KR20230164939A - 전호를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 조성물 - Google Patents

전호를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전호를 유효성분으로 포함하는 항암용 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물에 의하는 경우, 암 세포의 세포 자멸사(apoptosis) 유도 및 암 세포의 세포 증식 또는 콜로니(집락) 형성을 억제함으로써 항암 효과를 나타낼 수 있는 항암용 조성물을 제공할 수 있으며, 이를 포함함으로써 부작용의 문제가 없는 항암용 약학 조성물 및 항암용 기능성 식품 조성물을 제공할 수 있다.

Description

전호를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 조성물{COMPOSITION FOR PREVENTING OR IMPROVING CANCER COMPRISING JEONHO AS AN ACTIVE INGREDIENT}
본 발명은 전호를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전호의 뿌리 추출물을 포함함으로써 부작용의 문제가 없으면서도 항암 효과가 우수한 조성물 및 이를 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물 또는 암 예방 또는 개선용 기능성 식품 조성물을 제공할 수 있다.
폐암은 세계에서 두 번째로 흔한 암이며 암과 관련된 사망의 주요 원인이다. 2020년 폐암으로 사망한 사람은 179만6144명으로, 이는 전체 암 관련 사망자의 약 18%를 차지한다. 지난 수십년간 폐암 환자의 예후가 꾸준히 개선됐지만 폐암 환자의 5년 생존율은 여전히 20%를 밑돌고 있다. 미국 통계에 따르면 전체 폐암 환자 중 57%가 전이성 질환으로 진행 단계에서 진단되는데, 이는 원격 전이성 폐암 환자의 5년 생존율(6%)이 극도로 떨어지는데 기여한다. 따라서 조기 진단과 치료를 위한 새로운 전략 개발이 시급하다.
비소세포 폐암 환자의 약 32%에서 표피 성장인자 수용체(EGFR) 돌연변이가 확인되며, EGFR 돌연변이의 유병률은 특히 아시아인, 여성, 비흡연자에서 더 높다. EGFR 돌연변이의 대부분은 엑손 19(45%)에서 프레임 내 삭제 또는 엑손 20(40%)에서 L858R 돌연변이로, EGFR-민감성 돌연변이라고도 불리는 이러한 EGFR 활성화 돌연변이는 암세포를 EGFR 신호전달 경로에 의존하게 만들고, 다운스트림 이펙터를 활성화함으로써 암세포의 증식, 혈관신생 및 아포토시스 회피 등을 자극한다.
폐암 진행에서 EGFR 돌연변이의 관련성에 대한 이해의 발전은 EGFR 표적 치료법의 개발로 이어졌으며, 특히 에로티닙 또는 게피티닙과 같은 EGFR 티로신 키네이스 억제제(TKI)는 EGFR 돌연변이를 가진 NSCLC 환자의 임상 결과를 크게 개선하였다. 그러나 무시할 수 없는 비율의 사례들은 폐암의 구강 내 EGFR 이질성으로 인해 EGFR TKIs에 대한 낮은 반응률을 보였다. EGFR 돌연변이를 가진 암세포만이 EGFR TKIs에 대한 반응성을 나타내며, 치료에 무감각한 나머지 비 돌연변이 암세포는 1차 약물 저항성을 생성한다. 또한 후천성 내성은 치료 후 1년 이내에 EGFR TKIs의 혜택을 받는 환자에게서 발생한다. EGFR T790M 2차 돌연변이는 EGFR TKIs에 대한 후천적 내성과 관련된 가장 일반적인 메커니즘(60%)이다.
오시머티닙과 같은 차세대 EGFR TKI가 EGFR T790M 돌연변이를 목표로 개발되었음에도 불구하고, 추가적인 내성이 확인되었으며, MET, HER2, KRAS, PIK3CA 및 BRAF를 포함한 부속 경로의 활성화는 EGFR TKI 내성 사례의 약 20%를 차지하고, 이는 EGFR TKI를 다른 표적 치료제와 결합하는 것이 TKI 저항을 극복하기 위한 유망한 전략이 될 수 있음을 시사한다. 그러나, 지금까지 조합 요법은 실망스러운 임상 결과와 더 높은 독성을 보여주었다. 따라서 체내 EGFR 이질성으로 NSCLC를 정복하고 최소 독성으로 EGFR TKI 저항을 극복하는 새로운 치료제가 개발될 필요가 있다.
또한, 신호 변환기 및 전사 활성제 3(STAT3)은 EGFR 및 인터루킨-6 수용체(IL-6R)를 포함한 수용체 티로신 키나제와 Src를 포함한 비수용체 티로신 키나제를 통한 신호 전달에 의해 활성화되는 전사 인자이다. STAT3는 종양 성장, 혈관 신생 및 전이를 자극하여 암 진행과 관련된 다양한 유전자의 발현을 조절하고 특히, STAT3 활성화는 EGFR TKI 내성의 기저에 있는 비유전적 기전으로 인식된다. 최근 연구에 따르면 STAT3 신호 전달 경로의 억제가 NSCLC 세포에서 EGFR TKI 내성을 역전시키는 것으로 보고되었다. 따라서 STAT3를 표적으로 하는 것은 EGFR TKI 내성과 관련된 NSCLC에 대한 치료 전략을 나타낸다고 할 것이다.
한편, 종양연관대식세포(tumor-associated macrophage, TAM)는 골수유래 단핵구가 혈중을 순환하다 암세포가 분비하는 다양한 케모카인(chemokine) 혹은 사이토카인(cytokine)에 의해 종양으로 유인되어 대식세포로 분화한 것이다. 최근 연구에 따르면 골수유래 단핵구 뿐만 아니라 배아에서 유래하여 조직에 상주하던 대식세포가 종양조직으로 침윤하여 종양연관대식세포를 구성하기도 한다. 종양연관대식세포는 종양미세환경의 핵심 구성원으로서 종양 침윤 면역세포 중 가장 높은 비율을 차지한다. 종양연관대식세포의 존재는 다양한 암종에서 보고되어 있으며, 종양의 성장과 전이 및 항암제 내성과 밀접한 연관을 가짐이 보고되어 있다.
종양연관대식세포는 크게 M1형과 M2형으로 분극될 수 있다. M1형 대식세포는 박테리아 산출물이나 interferon(IFN)-γ와 같은 신호에 반응하여 적응면역계(adaptive immune system)를 활성화시키며 타겟세포를 탐식하는 등 전형적인 면역기능을 가진다. M1형 대식세포는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)이나 산화질소(nitric oxide, NO)와 같은 독성물질을 분비하여 암세포를 직접적으로 공격함으로써 항암작용을 가지는 것으로 알려져 있다. M2형 대식세포는 interleukin(IL)-4, IL-13, transforming growth factor(TGF)-β 등에 반응하여 분극되며, 어떤 인자에 의해 분극되느냐에 따라 M2a, M2b, M2c 및 M2d형으로 분류된다. M2형 대식세포는 IL-10과 같은 항염증인자들을 분비하여 면역계가 암세포를 공격하는 것을 억제하며, 혈관내피성장인자(vascular endothelial growth factor, VEGF) 등을 분비하여 혈관신생과 암세포의 전이를 촉진함으로써 암을 악화시키는 것으로 알려져 있다. 암세포 및 종양미세환경에서 분비되는 다양한 인자들이 M2형 대식세포로의 분극을 유도하므로 종양연관대식세포의 종양 내 침윤은 암의 불량한 예후와 관련이 깊다. 따라서 종양연관대식세포를 조절하는 것이 새로운 항암전략으로 대두되고 있는데, 대표적 전략으로서 대식세포가 종양 내로 유인되는 것을 억제하거나 종양연관대식세포의 M2형 분극을 조절하는 것 등이 제안되고 있다.
한편, 전호(Peucedanum praeruptorum Dunn, PP)의 뿌리는 전통적으로 동아시아에서 기침, 천식, 굵은 가래의 치료에 사용되어 왔다. 전통 약초학에 따르면 전호 뿌리는 역기를 감소시키고, 가래열을 해소하며, 풍열을 분산시킬 수 있으며, 프래루프토린 A, 프래루프토린 B, 프래루프토린 E를 포함한 각형 피라노쿠마린은 전호에서 주요 활성 화합물로 알려져 있다. 이전의 선행 연구에서는 전호의 뿌리 추출물이 기도 염증을 감소시키고, 심혈관 질환을 치료하며, 항균 효과를 발휘함을 나타내고 있다.
이에, 본원발명에서는 상기 전호 추출물을 유효성분으로 포함함으로써, 천연 추출물을 유효성분으로 포함하여 부작용의 문제가 없으면서도 항암 효과가 우수한 암 예방 또는 개선용 조성물을 제공하고자 본 발명을 완성하였다.
KR 10-2043454 B1 KR 10-1574581 B1
본 발명의 목적은 전호를 유효성분으로 포함하여 천연 추출물을 포함함으로써 부작용의 문제가 없으면서도 항암 효과가 우수한 암 예방 또는 개선용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전호를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전호를 유효성분으로 포함하는 암 예방 또는 개선용 기능성 식품 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 암 예방 또는 개선용 조성물은 전호를 유효성분으로 포함하는 것이다.
상기 조성물은 암 세포의 세포 자멸사(apoptosis) 유도에 의해 항암 활성을 나타내는 것이다.
상기 조성물은 암 세포의 세포 증식 또는 콜로니(집락) 형성을 억제함으로써 항암 활성을 나타내는 것이다.
상기 암은 간암, 위암, 유방암, 결장암, 골암, 췌장암, 두부 또는 경부암, 자궁암, 난소암, 직장암, 식도암, 소장암, 대장암, 항문부근암, 결장암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암종, 질암종, 음문 암종, 호지킨병, 전립선암, 방광암, 신장암, 수뇨관암, 신장세포암종, 신장골반암종, 폐암 및 중추신경계 종양으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 추출물은 물, C1 내지 C6의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 추출 용매를 이용하여 추출되는 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 암 예방 또는 치료용 약학 조성물은 상기 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 암 예방 또는 개선용 기능성 식품 조성물은 상기 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "추출물"은 상술한 바와 같이 당업계에서 조추출물(crude extract)로 통용되는 의미를 갖지만, 광의적으로는 추출물을 추가적으로 분획(fractionation)한 분획물도 포함한다. 즉, 추출물은 상술한 추출 용매를 이용하여 얻은 것뿐만 아니라, 여기에 정제과정을 추가적으로 적용하여 얻은 것도 포함한다. 예컨대, 상기 추출물을 일정한 분자량 컷-오프 값을 갖는 한외여과막을 통과시켜 얻은 분획, 다양한 크로마토그래피(크기, 전하, 소수성 또는 친화성에 따른 분리를 위해 제작된 것)에 의한 분리 등, 추가적으로 실시된 다양한 정제 방법을 통해 얻어진 분획도 본 발명의 추출물에 포함되는 것이다.
본 발명에서 이용되는 추출물은 감압 증류 및 동결 건조 또는 분무 건조 등과 같은 추가적인 과정에 의해 분말 상태로 제조될 수 있다.
본 명세서에서 용어 "유효성분으로 포함하는"이란 하기의 천연 추출물의 효능 또는 활성을 달성하는 데 충분한 양을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 중, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 기존의 암 예방, 개선 또는 치료 효과를 나타내기 위해 하기와 같은 조성물을 제공하고자 하였다.
이에, 본원발명에서는 전호를 유효성분으로 포함함으로써 암 예방 또는 개선용 조성물을 제공하고자 하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암 예방 또는 개선용 조성물은 전호를 유효성분으로 포함한다.
상기 전호(Peucedanum praeruptorum Dunn)는 쌍떡잎식물 산형화목 미나리과의 여러해살이풀로 주로 숲가장자리와 같이 약간 습기가 있는 곳에서 잘 자란다. 높이는 1m 내외이고 굵은 뿌리에서 줄기가 나와서 가지가 갈라진다. 뿌리에서 나온 잎과 밑부분에서 나온 잎은 잎자루가 길고 3개씩 2∼3회 갈라지며 다시 깃꼴로 갈라진다. 갈래조각에 톱니가 있고 뒷면 맥 위에 퍼진 털이 약간 있다. 줄기에서 나온 잎은 어긋나고 뿌리에서 나온 잎과 비슷하지만 점점 작아져서 잎집만으로 된다. 꽃은 5∼6월에 산형꽃차례로 피고 흰색이며 5∼12개의 꽃이삭가지가 있다. 작은총포는 5∼12개로 털이 없으며 뒤로 젖혀지고 가장자리에 털이 있다. 꽃잎은 5개인데 바깥 것 1개가 특히 크며 수술은 5개, 암술대는 2개이다. 열매는 분과로서 바소꼴이고 녹색이 도는 검은색이며 밋밋하거나 돌기가 약간 있다. 뿌리는 약용하며, 주로 한국, 일본, 캄차카반도, 시베리아, 유럽 등지에 분포한다.
전호는 폐담이 쌓인 천식, 가슴이 답답하고 가래가 나오지 않는 증상, 발열, 해수, 두통에 사용되기도 하며, 약리작용으로 기관지점액분비촉진, 관상동맥혈류량증가, 항유행성감기바이러스, 항궤양, 항경련, 항알레르기,항균작용 등의 약리 활성을 나타낸다.
상기 전호를 유효성분으로 포함함으로써 전호 내에 포함되어 있는 유효 성분에 의해 암 예방, 개선 또는 치료 활성을 통해 항암 활성을 나타낼 수 있다.
특히, 전호의 뿌리, 줄기, 잎 및 꽃을 포함하는 부위 중 전호의 뿌리를 포함하는 전호 뿌리 추출물을 유효성분으로 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 조성물은 암 세포의 세포 자멸사(apoptosis) 유도에 의해 항암 활성을 나타낸다.
세포는 세포 괴사(necrosis)와 세포 자멸(apoptosis)을 통해 죽게 된다.
상기 세포 괴사는 세포에 물리적인 힘 또는 화학적 물질에 의해 세포 구조가 파괴되어 세포가 죽게 됨을 의미한다.
한편, 세포 자멸(apoptosis)은 세포 자살이라고도 불리며, 세포가 유전자에 의해 제어되어 스스로 사멸함으로써 죽는 현상으로, 신체에서 필요하지 않거나 비정상적인 세포를 제거하기 위해 일어나는 자연적인 현상을 의미한다.
