쥐에서 경구

대한소화기학회지 2008;52:332-333 □ SELECTED SUMMARIES □

쥐에서 경구 zebularine을 통한 장기간 후성학 약물 치료의 장종양 예방효과 및 안정성

(Long-term Epigenetic Therapy with Oral Zebularine Has Minimal Side Effects and Prevents Intestinal Tumors in Mice.

Cancer Prevention Research 2008;4:223-240)

요약: 최근 혈액종양인 골수이형성 증후군의 치료에서 후 성학 약물의 효과가 성공적으로 입증되면서 후성학 기전에 의한 DNA 메칠화 억제제의 장기간 투여에 따른 약제 안정 성에 대한 의문이 제기되고 있다. 이번 연구는 장의 선종-암 화 모델인 Apc^Min/＋ 쥐에 DNA 메칠화 억제제인 zebularine을 함유한 식수를 지속적으로 음용시켜 쥐의 정상 발생과정과 장암 예방에 대한 약물 효과를 알아보고자 하였다. Zebu- larine의 장기간 음용은 암컷 Min 쥐의 소장과 대장에서 B1 short interspersed nucleotide elements (SINE)의 DNA 메칠화 를 감소시켰으나 다른 장기에서는 이러한 현상이 나타나지 않아 조직-특이적인 DNA 메칠화 감소임을 알 수 있었다.

약물의 음용기간 동안 쥐의 평균 체중은 처치군과 대조군에 차이가 없었다. 또한 암컷 Min 쥐의 대장 상피세포에서 전 반적인 유전자 발현 변화를 분석한 결과, 약물에 의하여 유 전자 발현이 변화된 것은 3-6%의 유전자에 불과하였다. 간 과 장 조직을 이용한 조직병리학적인 분석에서도 독성이나 형태학적인 변화는 관찰되지 않았다. 마지막으로 zebularine 의 장기간 음용을 통한 장 종양 예방효과를 평가한 결과, Min 암컷 쥐에서 용종 평균 수는 58개에서 1개로 감소한 반 면, 수컷에서는 용종 수가 감소하지 않았는데 이는 아마 aldehyde oxidase의 활성도 차이로 생각하였다. 결론으로 장 기간의 zebularine 복용은 장에서 조직-특이적인 DNA 탈메 칠화(demethylation)를 통하여 성별-특이적으로 장 종양을 억 제하였으며 쥐에서 후성학적인 약물의 장기간 투여가 쥐의 발생과정과 조직학적인 측면에서 부작용이 거의 없는 안전 한 약물임을 보였다.

　해설: 암 후성학(epigenetics)이란 분화 후에 기본적인 DNA 서열에는 변화없이 모세포에서 자손세포로 전이되는 불가역적이고 안정적인 유전자 표현 양상을 말한다.¹ 최근 후성학 이상을 정량적으로 측정할 수 있게 되면서 전암 병 변에서 암으로 진행하는 각 단계별로 후성학적인 이상의 변 화양상을 알게 되었고 이러한 변화가 주로 종양의 초기 단 계인 전암 병변에서 일어남이 밝혀졌다.² 예를 들면 대장암 과 위암에서 DNA 메칠화 이상이 정상 점막에서 시작되어³

비정상적인 점막의 초기 변화(aberrant crypt foci)에서 증가 함을 들 수 있다.⁴ 특히 후성학 변화는 세포형태학 변화보다 선행하여 발생하며 유전학적인 변형을 일으킨 쥐 모델에서 조차 장암 형성에 깊숙이 관여함이 알려졌다. 아울러 지난 수 년간 유전학적인 변화보다 후성학적인 변화가 종양 발현 의 핵심적인 기능을 조절한다는 사실에 기초하여 종양의 후 생학적인 표적치료 효과가 임상적으로 증명되면서 이 분야 가 각광을 받게 되었다. 특히 장기간의 세포 암화 과정에서 나이와 환경 노출에 의하여 후성학적인 이상을 획득하는 과 정을 밝혀낸다면 후성학적인 변화는 암 예방과 더불어 조기 에 암을 치료할 수 있는 표적이 될 수 있다.

직접적인 방법으로 종양의 발생과정에서 후성학적인 이 상의 역할을 정확히 평가하기 어려운데 그 이유는 후성학적 인 암화를 증명할 동물모델을 제작하기가 어렵기 때문이다.

