79 서 론
미국의 경우 대장암은 암 사망원인의 두 번째를 차지 하며,1) 국내에서도 식생활 습관이 서구화되면서 급격히 증가하고 있다.2) 2002년 국내 대장암의 발생률은 위암, 폐암, 간암에 이어서 네 번째로 높은 비율을 차지하고 있으며, 암으로 인한 사망 원인 중에서도 폐암, 위암, 간
암에 이어서 네 번째를 차지하고 있다.3)
대장암은 S자 결장 이상의 근위부에 생긴 결장암과 직 장이나 항문 관에 생긴 직장암을 합친 것을 말한다. 발암 의 위험요인은 크게 유전적인 요인과 환경적 요인으로 나눌 수 있으나 대장암은 다른 암에 비해 환경적인 요인 이 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 위험요인으 로는 식이, 사회경제 상태, 음주, 흡연, 방사선, 직업성 노출 등인데, 그 중 식이 요인이 그 영향력이 가장 큰
Correspondence to：Ae-Son Om
Department of Food & Nutrition, School of Human Ecology, Hanyang University, San 21 Haengdang-dong, Seongdong-gu, Seoul 133-791, Korea Tel: +82-2-2220-1203, Fax: +82-2-2292-1226
E-mail: [email protected]
Beta-glucan이 Azoxymethane을 투여한 F344 Rats의 대장 암화 과정에 미치는 영향
한양대학교 생활과학대학 식품영양학과, 1의과대학 약리학교실
심재영․김영경․강주섭1․엄애선
Preventive Effects of Beta-glucan on Colon Carcinogenesis in Azoxymethane Treated F344 Rats
Jae-Young Shim, Young-Kyung Kim, Jusep Kang1 and Ae-Son Om
Department of Food & Nutrition, School of Human Ecology, 1Department of Pharmacology &
Clinical Pharmacology Laboratory, College of Medicine, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
This study was designed to investigate the preventive effect of the β-glucan on colon cancer using forty 21-day old male Fisher 344 rats. The colon cancer was induced by injections with colon carcinogen azoxymethane (15 mg AOM/kg body weight/time) at 4 and 5 weeks of age. All the rats were divided into control and experimental groups (n=10/group, β-glucan 1, 10, 100 ppm). The rats were fed normal diets ad libitum, and β-glucan was supplemented by intragastric intubation for 5 weeks. On week 5, all the rats were sacrificed. Body weight, food consumption weight, cecum pH, aberrant crypt (AC), aberrant crypt foci (ACF) were measured. Body weight and food consumption were not differ among control and experimental groups. The cecum pH and the number of AC in experimental group (β-glucan 10, 100 ppm oral feeding groups) were significantly lower than those of the control groups (p＜0.05).
The number of ACF in experimental group (β-glucan 100 ppm oral feeding groups) was significantly lower than that of in control groups (p＜0.05). These results show that β-glucan may inhibit colon carcinogenesis through diverse mechanism. Therefore, further studies are needed to identify the mechanisms by which β-glucan inhibit colon cancer. (Cancer Prev Res 11, 79-83, 2006)
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책임저자：엄애선, ꂕ 133-791, 서울시 성동구 행당동 산 21 한양대학교 생활과학대학 식품영양학과
Tel: 02-2220-1203, Fax: 02-2292-1226 E-mail: [email protected]
접수일：2005년 11월 24일, 게재승인일：2006년 1월 11일
것으로 알려져 있다.4) 한편 보호 작용을 하는 식이로는 채소 및 과일 등의 고섬유식과 신체활동 등이 제안되고 있으며,5) 최근 대두도 보호 작용을 할 수 있다는 국내의 보고가 있다.6)
β-glucan은 보리, 버섯, 귀리 등의 세포벽 구성성분의 하나로써 화학적으로 glucose polymer 형태로 4∼8%가 포 함되어 있으며, β-1,4-glucopyranosyl과 β-1,40 glucopyranosyl 이 약 7：3으로 함유되어 있다.7) β-glucan은 식이성 섬유 의 하나로 수용성 부분과 불용성 부분이 공존하는데 그 중 수용성 부분은 38∼69%으로,8) 소장 내에서 전분, 단 백질, 지질 등과 같이 쉽게 흡수되는 영양성분을 둘러싸 흡수에 물리적 장벽으로 작용하며, 담즙산과 지질의 흡 수를 방지할 뿐만 아니라 세균에 의하여 발효되어 단쇄 지방산을 생성한다.9)
또한 cholesterol 저하 효과10∼12) 및 당뇨병 예방과 치료 효과가 있다고 발표된바 있으며,13,14) 손상된 면역 기능을 회복시켜주거나 촉진시켜 줌으로써 항암15,16) 및 항종양
활성17,18)이 있는 것으로 알려져 있다. 국내에서는 β-
glucan의 효과로 면역활성을 증진시킨다는 보고19,20)가 있 으나 항암 효과에 대해서는 아직 연구가 미흡한 편이다.
