 94°C에서 45초간 denaturation, 60°C에서 45초 annealing, 72°C에서 45초간 extension 과정을 40회 반복하여 cDNA를 증폭시켰다. 증폭된 PCR 산물은 1.5% agarose gel을 사용하여 전기영동으로 분리한 후 ethidium bromide 용액에서 20분간 반응시켜 mRNA 발현 정도를 관찰하였다.
Table 1 . Primer sequences used in RT-PCR.
Gene | Primer sequences (5′-3′) |
---|---|
FAK | F: 5′-GCGCTGGCTGGAAAAAGAGGAA-3′ |
R: 5′-TCGGTGGGTGCTGGCTGGTAGG-3′ | |
E-cadherin | F: 5′-ACATTGTCACCTCGCAGAC-3′ |
R: 5′-GCGGATTGTAGAAGTCTTGG-3′ | |
Vimentin | F: 5′-TGGCACGTCTTGACCTTGAA-3′ |
R: 5′-GGTCATCGTGATGCTGAGAA-3′ | |
GAPDH | F: 5′-CGGAGTCAACGGATTTGGTCGTAT-3′ |
R: 5′-AGCCTTCTCCATGGTGGTGAAGAC-3′ |
FAK: Focal adhesion kinase..
진세노사이드 Re가 처리된 MCF-7 유방암 세포에서 MMP-2와 MMP-9의 활성은 gelatin zymography에 의해 측정하였다. MCF-7 세포에 진세노사이드 Re(1, 5, 10 μM)를 처리한 후, 동량의 배지를 얻어 0.1% gelatin이 함유된 10% SDS-polyacrylamide gel에서 전기영동 하여, Triton X-100으로 SDS를 제거하고 developing buffer(50 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl2, 150 mM NaCl, 0.02% NaN3, pH 7.5)로 37°C에서 24시간 동안 반응시켰다. Gel은 0.25% Coomassie brilliant blue R-250으로 염색한 후 탈색하여 투명해진 밴드를 Image J software(National Institutes of Health)로 정량하여 gelatinase(MMP-2, MMP-9)의 활성을 측정하였다.
모든 실험 결과는 3회 반복 실험하여 그 결과를 평균±표준편차로 나타내었고, 집단 간의 통계적 유의성은 SPSS(Statistical Package for Social Science; version 20, IBM)를 이용하여
진세노사이드 Re가 MCF-7 유방암 세포의 증식에 미치는 영향을 알아보기 위해 MCF-7 세포에 진세노사이드 Re를 다양한 농도(0, 1, 5, 10, 50, 100 μM)로 처리하고 24, 48시간 동안 배양한 후, CCK-8 assay로 세포 생존율을 측정하였다. 그 결과 진세노사이드 Re를 24시간과 48시간 동안 처리하였을 때 진세노사이드 Re 농도 의존적으로 세포증식이 감소하였다(Fig. 2).
진세노사이드 Re를 24시간 동안 50, 100 μM 농도로 처리하였을 때 각각 28.74%, 38.91%의 유의적인 유방암 세포성장 억제 효과를 나타내었다. 인삼 열매로부터 분리된 진세노사이드 Re가 SW480 대장암 세포주의 세포증식을 억제함이 보고되었다(Xie 등, 2011). 또한 Aung 등(2007)은 미국 인삼 열매(American ginseng berry) 추출물과 진세노사이드 Re가 MCF-7의 세포증식을 억제하였으며, cisplatin과 진세노사이드 Re를 병용 처리하였을 때 세포증식 억제 효과가 상승하는 효과가 있음을 보고하여 본 연구 결과와 일치한다.
진세노사이드 Re가 유방암 세포의 이동 능력에 미치는 영향을 조사하기 위해 진세노사이드 Re가 세포독성을 나타내지 않는 농도(1, 5, 10 μM)에서 wound healing assay를 수행하였다. MCF-7 유방암 세포의 이동성은 진세노사이드 Re의 모든 농도에서 유의미하게 억제되었다. 특히 5, 10 μM 농도에서 유방암 세포의 이동성은 대조군과 비교하였을 때 각각 25.73%와 34.76% 감소하였다(Fig. 3). Focal adhesion kinase(FAK)는 비수용체 티로신 인산화 효소로 세포의 focal adhesion에 위치하며 세포의 성장, 이동 및 adhesion에 중요한 역할을 담당하는 신호전달 물질(Gilmore와 Romer, 1996)로, 암세포에서 FAK가 과발현되면 세포의 이동성을 증가시키고 침습과 전이가 증가한다는 보고가 있다(Liu 등, 2001; Sawai 등, 2005). 또한 Wu 등(2018)은 유방암 세포주 MDA-MB-231에서
사과 폴리페놀 플로레틴(polyphenol phloretin)이 paxillin/FAK와 Src를 억제함으로써 세포 이동성을 감소시켰다고 보고하였다. 본 연구 결과에서 진세노사이드 Re는 세포 이동성을 일으키는 FAK mRNA 발현량을 진세노사이드 Re 농도 의존적으로 유의미하게 감소시켰으며(Fig. 4), 이러한 결과는 진세노사이드 Re가 FAK 발현 감소를 통해 MCF-7 유방암 세포의 이동 능력을 저해하였음을 시사한다.