상기 세포 자멸은 핵 내 염색체 응축과 DNA 절단이 일어나고, 세포 소기관이 파괴되어 세포 비중 감소가 일어나며, 세포 내부 물질들이 세포 사멸체라는 포낭을 형성하게 되고, 이는 대식세포의 식세포 작용에 의해 염증 반응의 문제없이 제거되는 일련의 과정을 통해 이루어지는 것이다.
정상적인 세포에서는 상기 세포 자멸이 자연스럽게 일어나나, 암 세포의 경우 신체 조직의 제어 능력 불균형으로 인해 세포자멸 기능에도 문제가 발생된다.
상기 세포 자멸 기능이 문제가 발생함으로써 비정상적인 세포가 사멸되지 않고 과다 증식하게 되고, 심한 경우 다른 세포로 전이되어 암이 악화될 수 있다.
이에, 본원발명의 암 예방, 개선 또는 치료용 조성물에 의하는 경우, 세포 자멸을 유도함으로써 암 예방하거나 암을 개선 또는 치료가 가능할 수 있다.
또한, 상기 조성물은 암 세포의 세포 증식 또는 콜로니(집락) 형성을 억제함으로써 항암 활성을 나타낸다.
본원발명 조성물에 의하면 암 세포의 증식을 감소시킴으로써 암 세포 성장을 억제할 수 있다. 또한, 암 세포는 종양을 형성하는 동안 콜로니(집락)을 형성사기 때문에 암이 악화될 수 있으나, 본원발명 조성물에 의하여 세포 콜로니 형성을 억제함으로써 집락 형성능력을 감소시켜 결과적으로 종양 형성을 억제할 수 있게 된다.
이에, 본원발명의 조성물에 의하면 암 세포의 세포 자멸사를 유도하거나, 암 세포의 증식 또는 콜로니 형성을 억제함으로써 종양 형성을 억제하여 암 예방, 개선 또는 치료가 가능할 수 있다.
상기 암은 간암, 위암, 유방암, 결장암, 골암, 췌장암, 두부 또는 경부암, 자궁암, 난소암, 직장암, 식도암, 소장암, 대장암, 항문부근암, 결장암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암종, 질암종, 음문 암종, 호지킨병, 전립선암, 방광암, 신장암, 수뇨관암, 신장세포암종, 신장골반암종, 폐암 및 중추신경계 종양으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 암(cancer)은 비정상적인 세포 성장으로 인하여 유발되는 질병으로 양성 종양(benign)과 악성 종양(malignant tumor)로 구분된다. 상기 양성 종양은 비교적 성장 속도가 느리고 전이되지 않으나, 악성 종양은 양성 종양에 비해 성장 속도가 빠르고 암이 발생된 장기 이외에 다른 장기로의 전이가 될 가능성이 높으며, 통상적으로 불리는 암은 악성 종양에 해당된다.
상기 암이 유발된 암세포는 일반 세포와 다른 특징을 가지고 있다.
첫번째로, 암 세포는 성장인자가 공급되지 않아도 스스로 공급하거나 성장할 수 있는 자급자족 능력을 갖게 된다.
두번째로, 정상 세포의 경우 성장 억제 신호에 의해 성장이 저해되나, 암 세포의 경우 성장 억제 신호에 저항성을 가짐에 따라 성장 저해가 아닌 지속적인 성장과 분열 능력을 갖게 된다.
세번째로, 암 세포는 세포가 망가지거나 제 역할을 하지 못할 때 정상 세포는 세포 사멸(apoptosis) 과정을 통해 스스로 죽이는 과정을 거치게 되나, 암 세포의 경우 세포 사멸에 대한 저항 및 회피 능력을 얻어 제거되지 않게 된다.
네번째로, 정상 세포의 경우 세포 분열에 따라 텔로미어(telomere, 진핵생물 염색체 말단에 존재하는 반복적인 염기서열을 가지는 DNA 조각)가 짧아지게 되어 어느정도 지나면 세포 분열이 억제되나, 암세포의 경우 제한 없는 세포 분열 능력을 갖게 된다.
다섯번째로, 상기의 정상세포와 다른 암세포의 특징에 의해 과도한 분열과 성장으로 커진 고형 암세포의 경우 상대적으로 영양분이 부족하여 주위의 혈관 생성을 촉진(angiogenesis)시키는 능력을 통해 혈관을 암세포 주변으로 유도하여 생존에 유리하도록 혈관 생성을 촉진하는 능력을 갖게 된다.
여섯번째로, 암 세포가 어느 정도 이상 성장하게 되면, 공간적인 문제와 영양적 문제로 더 이상 성장하기 어려운 상황이 되어 다른 조직 세포로 침윤(invasion) 하거나, EMT 과정을 통해 혈관을 통하여 다른 장기로 전이(metastasis) 하는 능력을 갖게 되기도 한다. 상기 EMT 과정은 암 관련 마이크로파지와 암 관련 섬유아세포에서 많은 사이토카인(신호전달물질)과 프로테이즈(단백질을 녹이는 효소)를 분비하여, 주변 조직을 녹여 암 세포가 혈관쪽으로 이동할 수 있는 일련의 과정을 의미하는 것이다.
상기와 같은 정상 세포와 상이한 특징을 갖게 된 암 세포는 인체 내 다양한 조직으로 전이 되거나 암이 유발되어 다양한 암을 유발하게 된다.
본원발명에서 암 예방, 개선 또는 치료를 위한 조성물은 간암, 위암, 유방암, 결장암, 골암, 췌장암, 두부 또는 경부암, 자궁암, 난소암, 직장암, 식도암, 소장암, 대장암, 항문부근암, 결장암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암종, 질암종, 음문 암종, 호지킨병, 전립선암, 방광암, 신장암, 수뇨관암, 신장세포암종, 신장골반암종, 폐암 및 중추신경계 종양으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폐암인 것일 수 있다.
상기 추출물은 물, C1 내지 C6의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 추출 용매를 이용하여 추출된다.
구체적으로, 추출물을 제조하기 위해서는 천연물을 분쇄하는 단계; 유기 용매를 사용하여 상기 분쇄물을 침출시키는 단계; 시료를 침출 후 건조시키는 단계; 건조된 시료를 유기 용매를 사용하여 재 침출 시키는 단계; 시료를 침출 후 건조시키는 단계; 물을 이용하여 침출시키는 단계; 및 침출하는 단계를 포함하여, 천연 추출물을 획득할 수 있다.
상기 유기 용매를 사용하여 추출한 천연 추출물은 유기 용매를 사용하여 분획을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추출 용매는 시료의 중량 기준으로 2 내지 50배를 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 2 내지 20배이다. 추출을 위해 시료는 추출 용매에서 침출을 위해 1 내지 72 시간 동안 방치될 수 있으며, 보다 구체적으로 24 내지 48시간 동안 방치될 수 있다.
상기 추출물은 감압 증류 및 동결 건조 또는 분무 건조 등과 같은 추가적인 과정에 의해 분말 상태로 제조될 수 있으며, 용매 추출법, 초음파 추출법, 환류 추출법, 침출법, 발효법 및 포제법으로 이루어진 군으로부터 선택된 추출법으로 수득하는 것을 포함한다.
초음파 추출법은 30 내지 50℃, 0.5 내지 2.5시간 동안 반응을 진행하며, 추출용매는 물 또는 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다. 구체적으로는 40 내지 50℃, 1 내지 2.5시간 동안 추출하며, 추출용매로 물 또는 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
환류 추출법은 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100mL기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 30g, 환류 시간 1 내지 3시간 및 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 물에 의한다. 보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100Ml 또는 물 100mL 기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 20g, 환류 시간 1 내지 2시간 및 70 내지 90%의 탄소수 1 내지 4의 알코올 또는 물에 의한 것이다.
침출법은 15 내지 30℃, 24 내지 72시간 동안 진행하며, 추출 용매로 물 또는 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올을 이용한다. 보다 구체적으로는 20 내지 25℃, 30 내지 54시간 동안 진행하며, 추출 용매는 물 또는 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
추출 후, 추출물은 새로운 분획 용매를 순차적으로 적용하여 분획할 수 있다. 분획시 사용하는 분획 용매는 상기 용매는 물, 헥산, 부탄올, 에틸아세트산, 에틸 아세테이트, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이며, 바람직하게는 에틸아세테이트 또는 메틸렌클로라이드이다.
바람직하게, 상기 암 예방 또는 개선용 조성물은 전호 이외에 과루근, 반하 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 과루근(Trichosanthes kirilowii)은 쌍떡잎식물 박목 박과의 덩굴성 여러해살이 풀로, 하늘타리라고도 불린다. 하늘타리, 과루등, 하늘수박, 천선지루라고도 하며, 산기슭 이하에서 자라고, 한국, 일본, 타이완, 중국, 몽골에 분포한다. 뿌리는 고구마같이 굵어지고 줄기는 덩굴손으로 다른 물체를 감으면서 올라간다. 잎은 어긋나고 단풍잎처럼 5∼7개로 갈라지며 갈래조각에 톱니가 있고 밑은 심장밑 모양이다. 꽃은 7∼8월에 피고 2가화이며 흰색이다. 수꽃은 수상꽃차례로 달리고 암꽃은 1개씩 달린다. 꽃받침과 화관은 각각 5개로 갈라지고 화관갈래조각은 실처럼 다시 갈라진다. 수술은 3개, 암술은 1개이다. 열매는 둥글고 지름 7cm 정도이며 오렌지색으로 익고 종자는 다갈색을 띤다. 한방에서는 뿌리를 왕과근(王瓜根), 열매를 토과실(土瓜實), 종자를 토과인(土瓜仁)이라고 하며 약용한다. 뿌리는 통경, 이뇨, 배농(排膿)에 쓰고 과육은 민간에서 화상과 동상에 사용하며 종자는 거담, 진해, 진통에 쓰거나 소염제로 쓴다. 뿌리에서 받은 녹말은 식용하거나 약용한다.
특히, 과루근의 뿌리, 줄기, 잎 및 꽃을 포함하는 부위 중 과루근의 뿌리를 포함하는 과루근 뿌리 추출물을 유효성분으로 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 반하(Pinellia ternata)는 외떡잎식물 천남성목 천남성과의 여러해살이풀로, 끼무릇, 소천남성, 법반하라고도 하며, 밭에서 자라고 한국, 일본, 중국에 분포한다. 높이 30cm 정도이며, 지름 1cm 정도의 알뿌리에서 1∼2개의 잎이 자라고 잎자루는 길이 10∼20cm이며 밑부분이나 위쪽에 1개의 주아(珠芽)가 생겼다가 떨어져서 번식한다. 잎은 3개의 작은잎으로 된 겹잎이다. 작은잎은 털이 없고 모양이 달걀 모양이나 바소꼴 등 변화가 많다. 꽃줄기는 높이 20∼40cm이고 포는 녹색이며 길이 6∼7cm로 겉에 털이 없으나 안쪽에는 털이 있다. 꽃은 6월에 피고 육수꽃차례에 달린다. 암꽃은 밑에, 수꽃은 위에 달리며 끝이 길게 자란다. 꽃은 노란빛을 띤 흰색이고 열매는 녹색 장과이다. 알뿌리에 독성이 있으나 한방에서는 거, 진해 등의 효능이 있어 구토, 설사, 임신중의 구토에 사용한다.
본원발명의 암 예방 또는 개선용 조성물은 상기 전호 추출물에 과루근 추출물, 반하 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며 전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물을 모두 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게, 상기 전호 추출물 100 중량부에 대하여, 과루근 추출물 80 내지 120 중량부, 반하 추출물 80 내지 120 중량부로 포함할 수 있다.
상기 중량범위로 포함함으로써 전호 추출물 단일 추출물 만을 포함하는 경우에 비해 보다 더 우수한 암 세포 성장, 증식, 콜로니(집락) 형성능 억제 효과를 나타낼 수 있으며 세포 자멸사 유도에 의한 항암 활성이 보다 우수하여 암 예방, 개선 또는 치료 효과를 나타낼 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물에 추가로 절굿대 추출물, 참나래박쥐나물 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 추가로 더 포함하는 것일 수 있다.
절굿대(Echinops setifer Iljin)는 쌍떡잎식물 초롱꽃목 국화과의 여러해살이풀로 개수리취, 절구대 라고도 한다. 양지쪽 풀밭에서 자라며, 한국, 일본에 분포한다. 높이 1m 내외이고 가지가 약간 갈라지며 솜 같은 털로 덮여서 전체가 흰색이 돈다. 뿌리에서 나온 잎은 잎자루가 길고 표면은 녹색이며 뒷면은 흰색이다. 또한 가장자리가 엉겅퀴같이 갈라지며 가시가 있다. 줄기에서 나온 잎은 잎자루가 없고 긴 타원형이며 5∼6쌍으로 갈라진다. 꽃은 7∼8월에 피고 남자색이며 지름 5cm 정도로서 관상화이다. 화관은 끝이 5개로 갈라져서 뒤로 말리고 총포는 끝이 가시처럼 된다. 열매는 수과로서 털이 빽빽이 나고 관모는 비늘조각처럼 생긴다. 어린 잎은 식용하고 뿌리를 부스럼에 사용한다.
참나래박쥐나물(Cacalia koraiensis)은 쌍떡잎식물 초롱꽃목 국화과의 여러해살이풀로 깊은 산에서 자라며, 한국 특산종으로 함경남도 운선령, 포태산, 최가령 등지에 분포한다. 줄기는 곧게 서고 높이가 1∼2m이며 밑 부분의 지름은 1.5cm이고 윗부분에서 가지가 갈라진다. 잎은 어긋나고 삼각형이며 끝이 뾰족하고 밑 부분이 약간 심장 모양이며 가장자리에 톱니가 있다. 줄기 중간 부분에 달린 잎은 길이가 15cm, 폭이 25cm이고, 잎자루는 날개가 있으며 밑 부분의 날개가 넓어 줄기를 감싼다. 꽃은 8월에 노란 색으로 피고 줄기 끝에 두상화가 원추꽃차례를 이루며 달린다. 총포 조각은 5∼6개이고 길이 13∼15cm의 줄 모양이며 1줄로 배열한다. 총포 밑에는 1∼2개의 포가 있고, 두상화는 10여 개의 관상화로 이루어졌다. 열매는 수과이고 줄 모양이며 줄이 있고 털이 없으며, 관모는 흰색이고 길이가 8mm이다. 어린잎을 식용한다.
