Natural killer cell activation mechanism and anti-cancer effects of resveratrol

Abstract

자연살해세포는 선천면역세포 중 하나로서, 바이러스 면역 및 항암 면역에 중요한 역할을 한다. 자연살해세포는 탁월한 악성세포 사멸능력을 가지고 있어 항암면역치료에 이를 이용하는 임상 및 비임상 연구들이 활발히 진행 중이다. 최근 임상연구에서는 자연살해세포의 활성화를 위해 저 용량의 Interleukin-2 (IL-2)와 면역증강 물질을 병용처리하는 요법도 시도되고 있다. 하지만 이러한 요법들은 독성을 나타내거나 IL-2의 효능을 상쇄시킨다는 제한이 있어 새로운 치료방법이 필요하다. 본 연구에서는 부작용을 최소화하면서 자연살해세포를 활성화 시킬 수 있는 물질을 찾고, 그 작용 기전을 규명하고자 하였다. 1장에서는, 부작용을 최소화하면서 자연살해세포를 활성화 시킬 수 있는 물질을 찾고자 저 용량의 IL-2와 자연 유래의 천연 화합물들을 병용처리하여 확인해 보았다. 여러 물질들 중 포도주에 많이 포함된 것으로 잘 알려진 레스베라트롤만이 특이적으로 자연살해세포의 주요 사이토카인인 IFN-γ의 생산 및 세포사멸능력을 증가시키는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 자연살해세포의 활성화를 확인할 수 있는 지표인 CD107a와 암세포의 세포 사멸에 직접적인 연관을 가지고 있는 활성화 수용체인 NKp30, NKG2D 발현이 IL-2만 처리한 군에 비해 레스베라트롤을 병용 처리한 군에서 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 세포주 실험에서뿐만 아니라 사람과 마우스 전혈에서도 레스베라트롤에 의해 자연살해세포의 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 마지막으로 마우스 종양 모델을 이용해 레스베라트롤에 의해 활성화 된 자연살해세포로 인한 항암효과 및 항전이 효과 또한 확인 할 수 있었다. 이를 통해 레스베라트롤이 자연살해세포를 활성화시킴으로써 항암제로서의 효능을 기대할 수 있게 되었다. 2장에서는, 자연살해세포 활성화에 대한 레스베라트롤의 작용 기전을 규명하였다. 자연살해세포를 활성화 시키는 것으로 알려진 여러 사이토카인들과 병용 처리 해보았을 때, IFN-γ 분비에는 레스베라트롤이 모든 사이토카인들과 동반상승효과를 보였으나, 세포사멸능력에서는 IL2만이 레스베라트롤과 동반상승효과를 보였다. 따라서 레스베라트롤이 IL2 신호전달에 관여하는 인자들을 활성화 시킬 것이라 가정할 수 있었으며, 하위 인자들 중 Akt 신호전달에 관여하는 것을 확인 할 수 있었다. 더 나아가 레스베라트롤은 PTEN과 S6K1을 억제해 mTOR complex 2 (mTORC2) 복합체의 한 성분인 Rictor의 인산화를 억제함으로써 Akt 신호전달에 관여하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 레스베라트롤은 자연살해세포 활성 조절에 중요한 역할을 하며, Akt 및 mTORC2 신호전달의 하위 인자 중 하나인 c-Myb 전사 인자의 발현을 증가시키고 활성화 시키는 것을 알 수 있었다. 더 나아가 c-Myb 전사 인자의 기능을 억제하면 레스베라트롤의 효과가 없어지는 것을 확인함으로써 레스베라트롤이 c-Myb 전사 인자 의존적으로 작용하는 것을 확인하였다. 이러한 결과들을 종합해보면, 레스베라트롤은 저 용량의 IL-2와 병행 치료함으로써 기존의 고 용량 IL-2 투여 치료의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 예상되며, 자연살해세포를 이용한 항암치료에 새로운 항암 보조제로서의 가능성이 기대된다.

Natural killer (NK) cells are innate immune lymphocytes that play an important role in anti-viral and anti-tumor immune responses. Additionally, they are suitable targets for cancer immunotherapy owing to their potent cytotoxic activity. Several cancer immunotherapy approaches targeting NK cells are currently in clinical or preclinical development. To activate NK cells, treatments of low dose of IL-2 in combination with other agents are being used in some clinical studies. Unfortunately, these therapies induce toxicity and offset the efficacy of IL-2. To overcome this limitation, studies of therapies involving new cytokines are underway. Therefore, this study aims to find food nutrients that activate NK cells and determine their usefulness as candidates for anti-cancer and anti-metastatic drugs. In part 1, food nutrients are screened to find NK cell activating molecules. As a result, it was found that resveratrol appeared to activate NK cells most effectively among the substances tested and synergistically increased IFN-γ secretion and NK cells cytotoxicity with interleukin-2 (IL-2). CD107a, NKp30, and NKG2D expression levels were upregulated on the surface of NK cells upon treatment with resveratrol in combination with IL-2 compared with treatment with IL-2 alone. Moreover, NK cell activity in human and mouse whole blood was enhanced upon treatment with resveratrol. Most importantly, administration of resveratrol effectively inhibited tumor growth and metastasis in mice. In conclusion, this research suggests that resveratrol may represent a candidate anti-cancer drug that acts by activating NK cells in vivo. In part 2, to maximize therapeutic efficacy of cancer immunotherapy, studies are being actively conducted to find therapeutic adjuvants. Resveratrol is one of the well-studied polyphenols which has been shown to possess various potential health benefits, including an anti-tumor effect. The effect of resveratrol as a NK cell booster in vivo tumor model has been previously reported, suggesting that it can be a potential adjuvant for cancer immunotherapies. Also, several studies have demonstrated that resveratrol exerts simultaneous effects on NK cells and T cells. However, the molecular mechanism of how resveratrol activates NK cells is unclear. In this study, the synergistic effect of resveratrol on the enhancement of NK cytolytic activity in combination with IL-2 is confirmed. Among the proteins mediated by IL-2 signaling, resveratrol activated Akt by regulating the rictor phosphorylation, and mTORC2 via PTEN and S6K1. It was also found that the resveratrol mediated NK cell activation was more dependent on the mTOR pathway than the Akt pathway. Most importantly, resveratrol appeared to increase the expression of c-Myb, which is a downstream transcription factor of Akt and mTORC2. Furthermore, consistent with the previous report, it was shown that c-Myb is essential for NK cell activation induced by resveratrol in combination with IL-2. Taken together, these results demonstrate that resveratrol activates NK cells through Akt and mTORC2-mediated c-Myb upregulation.