바이오인

항암제 내성

최용경, 김진구 /한국생명공학연구원

암을 치료하는 방법은 크게 수술, 방사선 치료, 항암화학요법, 그리고 생물학적 치료법 등으로 나눌 수 있다. 이 중 수술이나 방사선치료가 용이하지 않는 환자(전체 암 사례의 약 50%)와, 이미 암이 전이된 환자들은 주로 화학요법으로 치료한다. 항암화학요법에 사용되는 약제의 경우 다양한 종류의 암세포주 및 동물 종양 모델을 이용한 효능평가를 통해 항암효과를 갖는 성분을 분리해내기 위한 노력이 계속되고 있다. 암의 전이 예방에 대한 항암화학요법의 연구도 활발히 진행되어 암의 확산 및 전이 방지에 관여하는 angiostatin 등이 개발되었다. 이렇듯 항암화학요법제는 점점 더 많이 개발되고 아울러 처치하는 요법도 복잡해지고 있지만 아직까지 만족할만한 효과적인 치료법은 나타나고 있지 않다.

항암화학요법을 이용한 암치료에 있어서 장애가 되는 요소 중의 하나는 항암제내성이다. 암환자에 대한 항암화학요법이 성공하기 위해서는 정상조직이 살아남을 수 있는 혈중농도에서 환자는 부작용을 감수할 수 있어야 하고 암세포는 살해되어야 하는데, 항암제에 대한 약제내성은 암세포를 죽일 수 있는 혈중농도에 도달할 수 있는 양의 항암제를 투여했음에도 불구하고 암세포가 죽지 않는 경우를 말한다. 항암제내성은 환자 개개에 따라 다를 수 있으며 심지어 같은 조직으로부터 유래된 종양들 사이의 유전적 차이 등을 포함한 다양한 인자들에 의해 유발될 수 있다. 항암제 내성기작은 일반적으로 세포외적 내성과 세포내적 내성으로 크게 분류될 수 있다. 세포외적 내성은 환자에 따라 특이적으로 심한 부작용을 나타내 충분한 농도의 항암제를 투여하지 못한 경우나 경구용 항암제를 투여했을 때처럼 장내 흡수가 비정상적으로 저하된 경우에 환자의 암세포가 in vitro에서 암세포를 죽일 수 있는 농도에 노출되지 못 했기 때문에 항암제에 대해 내성을 보일 수 있다. 혹은 충분한 혈중농도에는 도달했으나 암조직으로의 혈류분포가 좋지 않거나 생리학적으로 혈관과 암조직 사이에 장벽(blood-tissue barrier)이 있음으로 해서 약물이 조직내로 침투가 되지 못 하는 부위(pharmacologic sanctuary)에 암세포가 존재하는 경우처럼, 궁극적으로 암세포가 충분한 농도의 항암제에 노출되지 못 할 때에도 항암제 내성 현상을 보인다.

일부 암세포는 배양시 단층 세포로는 화학요법에 민감하나, 동물 모델로 이식될 때 저항성을 가지게 된다. 이것은 세포 밖의 세포간질이나 종양의 외형과 같은 환경요인들이 약제 내성에 포함될 것이라는 것을 나타낸다. 이에 반해 세포내적 내성은 암세포가 충분한 농도의 항암제에 노출되었는데도 불구하고, 약제의 흡수를 저하시키거나 방출을 촉진시켜 궁극적으로 약제 전달기전이 변화한 경우와, 약제의 활성을 저하시키거나 불활성화를 증진시키는 약제 대사과정의 변이가 유발된 경우, 약제 표적의 증감 또는 돌연변이로 인한 표적의 변이, 그리고 손상된 표적의 복구기전이 활성화되어 고농도의 항암제가 존재함에도 불구하고 암세포들이 죽지 않는 현상을 의미한다.


