The effect of hemin on the acute inflammation induced by 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate in mouse skin

Abstract

[한글]

염증반응은 발암과정과 밀접한 관계를 가지며, 특히 만성으로 진행된 염증반응은 암 생성을 촉진 할 수 있다. 그러므로 항염증 효과를 가지는 물질들은 항종양 활성를 가질 가능성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 선행 연구에서, 생쥐 피부에 3-methylcholanthrene, 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA)를 단독 처리하고 종양 촉진제로 알려진 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acatate (TPA)를 지속적으로 처리하여 암발생을 유도한 생쥐 피부 육종 모델을 이용하여 hemin이 발암과정 중 종양촉진단계를 저해한다는 것을 관찰하였다. 따라서 본 연구에서는 hemin이 종양촉진단계를 억제하는 기작을 조사하기 위해, 생쥐에 TPA로 유도한 염증반응에 대한 hemin의 억제 항산화 활성 및 기작을 조사하였다. 분화된 HL-60 cell 세포에서 TPA로 유도된 superoxide anion의 생성은 hemin이 용량 의존적으로 억제하였다. 생쥐 피부에 hemin을 전처리 하였을 때 TPA에 의해 유도된 염증반응이 억제되었으며, 염증반응의 대표적인 표식인자로 알려진 myeloperoxidase (MPO) 활성과 H2O2 형성이 저해되었다. 또한 종양촉진단계의 중요한 표식인자인 ornithine decarboxylase (ODC)의 발현 및 활성이 현저히 억제되었다. 뿐만 아니라 hemin의 전처리에 의하여 COX-2 발현이 농도 의존적으로 감소되었다. COX-2는 염증반응과 몇몇 기관의 발암 초기 단계에서 중요한 역할을 하는 효소로서, COX-2의 발현은 NF-kB와 MAPK 신호전달 과정에 의하여 조절될 수 있다. 따라서 COX-2 단백질의 전사인자로 알려진 NF-kB의 활성화에 대한 hemin의 영향을 조사한 결과, hemin에 의해 NF-kB의 발현과 DNA 결합능이 용량 의존적으로 감소되었으며, IkBa의 분해 및 인산화도 억제되는 것을 관찰하였다.또한 hemin은 MAPKs 신호전달 과정에 관련된 ERK1/2의 활성을 감소시켰다. 이와 같은 결과를 토대로 hemin은 NF-kB 및 ERK를 통한 COX-2 발현을 억제함으로써 염증반응을 저해하는 것으로 생각된다. 또한 hemin의 항산화 활성이 염증반응 억제에 중요한 것으로 생각된다.

[영문]Inflammation is closely associated with carcinogenesis, particularly in the stage of promotion. Therefore, substances with potent anti-inflammatory activity are anticipated to exert antitumor promotion effects. Our previous studies demonstrated that topical application of hemin to the dorsal mouse skin significantly suppressed the papilloma formation induced by tumor promoter, 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) after a single 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA) treatment. In the present study, we evaluated the inhibitory effect of hemin on TPA-stimulated acute inflamma-tion to explain its anti-tumor promoting mechanism. Hemin decreased superoxide anion generation induced by TPA in differentiated HL-60 cells. Topically applied hemin inhibited myeloperoxidase (MPO) activity, H2O2 formation, epidermal ornithine decarboxylase (ODC) activity and expression as well as the skin thickness in mouse skin treated with TPA. Inducible cyclooxygenase (COX-2) plays pivotal role as a mediator of inflammation involved in early steps of carcinogenesis in certain organs. Expression of COX-2 can be regulated by NF-kB and MAPKs. TPA-induced COX-2 expression was reduced by the pretreatment of hemin in a dose dependent manner. Hemin also inhibited TPA-induced NF-kB activation. In addition, the expression and phosphorylation of ERK1/2 regulating the NF-kB activation suppressed by hemin in TPA-treated mouse skin. Taken together, these findings suggest that hemin possesses antioxidative and anti-inflammatory activity and thereby can be develop a chemopreventive agent.