상기 전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물에 절굿대 추출물 및 참나래박쥐나물 추출물을 더 포함하는 것일 수 있다.
보다 더 바람직하게, 상기 전호 추출물 100 중량부에 대하여, 과루근 추출물 80 내지 120 중량부, 반하 추출물 80 내지 120 중량부, 절굿대 추출물 40 내지 60 중량부 및 참나래박쥐나물 추출물 40 내지 60 중량부로 포함할 수 있다.
상기 범위 내의 복합 추출물로 사용 시, 우수한 암 예방, 개선 또는 치료 효과를 나타내는 동시에 전호, 과루근 또는 반하 추출물 특유의 향으로 인해 감소될 수 있는 기호도(맛 및 향)를 절굿대 및 참나래박쥐나물을 포함함으로써 향상시킬 수 있어 기능성 및 기호성 모두 우수한 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 암 예방 또는 치료용 약학 조성물은 상기 조성물을 포함한다.
본 발명에 따른 약학 조성물은 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 화합물은 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제할 수 있다.
또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.
비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 약학 조성물의 투여량은 투여경로, 질병의 정도, 성별, 체중, 나이 등에 따라서 증감될 수 있다. 따라서, 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기 본 발명의 약학 조성물은 약제학적으로 유효한 양으로 투여될 수 있는데, 본 발명의 용어 "약제학적으로 유효한 양"이란 의학적 치료 또는 예방에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료 또는 예방하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 질환의 중증도, 약물의 활성, 환자의 연령, 체중, 건강, 성별, 환자의 약물에 대한 민감도, 사용된 본 발명 조성물의 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율 치료기간, 사용된 본 발명의 조성물과 배합 또는 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 단독으로 투여하거나 공지된 면역치료제와 병용하여 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하다.
상기 약학 조성물의 제형은 크림, 젤, 패치, 분무제, 에멀젼제, 연고제, 경고제, 로션제, 용제, 현탁제로부터 선택되는 것이다.
상기 의약품의 제조에 있어서 본 발명에 따른 대사성 질환의 예방 및 치료용 조성물의 함량은 약제의 형태에 따라 다르며, 투여량 또한 치료되는 대상의 종류, 투여경로, 체중, 성별, 나이, 질환의 정도에 따라 통상의 기술자의 수준에서 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 그 제형은 이에 제한하는 것은 아니며 통상의 기술자의 수준에서 용이하게 변경 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 암 예방 또는 개선용 기능성 식품 조성물은 상기 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
본 발명에 따른 기능성 식품 조성물은 건강보조의 목적으로 특정성분을 원료로 하거나 식품원료에 들어있는 특정성분을 추출, 농축, 정제, 혼합 등의 방법으로 제조, 가공한 식품으로 건강보조식품을 포함하며, 기타, 식품성분이 갖는 생체방어, 생체리듬의 조절, 질병의 방지와 회복 등 생체조절기능을 생체에 대하여 충분히 발휘할 수 있도록 설계되고 가공된 식품으로서, 질병의 예방 및 질병의 회복 등과 관련된 기능도 갖는 것을 모두 포함하는 것으로 한다.
상기 기능성 식품 조성물은 분말, 과립, 정제, 캡슐, 시럽 또는 음료의 형태로 제공될 수 있으며, 이외에 다른 식품 또는 식품 첨가물과 함께 사용되고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효성분의 혼합 양은 그의 사용 목적 예를 들어 예방, 건강 또는 치료적 처치에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
본 발명의 암 예방 또는 개선용 조성물에 의하면 전호를 유효성분으로 포함함으로써 부작용의 문제가 없으면서도 암 세포의 성장, 집락 형성을 억제함으로써 종양 형성을 예방할 수 있으며, 암세포의 아폽토시스 유발을 통해 항암 활성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 조성물을 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물 제공이 가능할 수 있으며, 본 발명의 조성물을 포함함으로써 기능성 뿐 아니라 기호도가 우수한 암 예방 또는 개선용 기능성 식품 조성물 제공이 가능할 수 있다.
도 1은 상이한 EGFR 돌연변이 상태를 갖는 인간 비소세포폐암(NSCLC) 세포주의 성장에 대한 전호 뿌리 추출물(EPP)의 효과에 관한 것이다.
도 2는 상이한 EGFR 돌연변이 상태를 갖는 인간 비소세포폐암(NSCLC) 세포주의 콜로니 형성에 대한 전호 뿌리 추출물(EPP)의 효과에 관한 것이다.
도 3은 상이한 EGFR 돌연변이 상태를 가진 인간 비소세포폐암(NSCLC) 세포주에서 전호 뿌리 추출물(EPP)에 의한 세포자멸사 유도에 관한 것이다.
도 4는 EGFR 돌연변이 상태가 다른 인간 비소세포폐암(NSCLC) 세포주에서 전호 뿌리 추출물(EPP)에 의한 STAT3 및 AKT의 비활성화에 관한 것이다.
도 5는 EGFR 돌연변이 상태가 다른 인간 비소세포폐암(NSCLC) 세포주에서 전호 뿌리 추출물(EPP)에 의한 MET 차단에 관한 것이다.
도 6은 EPP의 항암 효과에 기여하는 특정 화합물의 식별에 관한 것이다.
도 7은 EGFR 야생형 H1299 세포에서 MET 신호전달 경로의 활성에 대한 EPP의 효과에 관한 것이다.
도 8은 HPLC-MS 분석에 의한 EPP로부터의 프라에룹토린 A(praeruptorin A)의 확인에 관한 것이다.
도 9는 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 세포 성장 억제에 관한 것이다.
도 10은 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 집락 형성 억제에 관한 것이다.
도 11은 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 세포자멸사 유도에 관한 것이다.
도 12는 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 STAT3 및 Src의 비활성화에 관한 것이다.
도 13은 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서 STAT3 매개 과루근 추출물(TK) 유도 아폽토시스의 비활성화에 관한 것이다.
도 14는 HPLC-MS 분석을 통한 과루근 추출물(TK)로부터의 쿠커비타신 B 식별에 관한 것이다.
도 15는 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 AKT 및 mTOR 비활성화에 관한 것이다.
도 16은 대식세포의 세포 생존력에 대한 반하 추출물(ETPT)의 효과에 관한 것이다.
도 17은 암세포를 향한 대식세포의 이동에 대한 반하 추출물(ETPT)의 효과에 관한 것이다.
도 18은 RAW 264.7 세포에서 M2 대식세포 마커 유전자의 발현에 대한 반하 추출물(ETPT)의 효과에 관한 것이다.
도 19는 RAW 264.7 세포에서 STAT3 및 STAT6의 인산화에 대한 반하 추출물(ETPT)의 효과에 관한 것이다.
도 20은 M2 대식세포 자극 암세포 이동에 대한 반하 추출물(ETPT)의 효과에 관한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[실험예 1 : 전호 추출물의 항암 효과]
1. 실험 방법
1.1. 전호 추출물(EPP)의 제조
2021년 4월 23일 중국 구이저우산 전호(PP) 뿌리를 본초마루(서울, 한국)에서 구매하였다. 샘플 인증은 (주)덕인약품(서울, 한국)에서 수행했다. 바우처 샘플(#21152-01)은 부산 동의대학교 한의과대학 병리학 연구실 식물 표본실에 기탁되었다. 전호(PP)의 뿌리(50g)를 40℃에서 48시간 동안 진탕 배양기에서 800mL의 80% 에틸 알코올로 추출하였다. 첫 번째 추출물이 수집되면, 300mL의 80% 에틸 알코올을 다시 전호 뿌리에 첨가하고 두 번째 추출에서 추가로 24시간 동안 인큐베이션했다. 이어서, 제1 및 제2 추출물의 혼합물을 감압하에 진공 회전 증발기를 사용하여 농축 단계를 거쳤다. 농축 추출물을 3일 동안 동결 건조시킨 후 EPP 분말 12.53g을 얻었다(수율 = 25.06%). 그런 다음 EPP 분말을 디메틸 설폭사이드(DMSO;Amresco, Solon, OH, USA) 200 mg/mL로, 즉시 사용하기 전에 작업 농도로 희석했다.
1.2. HPLC-MS 분석
HPLC 분석은 Dionex UltiMate 3000 UHPLC system(Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA, USA) 및 Thermo Chromeleon 7 소프트웨어(Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA, USA)를 사용하여 수행하였다. Praeruptorin A(ChemFaces, Wuhan, China) 및 EPP 분말은 각각 20mg/mL 및 50g/mL의 최종 농도에서 50% 메탄올에 용해되었다. 증류수(DW)를 용매 A로, 아세토니트릴을 용매 B로 사용하여 YMC Triart C18 컬럼(150 x 2.0 mm, 3 m)에서 분리를 수행했다. 이동 조건은 다음과 같다: 초기에 80% 용매 A 및 20% 용매 B, 30분 동안 10% 용매 A 및 90% 용매 B, 5분 동안 10% 용매 A 및 90% 용매 B, 0.5분 동안 80% 용매 A 및 20 % 용매 B, 최종 조건으로 9.5분 동안 80% 용매 A 및 20% 용매 B. 유속은 0.2mL/분이었고 컬럼 온도는 25℃였다. 검출 파장은 330nm였다. MS 분석은 Compact 질량 분석기 LC-MS 시스템(Advion, Ithaca, NY, USA)을 사용하여 수행되었다. 질량 스펙트럼은 양의 전자분무 이온화(ESI) 모드에서 m/z 100-1200에 걸쳐 기록되었다.
1.3 세포배양(Cell Culture)
PC9, H1299 및 H1975 인간 NSCLC 세포주는 이호영 교수(서울대학교, 서울, 한국)에 의해 제공되었다. 세포를 10% 소태아혈청(FBS;WelGENE)과 1% 항생제(WelGENE)가 첨가된 RPMI-1640 배지(WelGENE, 대구, 한국)에서 배양하고 5% CO2 조건에서 37℃로 유지하였다. 에를로티닙 내성 PC9(PC9/ER) 세포주는 이전 연구에서 설명한 대로 확립되었다. PC9/ER 세포는 25M erlotinib이 포함된 RPMI-1640 배지에서 배양하였으며, 기타 배양 조건은 상기와 동일하였다.
1.4 MTT Assay
세포를 96-well plates에 3x103개 cells/well의 밀도로 시딩하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 72시간 동안 EPP(0.5-5μg/mL) 또는 PA, PB(ChemFaces) 및 PX(ChemFaces)를 포함한 구성 성분으로 처리하였다. 이어서 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide; Duchefa, Haarlem, The Netherlands) 용액(4 mg/mL)을 0.4 mg/mL의 최종 농도로 배양 배지에 첨가하고 추가 2시간 동안 인큐베이션 하였다. 그런 다음 배양 배지를 조심스럽게 버리고 불용성 MTT 포르마잔을 100L의 DMSO를 첨가하여 가용화시켰다. 세포 생존율은 마이크로플레이트 리더(SpectraMax M3; Molecular Devices, San Jose, CA, USA)를 사용하여 540 nm에서 각 웰의 흡광도를 측정하여 평가하였다.
1.5. 트리판 블루 배제 분석(Trypan Blue Exclusion Assay)
세포를 12-well plates에 2×104cells/well의 밀도로 플레이팅하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 다양한 농도의 EPP(0.5-2.5g/mL)로 처리하였다. 세포를 12-웰 플레이트에 2x104 cells/well의 밀도로 플레이팅하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 다양한 농도의 EPP(0.5-2.5μg/mL)로 처리했습니다. 세포를 EPP 처리 후 24시간, 48시간 및 72시간에 수집하고 인산완충식염수(PBS; Donginbio, Seoul, Korea)에 현탁시켰다. 그런 다음 세포 현탁액을 동일한 부피의 0.4% 트립판 블루 용액(WelGENE)과 혼합하였다. 청색을 띤 세포는 죽은 세포로 간주하고 무색의 살아있는 세포의 수를 혈구계산기를 이용하여 계수하였다.
1.6. 콜로니 형성 분석(Colony Formation Assay)
고정 의존성 콜로니 형성 분석을 위해, 세포를 12-well plates에서 2 x 102cells/well의 밀도로 단일 세포 현탁액으로 플레이팅하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포에 다양한 농도의 EPP(0.25-1g/mL)를 주입하고 콜로니가 완전히 성장할 때까지 14일 동안 배양했다. EPP를 포함하는 배양 배지는 3일마다 교체되었다. 콜로니를 메탄올로 5분간 고정하고 헤마톡실린(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로 30분간 염색한 후 증류수(DW)로 여러 번 세척하였다. 모든 절차는 실온에서 수행되었다. 암 세포의 고정-독립적 집락 형성 능력은 soft agar assay를 사용하여 평가되었다.
먼저 4% SeaPlaque agarose(Lonza, Rockland, ME, USA)를 따뜻한 배양 배지로 희석하여 만든 1% bottom agar를 24-well plate에 씌운 후 상온에서 1시간 동안 응고시켰다. 그 다음, 1x103 세포를 함유하는 0.4% 상부 한천을 하부 한천에 첨가하였다. 상온에서 상한 한천이 완전히 응고된 후, 상온에서 다양한 농도의 EPP(0.5-2.5 μg/mL)를 포함하는 0.5mL의 온배양 배지를 상한 한천에 첨가하였다. 처리 후 14일에, 0.5 mg/mL의 배양 배지에 MTT 용액을 첨가하여 콜로니를 염색하고 37℃에서 1.5시간 동안 인큐베이션하였다. 그 다음 배양액을 PBS로 교체하고 디지털 카메라(Canon, Tokyo, Japan)로 콜로니 이미지를 촬영하였다.
