The inhibitory effect of roasted Glycyrrhizae radix extract and isoliquiritigenin on osteolytic bone metastasis of human metastatic breast cancer cells

Abstract

[한글]유방암, 전립선암 그리고 다발성 골수종은 주로 특이적으로 뼈로 전이가 된다. 전이성 유방암 세포들은 파골세포를 매개로 하는 골 흡수 작용을 촉진시켜, 뼈의 파괴를 일으킨다. 유방암 세포들은 PTHrP, IL-1, IL-6, IL-11 등의 골 용해성 인자를 분비하여 조골세포에서 발현되는 골 재형성 인자에 영향을 준다. 주요인자중 하나인 RANKL은 파골세포의 형성과 활성에 필수적이며, 다른 주요 인자인 OPG는 RANKL의 수용성 유도 수용체로 RANKL과 결합하여 RANKL이 매개하는 파골세포의 형성을 억제시킨다. 뼈로 전이된 유방암 세포들은 골 용해 인자들을 분비하여 조골세포에서의 RANKL의 발현을 증가시킨다. RANKL 발현의 증가는 파골세포의 형성을 촉진하여 뼈를 파괴시키고, 뼈 파괴에 의해서 방출된 TGF-βⅠ,Ⅱ, IGF-Ⅰ,Ⅱ등의 성장 인자들은 다시 유방암 세포의 성장을 더욱 더 증가시키게 된다.본 연구에서는 구운 감초 추출물 및 이소리퀴리티제닌이 유방암세포의 골 용해성 전이에 미치는 영향을 확인하였다. 첫 번째로, 사람의 전이성 유방암 세포주인 MDA-MB-231 세포의 성장과 골 용해성 인자들의 발현에 대한 구운 감초 추출물과 이소리퀴리티제닌의 억제 효과를 확인하였다. 또한 MDA-MB-231 세포의 배양액으로 처리한, 사람의 조골세포주인 hFOB1.19 세포에서 RANKL, OPG, COX의 발현 및 생쥐의 골수에서 분리한 대식세포에서 RANKL에 의해 유도되는 파골세포 형성과 활성에 대한 구운 감초와 이소리퀴리티제닌의 억제효과를 조사 하였다.그 결과, 구운 감초 추출물과 이소리퀴리티제닌은 MDA-MB-231 세포의 성장과 골 용해성 인자인 IL-6와 IL-11의 생성을 감소시켰다. MDA-MB-231 세포의 배양액으로 처리한 hFOB1.19 세포에서 구운 감초 추출물과 이소리퀴리티제닌은 세포배양액에 의해 유도된 RANKL과 COX-2의 발현은 감소시키는 반면에 OPG의 발현은 증가시켰다. 결과적으로 구운 감초 추출물과 이소리퀴리티제닌에 의해서 RANKL/OPG의 비율이 감소되었다. 또한 구운 감초 추출물과 이소리퀴리티제닌은 파골전구세포인 생쥐골수 대식세포에서 RANKL에 의하여 유도되는 파골세포의 형성과 파골세포에 의한 흡수와의 형성을 억제하였다. 이들 결과들을 종합해 볼 때 구운 감초 추출물과 이소리퀴리티제닌은 유방암세포에 의한 골 용해성 인자의 생성을 억제하여 조골세포의 RANKL 발현을 감소시키고 파골세포의 형성 및 골 흡수를 억제함으로서 유방암의 골 용해성 전이를 차단 할 것으로 사려 된다.

[영문]Bone is a favored location for several cancer metastases, especially for breast and prostate cancer and myeloma. Metastatic breast cancer cells induce osteoclast-mediated bone resorption, resulting in the increase of bone destruction. Breast cancer cells secrete several osteolytic factors, such as parathyroid hormone-related protein (PTHrP), interleukin (IL)-1β, IL-6 and IL-11. These factors stimulate stromal/osteoblastic cells to express osteogenic factor. One key factor is a receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand (RANKL), which is required to induce osteoclast formation and activation. Another factor, osteoprotegerin (OPG), is a soluble decoy receptor for RANKL and inhibits RANKL-induced osteoclastogenesis. The subsequent bone resorption induces the release of various growth factors from the bone matrix, such as transforming growth factor (TGF)-βⅠ, Ⅱ, insulin-like growth factor (IGF)-Ⅰand -Ⅱ. The released growth factors stimulate the proliferation of cancer cells. In the present study, we investigated the effects of roasted Glycyrrhizae radix extract (rGE) and isoliquiritigenin (ISL) on the cell growth and the production of osteolytic factors in human metastatic breast cancer cells, MDA-MB-231. We found that rGE and ISL decreased the viability of MDA-MB-231 cells. ISL inhibited the mRNA expression of IL-1β and IL-6 and the secretion of IL-6 and IL-11. In human osteoblastic cells, hFOB1.19 treated with conditioned medium (CM) of MDA-MB-231 cells, we assessed the effects of rGE and ISL on the mRNA or protein expression of RANKL, OPG, cyclooxygenase (COX)-1 and -2. rGE and ISL inhibited CM-induced mRNA expression of RANKL, COX-2 and blocked the reduction of OPG mRNA level by CM. Upregulation of RANKL and COX-2 protein by CM was inhibited by rGE and ISL. Consequently, the ratio of RANKL/OPG mRNA was decreased significantly by rGE and ISL. Next, we examined the effects of rGE and ISL on RANKL-induced osteoclast and resorption pit formation, with mouse osteoclast progenitor cells, bone marrow-derived macrophages (BMM). rGE and ISL suppressed RANKL-induced osteoclastogenesis of BMM cells and the formation of resorption pit. Taken together, our results suggest that rGE and ISL, one of its active components, may block osteolytic bone metastasis of breast cancer cells.