발암기전(carcinogenesis)은 “multi-step” 과정으로서 여러 가지 종양 유전자(oncogene)의 돌연변이와 종양억제 유전 자(tumor suppressor gene)의 소실(allelic loss)이나 돌연변이 (mutation)의 결과로 일어나며 대장암도 그 예외는 아니 다.21) 대장암의 진행을 나타내는 지표로는 대장암 초기 진 행 시 aberrant crypt foci (ACF)가 있는데 이는 1,2-dimethyl- hydrazine (MDH)나 azoxymethane (AOM)과 같은 carcinogen 으로 처리된 쥐의 대장 조직 상피 세포에서 발생한다.
ACF는 선종(adenoma)와 선암종(adenocarcinoma)로 발달하 는 잠재적인 부위로서 이들은 정상세포보다 두꺼우므로 aberrant crypt (AC)와 함께 4% methylene blue의 염색으로 현미경에서 볼 수 있다.22)
이에 본 연구에서는 β-glucan의 항암효과를 알아보기 위하여 AOM을 처리한 흰쥐에게 공급한 후 암화과정의 생체지표를 측정함으로써 암화 진행의 억제 효과를 알 아보고자 하였다.
재료 및 방법 1. 실험 설계 및 재료
3주령된 Fisher344 (Charl’s Rivers사) 계열의 웅성 흰쥐 를 구입하여 적응기간 1주일 후에 화학적 발암원인 azox- ymethane (Sigma Chemical Co. St Louis, USA, AOM)을 15 mg/body weight kg씩 일주일에 1회씩 2주 간격으로 피하
주사하여 총 투여량이 30 mg/body weight kg 되도록 하여 대장암을 유발하였다. AOM 주사 후 모든 동물들은 대조 군과 β-glucan (태평양, Korea) 1, 10, 100 ppm 투여군(n=
10/group)으로 나눈 후 각 군에 해당하는 시험 시료를 intragastric syringe로 5주간 경구 투여하였다. 모든 동물은 12시간 명암주기, 25oC로 유지되는 곳에서 사육하였으며 음용수와 식이는 자유롭게 공급하였다. 식이 조성은 Table 1과 같으며 12시간 동안 절식시킨 후 해부하여 각 조직을 적출하였다.
2. 체중 및 식이량 측정
전 실험기간 중 매일 9~10시경에 임상증상과 빈사 및 폐사동물의 유무를 관찰하였으며 체중은 모든 실험 동 물에 대하여 일주일에 3회, 2일 간격으로 측정하였고, 사 료 섭취량은 체중 측정과 동일한 시간에 측정하여 군별 평균치를 산출하여 식이 섭취량을 구하였다.
3. Cecum의 pH 및 Aberrant Crypt (AC)/Aberrant Crypt Foci (ACF)의 측정
도서 후 cecum은의 바로 위아래를 잘라 내용물을 꺼내
Table 1. Composition of diet
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Ingredient g
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Casein 160
Cornstarch 490
Sucrose 200
Cellulose 50
Corn oil 48.4
Cysteine 1.5
Methionine 3
Cholin bitartrate 2
BHT1) 0.015
Mineral mixture2) 35
Vitamin mixture3) 10
Total 1,000
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1)BHT: Butylated Hydroxytoluene
2)Mineral mixture (g/100 g): CaHPO4․2H2O, 0.43: KH2PO4, 34.31: NaCl, 25.06; Fe (C6H5O7)․6H2O, 0.623; MgSO4 7H2O, 9.98; ZnCl2, 0.02; MnSO4․4-5H2O, 0.121; CuSO4·5H2O, 0.156;
KI, 0.0005; CaCO3, 29.29; (NH4)6Mo7O2·4H2O, 0.0025
3)Vitamin mixture (mg/100 g): Vitamin A acetate, 93.2: Vitamin D3, 0.5825: α-tocopherol-acetate, 1200: Vitamin K3, 6.0: Vitamin B1
Hydrochloride, 59.0: Vitamin B2 59.0: Vitamin B6 hydrochloride, 29.0: Vitamin B12, 0.2: Vitamin C, 588; D-Biotin, 1.0: Folic acid, 2: Pantothenic acid, 235: Nicotinic acid, 94; Inositol, 1176:
Lactose, 96257
어 증류수로 5배 희석하였다. 증류수로 5배 희석시킨 cecum을 3,000 rpm에서 20분간 원심분리하여 상층액에 서 pH를 측정(NOVA-100s, pH meter)로 하였다. 실험 동 물의 cecum 바로 아래부터 anus 바로 위까지 절개하고 대장 조직이 프로말린에 완전히 침투하면 4% methylene blue에 염색하여 광학현미경에서 AC 및 ACF의 숫자를 확인하였다.
4. 통계처리
실험에서 나타난 결과에 대해서는 SPSS (SPSS Inc. USA) 를 이용하여 각 군마다 평균과 표준편차를 계산하고, 군 간의 차이를 p＜0.05 수준에서 ANOVA test를 실시한 후 Duncan’s multiple range test에 의하여 검증하였다.
