Vanadate처리가 종양세포의 방사선 감수성에 미치는 영향

Abstract

[영문]

[한글]

암의 방사선치료는 외과적 치료와 더불어 국소치료법의 하나이다. 암치료를 위한 방사

선 조사량은 주위 정상조직의 손상을 최소화하기 위해 제한되어 있는 단점이 있다. 이를

극복하기 위해 암세포에는 방사선효과를 극대화 시키고 정상조직의 손상을 최소화 하는

방법이 꾸준히 연구되고 있는데 이들 중 하나가 방사선 감작제이다.

세포의 기능을 조절하고 방사선에 의한 손상후 재생을 좌우하는 것 가운데 세포내에 존

재하는 이온의 역할이 크다. 이와 같은 사실은 최근에 Na**+ -K**+ -ATPase 억제제인 oua

bain을 A549 암세포에서 처리하므로서 방사선 감작효과를 얻었다는 보고로서 뒷받침이 되

었다. Ouabain은 cardiac glycoside로 Na**+ -K**+ -pump를 억제하여 세포질 내의 이온

가운데 Na**+ 농도를 올린다. 따라서 방사선 감작작용이 이들 이온변화에 기인한다고 보

았다.

Vanadate는 ouabain과 같은 Na**+ -K**+ -ATPase 억제제로 생물체에 미량으로 존재하며

독성이 적은 것으로 알려진 물질이다. 이에 본 연구는 Na**+ -K**+ -ATPase 억제제인 va

nadate와 ouabain이 A549 암세포뿐만이 아니라 다른 종류의 암에서도 방사선 감작작용이

있는지를 확인 비교하고, 약제처리에 의한 Na**+ -K**+ -ATPase 활성도의 변화와 감작정

도의 관계를 고찰하여 Na**+ -K**+ -ATPase억제제가 방사선 감작에 관련이 있는지를 확인

하고져 하였다. 동시에 vanadate가 ouabain보다 장점이 있는가를 보고자 하였다. 종양세

포 A549(사람) 및 L1210(마우스)과, 정상세포인 JMG (사람) 및 비장세포(마우스)에 Na**+

-K**+ -ATPase 억제제인 vanadate혹은 ouabain의 전처리와 방사선조사를 하여 다음과 같

은 결과를 얻었다.

1. 시험관내 방사선에 의한 세포감수성은 세포주 별로 그 감수성이 달라 L1210에서 가

장 감수성이 높았고 그다음 비장세포, JMG 순서였고 A549에서 가장 감수성이 낮았다.

2. Na**+ -K**+ -ATPase 억제제처리 자체의 세포독성 효과는 10**-6 M 이하의 농도에서

무시할 정도로 낮았고 특히 vanadate 처리에 의한 게포 독성은 인정할 수 없었다.

3. Na**+ -K**+ -ATPase 억제제 전처리에 의한 방사선 감수성의 증강효과는 A549의 경

우 방사선량을 달리하여 총괄적으로는 감작효과 변화는 유의성이 적었으나 저방사선인 2G

y-4Gy에서 약제 전처리에 의한 감작효과를 인정 할 수 있었고 정상세포인 JMG에서는 유의

한 감작효과는 관찰되지 않았다. 이에 반해 L1210에서는 방사선량을 달리한 각군에서 방

사선 감작효과를 인정할수 있었으며,대조 세포인 정상 비장세포에서도 방사선 감수성 증

가가 관찰되었으나 그 정도는 L1210 경우보다 작았다. Vanadate와 ouabain의 감작효과의

차이는 A549에서 vanadate가 ouabain보다 감작효과가 컸고 그외의 세포에서는 두 약제간

의 유의한 차이는 관찰되지 않았다.

4. Na**+ -K**+ -ATPase 활실도에 미치는 영향을 비교할 때 특히 vanadate 처리후 모든

세포에서 Na**+ -K**+-ATPase 활성도 저하가 있었으며 ouabain 처리는 L1210및 비장세포

에서 억제효가를 관찰하였다. 그러나 억제제 효과는 암세포에 보다 커서 암세포인 A549와

L1210에서 활성도의 저하는 정상세포보다 유의하게 컸다.

5. 방사선조사 자체만으로도 Na**+ -K**+ -ATPase 활성도는 감소하였으나 원래부터 Na*

*+ -K**+ -ATPase농도가 낮은 정상세포 JMG에서는 방사선조사로 인한 Na**+ -K**+ -ATPas

e 활성도의 더 이상의 감소는 없었다. Vanadate혹은 ouabain으로 전처리한 L1210의 경우

방사선을 단독조사했을때보다 Na**+ -K**+ -ATPase 활성도의 부가적 감소가 있었고 이때

의 방사선 감작효과도 Na**+ -K**+ -ATPase 활성도 저하의 정도가 낮은 비장세포보다 컸

다. 이는 Na**+ -K**+ -ATPase 억제제에 의한 방사선 감작효과의 결정요인의 하나로 각

세포의 기준 Na**+ -K**+ -ATPase활성도의 고저와 관련이 있음을 시사해주고 있다.

