항암제 내성 췌장암 세포에서 Piceamycin과 Krukovine의 암세포 성장 억제 효능 연구

Abstract

Cancer is a major cause of human death, with incidence rates continuing to rise globally. Common causes of cancer include exposure to environmental risk factors, such as certain dietary habits and cancer-related genetic changes. Pancreatic cancer is one of the most difficult types of cancer to detect and cure. While surgery is considered the most effective strategy to treat early-stage pancreatic cancer patients, most pancreatic cancer patients are diagnosed at advanced stages. Only 15-20% of patients are eligible for surgical treatment, and over 80% undergo medicinal treatment. In the case of advanced pancreatic cancer, palliative systemic chemotherapy with supportive care is considered the only viable therapeutic option. Gemcitabine with nab-paclitaxel and FOLFIRINOX are commonly used as the first-line chemotherapy. However, the frequent development of drug resistance to conventional cytotoxic agents contributes to the aggressive progression of the disease, which greatly undermines the efficacy of the therapy. Therefore, the discovery of novel agents to complement conventional cytotoxic agents is needed for the effective treatment of acquired drug-resistant pancreatic cancers. The first part describes that piceamycin, a silkworm-derived natural product, can be effectively applicable for gemcitabine-resistant pancreatic cancer cells. Although gemcitabine-based regimens are widely used as an effective treatment for pancreatic cancer, acquired resistance to gemcitabine has become an increasingly common problem. Therefore, there is an urgent need for the development of a novel therapeutic strategy to treat gemcitabine-resistant pancreatic cancer patients. Alpha-actinin-4 (ACTN4) plays a pivotal role in tumorigenesis and metastasis of numerous cancers, and ACTN4 signaling is aberrantly activated in malignant tumors. Piceamycin (PCM) is a secondary metabolite produced by a Streptomyces sp. SD53 strain isolated from the gut of the silkworm, Bombyx mori, and was reported to exhibit an antiproliferative activity against various cancer cells. In the present study, the antiproliferative activity of PCM was investigated in a gemcitabine-resistant pancreatic cancer cell line (gemcitabine-resistant AsPC-1 cells) and gemcitabine-resistant patient-derived pancreatic cancer organoid (PDPCO). PCM effectively inhibited the proliferation of the gemcitabine-resistant cell lines and suppressed the expression of ACTN4 in gemcitabine-resistant AsPC-1 cells. Furthermore, PCM effectively inhibited the invasion and migration of gemcitabine-resistant AsPC-1 cells through the modulation of actin polymerization, focal adhesion, and epithelial-mesenchymal transition biomarkers. PCM also induced the G0/G1 cell cycle arrest and the long-term exposure of PCM induced apoptosis in gemcitabine-resistant AsPC-1 cells. The combination of PCM and gemcitabine exhibited a synergistic antiproliferative activity in gemcitabine-resistant AsPC-1 cells. Taken together, these findings indicate that PCM may be an effective agent for overcoming gemcitabine resistance in pancreatic cancer. The second part describes that krukovine (KV), a bisbenzylisoquinoline alkaloid derived from Abuta grandifolia (Mart.) Sandw. (Menispermaceae). KV can effectively inhibit the growth and metastasis of oxaliplatin-resistant pancreatic cancer cells. While the oxaliplatin-based FOLFIRINOX regimen is widely used as the first-line chemotherapy for pancreatic cancer, acquired resistance to oxaliplatin poses a major challenge to the success of the chemotherapy. Therefore, a novel therapeutic strategy is needed to treat oxaliplatin-resistant pancreatic cancer. In the present study, oxaliplatin-resistant AsPC-1 cells were used to evaluate the effect of KV on the proliferation in the cells. KV showed antiproliferative activity in oxaliplatin-resistant pancreatic cancer cells and suppressed the expression of the transmembrane protein, TMEM139. TMEM139 is known as inducer of tumor invasion and metastasis. KV effectively inhibited the PI3K-Akt-mTOR and Erk-RPS6K-TMEM139 signaling pathways in oxaliplatin-resistant AsPC-1 cells. In this study, KV also exhibited antiproliferative activity of patient-derived pancreatic cancer organoids (PDPCOs). Furthermore, KV showed a synergistic combinatory effect with oxaliplatin in patient-derived pancreatic cancer organoids (PDPCOs). Taken together, these findings indicate that KV may be an effective agent for overcoming oxaliplatin-resistance in pancreatic cancer.

