HER2양성유방암은 전체 유방암 환자의 20~30% 정도를 차지하며, HER2 음성 환자에 비해 예후가 좋지 않다. 현재까지 HER2를 표적으로 하는 단클론 항체 및 tyrosine kinase inhibitor (TKI) 등 치료제들이 개발 및 사용되고 있으나, 암 재발 및 전이 등 복합적인 문제를 여전히 해결하지 못한 실정이다. HER2양성유방암 내 높은 암줄기세포율은 약물내성, 재발 및 전이의 주요한 원인으로 여겨진다. 따라서 유방암줄기세포에 과발현되어 있는 미토콘드리아 핵심 인자 uncoupling protein 2 (UCP2)를 효과적으로 억제하는 전구약물을 개발하여 새로운 암 치료제로서의 가능성을 제시하고자 한다. 본 연구의 목적은 HER2양성유방암에서 미토콘드리아 UCP2 표적 전구약물에 의한 세포증식 억제, 세포사멸 유도, 암줄기세포 억제 및 약물내성 극복에 대한 기전을 조사하고 항암효능을 증명하는 것이다.
UCP2 억제제인 genipin을 기반으로 미토콘드리아 표적물질인 TPP (Tri-phenyl-phosphonium)를 도입한 genipin-TPP conjugate (Mt-Ge)와 활성산소 기폭제인 boronic ester를 도입한 boronic ester-genipin-TPP conjugate (Bo-Mt-Ge)을 합성하였다. 본 연구에서는 3가지 약물 genipin, Mt-Ge 및 Bo-Mt-Ge을 HER2양성유방암 세포주에 처리 후, 세포생존율, 세포사멸, 미토콘드리아 기능 (GSH level, ROS production, MMP) 및 HER2/Akt 신호기전에 미치는 영향을 조사하였다. 암줄기세포 기능은 ALDH1 activity 및 mammosphere의 형성을 통하여 조사하였다. Trastuzumab- resistant JIMT-1 세포주를 면역결핍 마우스 (nude mice)의 4번째 유선에 이식하여 종양을 발생시켰으며, genipin, Mt-Ge 및 Bo-Mt-Ge를 같은 농도로 투여하여, 종양성장률, Ki-67 발현 및 세포사멸 (TUNEL)을 비교 조사하였다. 또한, 약물처리의 종료 시점에서 혈액과 종양을 적출하여 급성 간, 신장 독성 등을 평가하였다.
Genipin, Mt-Ge 및 Bo-Mt-Ge는 HER2양성유방암세포의 세포생존율 억제, 세포사멸과 ROS의 유도하여 UCP2와 ΔMMP (Mitochondrial membrane potential)을 감소시켰다. 또한, HER2/Akt의 활성화 및 신호 전달 관련 인자들의 발현 억제를 확인하였다. Genipin, Mt-Ge 및 Bo-Mt-Ge이 암줄기형성능에 미치는 영향을 조사하기 위하여 자가재생능력을 가지는 mammosphere를 이용하였다. 약물을 처리한 결과 mammosphere 형성이 억제 되었고, 이러한 현상들은 UCP2 표적 전구약물에 의해 암줄기세포 억제능을 통한 항암효능을 증명하는 주요한 결과이다. JIMT-1 세포주를 이식한 질환동물모델(xenograft)에서 genipin, Mt-Ge 및 Bo-Mt-Ge의 항암효능을 체계적으로 평가하였다. 전구약물은 주요 기관의 조직 독성을 유도하지 않고 종양 증식을 유의하게 억제하였으며, Ki-67의 발현을 현저히 감소시키고, 효과적으로 세포사멸을 유도하였다.
Genipin, Mt-Ge 및 Bo-Mt-Ge이 HER2양성유방암에서 세포생존율 억제, 세포사멸 유도, 암줄기세포 형성능 억제, HER2/Akt 활성 억제, ROS 유도 및 ΔMMP의 감소를 증명하였다. 본 연구 결과는 암줄기세포를 표적하기 위한 우리 전략의 다양성과 항암 효능이 임상에서 미래의 암줄기세포 치료법에 대한 새로운 시각과 유망한 대안으로 개발될 수 있음을 시사합니다.