EMT는 정상적인 배아발달 과정에서 발생하는 현상이지만, 암세포에서는 세포의 침윤과 이동에 주요한 과정이며 전이성 암세포에서 특히 많이 발생한다(Lamouille 등, 2014). 암세포가 EMT 과정을 거치며 원래의 epithelial 성질을 잃으면서 세포가 이동되기 쉬운 형태로 변하게 되므로 침윤성과 이동 능력을 획득하게 된다. 따라서 EMT는 암 발생과 전이 과정에서 중요한 현상이며, epithelial 마커로써 상피세포 표면에서 세포의 부착을 매개하는 단백질인 E-cadherin의 발현은 감소하고 mesenchymal 마커인 vimentin, N-cadherin 등의 발현은 증가하게 된다(Nakajima 등, 2004; Thiery 등, 2009). 특히 E-cadherin은 유방암 전이에서 중요한 역할을 하고 유방암 조직에서 발현이 감소하고 있으며, 이는 림프절 전이와 불량한 예후와 관련이 있다는 보고가 있다(Yu 등, 2015). 따라서 EMT를 조절하는 것으로 항암제 내성을 감소시키고 암의 진행 및 전이를 억제하는 데 활용할 수 있다. 본 연구에서 MCF-7 유방암 세포에 진세노사이드 Re를 처리하였을 때 epithelial 마커인 E-cadherin은 증가하고, mesenchymal 마커인 vimentin의 mRNA 발현이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 4). 이러한 결과로 볼 때 진세노사이드 Re는 유방암 세포에서 EMT 과정을 억제할 수 있는 잠재력을 가지며 암세포 이동 능력과 전이를 예방하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. Sun 등(2019)에 따르면 resveratrol은 MDA-MB-231 유방암 세포주에서 E-cadherin을 증가시키고 vimentin을 감소시킴으로써 EMT를 억제하며, MMP-2 및 MMP-9 발현 감소를 통해 세포 이동성과 침윤을 억제하는 효과를 나타내어 본 연구 결과의 진세노사이드 Re의 항암 메커니즘과 일치하는 결과를 나타내었다.
EMT가 유도될 때 암세포가 이동하여 새로운 조직에 부착하여 침윤이 일어나기 위해서는 세포외기질 분해가 선행되어야 하므로 세포외기질을 분해하는 MMPs 활성이 촉진되는 것으로 보고되고 있다(Gonzalez-Avila 등, 2019; Kim 등, 2010). 특히 MMP-2와 MMP-9 type Ⅳ collagenase는 기저막의 주성분인 type Ⅳ collagen을 분해할 뿐 아니라 신생혈관 형성에도 관여하므로 암세포의 이동과 침윤에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 정상세포에 비해 종양세포에서 활성이 증가하는 것으로 보고되고 있다(MacDougall과 Matrisian, 1995; Shay 등, 2015). 이에 본 연구에서는 효소기질 분해능을 이용하여 MMPs의 활성을 확인하는 방법인 gelatin zymography에 의해 MMP-2와 MMP-9의 활성을 측정하였다. 유방암 세포 MCF-7에 세포독성을 나타내지 않는 범위인 1, 5 및 10 μM 농도의 진세노사이드 Re를 처리한 후 MMP-2와 MMP-9의 활성을 측정한 결과(Fig. 5), MMP-2와 MMP-9의 활성은 진세노사이드 Re를 처리한 경우 진세노사이드 Re를 처리하지 않은
대조군과 비교하여 농도 의존적으로 유의미하게 감소하였다. 특히 MMP-2 활성은 진세노사이드 Re 5와 10 μM에서 각각 56%와 68% 감소하였다. 이는 진세노사이드 Re가 암세포 전이와 침윤 억제를 통해 항암 활성을 나타내고 있음을 시사한다. MMP-2와 MMP-9의 과발현은 유방암 환자의 생존율을 감소시킨다는 보고가 있으며(Jiang과 Li, 2021; Li 등, 2017), Hong 등(2002)에 따르면 MMP-2의 활성은 정상조직이나 양성종양보다 악성종양에서 유의적으로 높게 나타났고 활성도가 증가할수록 전이된 림프절의 수도 증가하는 것으로 보고하여 MMP-2가 기저막 파괴에 관여하며 암세포의 침윤과도 관련성이 있음을 시사하였다. Bang 등(2005)은 유방암 세포주 MDA-MB-231에서 EGCG의 처리가 세포 이동성을 감소시키고 MMP-2와 MMP-9의 활성을 감소시킴으로써 기저막 분해가 감소하여 침윤 과정이 억제된다고 보고하여 본 실험과 같은 결과를 보였다. 또한 진세노사이드 Rh1은 MDA-MB-231 유방암 세포에서 MMP-2와 MMP-9의 발현 감소를 통해 migration과 invasion을 억제함으로써 본 연구 결과와 유사한 메커니즘으로 항암 효과를 나타내었다(Jin 등, 2021).
