위암의 침윤과 전이에 관여하는 단백분해효소(uPA, PAI-1 및 type IV collagenase)에 관한 연구

Abstract

[한글]

위암은 우리나라의 경우 아직도 악성 종양중 사망율이 가장 높은 질환이다. 위암에 의

한 사망은 암의 침윤(invasion)과 전이(metastasis)와 밀접한 관계가 있으며, 위암의 침

윤과 전이 과정은 종양 세포들이 단백 분해효소를 생산하여 세포외 기질과 세포막을 구성

하고 있는 단백질들의 결합을 비가역적으로 파괴하는 다단계 과정으로 이루어진다. 암침

윤 관련 단백 분해 효소로는 urokinase형 plasminogen 활성체 (urokinase-type plasminog

en activator: uPA), plasminogen 활성체 억제제 (plasminogen activator inhibitors: PA

Is) 및 type Ⅳ collagenase (MMP-9 및 MMP-2) 등이 알려져 있으며, 유방암, 대장암등에

서는 단백분해 효소들의 작용 기전 및 암침윤과 전이 모델이 정립되고 있으나 위암에서는

암침윤 관련 단백분해 효소에 대한 연구는 거의 수행되어 있지 않다. 저자는 진행위암환

자에서 위절제술 시행시 얻어진 위암 및 정상조직을 이용하여 uPA, PAI-1 및 type Ⅳ col

lagenase의 발현과 활성도를 분석하여 위암의 침윤과 전이에 미치는 영향을 알아보고, 침

윤과 전이에 관한 모델을 정립하고자 하였으며, 재발 및 생존에 영향을 줄 수 있는 예후

인자로서의 임상적 효용성을 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 종양조직의 uPA 및 PAI-1 값은 각각 9.4±8.7, 10.9±9.1 ng/mg protein cytosol,

정상조직은 5.3±3.1, 5.8±2.9ng/mg protein cytosol로 종양조직에서 정상조직에 비하여

uPA 및 PAI-1이 높게 발현 되었다(p<0.001). uPA와 PAI-1의 발현은 종양세포의 분화가

나쁠 수록 높았고(p=0.04, p=0.004), PAI-1의 발현은 병기 및 임파절 전이가 진행될수록

높았다(p=0.04, p=0.003). 종양 조직의 uPA 및 PAI-1의 발현은 서로 상관관계를 보였다(r

=0.57).

2. MMP-9과 MMP-2의 활성화비는 종양조직 0.32±0.25, 0.27±0.34로 정상조직 0.19±0.

27, 0.06±0.16에 비하여 높았다(p<0.001). MMP-9의 활성화비는 임파절 전이가 진행될수

록 높았으며, MMP-2의 활성화비는 원격 전이가 있는 환자들에서 높았다(p=0.011, p=0.041

).

3. 단일변수 분석에서 uPA, PAI-1의 고발현 및 type Ⅳ collagenase의 활성화는 위암

환자의 무병생존율에 불량한 예후인자로 관찰되었고, 다중변수 분석 결과 uPA의 고발현이

독립적 예후 인자였다(p= 0.0003).

결론적으로 uPA, PAI-1 및 type Ⅳ collagenase의 발현과 활성화는 위암 진행의 서로

다른 시기에 서로 다른 기전으로 관여하고 있음을 알 수 있었고, 이들의 발현과 활성화가

증가되면 예후가 불량하였다. 따라서 같은 병기라도 종양의 생물학적 특성에 근거한 새

로운 치료법의 기본개념으로 임상 응용될 수 있다. 특히 uPA의 고발현은 독립적으로 무병

생존율에 불량한 예후인자로 관찰된바 위암 환자의 예후 예측 표지자로서의 가능성이 있

으며, 이를 억제하여 위암의 진행을 차단하는 새로운 치료 방법이 필요하다고 사료된다.

[영문]

Prognosis of gastric cancer is related to invasion and metastasis. Evidence has

accumulated that invasion and metastasis in solid tumors require the action of

tumor associated proteases, which promote the dissolution of the surrounding tumor

matrix and the basement membrane. The serine protease [(urokinase-type plasminogen

activator(uPA) and plasminogen activator inhibitor-l (PAI-1)] and type Ⅳ

collagenase(MMP-9 and MMP-2) appear to play a key role in these processes. Recent

reports have demonstrated that expression of these proteolytic enzymes are elevated

in breast and colon cancer and that it can be associated with invasiveness and poor

prognosis. We therefore evaluated whether the expression and activation of uPA,

PAI- 1 and type Ⅳ collagenase might be of clinical value in gastric cancer as a

tumor/biologically defined risk factor.

In a consecutive series of 160 gastric cancer patients who were enrolled in the

Yonsei Cancer Center Study Group, the expression of uPA, PAI-1 and type Ⅳ

collagenase was determined by ELISA, zymography and immunohistochermical method.

The results were as follows.

1. Both uPA and PAI-1 levels were significantly higher in cancer tissues than

normal(uPA; 9.4 ±8.7 vs 5.3 ±3.1 ng/mg protein cytosol, PAI-1; 10.9 ±9.1 vs 5.8

±2.9 ng/mg protein cytosol), (p<0.001 respectively). Both high uPA and PAI-1

levels were associated with differentiation of the tumor(p=0.04, p=0.004), and a

high PAI-1 level was associated with lymph nodes metastasis at an advanced

stage(p=0.003, p=0.04). There was a correlation between the levels of uPA and PAI-1

expression in cancer tissues(r = 0.57).

2. The activation ratio of MMP-9 and MMP-2 in cancer tissues 0.32± 0.25, 0.27

±0.34 were significantly higher than in normal tissue 0.19±0.27, 0.06 ±0.16

(p<0.001). The MMP-9 activation was associated with lymphnode metastasis and the

MMP-2 activation was associated with distant metastasis(p=0.011, p=0.041).

3. In univariate analysis all of the proteolytic enzymes were associated with

short relapse free survival, but in multivariate analysis only the high uPA

expression was an independent prognostic parameter for short relapse free survival

of the gastric cancer patients.

In conclusion, these data indicate that uPA, PAI-1 and type Ⅳ collagenase were

involved in the progression of gastric cancer at different points of time by

different mechanisms. The combined expression and activation of these proteolytic

enzymes were poor prognostic facters in gastric cancer patients, so new therapy

based on these biologic behavior of the tumor in the same stage are clinically

app1icable. In particular, uPA is a new independent variable for the identification

of patients at high risk, therefore therapy targetting uPA can be applied as a new

treatment modality for gastric cancer.