이상의 결과 Na**+ -K**+ -ATPase억제제인 vanadate그 자체는 세포독성이 거의 없으며

이 약제의 전처리는 암세포에 대한 .방사선 감작제로 작용하고 그 효과는 ouabain보다 우

월하였다. Vanadate는 본래의 Na**+ -K**+ -ATPase농도가 높은 암세포에 Na**+ -K**+ -AT

Pase억제작용이 있으며 이러한 효과가 방사선 감작 기전의 한 요인임을 추정할 수 있었고

암세포의 Na**+ -K**+ -ATPase의 활성도가 정상세포보다 큰 점을 고려할 때 vanadate가

정상세포보다 암세포에 감작제로 쓰일 수 있을 것으로 사료된다.

Enhanced Radiosensitivity of Tumor Cells Treated with Vanadate In Vitro

Myung Za Lee

Department of Medical science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Professor Won Young Lee, Sc.D)

Although radiation therapy has been known to be an important tool as a local

treatment along with surgical methods, total radiation dose for the tumor has to be

limited due to consequential damages to the surrounding normal tissues. Thus,

intensive studies to increase the radiation cytotoxicity of the tumor and to

minimize normal tissue damage have been the major research field.

Intracellular ions which are major sectors in regulating cellular function have

been reported to affect repair of cellular damages by radiation. Recently it has

been reported that ouabain sensitizes A549 tumor cells but not CCL-120 normal cells

to radiation. Ouabain inhibits the Na**+ -K**+ -ATPase rapidly, and thus increases

intracellular Na**+ concentration. Vanadate, which is distributed extensively in

almost all living organs in trace amount, is also a strong inhibitor of Na**+ -K**+

-ATPase.

In this study, the effects of vanadate as well as ouabain on tumor cell

cytotoxicity to radiation was studied to clarify whether vanadate is a

radiosensitizer for tumer cells in vitro. The relationship between Na**+ -K**+

-ATPase activity and radiosensitization was also studied.

A human lung adenocarcinoma cell line(A549) and a mouse leukemic cell line(L1210)

were used as tumor target cells and a secondary human fibroblast line(JMG) and

normal mouse splenocytes were used as control cells. These cells were treated with

vanadate or ouabain in sublethal concentration(10**-6 M) and irradiated in variable

doses. Thereafter, cellular survivals were calculated by MTT and dye exclusion

tests respectively. Finally, the changes in Na**+ -K** -ATPase activities of the

cells by the treatments with the agents and/or agents combined urith radiation were

analyzed in comparison with the radiosensitivities of the cells.

The results are summarized as follows.

Without any treatments, the cells of different origins responded variably to the

radiation. Although, at the concentration of 10**-6 M, both the vanadate and

ouabain did not affect the survival of the cells regardless of their origin,

vanadate was not toxic at even higher concentration of 10**-4 M.

The overall changes in radiesensitivity of A549 were not much significant by

treatment with either vanadate or ouabain. however, it was noted that the agents

preferentially sensitized tumor cells especially when survival of A549 was compared

with that of JMG which did not responded to either of the agents. The differential

function were maximized when the radiation dose were lowered to 2 Gy-4 Gy.

Although the agents enhanced the radiosensitivity of both L1210 and normal spleen

cells, the extent of the effect was greater on L1210, tumor cells, than that on

normal spleen cells.

The difference between vanadate and ouabain in radiosensitization was not

significant in all of the cells except A549 for which vanadate was found to be

better sensitizer.

Vanadate treatment indiscriminately inhibited the activities of Na**+ -K**+

-ATPase of all the cells, whereas ouabain inhibited that of L1210 and spleen cells

only. Beth agents preferentially inhibited the enzyme activities of tumor cells

compared to their normal partner cells. The radiation itself also found to be

inhibitory to the enzyme activities whereas the enzyme activity in cells of normal

JMG were not affected.

The inhibitory effect on Na**+ -K**+ -ATPase activity was further enhanced when

each of the treatments, vanadate or ouabain, was combined with radiation,

especially in the experiments with L1210.

The inhibitions of Na**+ -K**+ -ATPase activities of the cells were found to be

closely associated with the enhanced radiosensitivities of the cells.

In conclusion, it was suggested that vanadate along with ouabain could be used as

a potential agent for the radiosensitization. And the inhibitory effect of vanadate

on Na**+ -K**+ -ATPase activities of tumor cells might be one of the contributing

factors for the enhanced radiosensitivity of the cells in vitro.