2024.03.29 (금)

  • 흐림동두천 1.0℃
  • 흐림강릉 1.3℃
  • 서울 3.2℃
  • 대전 3.3℃
  • 대구 6.8℃
  • 울산 6.6℃
  • 광주 8.3℃
  • 부산 7.7℃
  • 흐림고창 6.7℃
  • 흐림제주 10.7℃
  • 흐림강화 2.2℃
  • 흐림보은 3.2℃
  • 흐림금산 4.4℃
  • 흐림강진군 8.7℃
  • 흐림경주시 6.7℃
  • 흐림거제 8.0℃
기상청 제공

학술

오메가-3, 유방암 세포의 발생과 전이를 억제하다

오메가-3 자가합성 생쥐 실험으로 유방암 세포 억제 원리 규명
Docosahexaenoic acid suppresses breast cancer cell metastasis by targeting matrix-metalloproteinases 
       

한국연구재단(이사장 정민근)은 교육부 이공학개인기초연구지원사업의 지원을 받은 임규 교수(충남대) 연구팀이 유전자 변형 생쥐를 이용하여 오메가-3 지방산*이 유방암 세포의 자가 사멸을 유도하고 유방암 세포의 성장과 침윤** 및 전이를 억제하는 원리를 규명하였다고 밝혔다.
   
* 오메가-3 지방산 : 오메가-6와 더불어 필수지방산임. 이는 체내에서 합성할 수 없으므로 반드시 음식으로 섭취해야 함. 실험용 거머리(C. elegans) 외 모든 동물들은 이를 합성할 수 있는 효소가 없음으로 외부에서 반드시 섭취해야 함. 들기름 등의 식물성 기름과 고등어 등의 등 푸른 생선에 다량 함유되어 있음. 
   
** 침윤 : 암세포가 자라면서 세포 경계선을 넘어 조직 내 및 주위로 파고 들어가는 것을 말함. 일반적으로 암전이의 이전 단계에 일어남.

이번 연구결과는 국제적으로 권위 있는 암 분야 과학 학술지‘온코타겟(Oncotarget)’에 6월 23일자로 게재되었다. 

오메가-3 지방산은 필수 불포화 지방산으로서 체내에서는 합성되지 않으나 대사 활동에 필수적이다. 특히 오메가-3 추출 프로스타글란딘 E3*(PGE3) 등은 오메가-6 추출 프로스타글란딘 E2**(PGE2) 등과 달리 암세포의 발생, 성장과 전이를 억제한다고 알려져 있다. 이는 곧 오메가-6 대비 오메가-3의 체내 비율이 높을수록 암의 예방과 치료에 효과적임을 의미한다. 
   
* 프로스타글란딘 E3 (Prostagladin E3, PGE3)  : 오메가-3 지방산인 EPA (Eicosapentaenoic acid)로부터 합성되는 에이코사노이드의 일종으로 염증을 억제하고, 암 발생을 억제한다고 알려져 있는 물질임.
   
** 프로스타글란딘 E2 (Prostagladin E2, PGE2)  : 오메가-6 지방산인 아라키돈산 (Arachidonic acid, AA) 으로부터 합성되는 에이코 사노이드의 일종으로 주로 염증을 증가하고, 암 발생을 유도한다고 알려져 있는 물질임. 그 외에도 체내에서 평활근 수축 등 중요한 작용을 하는 물질임.

그러나 오메가-3 지방산이 유방암 세포의 발생과 전이 억제에 대해 어떻게 작용하는지에 대한 원리는 아직 명확하게 알려진 바가 없었으며,  내인성* 오메가-3 지방산이 미치는 영향(실제 오메가-3 지방산이 체내 함량이 높을 때 일어나는 작용) 등에 대해서는 설명이 부족한 면이 있었다.
   
* 내인성 : 생체 내부에 존재하는 오메가-3 지방산에 기인하는 것으로 외인성과는 상대적인 개념임. 예를 들면 암세포를 키우면서 오메가-3 지방산으로 처리하여 그 효과를 볼 때 외인성 영향이라 할 수 있고, 내인성은 체내에서 오메가-3 지방산이 합성되어 세포막에 축적 되어 있는 것이 나타내는 효과를 말함. 

