리지스틴에 의한 신생혈관 생성유도 및 종양 성장 촉진에 관한 연구

Abstract

지방조직에서 분비되는 호르몬인 아디포카인(adipokine)이 비만 환자의 암 발생과 진행에 있어 중요한 역할을 할 수 있다는 것이 밝혀지면서 아디포카인을 암의 발생과 진행 그리고 재발의 생물학적 표지자(biomarker)로 사용하거나 치료의 타깃(target)으로 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 아디포카인의 하나인 리지스틴(resistin)은 비만이나 인슐린 저항성과의 연관성에 대하여는 상이한 보고가 있으나 사람에서는 리지스틴이 단핵구나 대식세포에 의해 발현되며 만성 염증의 중요한 매개체가 될 수 있음이 보고되었다. 만성 염증이 암의 발생이나 진행과 밀접한 관련이 있고 단핵구와 대식세포가 종양의 혈관신생과 전이에 있어 중요한 역할을 한다는 점에서 리지스틴이 암의 발생 및 진행과 관련이 있을 가능성이 있다. 따라서 이 연구에서는 유방암 환자에서 혈청 리지스틴 농도의 증가 여부를 조사하고 리지스틴이 종양 성장과 혈관신생에 미치는 영향을 평가함으로써 리지스틴이 암과 관련된 새로운 생물학적 표지자나 치료 타깃이 될 수 있는지를 검토하였다. 첫째로, 리지스틴이 암의 발생 및 진행과 관련이 있는지 조사하기 위하여 유방암 환자를 대상으로 한 환자-대조군 연구에서 혈청 리지스틴 농도를 비교하였다. 그 결과 유방암 환자의 혈청 리지스틴 농도가 정상인에 비해 유의하게 높았다 (유방암 환자 17.2±10.6 ng/mL vs. 정상인 11.3±6.1 ng/mL, P=0.011). 특히 stage II-IV유방암 환자들의 혈청 리지스틴 농도가 stage I 유방암 환자 및 정상인과 비교하여 유의하게 높았고, stage I유방암 환자와 정상인 사이에서는 차이가 없었다 (stage II-IV 19.5±11.4 ng/mL vs. stage I 10.8±2.6 ng/mL, P=0.003 혹은 vs. 정상인11.3±6.1 ng/mL, P=0.002). 둘째로, 유방암 환자들에서 혈청 리지스틴 농도가 높은 원인을 찾기 위해 환자의 유방암 조직으로 리지스틴 면역화학염색을 시행한 결과, 유방암 세포에서는 리지스틴이 발현되지 않았고 일부 유방암 조직에 침습한 단핵구나 대식세포에서 리지스틴이 발현되는 것을 관찰하였다. 또한 유방암 세포에서 발현되는 Interleukin-6가 단핵구에서 리지스틴의 발현을 증가시켰다. 셋째로, in vitro에서 리지스틴이 유방암 성장에 미치는 영향을 평가하기 위하여 증식과 사멸 조건에서 MDA-MB231 유방암 세포를 배양하면서 생존/사멸에 대한 리지스틴의 영향을 평가하였다. 그 결과 리지스틴이 유방암 세포의 증식이나 사멸에는 영향을 주지 않았다. 하지만scratch wound assay에서 리지스틴은 유방암 세포의 이동을 촉진시켰다. 넷째로, 생체 내에서 리지스틴이 종양 성장에 미치는 영향을 평가하기 위하여 MDA-MB231 유방암 세포를 이용한 이종이식(xenograft) 종양 성장 모델을 시행하였으며 대조군과 비교하여 리지스틴을 종양 주변 피하로 주입한 군에서 종양의 성장이 촉진됨을 발견하였다 (종양 부피, 리지스틴 군 224±51 mm3 vs. 대조군107±24 mm3, P<0.01; 종양 무게, 리지스틴 군92±23 mg vs. 대조군 56±18 mg, P<0.05). 또한 리지스틴에 의한 종양 성장 촉진 기전을 분석하기 위해 종양 조직에서 혈관내피세포의 표지자인 CD31 양성 미세혈관의 밀도를 측정하였으며 미세혈관의 밀도가 리지스틴 군에서 유의하게 상승함을 관찰함으로써 리지스틴이 종양의 혈관신생을 촉진하여 유방암의 진행을 조장할 수 있음을 확인하였다 (미세혈관의 밀도, 리지스틴 군 64±10 혈관/필드 vs. 대조군37±6 혈관/필드 P<0.01). 리지스틴의 혈관신생에 대한 직접적인 영향을 확인하기 위해 시행한 in vitro실험에서 리지스틴은 혈관내피세포의 Matrigel tube formation과 이동을 촉진시켰고in vivo 혈관생성 모델인 Matrigel plug assay에서도 리지스틴이 혈관신생을 유의하게 증가시켰다. 다섯째로, 동물 모델에서 드러난 리지스틴의 종양 내 혈관신생에 대한 영향이 사람에서도 적용 가능한지를 평가하기 위하여 유방암 환자의 혈청 리지스틴 농도와 유방암 조직의 미세혈관 밀도 사이의 상관 관계를 분석하여 유의한 상관 관계가 있음을 확인하였다 (Spearman correlation coefficient 0.569, P=0.007). 결론적으로 본 연구를 통하여 정상인에 비해 유방암 환자에서 혈청 리지스틴 농도가 높았으며 이는 유방암 세포 자체에 의한 리지스틴 발현 때문이 아니고 혈액이나 종양 내 단핵구 또는 대식세포에 의해 리지스틴의 발현이 증가하기 때문임을 알 수 있었다. 또한 리지스틴은 유방암 세포 자체의 증식과 사멸에는 영향을 미치지 않으나 종양 내 혈관신생을 자극하고 종양 세포의 이동을 조장하여 생체 내에서 종양의 성장을 촉진시켰다. 이러한 결과는 리지스틴이 유방암 환자에서 새로운 생물학적 종양 표지자와 치료 타깃이 될 수 있음을 시사한다.