암은 인간의 죽음에 주요한 원인으로 환경적 요인, 식습관, 유전적 요인 등에 의하여 그 발병률이 점차적으로 증가하고 있다. 특히나 췌장암에서는 수술적 요법이 초기단계의 환자를 치료하는 가장 좋은 방법이지만, 대부분의 췌장암 환자의 경우 진행이 된 상태로 발견이 되고, 15-20%의 환자만이 수술 가능하며 나머지 80% 이상의 환자의 경우 고식적인 약물치료 외에는 적합한 방법이 없는 실정이다. 납-파클리탁셀과 젬시타빈 그리고 폴피리녹스 요법이 췌장암에서 일선으로 쓰이는 약물이지만, 이들 약물에 대한 내성이 왕왕 발생하여 병의 진행을 더욱 가속화하게 된다. 그러므로 현재의 쉬이 내성이 발생하는 상용되는 약물을 보완할 수 있는 약물을 발굴하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 첫째, 비록 젬시타빈에 기반한 치료법이 췌장암 연구에서 널리 사용되고 있지만, 젬시타빈의 사용으로 인한 내성 또한 간과할 수 없는 문제점이므로 젬시타빈 내성이 있는 췌장암세포에서 효과적인 약물을 발굴하고자 연구를 진행하였다. Alpha-actinin-4 (ACTN4)는 많은 암에서 암을 유발하고 전이하는 것에 영향을 끼친다고 알려진 유전자이다. 뿐만 아니라 악성 암에서 그 발현이 더욱 활성화 되어있다고 알려져 있다. Piceamycin (PCM) 은 누에, Bombyx mori의 장에서 분리한 Streptomyces sp. SD53 strain (스트렙토미세스 속. SD53 스트레인)에서 생산된 이차대사산물이다. PCM은 다양한 암에서 생장 저해를 유도한다고 알려져 있다. 그러나 췌장암에서의 항암효과와 그 기전은 아직까지 연구된 바가 없으므로 이 연구에서는 젬시타빈 저항성이 있는 췌장암 세포 (gemcitabine-resistant AsPC-1 cells)에서 PCM의 항암기전을 연구하였고, 또한 췌장암 환자 유래의 오가노이드에서 PCM의 생장 저해 효과를 확인하였다. PCM은 gemcitabine-resistant AsPC-1 cells에서 효과적으로 생장을 저해하고 또한 ACTN4의 발현을 억제하였다. PCM 은 gemcitabine-resistant AsPC-1 cells에서 효과적으로 암세포의 침윤과 이동을 저해시켰다. 이것은 액틴 중합, focal adhesion과 상피 간엽 이행 (epithelial-mesenchymal transition) 바이오마커가 PCM 처리시 저해됨을 통해 확인할 수 있었다. 또한 PCM에 의해 G0/G1 cell cycle arrest가 일어났고, PCM을 오랜 시간 처리 (48시간) 하였을 때 PCM 농도가 증가함에 따라 세포사멸이 유도됨을 확인할 수 있었다. 또한 gemcitabine-resistant AsPC-1 cells세포에서 PCM과 젬시타빈의 병합요법의 효과도 확인할 수 있었다. 이 모든 것을 종합해 볼 때 PCM은 젬시타빈 내성이 있는 췌장암에서 효과적인 하나의 치료제로 쓰일 수도 있을 것을 기대할 수 있다.

둘째로, 옥살리플라틴은 폴피리녹스 요법에서 사용되는 약물 중에 하나로 췌장암치료에서 1st line chemotherapy로 가장 널리 사용되는 약물이다. 따라서 이 약물에 저항성이 있을 때 다른 대체할 수 있는 약물이 제한적이다. Krukovine (KV) 은 Abuta grandifolia (Mart.) Sandw. (Menispermaceae) 이라는 식물의 껍질에서 분리된 알칼로이드로 다른 여러 암에서 항암효과를 보여주었지만 췌장암에서는 아직 그 효과에 대한 연구가 발표되지 않았으므로, 이 연구에서는 옥살리플라틴 저항성이 있는 췌장암세포에서 KV에 의해 생장이 저해되는 효과를 확인하고, 어떠한 기전으로 생장이 저해되는지 확인하였다. 옥살리플라틴 저항성의 췌장암세포에 KV을 처리하였을 때 생장 저해 효과를 나타내었으며, 특히나 세포의 이동과 전이에 관련 있다고 알려진 단백질인 TMEM139의 전사체 및 단백체 발현을 억제시켰다. KV은 KRAS 돌연변이가 있는 췌장암세포와 환자 유래 췌장암 오가노이드의 생장을 저해하였고, PI3K - Akt - mTOR 및 Erk-RPS6K-TMEM139 기전의 단백질 발현을 억제함으로 세포 생장 및 전이를 저해시켰다. 또한 KV을 처리시 oxaliplatin-resistant AsPC-1 cells 세포의 이동과 침윤을 저해시켰다. 그리고 옥살리플라틴에 상대적으로 저항성을 나타내는 오가노이드에 KV과 함께 병합요법을 하였을 때 시너지 효과가 있다는 것을 확인하였다. 이를 통해 KV이 옥살리플라틴에 저항성이 있는 췌장암 환자의 치료를 위한 병합요법을 위한 하나의 후보 물질이 될 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 이 연구를 통해 기존의 췌장암 치료에 널리 쓰이는 젬시타빈과 옥살리플라틴에 저항성이 있는 췌장암 세포에서 효과가 있는 약물의 발굴 및 그 기전을 탐색함으로써 현재 고식적인 치료방법 외에는 부재한 췌장암 약물 연구에 일조할 수 있을 것으로 기대한다.