이상의 결과로 볼 때 진세노사이드 Re는 인체 유방암 세포에서 세포 생존율, 세포 이동 및 EMT 억제를 통해 항암 효과를 나타내었으며, 유방암 치료에 유용한 기능성 소재로써의 이용 가능성을 시사하였다.
본 연구에서는 인체 유방암 세포에 대한 진세노사이드 Re의 항암 효과를 측정하기 위하여 유방암 세포 MCF-7에 진세노사이드 Re를 처리한 후, CCK-8 assay로 세포증식에 미치는 영향을 측정하고 wound healing assay에 의해 유방암 세포의 이동성을 관찰하였다. 유방암 세포 MCF-7에 진세노사이드 Re를 24시간과 48시간 동안 처리한 후 세포 생존율을 측정하였을 때 50 μM과 100 μM 농도에서 유의적인 유방암 세포증식 억제 효과를 확인할 수 있었다. 또한 진세노사이드 Re는 유방암 세포 MCF-7의 생존에 영향을 미치지 않는 농도(1, 5, 10 μM)에서 유방암 세포의 이동성을 농도 의존적으로 유의성 있게 감소시켰으며, 세포 이동성에 관여하는 FAK mRNA 발현량도 감소시켰다. 또한 진세노사이드 Re의 세포증식과 세포 이동성 억제 기전을 규명하기 위하여 RT-PCR과 gelatin zymography를 통해 EMT 관련 유전자의 발현을 측정한 결과, 진세노사이드 Re는 epithelial 마커인 E-cadherin 발현을 증가시키고 mesenchymal 마커인 vimentin 발현을 감소시킴으로써 암세포의 이동 능력과 침윤성을 획득하기 위한 중요한 과정인 EMT 과정을 억제하였으며, 암세포 침윤에 중요한 역할을 하는 MMP-2와 MMP-9의 활성도 현저하게 감소시킴으로써 항암 효과를 나타내는 것으로 사료된다. 따라서 본 연구 결과는 진세노사이드 Re가 유방암 치료에 유용한 기능성 소재로 활용될 수 있는 가능성을 제시한다.
이 논문은 2021년도 과학기술부정보통신부의 재원으로 한국연구재단 기본연구사업의 지원을 받아 수행된 연구(No. NRF-2021R1F1A1061969)로 이에 감사드립니다.
Table 1 . Primer sequences used in RT-PCR.
Gene | Primer sequences (5′-3′) |
---|---|
FAK | F: 5′-GCGCTGGCTGGAAAAAGAGGAA-3′ |
R: 5′-TCGGTGGGTGCTGGCTGGTAGG-3′ | |
E-cadherin | F: 5′-ACATTGTCACCTCGCAGAC-3′ |
R: 5′-GCGGATTGTAGAAGTCTTGG-3′ | |
Vimentin | F: 5′-TGGCACGTCTTGACCTTGAA-3′ |
R: 5′-GGTCATCGTGATGCTGAGAA-3′ | |
GAPDH | F: 5′-CGGAGTCAACGGATTTGGTCGTAT-3′ |
R: 5′-AGCCTTCTCCATGGTGGTGAAGAC-3′ |
FAK: Focal adhesion kinase..
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