암화 과정을 단계적으로 볼 수 있는 유전자 조작모델과 달 리 DNA 메칠화를 통한 후성학적인 조작은 초기 배아 단계 에서 reprogramming에 의해 유발된 변화가 소실되어 순수한 후성학적인 암화 동물 모델을 만들기가 불가능하다.⁵ 이의 대안으로 DNA 메칠화를 증가시키는 de novo DNA methyl- transferase (DNMT3b)의 유전자 조작을 통해 유전자 과메칠 화를 보이는 후성학적인 암화 모델이 시도되었지만 추적관 찰기간이 짧아 산발 종양 발생은 실패하였다.⁶ 하지만 유전 자 조작으로 DNMT3b를 과발현시키면 Apc^Min/＋ 쥐 모델에서 장종양 발생을 촉진시키고 Apc 유전자의 불활성화를 초래 한다는 사실은 DNA 프로모터 메칠화가 장 선종-암화 과정 에서 주로 암화의 초기에 후성학적인 기전이 관여함을 말해 준다. 또한 Apc^Min/＋ 쥐 모델에서 후성학적인 기전에 의한 insulin-like growth factor (IGF) II 유전자의 imprinting이 종양 의 암화를 촉진시킴이 밝혀졌다.⁷ DNA 과메칠화 등의 후성 학적인 이상이 대표적인 종양억제 유전자인 Apc의 기능결 함에 상승작용을 한다는 사실은 암 예방에서 후성학적 기전 의 제어를 통한 예방치료의 가능성을 강조하는 대목이다.

이와 관련하여 DNA 메칠화를 매개하는 DNMT1 유전자에 서 한 개의 대립 유전자를 소실시켜 저메칠화를 유발하면

Apc^Min/＋ 쥐 모델에서 장 종양의 전이가 감소하고⁸ 정상 점

석기태 외 1인. 쥐에서 경구 zebularine을 통한 장기간 후성학 약물 치료의 장종양 예방효과 및 안정성 333

막의 유전자 특이적인 메칠화도 감소하는 점⁹은 암화와 더 불어 노화과정의 억제에 있어서도 DNA 메칠화 억제 약물 이 효과적일 수 있다는 것을 시사한다. 또한 DNA 저메칠화 를 유발하는 약제인 5-aza-2’-deoxycytidine이 단독으로

Apc^Min/＋ 쥐 모델에서 장 종양발생을 감소시키고, DNMT1

대립 유전자를 없앤 후 5-aza-2’-deoxycytidine을 처리하면 장 종양의 암화를 억제한다는 사실은 후성학적 기전에 의한 유 전자 프로모터 DNA 메칠화 억제가 발암을 효과적으로 억 제할 수 있다는 보다 확실한 증거가 된다.

이번에 Yoo 등¹⁰에 의하여 연구된 DNA 메칠화 억제제인 zebularine 복용이 Apc^Min/＋ 쥐 모델에서 장 종양을 억제하였 다는 결과는 후성학 표적 치료의 개념을 보여 준 것으로 평 가된다. 오랜 기간 물과 같이 경구 투여된 zebularine을 먹은 쥐에서는 부작용이 없었고, 표적장기인 장 상피세포의 전반 적인 DNA 메칠화가 감소하였으며, 효과적으로 용종의 수가 감소하였다(58개→1개). 따라서 zebularine은 DNMT1 대립 유전자를 없애고 5-aza-2’-deoxycytidine를 같이 사용하는 치 료에 못지 않게 효과적임을 보였다. Zebularine이 유전자 특 이적인 과메칠화를 줄이는지 아니면 용종의 초기 형성 또는 진행을 막는지는 아직도 불확실하지만 이번 연구 결과는 후 성학적인 기전에 따른 표적 치료가 암 예방에도 중요한 역 할을 할 가능성을 시사한다. 또 다른 중요한 점은 비장비대 와 빈혈이 zebularine 투여 쥐에서 없었는데 이는 저메칠화 유발의 다른 효과로 볼 수 있다. 이번에 Cancer Prevention Research에 소개된 연구결과는 암 후성학이 암 발생의 초기 단계에 미치는 영향에 대하여 소개함과 동시에 암 후성학에 기초한 대장암 예방 전략의 구체적인 임상 자료를 처음으로 제공하였다는 데 의미가 크다.

후성학 이상은 암의 발생 위험도를 평가하거나 종양의 초 기 단계에서 생물학적인 표지자 기능을 하므로 향후 후성학 관련 연구의 주제는 민감도를 높이기 위한 진단방법의 기술 적 개선을 통하여 조기 암 단계에서 실행성을 갖춘 위험도 및 진단/예후 표지자의 개발로 종양 예방에 초점을 맞춘 연 구가 주제가 되리라 생각한다. 특히 후성학 이상을 시현하 는 적절한 암화 모델이 만들어지고 후성학 치료약물의 장기

안정성과 효과와 관련된 역학 연구가 뒷받침된다면, 후성학 약물에 의한 암의 화학예방에 보다 구체적인 진전이 있을 것으로 기대한다.

(정리: 연세대학교 원주의과대학 내과학교실 석기태, 김현수)

참고문헌

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10. Yoo CB, Chuang JC, Byun H-M, et al. Long-term epigenetic therapy with oral zebularine prevents intestinal tumors in mice. Cancer Prev Res 2008;4:223-240.