1.7. 유세포 분석(Flow Cytometry)
세포를 6-well plates에 1x105cells/well의 밀도로 플레이팅하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 72시간 동안 1μg/mL 또는 2.5μg/mL EPP로 처리하였다. 세포 주기 분석을 위해 세포를 4℃에서 1시간 동안 80% 에틸 알코올로 고정하고 30μg/mL RNase A가 보충된 50μg/mL 요오드화 프로피듐(PI) 용액(Sigma-Aldrich)으로 30분 동안 염색하였다. 그 다음 세포를 세척하고 PBS에 재현탁시켰다. 세포주기 분포는 유세포분석에 의해 분석되었다.(FACSCaliber, Becton Dickinson and Company, San Jose, CA, USA). 세포 사멸 집단으로 간주되는 sub-G1 DNA 함량을 가진 세포의 백분율은 CellQuest 소프트웨어를 사용하여 측정되었다. annexin V-PI 이중 염색 분석을 사용하여 세포 사멸 세포도 검출되었다. 72시간 동안 EPP(1μg/mL 또는 2.5μg/mL)를 처리한 세포를 제조업체의 지침에 따라 Annexin V-FITC Apoptosis Detection Kit I(BD Biosciences Pharmingen, San Diego, CA, USA)으로 염색하였다. 염색된 세포는 유세포분석기(FACSCaliber, Becton Dickinson and Company)를 통해 분석하였고, Annexin Vpositive 세포의 백분율은 CellQuest 소프트웨어를 사용하여 측정하였다.
1.8. DAPI 염색(DAPI Staining)
세포를 6-well plates에 1x105cells/well의 밀도로 플레이팅하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 72시간 동안 1μg/mL 또는 2.5μg/mL EPP로 처리하였다. 이어서, 세포를 4℃에서 30분 동안 3.7% 파라포름알데히드(Sigma-Aldrich)로 고정하고 200L의 PBS에 재현탁시켰다. 그런 다음 Cytospin(Shandon Inc., Pittsburgh, PA, USA)을 사용하여 슬라이드 글라스에 세포를 부착하였다. 핵 염색을 위해 세포를 4,6-diamidino-2-phenylindole-dihydrochloride(DAPI) 용액으로 최종 농도 2.5μg/mL로 암실에서 10분 동안 염색하였다. PBS로 2회 세척한 후 세포를 마운팅 배지(Biomeda, Foster City, CA, USA)로 장착하고 형광 현미경(Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany)으로 200배 배율로 핵을 관찰하였다.
1.9. 웨스턴 블롯 분석(Western Blot Analysis)
세포는 프로테아제 억제제 칵테일(Thermo Fisher Scientific) 및 포스파타제 억제제(1mM Na3VO4 및 100mM NaF)가 첨가된 차가운 RIPA 완충액(Thermo Fisher Scientific)으로 용해되었다. 각 시료의 단백질 농도는 BCA(bicinchoninic acid) protein assay kit(Pierce Biotechnology, Rockford, IL, USA)를 이용하여 측정하였다. 단백질을 로딩하고(레인당 20μg) 8-12% 나트륨 도데실 설페이트(SDS)-폴리아크릴아미드 겔 전기영동(PAGE)으로 분리하였다. 그런 다음 단백질을 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 막(Millipore, Bedford, MA, USA)으로 옮겼다. 막을 3% 소 혈청 알부민(BSA, GenDEPOT, Barker, TX, USA)으로 30분 동안 차단하고 4℃에서 밤새 1:1000 희석으로 표시된 1차 항체를 사용하여 면역블롯팅을 실시하였다. 0.1% Tween-20(TBST)이 보충된 Tris-buffered saline(TBS)으로 여러 단계를 세척한 후, 멤브레인을 실온에서 1시간 동안 2차 항체(1:10,000 희석)로 탐침하였다. D-Plus ECL Femto System(동인바이오, 서울, 한국)을 사용하여 특정 신호를 감지하였다. 각 얼룩의 강도는 ImageJ 소프트웨어(버전 1.52a; National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)를 사용하여 정량화되었다. 액틴 항체(Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)를 제외한 모든 1차 항체는 Cell Signaling Technology(Beverly, MA, USA)에서 구입했으며, 해당 항-마우스 및 항-토끼 2차 항체는 각각 Bethyl 연구소(미국 텍사스주 몽고메리) 및 엔조생명과학(Farmingdale, 뉴욕, 미국)에서 각각 구입하였다.
1.10. 역전사-정량적 중합효소 연쇄 반응(RT-qPCR)(Reverse Transcription-Quantitative Polymerase Chain Reaction (RT-qPCR))
총 RNA는 TRIzol 시약(Invitrogen; Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 추출하고 마이크로플레이트 리더(SpectraMax M3; Molecular Devices)를 사용하여 정량하였다. PrimeScript RT 시약 키트(Takara, Shiga, Japan)를 사용하여 첫 번째 가닥 cDNA를 합성하기 위해 Total RNA(1μg)를 사용하였다. cDNA 템플릿을 nuclease-free water에 50배 희석하고 SYBR green(Enzynomics, 대전, 한국)을 사용하여 CFX Connect Real-Time PCR Detection System(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)에서 실시간 정량 PCR 분석을 수행하였다. 각 유전자에 대한 primer sequence와 annealing 온도는 하기 표 1과 같다.
Name Primer Sequence(5'→ 3') AT1(℃)
MMP-2 Forward : CGC ATC TGG GGC TTT AAA CAT
Reverse : CCA TTA GCG CCT CCA TCG TA
60
Cyclin D1 Forward : CCT GTC CTA CTA CCG CCT CA
Reverse : TCC TCC TCT TCC TCC TCC TC
55
Twist Forward : TGT CCG CGT CCC ACT AGCReverse : TGT CCA TTT TCT CCT TCT CTG GA 55
C-myc Forward : CTT CTC TCC GTC CTC GGA TTC T
Reverse : GAA GGT GAT CCA GAC TCT GAC CTT
55
VEGF Forward : AGG AGG AGG GCA GAA TCA TCA
Reverse : CTC GAT TGG ATG GCA GTA GCT
55
Bcl-Xl Forward : GTT CCC TTT CCT TCC ATC C
Reverse : TAG CCA GTC CAG AGG TGA G
55
Actin Forward : ACT ACC TCA TGA AGA TC
Reverse : GAT CCA CAT CTG CTG GAA
55
1.11. 통계 분석(Statistical Analysis)
각 결과는 3개의 독립적인 실험의 평균 표준 편차(SD)로 표시된다. 통계 분석은 paired Student's t-test를 사용하여 수행되었다. p < 0.05에서의 차이는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.
2. 실험 결과
2.1. NSCLC 세포에서 EPP에 의한 세포 성장 억제
다른 EGFR 돌연변이 상태를 가진 NSCLC 세포의 세포 성장에 대한 EPP의 효과를 조사했다. 하기 도 1A-D에 표시된 바와 같이 H1299(EGFR 야생형), PC9(엑손 19에서 EGFR Glu746-Ala750 결실 돌연변이, EGFR TKI 민감성), H1975(EGFR L858R/T790M 이중 돌연변이, EGFR TKI- 내성) 및 PC9/ER(erlotinib 내성) 세포는 농도 및 시간 의존적 방식으로 EPP에 의해 감소되었으며, 이는 MTT 분석에 의해 측정되었다(도 1A-D). 트립판 블루 배제 분석의 결과는 또한 EPP 처리 후 농도 및 세포 증식의 시간 의존적 감소를 보여주었다. EPP의 0.5μg/mL만 NSCLC 세포에서 항증식 효과를 발휘하기에 충분했다(도 1E-H). 이러한 결과는 EPP가 EGFR 돌연변이 상태 및 EGFR TKI 내성의 존재 여부에 관계없이 NSCLC 세포의 세포 성장을 억제한다는 것을 종합적으로 입증한다.
2.2. NSCLC 세포에서 EPP에 의한 집락 형성 억제
암세포는 종양 형성 동안 집락을 형성하므로, 다른 EGFR 돌연변이 상태를 가진 NSCLC 세포의 집락 형성에 대한 EPP의 효과를 조사하였다. H1299, PC9, H1975 및 PC9/ER 세포 콜로니(colony)의 수가 EPP 처리 14일 후에 농도 의존적으로 점차적으로 감소한다는 것을 발견하였다. MTT 분석이나 트리판 블루 배제 분석보다 처리 기간이 길기 때문에, 매우 낮은 농도의 EPP(0.25μg/mL)는 NSCLC 세포의 콜로니 형성을 유의하게 억제했다(도 2A,B). 3D 종양 발생 환경을 모방하기 위해 소프트 한천 분석을 추가로 수행하였다.
그 결과, EPP가 H1299, PC9 및 H1975 세포 콜로니의 수를 용량 의존적으로 감소시키는 것으로 나타났다(도 2C,D). 0.5 μg/mL EPP 처리 후 집락 형성이 감소하는 경향이 있었지만, 이러한 변화는 높은 표준 편차로 인해 유의하지 않았다. 1μg/mL 이상의 EPP 처리는 세포주에서 콜로니 형성을 억제하였다(그림 2C,D). 종합하면, 우리의 관찰은 EPP가 EGFR 돌연변이 상태 및 EGFR TKI 내성의 존재에 관계없이 매우 낮은 농도에서 NSCLC 세포의 집락 형성 능력을 감소시켰음을 나타낸다. 이러한 결과는 EPP가 암의 초기 단계에 적용되어 종양 형성을 억제할 수 있음을 시사한다.
2.3. NSCLC 세포에서 EPP에 의한 세포자멸사 유도
전호 뿌리 추출물(EPP)의 항증식 및 항집락 형성 효과가 세포자멸사 유도와 관련이 있는지 알아보기 위해 유세포 분석을 수행하였다. sub-G1 DNA 함량을 가진 세포의 백분율이 4개의 NSCLC 세포주에서 용량 의존적으로 증가한다는 것을 관찰하였다(도 3A). 우리는 annexin V-PI 이중 염색 분석을 사용하여 세포 사멸이 감지되었을 때 유사한 결과를 얻었다. annexin V 양성 세포의 비율은 EPP 처리 72시간에 의해 상당히 증가했다(그림 3B). 다음으로 핵 형태 변화가 세포 사멸의 또 다른 마커이기 때문에 40,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI) 염색 분석을 수행했다. 도 3C에 나타낸 바와 같이, 아폽토시스 세포의 전형적인 특징인 응축 및 단편화된 핵을 갖는 세포의 수는 농도 의존적 방식으로 EPP 처리에 의해 증가하였다(도 3C). 일관되게, 절단된 PARP 및 절단된 카스파제-3, 세포자멸사의 마커 단백질의 발현은 EPP 처리 후 상향 조절되었다(도 3D). 이러한 결과는 EPP가 EGFR 돌연변이 상태 및 EGFR TKI 내성의 존재 여부에 관계없이 NSCLC 세포에서 세포자멸사를 유발한다는 것을 분명히 나타낸다.
2.4. NSCLC 세포에서 EPP에 의한 STAT3 및 AKT의 비활성화
EPP가 NSCLC 세포에서 항암 활성을 발휘하는 분자 메커니즘을 탐구하였다. EPP가 EGFR TKI에 민감한 세포와 EGFR TKI에 내성이 있는 세포 모두에서 세포자멸사를 유도한다는 것을 관찰하였다. 이로부터, 암세포 증식뿐만 아니라 EGFR TKI 내성의 출현에 기여하는 AKT 및 STAT3를 포함한 여러 분자 후보를 가정하였다. 그 결과는 STAT3와 AKT가 모두 4개의 NSCLC 세포주에서 EPP 처리에 의해 일반적으로 시간 의존적 방식으로 탈인산화되었음을 보여주었다(도 4A). 일관되게, STAT3 표적 유전자의 mRNA 수준은 EPP 처리된 세포에서 감소하는 경향이 있어, EPP가 STAT3의 전사 활성을 약화시켰음을 시사한다(도 4B).
2.5. NSCLC 세포에서 EPP에 의한 MET 신호 전달 경로 차단
STAT3 및 AKT의 상류 키나제일 가능성이 있는 MET의 인산화 수준을 조사하였다. 하기 도 5A에 나타난 바와 같이 간세포 성장 인자(HGF)는 MET의 인산화를 자극하였고, 이는 EPP 전처리에 의해 방지되었다. AKT의 인산화 수준도 MET와 동일한 패턴을 보여 MET가 AKT 활성 조절에 관여했음을 나타낸다(도 5A). 그러나 HGF는 STAT3를 인산화하지 않았으며, 이는 STAT3 활성이 MET 독립적인 메커니즘에 의해 조절될 수 있음을 시사한다(도 5A). 또한, HGF에 의한 MET 인산화는 EGFR 야생형 H1299 세포에서 EPP에 의해 억제되지 않았으며, 이는 STAT3 및 AKT의 활성을 조절하는 EPP의 상류 표적이 세포 유형에 따라 다를 수 있음을 나타낸다(도 7).
MET 증폭과 단백질 과활성화는 EGFR 표적 치료제의 중요한 내성 기전이므로 EPP를 적용하여 EGFR TKI 내성을 극복할 수 있다고 가정하였다. 특히, PC9/ER 세포에서 에를로티닙 처리 후 MET나 AKT가 탈인산화되지 않은 반면, PC9 세포에서는 에를로티닙에 의해 활성이 완전히 억제된다는 것을 발견하였다(도 5B). 이러한 결과는 MET 활성화가 PC9/ER 세포에서 에를로티닙 내성과 관련될 수 있음을 시사한다. MET 활성이 EGFR TKI 내성 생성에 중요한지 여부와 EPP가 erlotinib 내성을 억제할 수 있는지 여부를 확인하기 위해 MTT 분석을 수행하였다. 도 5C에 나타난 바와 같이, HGF 처리는 PC9 세포에서 에를로티닙 내성을 일으켰으며, 이는 에를로티닙과 EPP의 병용 처리에 의해 역전되었다(도 5C). MET/AKT 경로의 활성화는 HGF-유도된 에를로티닙 내성에 관여하였고, EPP는 PC9 세포에서 MET 및 AKT의 인산화를 유의하게 억제하였다(도 5D). 종합하면, 이러한 결과는 EPP가 MET 신호전달 경로를 억제함으로써 EGFR TKI 민감 세포뿐만 아니라 EGFR TKI 내성 세포에서도 항암 효과를 발휘함을 입증한다.