이에 연구진은 오메가-3 지방산이 유방암세포의 발생과 전이를 억제하는 원리를 오메가-3 지방산을 자체적으로 생성하는 Fat1 유전자 쥐*를 통한 동물 실험으로 규명하였다.
   
* Fat1 유전자 변형 생쥐(Fat1 mice) : Fat1 유전자는 w3-desaturase라는 효소를 생성하며 이는 오메가-6 지방산을 오메가-3 지방산으로 전환시킴. Fat1 생쥐는 이 효소 유전자를 삽입한 유전자 변형 쥐로 체내에서 오메가-3 지방산을 합성할 수 있어서 외부 섭취를 하지 않아도 오메가-3 지방산의 양이 높음.


임규 교수는 “이번 성과는 오메가-3 지방산을 꾸준히 복용하면 유방암을 예방하고 이미 발생한 유방암 세포의 전이를 억제할 수 있는 가능성을 보여준 것”이라며 연구의 의의를 밝혔다. 또한 다른 암종들을 대상으로 한 연구 결과를 비추어 볼 때, “향후 오메가-3 지방산이 암의 예방 및 치료에 적용 가능성이 크다”고 밝혔다.

이번 연구결과에 대한 상세 실험과 규명 원리는 다음과 같다.

오메가-3 지방산에 의한 유방암세포의 자가사멸 유도는 암 발생시 높게 활성화 되어 있는 효소인 Cox-2*와 암 억제 효소인 PGDH**의 조절에 의한 PGE2의 감소와 암 활성 물질(beta-catenin***/cyclin D1 경로****)을 억제시킴으로서 이루어졌다. 그러나 오메가-6 지방산은 오메가-3 지방산과는 달리 유방암 세포의 사멸을 유도하지 않았다.
   
* Cox-2 (cyclooxigenase-2) : Cox-2는 오메가-6와 3 지방산으로부터 에이코사노이드를 합성하는 효소로 오메가-6 지방산인 아라키돈산으로부터는 PGE2를 합성하는데 이는 염증과 관련되어 있으며 특히 염증 관련 암의 발생과 밀접히 관련되어 있다. 따라서 암조직은 Cox-2 활성이 높음으로 Cox-2 억제제를 암치료제로 활용하려고 시도되고 있음.
   
** PGDH (15-hydroxyprostagladin dehydrogenase) : PGDH는 PGE2 분해 효소로 이의 활성이 증가하면 PGE2가 감소함으로 암의 발생을 억제하는 종양억제 유전자 (tumor suppressor gene)임
   
*** beta-catenin : wnt 신호전달 물질로서 수용체에 결합하면 beta-catenin이 핵내로 이동하여 전사인자(TCF/LEF)와 결합하여 표적유전자의 전사를 증가함으로 생리 활성을 나타낸다. 암 관련 신호전달에서는 암 발생과 관련됨.
   
**** cyclin D1 경로 : 이는 세포주기에 관련된 cyclin의 일종으로 세포주기가 G1기로 진행될 때 필요한 단백질로서 일반적으로 세포증식이 많은 암세포에서 증가되어 있음.

유방암 세포의 침윤과 전이의 억제는 오메가-3 지방산의 일종인 DHA가 유전자 전사 조절 인자인 NF-kB*를 억제시킴에 따라 세포 침윤 효소(MMP-2**, MMP-9***)와 세포 성장 전이인자(VEGF****)등의 전사가 억제되어 이들의 활성이 감소됨으로 이루어졌다. 
   
* NF-kB : NF-kB는 세포의 생존, 사멸 등에 관련된 전사인자로 외부의 자극에 의해 NF-kB가 어떤 표적유전자를 발현 시키는가에 따라 그 생리 기능이 다름. 이번 실험에서는 NF-kB가 MMPs 및 VEGF 등의 전사인자로 작용되어 동 유전자의 활성과 억제를 조절함.
   
