막수송체를 표적으로 삼은 약물 설계 : Lapatinib의 아미노산 수식에 의한 암세포내 수송 증가 및 세포 독성 증가

Abstract

기존의 항암화학요법은 암세포의 항암제에 대한 내성에 의해서 그 효과가 제한적이다. 항암제에 대한 내성은 다양한 인자에 의해 유발되나 특히 세포 내적 내성 기전에 의한 다약제내성 (多藥劑耐性, multidrug resistance

MDR)이 그 주된 원인이다. 다약제내성은 ATP 의존적인 배출 수송계에 의해 일어나는데 많은 항암제들이 이 배출 수송계 (排出輸送系, efflux transport system)의 기질 (基質, substrate)로 인식되어 암세포 외부로 배출된다. 이러한 현상을 극복하는 방법으로는 항암제의 ATP 의존적인 배출을 억제하거나, 암세포 내부로의 항암제 uptake를 높이는 방법이 있을 수 있다. 본 연구에서는 암세포 내부로의 항암제 uptake를 높이는 방법을통하여 항암제의 활성을 증가시키는 것을 시도하였다. 이를 위해 유방암 치료제인 Lapatinib을 모약물 (母藥物, parent srug)로 한 아미노산 아마이드 유도체 (amino acid-amide derivatives) 두 가지를 합성하였다. 하나는 valine amide인 Lapatinib-valine이고 다른 하나는 tyrosine amide인 Lapatinib-tyrosine이다. 먼저 암세포에 과발현 (過發現, overexpression)되어 있는 아미노산 수송체들 (amino acid transporters)이 세 물질 (Lapatinib, Lapatinib-valine 과 Lapatinib-tyrosine)을 수송하는 정도를 알아 보았다. 세 물질의 암세포 수준에서의 이행은 알려진 방법에 따라서는 정량이 불가능하기 때문에 암세포의 증식에 필수적으로 요구되는 아미노산인 glutamine의 방사성표지 화합물인 L-[3,4-3H(N)]-glutamine의 암세포 이행에 미치는 이들 세 물질의 저해 정도를 측정하였다. Glutamine은 암세포 표면에 과발현되는 아미노산수송계에 의해 암세포 내로 이행되는 것으로 알려진 아미노산이다. 그 결과 EGFR 양성 인간유방암세포주인 MDA-MB-231 cell에서 Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine은 glutamine의 세포 내 축적을 Lapatinib 에 비해 각각 약 32%, 41% 저해하였다. 또 인간유방암세포주인 MCF-7 cell에서도 Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine은 glutamine의 세포 내 축적을 Lapatinib 에 비해 각각 약 57%, 64% 저해하였다. 이 결과로부터 아미노산 수송체에 대한 Lapatinib-valine와 Lapatinib-tyrosine의 친화력이 모약물인 Lapatinib 에 비하여 큼을 알 수 있었다. 다음으로 기존의 아미노산 유도체 약물에서 많은 연구가 이루어져 있는 펩타이드 수용체인 PEPT1에 대한 세 물질 (Lapatinib, Lapatinib-valine 과 Lapatinib-tyrosine)의 수송을 앞의 실험과 같은 원리로 glutamine과의 상호작용을 통해 알아 보았다. Lapatinib을 비롯하여 Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine 모두 glutamine의 세포 내 축적을 저해하는 결과를 보이지 않았다. 한편 유방암 세포주 (MDA-MB-231와 MCF-7), 폐암 세포주 (A549) 등에서 Lapatinib-valine와 Lapatinib-tyrosine은 모약물인 Lapatinib에 비하여 증가된 세포독성효과를 나타내었다. 즉 MCF7 cell에 대한 IC50(암세포 성장을 50% 억제하는 농도) 수치는 Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine이 Lapatinib에 비해 약 1/2정도로 낮았으며, Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine간의 차이는 존재하지 않았다. MDA-MB-231 cell에 대한 IC50(암세포 성장을 50% 억제하는 농도) 수치는 Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine이 Lapatinib에 비해 약 3/5정도 낮았으며, Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine간의 유의적인 차이는 관찰되지 않았다. Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine의 체내 안정성을 파악하기 위하여 plasma 내에서 시간에 따른 약물 농도의 변화를 측정한 결과, 37℃에서 24시간 동안 모약물을 비롯한 세 약물 모두에서 유의적인 농도 감소는 관찰되지 않았다. 결론적으로 Lapatinib의 아미노산 유도체 약물인 Lapatinib-valine과 Lapatinib-tyrosine은 Lapatinib의 암 세포내 이행을 촉진함으로써 이 약물의 세포독성 효과를 증가시킴을 알 수 있었다. 또 이 유도체는 혈장 등 체액 중에서 안정할 것으로 기대되었다. 본 연구에서 시도된 것처럼, 암세포에 과발현되어 있는 아미노산 수송체 같은 수송체에 의해 더 잘 이행될 수 있는 항암제의 유도체 또는 프로드럭 (prodrug)을 설계 (막수송체 맞춤 약분자설계, transporters-targeted drug design)함으로써 기존 항암제 약물의 암세포 이행성, 나아가 효율을 높일 수 있는 가능성이 시사되었다.