결과 및 고찰 1. 체중 및 식이섭취량의 변화
실험 동물의 체중 변화는 실험동물의 전반적인 상태 를 나타내는 지표로 여겨지는 일반적인 척도라 할 수 있 다. 실험기간 5주 동안의 체중 변화를 측정한 결과는 Fig.
1과 같다. 실험을 마친 후 실험 동물의 평균 체중은 대조 군 234.7±10.37 g, β-glucan 1, 10, 100 ppm 투여군은 각 각 237.4±6.97, 238.3±7.39, 239.1±1.72 g이었다. AOM 투여 후 체중의 변화량은 대조군 113.2 g, β-glucan 1, 10, 100 ppm 투여군은 각각 115.9, 116.8, 117.6 g으로 대조군 과 실험군에서 비슷하나 증가량을 보였으며, 통계학적 으로 군가의 유의적인 차이는 없었다.
2. Cecum의 pH의 변화
Cecum pH는 장내 점막의 세포 증직 지표이다. Cecum 의 평균 pH를 측정한 결과는 Fig. 2와 같다. 대조군이 7.18±0.08이었으며, β-glucan 1, 10, 100 ppm 투여군은 7.19±0.16, 7.28±0.10, 7.31±0.12으로 대조군에 비해 β- glucan 10, 100 ppm 투여군은 유의적으로 낮았다(p＜
0.05). Reza 등23)과 Linda 등24)의 실험에서는 대장암을 유 발시킨 쥐에게 콩 단백질을 투여하였을 경우 cecum pH 와 aberrant crypt foci의 수가 유의적으로 감소하여 대장암 이 억제되는 것을 증명하였는데, 본 연구과와 일치하였 다.
Cecum pH가 낮아 장내 환경이 산성이 될수록 유해한 bacteria의 활성이 낮다는 연구결과를 볼 때 β-glucan으로 단쇄지방산이 생성됨으로써 장내 pH 환경에 영향을 주 어 대장세포를 보호하는 것으로 보여진다.
3. Aberrant Crypt (AC) 및 Aberrant Crypt Foci (ACF)의 변화
AC 및 ACF의 평균 개수는 Fig. 3, 4와 같다. 대조군에서 의 AC의 개수는 155.57±16.08, β-glucan 1, 10, 100 ppm 이었으며 투여군은 각각 138.50±45.65, 58.00±40.60, 63.00±11.35 대조군에 비해 β-glucan 10, 100 ppm 투여 군에서 유의적으로 낮았다(p＜0.05). 대조군에서의 ACF 이 개수는 50.14±9.05으로 β-glucan 1, 10, 100 ppm 투여 군은 각각 48.75±9.42, 33.67±15.22, 32.00±4.27이었으
Fig. 2. Effects of β-glucan on pH of cecum contents of rats.
Each values is the mean (n=10). Statistical significance was calculated by one-way ANOVA. Significant difference was observed between control and treatment groups.
*p＜0.05 vs. control.
Fig. 1. Change of body weight in β-glucan treated groups during experimental weeks. Each values is the mean (n=30).
Statistical significance was calculated by one-way ANOVA.
Significant difference was not observed between control and treatment groups.
나 대조군에 비해 β-glucan 100 ppm 투여군에서 유의적 으로 감소하였다(p＜0.05). ACF는 대장암 진행 시 전암 병변(preneoplastic lesion)의 초기 단계에서 발생하는 것으 로 대장암의 발현을 상징하는 지표로, Om24)의 연구에서 는 AOM으로 대장암을 유발시킨 흰쥐에 콩을 급여하였 을 때 ACF의 형성이 억제되는 결과를 발표하였으며, Hakkak 등25)의 연구에서는 AOM으로 대장암을 유발시킨 흰쥐에 콩 단백질을 급여하였을 때 ACF의 형성이 억제
되는 결과를 발표하였는데 이는 본 연구결과와 일치하 였다.
이상에서 β-glucan이 여러 가지 기전을 통해 대장암 암화과정을 억제할 수 있는 것으로 보여진다. 이는 β- glucan이 대장에서 이상세포로의 초기 전화단계인 AC 및 ACF의 형성을 억제하기 때문으로 생각되나 다른 생체지 표의 작용 및 기전에 대해서는 더 많은 연구가 수행되어 야 하겠다.
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Fig. 3. Effects of β-glucan on aberrant crypt of colon tissue in AOM-induced of rats. Each values is the mean (n=10).
Statistical significance was calculated by one-way ANOVA.
Significant difference was observed between control and treat- ment groups.
*p＜0.05 vs. control.
Fig. 4. Effects of β-glucan on aberrant crypt foci of colon tissue in AOM-induced of rats. Each values is the mean (n=10).
Statistical significance was calculated by one-way ANOVA.
Significant difference was observed between control and treatment groups.
*p＜0.05 vs. control.
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