** MMP-2 (Matrix-metalloproteinase-2) 및 *** MMP-9 (Matrix-metalloproteinase-9) : MMP-2 및 MMP-9는 혈관내피 세포 등에 있는 콜라겐 등의 물질을 분해 하는 효소이다. 암세포가 전이되려면 이들 효소에 의해 혈관내피 세포가 파괴 되어야 함으로 동 효소의 활성이 증가 되면 암세포의 침윤이 증가되고 따라서 다른 조직으로 전이가 용이하게 됨
   
**** VEGF (Vascular endotherial growth factor, 혈관내피세포 성장인자) : VEGF는 혈관 신생을 증가 시키는 성장 인자의 일종으로 암세포가 VEGF를 분비함으로 혈관을 신생하여 생존함.

특히 오메가-3 지방산을 합성할 수 있는 Fat1 유전자 쥐 실험에서도 유방암 세포의 종양 형성 및 허파로의 전이가 현저히 억제됨을 확인하였다. 이는 전사조절 인자인 NF-kB 억제에 따라 혈관신생 인자인 VEGF가 억제되었을 뿐만 아니라 혈관내피를 파괴하는 효소(MMP-2 및 MMP-9)의 억제가 중요함을 나타낸다. 

오메가-3 지방산 함량이 매우 높은 Fat1 생쥐를 대상으로 이번 연구 결과가 나타난 것이기 때문에, 인간도 오메가-3 지방산을 매일 복용하여 내인성 오메가-3 지방산 함량을 높인다면 유방암의 발생, 침윤 및 전이에 대한 예방 효과가 기대된다.




논문의 주요 내용

□ 논문명, 저자정보 

   
- 논문명 : Docosahexaenoic acid suppresses breast cancer cell metastasis by targeting matrix-metalloproteinases
    
- 저자 정보 : 충남대학교 의과대학 생화학교실 임 규 (교신저자)
               UT Southwestern Medical Center at Dallas, 윤은진 (제1저자)
           

 1. 연구의 필요성
  
오메가-3 지방산은 심혈관질환의 예방 및 치료 목적으로 국내외에서 많이 복용하고 있는 건강기능식품임. 오메가-3 지방산은 항염증작용이 있음으로 최근에는 오메가-3 지방산이 암을 포함한 각종 염증 관련질환의 예방 및 치료효과에 대해 보고되고 있음. 본연구진은 지난 10여년간 (2007년-현재) 교과부와 연구재단의 지원으로 오메가-3 지방산이 각종 암세포에서 세포사멸을 통해 항암작용을 나타냄을 시험관과 동물실험으로 규명해 왔음. 
   
그러나 오메가-3 지방산이 유방암의 발생 및 전이에 대한 연구는 명확하지 않았음. 이에 본 연구에서 유방암 세포의 종양형성능 및 폐로의 전이 억제를 확인 하였고 그 메커니즘으로 오메가-3 지방산이 NF-kB를 억제함으로 VEGF 및 MMP-2, MMP-9의 단백합성이 억제 및 그 활성을 억제하여 나타난 결과임을 규명함.
 

2. 발견 원리
   
오메가-3 지방산은 유방암세포에서 자가사멸을 유도하여 세포 독성을 나타내는데 이는 오메가-3 지방산이 Cox-2/PGDH에 의한 PGE2의 감소 및 beta-catenin/cyclin D1 경로의 억제에 의해 나타남을 규명함.
   
또한 오메가-3 지방산인 DHA는 유방암 세포의 침윤을 억제하였는데 이는 NF-kB의 억제에 따른 MMP-2, MMP-9 및 VEGF의 억제에 의해 일어남을 규명함.
 
오메가-3 지방산을 합성할 수 있는 유전자변형 생쥐 (Fat1 mice)를 이용한 동물 실험에서       도 유방암세포의 종양형성 및 폐로의 전이가 현저히 억제됨을 확인함.


3. 연구 성과
   
오메가-3 지방산이 유방암세포의 종양형성능 및 폐로의 전이를 억제하며 그 가능한 메커니즘을 규명하였음. 이는 오메가-3 지방산을 매일 지속적으로 복용하면 유방암의 예방 및 전이를 억제할 수 있는 가능성을 제시함. 
    