Background Adipokine, an adipose tissue derived hormone, is associated with cancer development and progression that is related to obesity. However, the role of resistin, a novel adipokine, which is related to both obesity and inflammation, is unclear in cancer biology. Here, we assessed the expression of resistin in breast cancer patients and evaluated its effects on tumor progression. Methods and Results We compared serum resistin levels of breast cancer patients (n=30) and healthy controls (n=30) in a case-control study and stained the tumor tissue with resistin antibody to identify the source of resistin expression. Serum resistin levels were higher in breast cancer patients than in controls (17.2±10.6 ng/mL vs. 11.3±6.1 ng/mL, P=0.011), but it was not expressed by cancer cells. Resistin was expressed by infiltrative monocytes in cancer tissue and the expression by monocytes was increased by interleukin-6 secreted from MDA-MB231 breast cancer cells. Using a MDA-MB231 breast cancer xenograft tumor model, we found that resistin promoted tumor growth (tumor volume, resistin group 224±51 mm3 vs. control group 107±24 mm3, P<0.01; tumor weight, resistin group 92±23 mg vs. control group 56±18 mg, P<0.05). In vitro assessment of the effect of resistin on cancer cells showed that it had no influence on the survival and proliferation of cancer cells, but increased cells migratory capacity. The vessel densities of the tumor tissue were assessed by CD31 immunostaining. The results suggested that the resistin increased tumor growth by angiogenesis (vessel densities, resistin group 64±10 vessels/field vs. control group 37±6 vessels/field, P<0.01). Furthermore, the angiogenic effect of resistin was confirmed by in vitro and in vivo angiogenesis assays, and the serum resistin levels of the breast cancer patients had a significant linear correlation with microvessel densities of their cancer tissue (Spearman correlation coefficient 0.569, P=0.007). Conclusions Serum resistin level is increased in breast cancer patients and promotes tumor growth by stimulating angiogenesis. This suggests that the resistin can be a novel therapeutic target of anti-cancer and anti-angiogenic therapy, as well as a new biomarker of tumor growth.