2.6. 전호 뿌리 추출물(EPP)의 항암 효과에 기여하는 특정 화합물의 식별
EPP에서 일반적으로 전호의 뿌리에서 발견되는 쿠마린인 praeruptorin A(PA)를 확인하기 위해 고성능 액체 크로마토그래피-질량 분석(HPLC-MS) 분석을 수행하였다. PA 및 EPP의 총 크로마토그램은 UV 검출을 통해 330 nm에서 획득하였으며, PA의 피크가 25.95분의 유지 시간에서 감지되었음을 발견하였다(도 8 및 표 2). EPP의 크로마토그램에는 머무름 시간이 25.94분인 피크도 포함되어 있다. 또한 MS 분석을 통해 검출된 EPP 피크의 분자량은 m/z 404.1[M + H]+에서 PA의 분자량과 동일하여 EPP에 PA가 포함되어 있음을 나타낸다(도 8 및 표 2). PA는 전호 뿌리의 표준화에 사용될 수 있으므로 본 연구에서는 표준화된 전호 표본이 사용되었음을 보여준다.
Name RT1 MS2[M+H]+(m/z)
PA3 25.95 404.0
EPP4 peak 25.94 404.1
(1 RT: retention time, 2 MS: mass spectrometry, 3 PA: praeruptorin A, 4 EPP: the root extract of Peucedanum praeruptorum Dunn.)
EPP의 어떤 성분이 EPP의 항암 활성에 기여하는지 추가로 조사를 진행하였다. 전호 뿌리에 함유된 쿠마린인 PA, 프라에룹토린 B(PB) 및 프테릭신(PX)을 NSCLC 세포에서 처리하였다. 화학 구조는 하기 도 6A와 같다. 하기 도 6B에 도시된 바와 같이, 세포 생존율은 농도 의존적 방식으로 PA 또는 PX 처리에 의해 유의하게 감소한 반면, 이들 세포주에서 PB의 성장 억제 효과는 상대적으로 미미하였다. PA와 PX는 모두 H1975 세포에서 annexin Vpositive 세포의 비율을 증가시키고 PARP의 절단을 상향 조절하여 PA와 PX가 세포 사멸을 유도했음을 시사한다(도 6C,D). 그러나, 절단된 caspase-3의 발현은 PX에 의해서만 증가하고 PA에 의해서는 증가하지 않았으며, 이는 PA와 PX가 세포자멸사를 유도하는 메커니즘이 다를 수 있음을 나타낸다(도 6D).
다음으로, 우리는 MET 신호 전달 경로의 활성에 대한 PA 및 PX의 영향을 평가하기 위해 웨스턴 블롯 분석을 수행하였다. 우리는 PA와 PX가 H1975 및 PC9/ER 세포에서 HGF에 의해 유도된 MET의 인산화를 억제한다는 것을 발견하였다(도 6E, F). STAT3는 HGF에 의해 활성화되지 않았지만 PA 또는 PX 처리에 의해 명확하게 탈인산화되었으며, 이는 도 5A(도 6E,F)의 결과와 일치했습니다. 그러나 PA와 PX 모두 AKT의 HGF 자극 인산화를 억제하지 않았으며, 이는 EPP의 다른 구성요소가 AKT 활성을 억제할 것임을 시사한다(그림 6E,F). AKT는 PB에 의해 탈인산화되었으며, 이는 phospho-MET의 약간의 감소와 병행되었다(그림 6G). 종합하면, 상기 결과는 PA, PB 및 PX를 포함한 EPP의 여러 구성 요소에 의해 NSCLC 세포에서 EPP의 항암 활성에 기여함을 나타낸다.
[실험예 2 : 과루근 추출물의 항암활성]
1. 실험 방법
1.1. 과루근 추출물(TK)의 제조
과루근 추출물은 알코올 추출물로, 건조된 과루근 T. kirilowii(Bonchomaru, Seoul, Korea) 뿌리 50g을 산발적인 초음파 처리 및 40℃의 진탕 인큐베이터에서 진탕(120rpm)하면서 인큐베이션하여 800mL의 80% 에틸 알코올로 추출하여 제조하였다. 48시간 배양 후 1차 추출물을 수집하여 4℃에 보관하였다. 과루근(T.kirilowii)의 뿌리를 80% 에틸알코올 300mL로 1차 추출과 동일한 조건의 진탕 배양기에서 48시간 배양하여 재추출하였다. 1차 추출물과 2차 추출물을 합하여 여과한 후 감압 진공 회전 증발기를 이용하여 농축하였다. 농축된 추출물을 72시간 동안 동결건조하여 3.74g의 과루근(TK) 분말을 얻었다. 수율은 7.48%였다. 과루근(TK) 분말을 디메틸 설폭사이드(DMSO; Amresco, Solon, OH, USA)에 50 mg/mL로 용해시키고 -80℃에서 보관하였다.
1.2. 세포배양
H1299(EGFR 야생형, 1차 EGFR TKI 내성) 및 H1975(EGFR L858R/T790M 이중 돌연변이, EGFR TKI 내성 획득) 인간 NSCLC 세포주는 American Type Culture Collection(ATCC, Manassas, VA, USA)에서 구입하였다. PC9/ER(erlotinib-resistant PC9) 및 PC9/GR(gefitinib-resistant PC9) 세포주는 앞서 설명한 대로 확립되었다. 세포는 100 mL/L 소태아혈청(FBS; WelGENE), 100,000 U/L 페니실린(WelGENE) 및 100 mg/L 스트렙토마이신(WelGENE)이 보충된 RPMI-1640 배지(WelGENE, 대구, 한국)에서 성장시켰다. 세포는 5% CO2 이하 및 37℃ 가습된 대기에서 배양되었다. PC9/ER 및 PC9/GR 세포는 각각 에를로티닙(10μM) 또는 제피티닙(10μM)을 함유하는 배양 배지에서 유지하였다.
1.3. MTT 분석
세포를 2 x 103cells/well의 밀도로 96-well plates에 접종하였다. 세포를 밤새 안정화하고 72시간 동안 표시된 농도의 TK(25-100㎍/mL)로 처리한 후, 0.4 mg/mL의 최종 농도에서 배양 배지에 MTT[3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide); Duchefa, Haarlem, The Netherlands] 용액을 첨가하였습니다. 2시간의 인큐베이션 후, 상층액을 버리고 MTT 포르마잔을 100㎕ DMSO에 용해시켰다. 그런 다음, 플레이트를 30분 동안 formazan이 완전히 용해될 때까지 흔든 후 마이크로플레이트 리더(SpectraMax M3; Molecular Devices, San Jose, CA, USA)를 사용하여 540 nm의 파장에서 각 웰의 흡광도를 측정하였다.
1.4. 트리판 블루 배제 분석(Trypan blue exclusion assay)
세포를 12-well plates에 2 x 104cells/well의 밀도로 시딩하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 지시된 농도의 TK(25-100μg/mL)로 처리하였다. 24-72시간 동안의 과루근 추출물(TK) 처리 후, 세포를 수집하고 세척하고 최종 농도 0.1%의 트립판 블루 용액(WelGENE)으로 염색하였다. 파란색으로 염색된 세포와 염색되지 않은 세포는 각각 죽은 세포와 살아있는 세포로 간주되었다. 세포 증식에 대한 과루근 추출물(TK)의 영향을 평가하기 위해 살아있는 세포의 수를 현미경(Leica, Wetzlar, Germany)으로 계수하였다.
1.5. 앵커리지 의존형 콜로니 형성 분석(Anchorage-dependent colony formation assay)
세포는 12-well plate에 2 × 102 cells/well의 밀도로 접종되었다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 14일 동안 표시된 농도의 TK(25-100μg/mL)로 처리하였다. 과루근 추출물(TK)가 포함된 배지는 3일마다 교체하였다. 14일 후, 콜로니를 phosphate-buffered saline(PBS)으로 2회 세척하고 메탄올로 10분간 고정한 후 hematoxylin(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로 30분간 염색하였다. 콜로니(집락)의 이미지는 디지털 카메라(Canon, Tokyo, Japan)로 얻었고, 콜로니의 수를 세었다.
1.6. 연질 한천 분석(Soft agar assay)
4% SeaPlaque agarose(Lonza, Rockland, ME, USA)를 녹이고 따뜻한 배양 배지와 혼합하여 1% bottom agar를 제조하고 24-well plates에 겹쳐 실온에서 고형화시켰다. 이후, 세포(1 x 103)를 완전한 RPMI-1640 배지와 1% 한천을 3:2의 비율로 혼합하여 제조한 0.4% 한천(상부 한천) 0.5mL에 현탁하고 바닥 한천에 첨가했다. 상부 한천을 고형화시킨 후, TK(25-100㎍/mL)를 함유하는 500㎕의 따뜻한 배양 배지를 각 웰에 첨가하였다. 플레이트를 CO2 인큐베이터에서 14일 동안 인큐베이션하였다. 배지는 3일마다 교체하였다. 배양 14일 후, MTT 용액을 최종 농도 0.5 mg/mL로 배양 배지에 첨가하고 37℃에서 2시간 동안 배양하였다. 그 후, 배양 배지를 버리고 500μl의 PBS로 교체했습니다. 콜로니 이미지는 디지털 카메라(Canon)로 획득하여 콜로니 수를 세었다.
1.7. 유세포 분석(Flow cytometry)
세포를 1 x 105개 cells/well의 밀도로 6-well plates에 접종하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 48시간 동안 과루근 추출물(TK)로 처리하고 유세포 분석에 적용하였다. 세포주기 분석을 위해 세포를 -20℃에서 밤새 차가운 80% 에탄올로 고정하고 30분 동안 RNase A(Sigma) 30 μg/mL로 보충한 프로피듐 요오드화(PI)용액 (Sigma-Aldrich) 50μL/mL로 염색하였다. 8000 rpm에서 원심분리한 후, 세포 펠릿을 500 μL의 PBS로 재현탁시켰다. 세포 주기의 각 단계에서 DNA 함량은 유세포 분석기(FACSCaliber, Becton Dickinson and Company, San Jose, CA, USA)를 사용하여 결정되었다. Annexin V-PI 이중 염색 분석의 경우, 제조사의 프로토콜(BD Biosciences Pharmingen, San Diego, CA, USA)에 따라 Annexin V-FITC Apoptosis Detection Kit I을 사용하여 세포를 annexin V-FITC 및 PI로 염색했다. 아폽토시스로 간주되는 Annexin V-양성 세포 집단은 유세포 분석법(FACSCaliber)을 통해 측정되었다.
1.8. DAPI 염색(DAPI staining)
세포를 1 x 105개 cells/well의 밀도로 6-well plates에 접종하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 TK(50, 100㎍/mL)로 72시간 동안 처리하였다. 그런 다음 세포를 4℃에서 30분 동안 3.7% 파라포름알데히드(Sigma-Aldrich)로 고정하고 Cytospin(Shandon Inc., Pittsburgh, PA, USA)을 사용하여 유리 슬라이드로 옮겼다. 세포를 DAPI 용액(2.5 μg/mL)으로 상온에서 20분간 염색하고 PBS로 2회 세척한 후 형광현미경(Leica, Hamburg, Germany)으로 관찰하였다. 핵의 이미지는 x200 배율에서 얻었다.
1.9. 웨스턴 블롯(Western blots)
표시된 조건에서 처리된 세포는 이전에 설명한 대로 웨스턴 블롯 분석을 받았다. 즉, 세포는 프로테아제 억제제 칵테일(Thermo Fisher Scientific) 및 포스파타제 억제제(1mM Na3VO4 및 100mM NaF)가 보충된 RIPA 완충액(Thermo Fisher Scientific)으로 용해되었다. 단백질 정량은 bicinchoninic acid(BCA) protein assay kit(Pierce Biotechnology)를 이용하여 수행하였으며, 각 단백질 시료 20 μg을 sodium dodecyl sulfate(SDS)-polyacrylamide gel electrophoresis(PAGE)로 분리하여 polyvinylidene fluoride(PVDF) membranes(Millipore, Bedford, MA, USA)에 옮겼다. 3% 소혈청 알부민(BSA, GenDEPOT, Barker, TX, USA)으로 membranes을 차단하고 4℃에서 밤새 특정 1차 항체(1:1000 희석)로 프로브한 후 실온에서 1시간 동안 2차 항체(1:10,000 희석)로 배양했다. D-Plus ECL Femto System(동인바이오, 서울, 한국)을 사용하여 특정 신호를 감지했다. 포스포-STAT3(Y705), 포스포-Src(Y416), 포스포-AKT(S473), 라파마이신의 포스포-포유류 표적(mTOR, S2448), mTOR 및 절단된 PARP에 대한 1차 항체는 Cell Signaling Technology(Beverly, MA, USA)에서 구입했다. STAT3, Src, AKT 및 액틴에 대한 1차 항체는 Santa Cruz Biotechnology(Santa Cruz, CA, USA)에서 구입했다. 항-마우스 및 항-토끼 2차 항체는 각각 Bethyl Laboratories(Montgomery, TX, USA) 및 Enzo Life Sciences(Farmingdale, NY, USA)에서 구입했다.
1.10. 형질전환(Transfection)
세포를 3 x 105개 cells/well의 밀도로 6-well plates에 접종하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 제조사의 프로토콜에 따라 구성적으로 활성화된 1㎍의 STAT3 플라스미드(pExpress-STAT3Y705D) 또는 Lipofectamine 2000(Invitrogen)을 사용하는 빈 벡터로 형질감염시켰다. pExpress-STAT3Y705D는 이호영 교수(서울대학교)로부터 제공받았다. 48시간 형질감염 후, 세포를 웨스턴 블롯에 적용하여 STAT3 인산화를 분석하였다. 세포를 30시간 형질감염 후, MTT 분석 및 유세포 분석을 위해 다시 시딩하였다. 밤새 안정화시킨 후, 세포를 48시간 동안 표시된 농도의 과루근 추출물(TK)로 처리한 다음, 위에서 설명한 대로 MTT 및 annexin V-PI 이중 염색 분석을 수행했다.