 
□ 논문의 주요 내용 


연 구 결 과  개 요


1. 연구배경

다가 불포화 지방산 (polyunsaturated fatty acid)은 막인지질의 구성물질 뿐만 아니라 프로스타그딘을 포함한 에이코사노이드 합성의 전단계 물질로써 중요하다. 생명체가 정상적인 성장 및 발달을 위해서는 필수지방산인 오메가-6 및 오메가-3 지방산이 필요하다. 오메가-6 및 오메가-3 지방산은 필수 지방산으로 체내에서 합성할 수 없음으로 음식물로부터 반드시 섭취되어야 한다고 알려져 있다. 오메가-6 및 오메가-3 지방산으로 부터 합성된  각각의 에이코사노이드들은 그 생리적 기능이 다른데, 즉 오메가-6 지방산으로부터 합성된 PGE2 등은 암발생, 성장, 전이 등을 증가 시키는 반면에 오메가-3 지방산으로부터 얻은 PGE3 등은 이들 효과를 억제한다고 알려져 있다. 따라서 체내에서의 오메가-6 및 오메가-3 지방산의 절대량 보다는 오메가-6 및 오메가-3 지방산의 비율이 중요하며 이들 비율의 감소가 암의 예방 및 치료에 중요하다고 한다.

오메가-3 지방산은 심혈관질환의 예방 및 치료 목적으로 국내외에서 많이 복용하고 있는 건강기능식품이다. 오메가-3 지방산은 항염증작용이 있음으로 최근에는 오메가-3 지방산이 암을 포함한 각종 염증 관련 질환의 예방 및 치료효과에 대해 보고되고 있다.

본연구진은 지난 10여년간 (2007년-현재) 연구재단과 교과부의 지원으로 오메가-3 지방산이 각종 암세포에서 세포사멸을 통해 항암작용을 나타냄을 시험관 및 동물실험으로 규명해 왔다. 이에 본 연구에서는 오메가-3 지방산이 유방암세포의 종양형성능 및 전이를 억제하며, 특히 유방암 세포의 폐로의 전이 억제는 NF-kB를 억제함으로 VEGF 및 MMP-2, MMP-9의 단백합성이 억제되어 나타난 결과임을 규명하였다.
  
  
 2. 연구내용

오메가-3 지방산은 유방암세포에서 자가사멸을 유도하여 세포 독성을 나타내는데 이는 오메가-3 지방산이 Cox-2/PGDH에 의한 PGE2의 감소 및 beta-catenin/cyclin D1 경로의 억제에 의해 나타남을 규명함. 그러나 오메가-6 지방산은 오메가-3 지방산과는 달리 유방암세포의 사멸을 유도하지 않았다

또한 오메가-3 지방산인 DHA는 유방암 세포의 침윤을 억제하였는데 이는 NF-kB의 억제에 따른 MMP-2, 및 MMP-9의 억제에 의해 일어났다. 한편 혈관신생에 중요한 성장인자인 VEGF도 DHA에 의해 억제됨을 규명하였다.

오메가-3 지방산을 합성할 수 있는 유전자변형 생쥐 (Fat1 mice)를 이용한 동물실험에서 유방암세포의 종양형성 및 폐로의 전이가 현저히 억제됨을 확인 되었는데 NF-kB 및 VEGF의 억제가 중요함을 확인하였다.

본 연구결과는 체내에 이미 오메가-3 지방산의 함량이 20배 이상 높은 Fat1 유전자변형 생쥐를 이용하였음으로 내인성 오메가-3 지방산이 유방암의 종양형성능 및 전이를 억제할 수 있다는 것과 그 메커니즘을 밝힌 논문으로, 국제적으로 권위 있는 암관련 과학 학술지 ‘Oncotarget’에 발표되었다. 


3. 기대효과
 
오메가-3 지방산은 심혈관질환 예방 및 치료제로 널리 알려져 있다. 이는 체내에서 합성할 수 없음으로 음식물을 통해서 반드시 섭취해야 하는 필수 지방산이다. 그러나 들어 있는 음식들이 한정 되어 있음으로 건강기능식품 등을 통해 복용해야 한다. 본 논문에서는 오메가-3 지방산의 유방암 발생 및 폐로의 전이를 억제하는 메커니즘을 규명하여 오메가-3 지방산을 매일 지속적으로 복용하면 유방암의 예방 및 전이를 억제할 수 있는 가능성을 제시하였다. 그러나 그 외에도 본연구진을 포함한 많은 연구자들이 자궁경부암을 포함한 다른 암종들을 대상으로 한 많은 연구 결과들을 발표하였는데, 이는 오메가-3 지방산의 복용은 심혈관뿐만 아니라 암의 예방 및 치료에 적용 가능함을 시사하는 것이다.




