mTOR의 발현에 따른 autophagy 활성이 암세포의 세포사에 영향을 미치며, 이는 PI3K / AKT / mTOR pathway에 의해 조절된다. Autophagy의 암과 관련된 기능과 역할은 다양한 경로를 통해 이루어지며, 이는 아직 개발되지 않은 의약품을 대상으로 한 신규 타겟 항암제 개발의 가능성을 제시한다. 현재 미국에서는 autophagy 활성을 이용한 HCQ와 다른 약물들의 병용요법을 암치료에 적용하고 있으며, 본 연구에서는 한약재와 자생식물에서 autophagy 억제 천연식물 추출물을 탐색하고, 그 유효성분과 작용기전을 연구하고 있다.
<h1>Cancer cell에서의 autophagy의 작용기전</h1> <p>앞에서 설명된 바와 같이 mTOR의 발현에 따라 autophagy 활성이 조절되어 암세포의 세포사가 조절된다. 즉, mTOR의 발현이 증가될 경우 autophagic cascade에 관여하는 단백질의 phosphorylation이 크게 증가하여 autophagy가 억제되며, 반대로 발현이 억제될 경우 phosphorylation이 감소하여 autophagy system이 증가되어 암세포의 세포사가 유도된다. 이러한 mTOR의 downstream에서 nutrient의 sensor 단백질인 PI3K 의 phosphorylation이 조절되어 세포의 영양분과 growth factor의 사용이 조절되어 cancer의 proliferation이 촉진되고 autophagy system이 억제된다. 따라서, 이러한 조절 메커니즘은 PI3K / AKT / mTOR pathway에 의하며 인체 암세포의 일반적인 조절 작용기전으로 밝혀지고 있다 (LoPiccolo et al. 2008). Fig. 1은 PI3K/AKT/mTOR pathway에 따른 조절, 즉 AKT의 overexpression, PI3K의 발현 조절에 따른 암발생 및 암전이과정에 관여하는 oncogene과 autophagy system조절자에 대하여 나타내고 있다 (Arico et al. 2001; Ueno et al. 2008).</p> <p>즉, growth factor signaling은 PI3K/AKT/mTOR pathway 의 활성을 촉진시킴으로써 결론적으로 autophagy를 억제한다. 여기에 관여되는 단백질 및 ligand 중 GPCR (G-protein coupled receptor) antagonist들은 growth factor receptor를 억제하며, lithium과 carbamazepine은 class Ⅰ PI3K 를 억제, perifostine과 AKT / PKB signaling inhibitor-2 (API-2)는 AKT 활성을 억제한다. 또한, rapamycin은 직접적으로 mTOR complex를 억제하여 결과적으로 autophagy를 촉진하여 암세포 사멸을 유도하는 것으로 보고된 바 있다 (Degenbardt et al. 2006; Karantza-Wadsworth et al. 2007; Mathew et al. 2007). 이와 대조적으로 class III PI3K는 autophagy를 유도하며, 따라서 class III PI3K의 inhibitor로 알려져 있는 3-MA(methyl-adenine), worthmannin 등은 autophagy를 억제하는 것으로 판단된다 (Fig. 1).</p> <h1>Cancer therapeutic target으로서의 autophagy</h1> <p>Autophagy의 암과 관련된 작용기전과 역할은 앞에 살펴본 바와 같이 매우 다양한 경로에 의하며, 아직까지 autophagy를 target으로 한 의약품이 개발되지 않은 상황에서 신규타겟 항암제 개발에 대한 가능성은 무한하다고 판단된다. Autophagy는 주로 암의 hypoxia 상태 및 stress 상태에서 활성화되므로 다양한 항암제와 autophagy 활성화 물질을 병용하여 사용시 더욱 효과가 극대화 될 것으로 예측된다 (Degenhardt et al. 2006; Karantza-Wadsworth et al. 2007). 따라서, 현재 미국에서는 항말라리아제인 HCQ의 autophagy 활성을 이용하여 HCQ 와 bortezomib, temozolomide, ixabepilone, carboplatin, paclitaxel 및 bevacizumab와의 병용요법을 암치료 임상에서 시도하고 있다 (Chen and Karantza-Wadsworth 2009). 현재 본 연구실에서도 cisplatin 등 기존의 세포독성 항암제로 유도된 암세포의 stress상태에서 autophagy를 활성화 시키는 천연식물추출물을 처리하였을 때 암세포의 세포성장 억제가 크게 증가됨을 확인한 바 있다 (data not shown).</p> <p>또한, 앞서 기술된 autophagy system을 억제하는 조절자에 대한 inhibitor를 이용할 경우 다양한 항암보조제의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 최근의 연구결과에 따르면 class III PI3K의 inhibitor로 알려져 있는 chloroquine계 화합물, 3-methyladenine (3-MA)과 histone deacetylase inhibitor인 SAHA (suberoylanilide hydroxamic acid)의 혼합투여로 인한 CML (chronic myelogenous leukemia) 세포에서의 암세포 성장저해 연구가 보고된 바 있다 (Carew et al. 2007). 또한 기존의 유방암치료제인 tamoxifen 또는 4-hydroxy-tamoxifen (4-OH-T)을 이용한 연구에서 여성호르몬 수용체 양성세포인 MCF-7 및 T-47D 세포주에서 autophagy이 활성이 증가됨이 보고된바 있다 (Qadir et al. 2008; Samaddar et al. 2008). 최근에는 방사선조사에 내성을 나타내는 암세포에서 autophagy가 억제되어 있음이 나타나 방사선내성암에도 autophagy를 활성화 시키는 유효물질을 처리할 경우 내성암 억제효과가 기대되고 있다 (Apel et al. 2008).</p> <h1>Autophagy 유도 식물자원의 탐색 및 항암제 개발</h1> <p>Autophagy 활성을 유도하였을 때 기존의 항암제에 대한 효과가 더욱 뚜렷이 나타내고 있는 임상시험결과와 화학요법 항암제 및 방사선조사에 의한 stress 유발 및 autophagy 억제조절자에 대한 inhibitor assay를 통하여 다양한 autophagy의 항암보조제 및 암예방 및 치료효과 연구에도 불구하고 현재까지 천연자원식물로부터 autophagy 활성을 증가시키는 유효성분의 규명연구가 미흡한 실정이다. 이에 본 연구자는 국내 유통되고 있는 한약재 및 자생식물 라이브러리로부터 수 종의 autophagy억제 천연식물추출물을 탐색한 바 있으며, 이로부터 유효성분 규명 및 작용기전을 연구하고 있다. 이 중 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 한약재 고련피 추출물에서 autophagosome에 대한 MDC staining을 통하여 autophagy 활성증가를 나타내는 n-hexane 분획을 통하여 유효성분을 규명하고 있다 (Fig. 2).</p> <p>Autophagy를 조절하는 다양한 oncogene 및 oncosuppressor에 대한 inhibitor 또는 activator를 천연자원식물로부터 탐색하여 새로운 항암타겟의 천연식물추출물을 개발하거나 이에 대한 유효성분의 규명 또는 이에 대한 유도체의 합성을 통하여 새로운 개념의 항암제 및 항암보조제로서 천연물신약의 개발이 가능할 것으로 판단된다.</p>