1.11. 고성능 액체 크로마토그래피-질량 분석(HPLC-MS)
HPLC는 Agilent 1200 시리즈 HPLC 시스템(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)을 사용하여 수행되었다. Cucurbitacin B(ChemFaces, Wuhan, China) 및 과루근(TK) 분말을 각각 1 mg/mL 및 100μg/mL 농도의 메탄올에 용해시키고 최종 농도가 각각 100μg/mL 및 100ng/mL인 아세토니트릴로 희석했다. 용액은 0.1% 포름산, 5mM 포름산 암모늄을 포함하는 증류수(DW)를 용매 A 및 0.1% 포름산, 5mM 포름산 암모늄을 포함하는 메탄올을 용매 B와 함께 InfinityLab Poroshell 120 EC C18 컬럼(100 x 2.1mm, 2.7μm)을 사용하여 분리하였다.
HPLC의 이동상은 다음과 같다: 초기 3분 동안, 90% 용매 A 및 10% 용매 B, 4.5분 동안 5% 용매 A 및 95% 용매 B, 2.5분 동안 90% 용매 A 및 10% 용매 B. 컬럼 온도는 25℃, 유속은 0.3mL/min이었다. ESI(Electrospray ionization) 질량 스펙트럼은 Agilent 6410 Triple Quad LC/MS 시스템(Agilent Technologies)을 사용하여 양이온 모드에서 기록되었다.
1.12. Statistical analyses (통계 분석)
각 결과는 삼중 실험에서 얻은 데이터의 평균 ± SD로 표시된다. 통계 분석은 스튜던트 t-검정을 사용하여 수행되었다. p < 0.05인 차이는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.
2. 실험결과
2.1 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 세포 성장 억제
H1299 세포와 H1975, PC9/ER 및 PC9/GR 세포를 포함한 후천 EGFR TKI 내성 세포를 72시간 동안 서로 다른 농도의 TK(25-100μg/mL)로 처리했다. 하기 도 1A에 나타낸 바와 같이, 과루근 추출물(TK)의 처리는 4개 세포주의 생존율을 용량 의존적으로 감소시켰다(도 9A). IC50 값은 H1299, H1975 및 PC9/GR 세포에서 50~100μg/mL, PC9/ER 세포에서 25~50μg/mL 범위였다. 과루근 추출물(TK 의 IC50은 H1299 세포에서 63.86μg/mL였다. 일관되게, 과루근 추출물(TK) 처리는 용량 및 시간 의존적으로 4개의 세포주에서 세포 증식을 억제하였다(도 9B). 과루근 추출물(TK)의 항증식 효과는 과루근 추출물(TK) 처리 24시간 후에 관찰되었다(도 9B). 이러한 결과는 TK 치료가 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포의 세포 성장을 약화시킴을 시사한다.
2.2. EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 집락 형성 억제
다음으로 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC)의 집락 형성에 대한 과루근 추출물(TK)의 영향을 조사하였다. 세포를 단일 세포로 접종하고 14일 동안 다른 농도의 과루근 추출물(TK)로 처리했다. 고정 의존성 집락 형성 분석 결과 H1299, H1975 및 PC9/ER 세포에서 TK 처리에 의해 집락의 수가 유의하게 감소되었음을 보여주었으며, 집락 형성을 차단하기에 충분한 TK의 25 μg/mL를 사용하였다(도 10A 및 10B). 종양 형성의 3D 환경을 모방한 연한천 분석에서도 유사한 결과가 얻어졌다. 도 10C 및 10D에 나타난 바와 같이, H1299 및 H1975 세포에서 25㎍/ml의 TK에 의해 콜로니 형성이 완전히 억제되었다(도 10C 및 10D). 종합하면, 상기 결과는 TK 처리가 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포의 집락 형성 능력을 억제했으며, 이는 TK가 종양 개시를 차단할 수 있음을 시사한다.
2.3. EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 세포자멸사 유도
세포 사멸의 조절 장애는 일반적으로 암의 발병 기전에서 발생한다. 이에, 암세포에서 세포자멸사 신호전달 경로를 복원하는 것은 암을 제거하는 중요한 전략이다. 과루근 추출물(TK)이 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서 세포자멸사를 유발하는지 여부를 조사하기 위해 먼저 유세포 분석을 수행하였다. 세포주기 분석 결과 4개의 세포주에서 일반적으로 apoptosis의 표지자인 sub-G1 DNA의 농도가 농도 의존적으로 점차 증가하는 것으로 나타났다(도 11A). 일관되게, annexin V-양성 세포자멸 세포는 과루근 추출물(TK) 처리에 의해 현저하게 증가하였다(도 11B).
DAPI 염색에 의해 세포자멸사를 결정할 때도 유사한 결과가 얻어졌다. 세포 사멸 핵은 염색질 응축과 DNA 단편화를 특징으로 하며, 그 결과 과루근 추출물(TK) 처리가 용량 의존적 방식으로 EGFR TKI 내성 세포에서 응축 및 단편 핵의 비율을 증가시켰음을 나타내었다(도 11C).
마지막으로 과루근 추출물(TK) 처리 후 세포사멸의 표지 단백질인 절단된 PARP의 발현을 분석하였다. TK 처리는 4개의 세포주에서 PARP의 절단을 강력하게 유도하였다(도 11D). 종합하면, 상기 결과는 TK가 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서 세포자멸사 세포사를 촉발시켰으며, 이는 TK의 항증식 및 항집락 형성 효과와 관련이 있음을 나타낸다.
2.4. EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 과루근 추출물(TK)에 의한 STAT3의 비활성화
다음으로 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서 TK의 항암 효과의 기초가 되는 분자 메커니즘을 탐구하였다. 주로 암세포의 생존 및 증식과 관련된 STAT3 활성에 집중하였다. 또한, 최근 연구에서는 EGFR TKI 내성에서 비정상적인 STAT3 경로를 제시한다. 하기 도 12A 및 12B에 나타난 바와 같이, TK 처리는 EGFR TKI 내성 세포에서 STAT3 인산화를 하향조절하였다. STAT3의 업스트림 키나제인 비수용체 티로신 키나제 Src는 시간 의존적 방식으로 TK에 의해 일관되게 탈인산화되었다. Src는 STAT3보다 먼저 비활성화되었기 때문에 Src를 TK의 업스트림 대상으로 볼 수 있다(도 12A 및 12B). 종합하면, 상기의 결과는 과루근 추출물(TK) 치료가 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서 Src/STAT3 경로를 비활성화한다는 것을 보여준다.
2.5. STAT3의 활성화는 EGFR TKI 내성 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서의 과루근 추출물(TK)로 유도된 세포자멸사 역전
STAT3가 TK의 항암 효과를 매개하는지 여부를 조사하기 위해 H1975 세포에 구성적으로 활성인 STAT3를 형질감염시켰다. Y705D 돌연변이에 의한 STAT3의 구성적 활성화가 TK의 항증식 효과를 손상시킨다고 가정하였다. 하기 도 5A에 도시된 바와 같이, STAT3는 구성적으로 활성화된 STAT3의 형질감염에 의해 강하게 인산화되었다(도 13A). 또한, 예상대로 STAT3로 활성화된 H1975 세포는 비어있는 벡터(EV)로 형질감염된 세포에 비해 TK 처리에 대해 높은 내성을 보였다. 50μg/mL 또는 100μg/mL TK 처리 후, EV-형질감염 세포의 세포 생존율은 51.24% 및 43.77%였으며, STAT3 활성화 세포의 경우 각각 85.27% 및 64.81%였다(도 13B). 세포 사멸 세포의 비율도 phospho-mimetic STAT3 Y705D의 형질 감염 후 77.56 %에서 45.37 %로 감소하였(도 13C). 종합적으로, 상기 결과는 과루근 추출물(TK)이 유도한 세포자멸사가 STAT3 활성화에 의해 역전되었음을 나타내며, 이는 TK가 STAT3의 비활성화를 통해 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에 항암 효과를 발휘했음을 나타낸다.
그러나, 특정 세포 집단은 STAT3 활성화 후에도 TK 처리 후 여전히 세포자멸사를 겪었으며, 이는 TK-유도 세포자멸사를 매개하는 다른 분자의 존재를 시사한다. AKT와 mTOR가 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서 시간 의존적 방식으로 TK 처리에 의해 탈인산화되었음을 관찰했으며, 이는 AKT가 TK의 또 다른 표적임을 시사한다(도 15).
2.6. TK의 HPLC-MS 분석
과루근 추출물(TK)에서 과루근(T. kirilowii)의 마커 성분으로 일반적으로 사용되는 트리테르페노이드 화합물인 cucurbitacin B를 동정하기 위해 HPLC-MS 분석을 수행하였다. Cucurbitacin B는 또한 강력한 항암 효과를 가지고 있는 것으로 보고되어 있다. cucurbitacin B와 TK의 총 크로마토그램은 7.3분의 머무름 시간에서 유사한 피크를 보였다(도 14 및 표 3). MS 데이터에 따르면 TK 피크의 분자량은 m/z 581.5 [M+H]+ cucurbitacin B와 유사하다(도 14 및 표 3). 이러한 결과는 TK에서 쿠커비타신 B의 존재를 분명히 나타낸다.
Name RT1(min) MS2[M+H]+(m/z)
Cucurbitacin B 7.3 581.5
ETK peak 7.3 581.5
(1 RT: retention time, 2 MS: mass spectrometry)
[실험예 3 : 반하 추출물의 항암 효과]
1. 실험 방법
1.1. 반하 추출물(ETPT)의 제조
반하는 ㈜본초마루(Seoul, Korea)에서 구입하였다. 먼저 반하50 g을 곱게 파쇄한 후 80% 에탄올 800 ㎖을 넣어 초음파세척기에서 20분간 sonication 시켰다. Sonication 3회 반복 후 40℃에서 120 rpm으로 교반시키며 48시간 동안 추출하였다. 추출액을 여과하여 모은 후 반하에 다시 80% 에탄올 300 ㎖를 넣어 40℃에서 120 rpm으로 교반시키며 24시간 동안 2차 추출하였다. 2차 추출액 역시 여과 후 1차 추출액과 합쳐 감압농축 및 동결건조하였다. 그 결과 얻어진 1.87 g의 분말(수율 3.74%)을 dimethylsulfoxide (DMSO; Amresco, Solon, OH, USA)에 100 ㎎/㎖로 녹인 후 사용하였으며, 이를 ETPT(ethanol extract of the tuber of Pinellia ternata (Thunb.) Brei)라고 명명하였다.
1.2. 세포 배양
RAW 264.7 마우스 대식세포는 동의대학교 최영현 교수님으로부터 분양받았고, THP-1 인체 단핵세포주와 H1299 인체 폐암세포주는 American Type Culture Collection (Rockville, MD, USA)에서 구입하였다. Lewis lung carcinoma (LLC) 마우스 폐암세포주는 부산대학교 하기태 교수님으로부터 분양받았다. THP-1 세포, H1299 세포 및 LLC 세포는 RPMI-1640 (WelGENE, Seoul, Korea) 배지를, RAW 264.7 세포는 DMEM (WelGENE) 배지를 사용하여 배양하였다. 공통적으로 배지 90%에 fatal bovine serum (FBS; WelGENE) 10%와 penicillin-streptomycin (WelGENE) 1%를 첨가하여 사용하였으며, 37℃, 5% CO2 조건에서 3일에 한 번 주기로 계대배양하였다. THP-1 세포는 100 ng/ml phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA; Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA)를 24시간 처리하여 대식세포로 분화시킨 후 실험에 사용하였으며, 이를 THP-1 대식세포라고 명명하였다.
1.3. MTT 분석(MTT assay)
96 well plate에 RAW 264.7 세포 및 THP-1 대식세포를 각각 1×104개, 3×104개 분주한 후 24시간 동안 안정화시켰다. 다음 날 ETPT를 농도별(0, 10, 25, 50, 100 ㎍/㎖)로 처리한 후 24시간 동안 배양하였다. 그 다음 세포배양액에 MTT 시약(Duchefa, Haarlem, The Netherlands)을 0.4 ㎎/㎖이 되도록 첨가한 후 CO2 인큐베이터에서 2시간 동안 반응시켰다. 각 well의 세포배양액을 제거한 후 바닥에 형성된 formazin을 DMSO 100 ㎕로 완전히 용해시켰다. 흡광도는 microplate reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 540 nm에서 측정하였으며, OD값을 기준으로 세포생존율을 계산하였다.
1.4. 트렌스웰 이동 분석(Transwell migration assay)
대식세포가 암세포를 향해 이동하는 것을 ETPT가 조절할 수 있는지 transwell migration assay로 확인하였다. 먼저 24 well transwell (8.0 ㎛ pore size; Corning, NY, USA)의 upper chamber의 outer membrane 부분을 0.1% gelatin (Sciencell, Carlsbad, CA, USA)으로 코팅하여 30분간 실온에서 굳혔다. 그 후 RAW 264.7 세포와 THP-1 대식세포를 serum이 포함되지 않은 배지에 현탁하여 upper chamber에 각각 3×105개, 5×105개씩 분주하면서 ETPT를 농도별로 처리하였다. Lower chamber에는 H1299 세포로부터 모은 conditioned media (CM)를 500 ㎕씩 분주하였다. CO2 인큐베이터에서 24시간 배양한 후 upper chamber를 methanol로 5분간 고정하고, hematoxylin (Sigma-Aldrich)으로 30분간 염색하였다. 그 후 intermembrane을 도려내어 mounting 후 현미경(Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)으로 관찰하여 이동한 세포의 수를 계수하였다. H1299 세포의 CM은 아래와 같은 방식으로 준비하였다. H1299 세포를 100 π dish에 분주하고, 다음 날 세포배양액을 제거하고 serum이 포함되지 않은 배지 4 ㎖을 넣어주었다. 이렇게 24시간 배양 후 모은 세포배양액을 필터링하여 CM으로 사용하였다. 다음으로 ETPT가 대식세포의 M2형 분극을 조절하여 궁극적으로 암세포의 이동능에 영향을 미치는지 조사하기 위하여 transwell의 upper chamber에는 serum이 없는 배지에 현탁된 LLC 세포를 3×105개 분주하고, lower chamber에는 RAW 264.7 세포로부터 모은 CM을 500 ㎕씩 분주하였다. 24시간 배양 후 이동한 LLC 세포를 상기한 방식으로 계수하였다. RAW 264.7 세포의 CM은 아래와 같은 방식으로 모았다. RAW 264.7 세포를 100 π dish에 분주하고 안정화시킨 후 IL-6 (100 ng/㎖)를 처리하여 M2형 대식세포로 분극시키면서 동시에 ETPT(100 ㎍/㎖)을 처리하였다. 24시간 배양 후 세포배양액을 제거하고 serum이 포함되지 않은 배지 4 ㎖을 넣어 또다시 24시간 동안 배양하였다. 이렇게 모은 세포배양액을 필터링하여 CM으로 사용하였다.