★ 연구 이야기 ★

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

오메가-3 지방산은 오메가-6 지방산과는 달리 항염증작용이 있으며, 20% 정도의 암은 염증에 의해 발생함으로 염증과 암에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 일어나고 있었으로 오메가-3 지방산이 항암작용을 가질 가능성들이 제시되고 있었음. 또한 생선 섭취가 많은 인종들에게 암 발생이 감소되어 있다는 역학보고가 있었음. 이전의 본인 연구에 의하면 오메가-3 지방산이 간암 및 간담도암 세포의 사멸을 유도하였음. 따라서 오메가-3 지방산이 간암뿐만 아니라 유방암 등 다른 암에도 사멸을 유도할 가능성을 예상하여 본 연구를 시작하게 되었음.


□ 연구 전개 과정에 대한 소개

이전 본인 미국 연수중 연구에서 오메가-3 지방산이 간암 및 감담도암 세포를 사멸 시키는데 이는 wnt/beta-catenin 경로를 차단하여 나타남을 규명함. 이에 제 1저자인 윤은진 박사과정 학생 (현재 UT-Southwestern Medical Center의 Instructor)이 유방암에서 오메가-3 지방산의 항암작용에 대한 연구 주제로 실험을 진행하던 중 유방암 세포에서도 같은 메커니즘에 의해 세포 사멸을 유도함을 확인함. 이 후 전이 관련 실험을 위해 먼저 유방암세포의 침윤실험에서 DHA에 의해 침윤능이 현저히 억제됨을 관찰하였음.  따라서 침윤에 중요한 효소인 MMP-2 및 MMP-9의 promoter 및 그 효소 활성이 DHA에 의해 억제됨으로 이들의 전사 인자로 중요한 NF-kB의 핵으로의 이동 감소 및 양적인 감소를 확인하였음. 그 뿐만 아니라 DHA에 의해 혈관표피성장인자 (VEGF)도 감소하였음. 이는 혈관신생도 오메가-3 지방산이 억제할 수 있음을 시사함. 이에 Fat1 유전자 변형 생쥐를 이용하여 종양형성능을 검색한 바 유방암세포의 종양형성능이 억제되었는데 이는 시험관내에서의 메커니즘과 동일함이 확인됨. 또 폐로의 전이가 억제 되었는데 이는 오메가-3 지방산에 의한 VEGF 감소에 따른 혈관신생이 억제되고 또 MMP-2 및 MMP-9의 억제에 의해 일어났음을 제시한 것임.


□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

대부분의 in vivo 실험에서 부닥치는 일이지만, 본 실험에서도 Fat1 유전자 변형 생쥐를 이용한 실험의 경우, 생쥐를 얻을 때마다 그 표현형을 매번 확인해야 하고, 또 생쥐의 주령을 맞추어야할 뿐만 아니라 전이 실험에서는 꼬리를 통한 유방암세포의 주사가 어려워 이에 대한 변수를 최소화하려고 노력하였음. 그러나 학생들과 함께 사전에 철저히 계획하고 관리하여 실험을 거듭할수록 잘 해결할 수 있었음.


□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존 오메가-3 지방산을 이용한 항암연구에서는 시험관내에서의 실험 및 면역결핍 생쥐를 이용한 것이라면 이번 실험에서는 내인성 오메가-3 지방산의 영향을 보기 위해 오메가-3 지방산의 함량이 20배 이상이 높은 Fat1 유전자 변형 생쥐를 이용해서 유방암세포의 종양형성능 억제 및 폐로의 전이 억제를 보여 주었으며 그 메커니즘을 명확히 제시하였음. 이는 오메가-3 지방산을 섭취하여 오메가-6/오메가-3 비율을 낮추어 주면 암의 예방 및 전이를 억제할 수 있음을 제시한 것임.


□ 꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은?

