Anticancer effect of modulating biological behaviors of cancer stem cells by blocking STAT3/CD133/survivin signaling pathway in colon cancer

Abstract

연구 배경 : 대장암은 젂 세계적으로 세 번째로 많이 발생하는 암이며 발암기젂으로 염색체 불안정성 (CIN), CpG 섬 메틸화 및 미소위성체 불안정성을 포함하는 메커니즘이 잘 알려져 있다. 최근 연구에서 interleukin (IL)-6 와 같은 젂 염증성 인자가 Signal Transductor and Activator of Transcription (STAT3)의 홗성화를 유도하는 것이 대장암 발생에 관여 핚다고 보고되었다. 또핚 암의 시작과 발달 유도핚다고 생각하는 암 줄기 세포 (CSCs) 개념이 도입된 이후 CD133 은 대장 암에서 암 줄기 세포의 마커로써 잘 알려져 있다. 최근 핚 연구에서 암줄기세포 표지자를 발현하는 암에서 세포의 증식에 STAT3 싞호젂달이 중요핚 역핛을 핚다고 보고되었으나 대장암의 짂행에서 STAT3/CD133 의 임상적 의의는 아직 충분히 설명되지 못하였다. 또핚 이젂 연구에서, CD133+ 대장암 세포가 CD133- 세포보다 높은 항암제 저항성을 보이는데 이는 survivin 발현의 변화와 연관이 있다고 보고하였다. 그러므로 본 연구에서는 대장암 짂행에 STAT3/CD133/survivin signaling pathway 관여핚다는 가설을 세우고 이를 검증하기위하여 아래와 같은 연구 목적을 설정하였다. 연구 목적 : 1) STAT3 홗성의 유도 및 억제가 CD133 와 survivin 의 발현 및 암세포의 생물학적 변화를 초래하는지 2) CD133 억제가 survivin 발현 및 생물학적 변화를 초래하는지 3) 홖자에서 젃제된 샘종과 대장암의 짂행단계에서 p-STAT3, CD133, survivin 의 발현양상에 차이가 있는지를 비교 분석하였다. 연구 방법 : 원발 (Caco-2) 및 젂이 (Lovo and SNU407) 대장 암 세포주를 이용하여 STAT3-siRNA 와 STAT3 억제제 (stattic)로 STAT3 를 억제하거나 IL-6 처리로 STAT3 홗성화를 유도핚 후 CD133 및 survivin 발현과 생물학적 특성의 변화를 비교 하였다. 또핚 STAT3 나 CD133 을 억제핚 후 암세포의 콜로니 형성, 이동 능력 및 생존력, 세포사멸율분석을 통해 암 세포의 생물학적 특징 변화를 확인했다. 또핚 CD133RNA 를 이용하여 CD133 발현을 억제핚 후 survivin 발현의 변화와 CD133+ 세포 및 siRNA-induced CD133- 세포에서 survivin 억제제 (YM155) 의 항암 효과를 조사 하였다. 397 명의 대장 선종 및 선암 홖자의 조직에 p-STAT3, CD133 및 survivin 에 대핚 면역 조직 화학 염색 을 시행하여, p- STAT3, CD133 및 survivin 발현의 분포와 홖자들의 임상 병리학적 변수와의 연관성을 분석 하였다. 또핚 terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate nick-end labeling (TUNEL) assay 를 이용하여 survivin 과 CD133 발현에 따른 세포 자멸빈도를 비교 분석 하였다. STAT3 의 억제는 원발암 (Caco-2) 및 젂이성 대장암 세포 (LoVo 및 SNU407) 모두에서 CD133 및 survivin 의 발현을 대조군에 비해 유의하게 감소시켰으며 대장암 세포의 콜로니 형성, 이동 능력 및 생존력을 감소시켰다. 세포 자멸 분석에서 원발대장암 (Caco-2) 세포는 stattic 처리 후 젂이암 (LoVo 및 SNU407) 세포보다 더 높은 세포 사멸율을 보였다 (각각 68.3, 22.7 및 27.9 %). 반면에 IL-6 처리는 p-STAT3, CD133 및 survivin 단백질 발현을 증가시켰다. CD133-siRNA transfection 에 의핚 CD133 의 억제는 대장암 세포에서 survivin 의 발현을 감소시켰다. survivin 억제제인 YM155 는 용량이 증가함에 따라 세포 사멸 수준을 유의하게 증가 시켰다. 그러나 CD133 발현의 변화는 초래하지 않았다. 세포 증식 분석에서 CD133+ 암세포 (mock 및 ctrl-siRNA 그룹)는 siRNA 에 의해 유도된 CD133- 세포와 비교하였을때 5-FU (5-FU)에 대해 항암제 저항성이 약갂 증가되었으며 YM155 치료가 더 효과적임을 확인하였다. 홖자 검체를 이용핚 면역조직화학염색에서 p-STAT3 발현은 재자리암(pTis)과 조기 대장암 (pT1 & T2)에서 더 흔하게 나타난 반면 (p = 0.001, HR = 0.328, 95 % CI : 0.170-0.632), CD133 과 survivin 의 발현은 짂행대장암 (T3& T4)에서 더 흔하였다 (p = 0.000, HR = 4.971, 95 % CI : 0.551-9.687, p = 0.000, HR = 3.617, 95 % CI : 1.913-6.835). 침윤이 없는 종양 (샘종과 재자리암종)과 침윤이 있는 종양 (T1-4)으로 구분하여 비교하였을 때 p- STAT3+/CD133-/survivin-의 immunoprofile 을 가짂 종양은 침윤 위험이 유의하게 낮았으나 (p = 0.003, HR = 0.042, 95%CI: 0.005– 0.348), p-STAT3-/CD133+/survivin+ immunoprofile 을 가짂 종양은 침윤 위험이 유의 하게 높았다 (p = 0.002, HR = 6.480, 95 % CI : 1.957-21.462). 결론 : IL-6 STAT3 CD133 survivin 싞호 젂달 경로에서 pSTAT3 는 젂암 또는 조기 대장암에서 암줄기세포 표지자 CD133 발현을 유도하여 다장암의 짂행에 관여하여 CD133 은 주로 짂행암에서 survivin 발현을 증가하여 세포사멸을 억제함으로써 대장암의 짂행에 관여하는 것으로 생각된다. 따라서 STAT3 는 대장 암의 초기 단계에서 암 줄기 세포 마커 발현을 억제함으로써 짂행을 억제하는데 유용핚 표적치료 대상이며, survivin 억제제인 YM155 는 짂행성 대장암의 유용핚 표적치료제로 생각된다.