1.5. 역전사-정량 중합효소 연쇄반응(RT-qPCR)(Reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR))
RAW 264.7 세포를 6 well plate에 분주하여 안정화시킨 후 100 ng/㎖ IL-4 (PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA) 혹은 100 ng/㎖ IL-6 (PeproTech)를 처리하여 M2형 대식세포로 분극시키면서 동시에 ETPT를 농도별(0, 50, 100 ㎍/㎖)로 처리하였다. 24시간 배양 후 TRIzol reagent (Invitrogen Co., Carlsbad, CA, USA)를 이용하여 세포로부터 total RNA를 분리하였다. 1 μg total RNA를 PrimeScript RT reagent kit (Takara, Japan)를 사용하여 cDNA로 합성 후 nuclease-free water에 1:50으로 희석하여 사용하였다. 희석된 cDNA와 타겟유전자에 대한 primer 및 CYBR green (Enzynomics, Daejeon, Korea)을 혼합하여 CFX Connect Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)으로 quantitative real-time PCR 분석을 시행하였다. 사용된 primer 서열과 annealing temperature는 하기 표 4와 같다.
Gene Sequence(5'→3') Annealing temperature(℃)
Arginase-1 F:AACCAGCTCTGGGAATCTGC
R:TCCATCACCTTGCCAATCCC
55
Mannose receptor C type 1(MRC-1) F:CTCTGTTCAGCTATTGGACG
R:CGGAATTTCTGGGATTCAGCTTC
55
IL-10 F:CTCTTACTGACTGGCATGAGGAT
R:GAGTCGGTTAGCAGTATGTTGT
55
ACTB(β-actin) F:ACTACCTCATGAAGATC
R:GATCCACATCTGCTGGAA
55
1.6. 웨스턴블롯
RAW 264.7 세포를 6 well plate에 분주하고, 다음 날 M2형 대식세포로 분극시키기 위해 IL-4(100 ng/㎖) 혹은 IL-6(100 ng/㎖)를 처리하면서 동시에 ETPT를 처리하였다. 24시간 배양 후 RIPA buffer (Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA, USA)에 protease inhibitor cocktail (Thermo Fisher Scientific)과 phosphatase inhibitors (1 mM Na3VO4, 100 mM NaF)가 첨가된 lysis buffer를 이용하여 단백질을 분리하였다. Bicinchoninic acid (BCA) protein assay kit (Pierce Biotechnology, Rockford, IL, USA)를 사용하여 단백질을 정량한 후 20 ㎍의 단백질을 SDS-PAGE로 분리 및 PVDF 멤브레인(Millipore Corporation, Bedford, MA)으로 transfer하였다. 3% bovine serum albumin (BSA, GenDEPOT, TX, USA)으로 실온에서 30분간 blocking 한 후 blocking buffer로 1:1000 희석한 1차 항체와 4℃에서 overnight 반응시켰다. 다음 날 3% skim milk로 1:10000 희석한 2차 항체와 1시간 동안 실온에서 반응시킨 후 D-Plus ECL Femto System (Donginbio, Seoul, Korea)을 사용하여 단백질 발현을 확인하였다. Phosphorylated STAT3 및 total STAT3 항체는 Cell Signaling Technology (Beverly, MA, USA)에서 구입하였으며, phosphorylated STAT6, total STAT6 및 actin 항체는 Santa Cruz Biotechnology Inc. (Santa Cruz, CA, USA)에서 구입하였다. Goat anti-rabbit 2차 항체는 Enzo Life Sciences (Farmingdale, NY, USA)에서 구입하였다.
1.7. 통계 분석
모든 실험 결과는 평균(mean)±표준편차(SD)로 표시하였으며, Student’s t-test를 이용하여 P < 0.05인 것을 통계적으로 유의성 있다고 판단하였다.
2. 실험 결과
2.1. 대식세포주의 증식에 영향을 미치지 않는 반하 추출물(ETPT) 농도 설정
먼저 ETPT가 대식세포의 증식에 영향을 미치지 않는 농도 조건을 설정하기 위하여 RAW 264.7 세포와 THP-1 대식세포에 다양한 농도(0, 10, 25, 50, 100 ㎍/㎖)로 ETPT를 24시간 처리한 후 MTT assay를 시행하였다. 그 결과 하기 도 16에 나타난 바와 같이 최고농도인 ETPT 100 ㎍/㎖ 처리 후에도 RAW 264.7 세포와 THP-1 대식세포의 생존율이 각각 97.01±8.74%, 105.57±7.81%로 나타났으며, 통계적으로 대조군과 유의한 차이가 나타나지 않았다(도 16A and 16B). 따라서 ETPT 100 ㎍/㎖까지는 대식세포의 증식에 영향을 미치지 않는 것으로 판단하여 100 ㎍/㎖을 최고농도로 이후 실험을 진행하였다.
2.2. 암세포를 향한 대식세포의 이동능에 반하 추출물(ETPT)이 미치는 영향
종양연관대식세포 조절을 통한 항암 전략으로서 혈중을 순환하는 단핵세포나 조직 내 상주하는 대식세포가 종양이 위치한 곳으로 유인되는 것을 차단하는 전략이 있다4,6). 이에 ETPT가 대식세포의 암세포로의 이동을 조절할 수 있는지 조사하기 위하여 transwell migration assay를 시행하였다.
먼저 하기 도 17A 및 17D와 같은 방식으로 H1299 인체 폐암세포주로부터 모은 CM을 chemoattractant로 사용했을 때 down chamber로 이동하는 RAW 264.7 세포와 THP-1 대식세포 수를 계수하여 대식세포의 이동 정도를 파악하였다(도 17A 및 17D). 그 결과 RAW 264.7 세포와 THP-1 대식세포 공히 ETPT 처리에 의해 농도의존적으로 이동능이 감소하는 것을 확인하였다(도 17B 및 17E). RAW 264.7 세포의 경우 ETPT 25 ㎍/㎖ 처리군에서는 유의한 이동능 감소가 보이지 않았으나, 50 ㎍/㎖ 및 100 ㎍/㎖ 처리군에서는 대조군에 비해 각각 63.15±4.89%, 12.42±1.74%의 세포만이 이동하여 현저한 이동능 감소를 보였다(도 17C). THP-1 대식세포도 비슷한 경향을 보여 50 ㎍/㎖ 및 100 ㎍/㎖ 처리군에서 대조군에 비해 각각 66.41±1.71%, 61.12±1.71%의 감소된 이동능을 보였다(도 17F). 이러한 결과는 대식세포가 종양이 위치한 곳을 향해 활발히 이동하는 것을 ETPT가 일부 억제할 수 있음을 시사하는 것이다.
2.3. 반하 추출물(ETPT)이 M2 대식세포 분극에 미치는 영향
종양연관대식세포 조절을 통한 또다른 항암 전략으로서 종양연관대식세포의 M2형 분극을 차단하는 전략이 있다. M2형으로 분극된 대식세포는 면역억제작용 및 혈관신생 촉진을 통해 암을 악화시키는 인자로 알려져 있기 때문이다. 이에 본 연구에서는 ETPT가 대식세포의 M2형 분극을 조절할 수 있는지 조사하기 위하여 RAW 264.7 세포에 M2 분극을 일으키는 대표적 사이토카인인 IL-6 혹은 IL-4를 처리하면서 동시에 ETPT를 24시간 동안 처리하여 M2 대식세포 마커 유전자의 발현이 어떻게 변화하는지 real-time qPCR을 통해 확인하였다. 먼저 IL-6 (100 ng/ml) 처리에 의해 arginase-1, MRC-1, IL-10 유전자의 발현이 각각 2.72±0.14배, 5.23±0.24배, 35.27±3.02배 증가하여 M2형 분극이 잘 이루어졌음을 확인하였다. IL-6에 의해 증가한 M2 대식세포 마커의 발현은 ETPT에 의해 농도의존적으로 감소하여 50 ㎍/㎖, 100 ㎍/㎖ 처리군에서 arginase-1은 각각 대조군에 비해 1.45±0.12배 및 0.65±0.05배, MRC-1은 1.47±0.05배 및 1.11±0.11배, IL-10은 16.92±0.81배 및 11.31±2.01배의 발현량을 나타냈다(도 18A). IL-4 (100 ng/ml)로 M2형 분극을 유도한 경우에도 유사한 결과를 얻을 수 있었다. IL-4 처리 시 arginase-1과 MRC-1 유전자의 발현이 각각 대조군에 비해 4.45±0.3배, 11.58±0.48배 증가하였으며, ETPT 50 ㎍/㎖, 100 ㎍/㎖를 IL-4와 동시처리하자 arginase-1은 각각 2.81±0.26배, 2.61±0.22배, MRC-1은 각각 3.98±0.31배, 3.27±0.39배로 감소하였다(도 18B). 이러한 결과는 EPTP가 대식세포의 M2형 분극을 억제할 수 있음을 시사하는 것이다.
2.4. 반하 추출물(ETPT)이 STAT3 및 STAT6의 인산화에 미치는 영향
다음으로 EPTP가 M2 대식세포로의 분극을 저해할 수 있는 분자적 기전을 탐색하였다. 일반적으로 signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) 및 STAT6가 대식세포의 M2형 분극에 관여하는 것으로 알려져 있다. 특히 STAT6는 IL-4나 IL-13으로 유도된 M2형 분극을 매개하며, STAT3는 IL-4/IL-13 뿐만 아니라 IL-6로 유도된 M2형 분극을 매개한다고 보고되어 있다. 이에 ETPT가 STAT3 및 STAT6의 인산화를 조절할 수 있는지 웨스턴블롯으로 확인하였다. 그 결과 RAW 264.7 세포에 IL-6 처리 시 STAT3의 인산화가 현저히 증가하였으며, ETPT를 함께 처리하자 농도의존적으로 STAT3가 탈인산화 되는 것을 확인할 수 있었다(도 19A). IL-4 처리에 의해서도 STAT3와 STAT6의 인산화가 증가하였으며, ETPT 100 ㎍/㎖ 처리에 의해 감소하는 것을 관찰하였다(도 19B). 이러한 결과는 ETPT가 STAT3 및 STAT6의 활성을 억제함으로써 IL-6와 IL-4로 유도된 대식세포의 M2형 분극을 저해할 수 있음을 보여준다.
2.5. 반하 추출물(ETPT)이 M2 대식세포로 인해 증가한 암세포의 이동능에 미치는 영향
M2 대식세포는 암세포의 전이에 유리한 인자들을 분비하여 암을 악화시키는 것으로 알려져 있다. 이에 IL-6로 유도된 M2 대식세포가 실제로 암세포의 이동을 촉진하는지 여부와 ETPT가 촉진된 암세포의 이동을 억제할 수 있는지 여부를 조사하기 위하여 transwell assay를 시행하였다.
먼저, 하기 도 20A에 제시된 바와 같이 RAW 264.7 세포에 IL-6를 단독처리 혹은 ETPT와 병합처리한 후 CM을 모아 transwell plate의 lower chamber에 분주하고, upper chamber에는 LLC 마우스 폐암세포주를 분주하여 24시간 동안 lower chamber로 이동한 세포를 관찰하였다(도 20A). 그 결과 IL-6를 단독처리 한 RAW 264.7 세포로부터 모은 CM은 LLC 세포의 이동을 대조군에 비해 129.88±9.31%로 현저히 증가시켰으나, IL-6와 ETPT를 동시처리 한 CM은 LLC 세포의 이동을 74.22±7.3%로 다시 감소시켰다(도 20B and 20C). 이러한 결과는 대식세포의 M2형 분극에 의해 암세포의 이동능이 증가하며, ETPT가 이를 억제할 수 있음을 보여준다.
[제조예 1: 혼합 추출물의 제조]
전호, 과루근 및 반하 추출물을 하기 표 5와 같은 중량범위 내로 혼합하여 혼합 조성물(MX)을 제조하였다.
MX1 MX2 MX3 MX4 MX5 MX6 MX7 MX8 MX9 MX10
전호(EPP) 100 - - 100 100 100 100 100 100 100
과루근(TK) - 100 - 100 - 60 80 100 120 140
반하(ETPT) - - 100 - 100 60 80 100 120 140
(단위 : 중량부)
[실험예 4: 전호, 과루근 및 반하 혼합 추출물의 항암 활성]
상기 실험예 1 내지 3에서와 같이 전호, 과루근 및 반하 추출물의 항암 활성을 각각 확인하고, 이들의 혼합에 따른 항암 활성을 알아보기 위해 상기 제조예 1에서 제조한 혼합 조성물(MX1 내지 MX10)의 항암 활성을 확인하였다.
4-1. NSCLC 세포에서의 항암 활성
상기 실험예 1의 전호 추출물(EPP)의 실험과정과 동일하게 진행하였으며, 추출물만을 MX2 내지 MX10으로 변경하여 실험을 진행하였으며, 실험의 비교를 위해 전호 추출물을 지수 3으로 고정하여 하기 표 6에 종합적으로 나타내었다.
MX1(EPP) MX2 MX3 MX4 MX5 MX6 MX7 MX8 MX9 MX10
세포성장억제 3 2 2 4 4 5 9 9 9 6
집락형성억제 3 2 1 4 5 6 8 9 9 6
세포자멸사 유도 3 1 2 5 4 6 8 9 9 6
STAT3 및 AKT 비활성화 3 1 1 4 5 6 8 8 9 7
MET 신호 전달경로 차단 3 2 2 4 5 6 9 9 9 6
(단위 : 지수)
상기 표 6을 참조하면, 본원발명의 전호 추출물을 지수 3으로 고정하여 과루근 추출물 및 반하 추출물의 실험을 진행한 결과, NSCLC 세포에서의 전호 추출물의 세포 성장 억제, 집락형성억제, 세포자멸사 유도, STAT3 및 ATC 비활성화, MET 신호 전달경로 차단에 대한 실험에 대해 과루근 추출물 및 반하 추출물 각각의 실험 결과는 전호 추출물에 비해 낮은 정도의 활성을 나타내어, 단일 추출물의 경우 전호 추출물의 활성이 가장 우수함을 확인하였다.