지금까지 오메가-3 지방산은 심혈관 예방 및 치료 목적으로 많은 사람들이 복용하고 있음. 오메가-3 지방산이 항염증작용이 있는 것을 감안할 때 염증-관련 질환의 예방 및 치료제로서의 가능성이 매우 높음. 특히 암의 예방 및 치료제로의 적용을 위해 노력하고자 함. 지금까지 암을 정복하기 위해 많은 투자가 이루어져 왔으나 암의 정복은 요원한 실정임. 따라서 암의 예방이 암으로부터 해방될 수 있는 최고의 방법임. 앞으로 오메가-3 지방산의 항암작용에 대한 새로운 메커니즘을 밝히고 또한 임상 실험이 시행된다면 오메가-3 지방산을 암의 예방 및 치료제로서 적용이 가능할 것임. 그 외에도 류마티스성 관절염, 천식, 파킨슨병, 뇌질환 등 염증과 관련된 질환에 적용될 수 있도록 노력하고자 함.


□ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

오메가-3 지방산에 의한 유방암 세포의 종양형성능과 전이억제 효과가 다른 암종에 비해 너무나 현저해서 모두가 믿을 수 없었음. 특히 본인의 두 딸들도 평소에 오메가-3 지방산을 먹지 않다가 이 결과를 보고 비타민과 같이 매일 복용함. 이 후 이들은 Tumor biology, Tumor immunology 분야의 연구를 위해 대학원 진학해서 금년 박사학위를 받았음.



용 어 설 명


1. 오메가-3 지방산 (Omega-3 Polyunsaturated fatty acids) 
    
오메가-3 지방산은 오메가-6 지방산과 더불어 우리 몸에서 합성할 수 없음으로 음식물로서 섭취해야만 하는 필수 지방산이다. 오메가 지방산이란 지방산의 말단탄소를 오메가(w) 탄소라 하며 여기서부터 세 번째 탄소에 이중결합이 있는 지방산은 오메가-3 지방산, 여섯 번째 탄소에 이중결합이 있으면 오메가-6 지방산이라 각각 명명한다. 오메가-3 및 오메가-6 지방산은 우리 몸에 필수적인 물질이나 오메가-3 지방산은 염증과 암 발생을 억제시키나, 오메가-6 지방산은 염증과 암 발생을 증가시키는 등 그 작용이 상반됨으로 이들의 균형을 적절히 유지하는 것이 필요하다. 현대인은 식습관 때문에 오메가-6/오메가-3 비율이 높아 심혈관 질환 및 암 발생등이 높다는 역학보고가 많다. 따라서 오메가-3 지방산을 매일 섭취함으로 그 비율을 낮춰 주는 것이 염증 관련 질환의 예방, 특히 암의 예방에 매우 중요하다.



그 림 설 명

       


<그림 1> DHA에 의한 유방암세포의 침윤 억제




<그림 2> DHA에 NF-kB의 작용 억제

(그림1) 오메가-3 지방산인 DHA는 유방암세포의 침윤을 억제하는 반면에 오메가-6 지방산인 아라키도닉산은 반대로 증가되었으며 이는 MMP-2 및 MMP-9의 활성을 억제하기 때문임을 규명하였다.
(그림2) 침윤에 중요한 MMP-2 및 MMP-9은 전사인자인 NF-kB에 의해 조절되는데DHA는 전사인자인 NF-kB를 억제함을 확인하였다.



<그림 3> 오메가-3 지방산에 의한 유방암 세포의 종양형성능 억제



<그림 4> 오메가-3 지방산에 의한 유방암 세포의 폐로의 전이 억제

 (그림3) Fat1 유전자 변형 생쥐에서 유방암세포의 종양형성능이 억제 되었으며 이는 NF-kB 작용의 감소가 중요함을 확인하였다.
 (그림4) Fat1 유전자변형 생쥐에서 유방암세포의 폐로의 전이가 억제 되었는데 이는 혈관표피성장인자의 억제에 따른 혈관신생억제가 중요함을 확인하였다. 결론적으로 오메가-3 지방산이 Cox-2/PGDH에 의한 PGE2의 감소 및 beta-catenin/cyclin D1 경로의 억제에 의해 종양형성능을 억제하며, 이는 NF-kB의 억제에 따른 MMP-2, MMP-9 및 VEGF의 억제에 의해 폐로의 전이가 현저히 억제됨을 규명하였다.


배너
배너