전호 추출물에 과루근 추출물 또는 반하 추출물을 각각 포함하는 MX4 및 MX5의 경우 혼합 사용에 따른 향상 효과를 확인할 수 있었으며, 전호, 과루근 및 반하를 모두 포함하는 MX6 내지 MX10에서 그 효과가 보다 향상됨을 확인할 수 있었다.
특히, 전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물의 바람직한 중량부를 포함하는 MX7 내지 MX9의 경우 상기 중량부를 벗어나는 경우에 비해 보다 더 우수한 활성을 나타냄을 확인하였다.
이에, 전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물 단일 추출물 모두 항암 활성을 나타내나, 전호 및 과루근 또는 전호 및 반하를 포함하는 혼합 구성의 경우 그 활성이 향상되며, 이는 상기 세 천연물을 모두 포함하는 경우 보다 더 우수한 항암 활성을 나타내는 것을 통해 유효성분의 혼합에 따른 향상 효과가 나타남을 의미한다.
즉, 전호, 과루근 및 반하 추출물은 NSCLC 세포에서의 세포 성장, 집락 형성 억제 효과와 세포자멸 유도 효과가 우수하면서, 종양의 성장을 자극하고 EGFR TKI 내성을 부여하는 STAT3 및 MET/AKT 경로를 억제함으로써 항암 활성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
4-2. EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서의 항암 활성
상기 실험예 2의 과루근 추출물(TK)의 실험과정과 동일하게 진행하였으며, 추출물만을 MX1 내지 MX10으로 변경하여 실험을 진행하였으며, 실험의 비교를 위해 과루근 추출물(TK)을 지수 3으로 고정하여 하기 표 7에 종합적으로 나타내었다.
MX1 MX2(TK) MX3 MX4 MX5 MX6 MX7 MX8 MX9 MX10
세포성장억제 2 3 2 5 5 6 9 9 9 6
집락형성억제 3 3 2 5 5 7 9 9 9 7
세포자멸사 유도 2 3 3 6 5 7 8 9 9 7
Src/STAT3 경로 비활성화 2 3 2 5 6 7 8 9 9 7
(단위 : 지수)
상기 표 7을 참조하면, 과루근 추출물(TK)의 실험결과를 지수 3으로 고정하여 실험을 진행한 결과 EGFR TKI 내성 비소세포폐암 세포에서의 세포 성장억제, 집락 형성억제, 세포자멸사 유도 및 Src/STAT3 경로 비활성화 효과에 있어, 단일 추출물의 경우 과루근 추출물의 효과가 가장 우수함을 확인하였다.
그러나, 전호 및 과루근, 전호 및 반하를 포함하는 MX4 및 MX5의 경우 그 활성이 보다 향상됨을 확인할 수 있었으며, 전호, 과루근 및 반하를 모두 포함하는 MX6 내지 MX10의 경우 그 효과가 보다 더 향상되어 각 천연물의 유효성분의 혼합에 따른 향상 효과임을 알 수 있으며, 바람직한 중량부를 포함하는 MX7 내지 MX9의 경우 보다 더 우수한 활성을 나타내어 전호 추출물 100 중량부에 대하여 과루근 추출물 80 내지 120 중량부 및 반하 추출물 80 내지 120 중량부로 포함하는 경우 우수한 항암 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
즉, 상기 추출물에 의해 STAT3을 비활성화함으로써 EGFR TKI 내성 NSCLC세포에서의 세포 성장, 집락 형성을 억제하고 세포자멸사를 유도함을 알 수 있다.
4-3. 대식세포 또는 암세포 이동능 억제를 통한 항암 활성
상기 실험예 3의 반하 추출물(ETPT)의 실험과정과 동일하게 진행하였으며, 추출물만을 MX1 내지 MX10으로 변경하여 실험을 진행하였으며, 실험의 비교를 위해 반하 추출물(ETPT)을 지수 3으로 고정하여 하기 표 8에 종합적으로 나타내었다.
MX1 MX2 MX3(ETPT) MX4 MX5 MX6 MX7 MX8 MX9 MX10
대식세포 이동능 억제 2 2 3 4 5 6 9 9 9 6
M2 대식세포 분극 억제 3 3 3 5 5 7 9 9 9 7
STAT3/STAT6 인산화 억제 2 2 3 5 6 7 8 9 9 7
암세포 이동능 억제 2 2 3 5 6 7 8 9 9 7
(단위 : 지수)
상기 표 8을 참조하면, 반하 추출물(ETPT)의 실험 결과를 지수 3으로 고정하여 실험 결과를 비교한 결과 암세포를 향한 대식세포의 이동능 억제, 대식세포의 M2형 분극 억제, STAT3/STAT6 인산화 억제 및 암세포 이동능 억제에 있어 전호, 과루근 및 반하 추출물 중 반하 추출물 단일 추출물의 효과가 가장 우수한 것을 확인하였다.
전호 및 과루근 또는 전호 및 반하 추출물을 혼합한 MX4 및 MX5의 경우 역시 혼합 사용에 따른 향상 효과가 나타남을 확인할 수 있었으며, 전호, 과루근 및 반하 추출물을 모두 포함하는 MX6 내지 MX10의 경우 보다 더 향상된 항암 활성을 나타냄을 확인하였다. 특히, 바람직한 중량부를 포함하는 MX7 내지 MX9의 경우 보다 더 우수한 활성을 나타내어 전호 추출물 100 중량부에 대하여 과루근 추출물 80 내지 120 중량부 및 반하 추출물 80 내지 120 중량부로 포함하는 경우 우수한 항암 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
즉, 상기 추출물에 의해 대식세포의 암세포를 향상 이동능을 억제하고, STAT3 및 STAT6의 불활성화를 통한 대식세포의 M2형 분극을 억제가 가능하며, M2형으로 분극된 대식세포로 인해 증가된 암세포의 이동능을 감소시킴에 따라 암 전이를 저해할 수 있음을 알 수 있다.
[제조예 2: 기타 천연 추출물의 제조]
1. 단일 추출물의 제조
절굿대를 세척 및 건조하고 분쇄한 뒤 상기 분쇄된 분말 100g을 추출용매인 에탄올 2L에 넣고 25℃에서 24시간동안 120rpm으로 진탕 혼합하였다.
이를 통해 얻은 절굿대 추출액은 Whatman No. 2 여과지로 여과하였고, 진공회전농축기(N-1000S)를 사용하여 용매가 제거된 절굿대 추출물(JE)의 분말을 획득하였다. 절굿대 추출물(JE)의 분말을 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)에 녹여 100 mg/ml의 원액 (stock solution)을 제조한 후 4℃에서 보관하였다. 원액은 생리식염수를 사용하여 원하는 농도로 희석시켜 실험을 진행하였다.
상기 절굿대 추출물(JE)과 동일한 방법으로 참나래박쥐나물 추출물(CE)을 제조하였다.
2. 복합 조성물의 제조
상기 실험예 4에서 가장 우수한 효과를 나타낸 MX8(전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물 혼합 조성물)에 상기 제조예 2에서 제조된 절굿대 추출물(JE) 및 참나래박쥐나물(CE)을 하기 표 9와 같은 중량범위 내로 혼합하여 복합 조성물(AMX1 내지 AMX7)을 제조하였다.
MX8 AMX1 AMX2 AMX3 AMX4 AMX5 AMX6 AMX7
전호(EPP) 100 100 100 100 100 100 100 100
과루근(TK) 100 100 100 100 100 100 100 100
반하(ETPT) 100 100 100 100 100 100 100 100
절굿대(JE) - 50 - 30 40 50 60 70
참나래박쥐나물(CE) - - 50 30 40 50 60 70
(단위 : 중량부)
[실험예 5: 복합 조성물의 항암 활성]
천연 추출물인 절굿대 추출물(JE) 및 참나래박쥐나물 추출물(CE)을 혼합함으로써 항암 활성의 향상 정도를 확인하기 위해 실험예 4와 동일한 실험을 진행하였으며, 사용되는 조성물 만을 상기 표 9의 복합 조성물로 변경하여 그 결과를 하기 표 10에 종합적으로 나타내었다.
실험 결과의 비교를 위해 MX8 조성물의 실험 결과를 지수 5로 고정하여 상대적인 실험 결과를 나타내었으며, 1 내지 10의 지수로 나타내도록 하였으며 그 결과는 숫자가 클수록 상기 효과가 우수한 것이다.
MX8 AMX1 AMX2 AMX3 AMX4 AMX5 AMX6 AMX7
NSCLC 세포에서의 항암 활성 5 6 6 6 8 9 9 6
EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서의 항암활성 5 6 6 7 8 9 9 7
대식세포 또는 암세포 이동능 억제를 통한 항암 활성 5 6 6 7 9 9 9 7
(단위 : 지수)
상기 표 10을 참조하면, 본원발명 조성물 MX8에 비해 AMX1 내지 AMX7의 경우 그 효과가 보다 향상된 것을 확인할 수 있으며, 이는 전호, 과루근 및 반하 추출물에 절굿대 추출물 및 참나래박쥐나물 추출물을 더 포함함으로써 나타남을 알 수 있다.
MX8(전호, 과루근 및 반하 모두 포함)에 절굿대 또는 참나래박쥐나물 추출물을 더 포함하는 AMX1 및 AMX2의 경우 NCLCL세포에서의 항암효과 및 EGFR TKI 내성 NSCLC 세포에서의 항암 활성에 있어 향상된 활성을 확인할 수 있으며, 대식세포 도는 암세포의 이동능 억제 활성 또한 향상됨을 통해 절굿대 및 참나래박쥐나물 추출물을 포함함으로써 항암 활성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.
특히, 절굿대 추출물 및 참나래박쥐나물을 모두 포함하는 AMX3 내지 AMX7의 경우 각각을 포함하는 경우에 비해 보다 더 우수한 지수 점수를 나타내며 바람직한 중량부의 추출물을 포함하는 AMX4 내지 AMX6의 경우 8 내지 9의 지수 점수를 통해, 중량부 구성에 따른 효과상의 차이도 존재하였다.
즉, 상기 복합 추출물에 의해 NSCLC 세포에서의 세포 성장, 집락 형성 억제 효과와 세포자멸 유도 효과가 우수하면서, 종양의 성장을 자극하고 EGFR TKI 내성을 부여하는 STAT3 및 MET/AKT 경로를 억제함으로써 항암 활성을 나타낼 수 있으며,
STAT3을 비활성화함으로써 EGFR TKI 내성 NSCLC세포에서의 세포 성장, 집락 형성을 억제하고 세포자멸사 유도에 따른 항암 활성을 확인할 수 있다.
또한, 대식세포의 암세포를 향상 이동능 억제, STAT3 및 STAT6의 불활성화를 통한 대식세포의 M2형 분극을 억제가 가능하며, M2형으로 분극된 대식세포로 인해 증가된 암세포의 이동능을 감소시킴에 따라 암 전이를 저해할 수 있음을 알 수 있다.
[실험예 6: 복합 조성물의 기호도 평가]
상기 조성물을 각각 포함하는 차음료를 제조하여, 이를 20 내지 60대 성인남녀 40인의 시험자에게 시음하게 한 뒤 향과 맛에 대한 기호성 평가를 요청하였다. 상기 평가는 1 내지 10의 지수로 평가하도록 하였으며, 그 숫자가 높을수록 기호도가 높은 것이다. 상기 기호도 평가 결과는 평균값의 소수점 일의자리에서 반올림을 적용하여 나타내었으며 그 결과는 하기 표 11과 같다.
MX8 AMX1 AMX2 AMX3 AMX4 AMX5 AMX6 AMX7
5 6 6 6 9 9 9 7
5 6 6 7 9 9 9 7
종합기호도 5 6 6 7 9 9 9 7
(단위 : 지수)
상기 표 11을 참조하면, 본원발명 전호 추출물, 과루근 추출물 및 반하 추출물만을 포함하는 MX8의 경우에 비해 천연 추출물 절굿대 추출물(JE) 및 참나래박쥐나물 추출물(CE)를 각각 더 포함하는 AMX1 및 AMX2의 경우 소폭 향상됨을 확인할 수 있으며 상기 절굿대 및 참나래박쥐나물을 다 포함하는 AMX3 내지 AMX7의 경우 보다 더 우수한 맛 및 향에 대한 기호도가 나타남을 확인하였다.
특히, 전호 추출물 100 중량부에 대하여 과루근 추출물 80 내지 120 중량부, 반하 추출물 80 내지 120 중량부, 절굿대 추출물 40 내지 60 중량부 및 참나래박쥐나물 추출물 40 내지 60 중량부를 포함하는 AMX4 내지 AMX6의 경우 그 기호도가 보다 더 향상되어 기호도 높은 조성물을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 상기 혼합 조성에 의하는 경우, 천연 추출물을 추가로 포함하여 전호, 과루근 및 반하를 포함하는 조성물의 기호도를 향상시킬 수 있으며, 장기간 복용에 따른 부작용 등의 문제가 없으면서도 항암 활성이 우수하여 기호도 및 기능성 모두 우수한 식품 조성물 또는 약학 조성물로의 제공이 가능함을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 전호(Peucedanum praeruptorum Dunn)를 유효성분으로 포함하는
    항암용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 암 세포의 세포 자멸사(apoptosis) 유도에 의해 항암 활성을 나타내는
    항암용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 암 세포의 세포 증식 또는 콜로니(집락) 형성을 억제함으로써 항암 활성을 나타내는
    항암용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 암은 간암, 위암, 유방암, 결장암, 골암, 췌장암, 두부 또는 경부암, 자궁암, 난소암, 직장암, 식도암, 소장암, 대장암, 항문부근암, 결장암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암종, 질암종, 음문 암종, 호지킨병, 전립선암, 방광암, 신장암, 수뇨관암, 신장세포암종, 신장골반암종, 폐암 및 중추신경계 종양으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인
    항암용 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 추출물은 물, C1 내지 C6의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 추출 용매를 이용하여 추출되는 것인
    항암용 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항에 따른 조성물을 포함하는
    항암용 약학 조성물.
  7. 제1항 내지 제5항에 따른 조성물을 포함하는
    항암용 기능성 식품 조성물.
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