1. 세포내적 항암제 내성 기전들

한 환자로부터 유래된 각각의 암세포들은 다른 유전적 특성을 획득할 수 있으며 ‘돌연변이현상'에 의해 유전자발현의 다양성뿐만 아니라 종양유발인자의 활성화와 종양억제인자의 불활성화 등을 보이게 된다. 그 결과 모든 암은 다른 패턴으로 항암제내성유전자를 발현하며, 하나의 암 덩어리 안에 있는 세포들은 약제내성에 대한 다양성을 획득하게 된다. 게다가 종양들이 특정 항암치료에 기본적으로 내성을 가지고 있지 않더라도 일단 항암제에 노출되면 이런 다양성을 바탕으로 선별적으로 내성세포들이 자라나게 되고 결국 많은 암세포들이 빠르게 항암제 내성을 가지게 된다. 지난 40년 동안 많은 과학자들은 조직배양한 암세포들이 항암제 내성을 획득하는 다양한 기작들을 밝혀왔다 (그림 1). 약제에 대한 세포표면수용체나 transporter의 상실, 약제에 대한 특이적인 대사능력, 약제에 대한 특정표적물질(target)의 돌연변이로 인한 변화 등은 단지 적은 수의 관련된 약제들에 대한 내성을 유발한다. 이러한 경우에 세포안으로 들어가는 기전들이 다르거나 세포내 또 다른 표적물질들을 갖는 다수의 약제들을 사용하면 효과적으로 치료할 수 있고 높은 완치율을 얻을 수 있다.

그러나 많은 경우에 있어서 세포들은 구조적으로나 기능적으로 완전히 다른 약제들에 대해서 동시에 내성을 보이곤 한다. 이러한 현상은 다약제 내성(MDR, multi drug resistance)으로 알려져 있으며 항암제의 제한적인 흡수, 증가된 방출 또는 ceramide와 같은 막 지질들의 변화 등을 통해 세포내 약제의 축적을 제한함으로써 얻어질 수 있다. 다약제 내성은 대부분의 항암제에 의해 유도되는 apoptosis를 막을 수 있고, DNA 손상의 복구와 약제의 비독성화를 유발시키며 세포주기를 변화시킴으로 세포에 항암제에 대한 내성을 추가로 부여할 수 있다. 이와 같은 다약제 내성 효과를 역전시키기 위한 약제들에 대한 연구도 진행되고 있는데 현재까지 verapamil과 cyclosporin 등이 다약제 내성 역전약물로서 효과가 있음이 입증되었다. 최근에는 다약제 내성 유전자들의 발현에 의해 영향을 받는 약제를 과량으로 투여하기 전에 정상 골수세포들에 미리 다약제 내성 유전자를 이입시켜 이들 약제에 대한 골수 부작용을 줄임으로써 전신적 투여량을 늘리는 방법도 이용되고 있다.

그림 1. 암세포내에서의 다양한 항암제 내성기작들

2. ATP 의존적인 transporters의 역할

천연물에서 추출한 소수성 약제에 대한 내성은 일반적으로 폭넓은 약제 특이성을 갖는 ATP 의존적인 배출펌프 (efflux pump) 들에 의해 유발된다. 이러한 펌프들은 ATP-binding cassette(ABC) transporter들에 속한다. 지금까지 48개의 human ABC 유전자가 동정되었고, 7개의 subfamily로 분류되었다. 약제 배출이 증가되면 세포내 약제 농도를 낮추기 때문에 내성이 유도되어진다. 전통적으로 다약제 내성에 영향을 받는 물질은 vinca alkaloids (vinblastine, vincristine), anthracyclines (doxorubicin, daunorubicin), RNA tranion inhibitor actinomycin-D, microtubule-stabilizing drug paclitaxel 등이 있다. 저항성은 또한 감소된 약제 흡수에 의해 매개 될 수 있다. 수용성 약제들 중 일부는 배출이 증가되었다는 증거가 없음에도 불구하고 세포내 항암제의 축적에 실패할 수도 있다. 예를 들면, antifolate methotrexate, 5-fluorouracil과 같은 nucleotide analogues와 8-azaguanine, cisplatin 등이 있다.

P-당단백질에 의한 내성은 다약제내성 기전 중에서 최초로 보고되었고 가장 연구가 많이 된 기전으로, 암세포의 세포막에 P-glycoprotein (PGP)이라는 단백질의 발현이 증가하여 세포내로 유입된 항암제를 세포 밖으로 배출시킴으로써 결과적으로 세포내의 항암제 농도를 저하시키는 결과를 초래하여 약제에 내성을 일으키는 기전이다. P-당단백질은 1280개의 아미노산으로 구성되어 170kD의 분자량을 갖는 단배질로서 mdr1 유전자에 의해서 만들어진다. P-당단백질은 12개의 transmembrane region과 2개의 ATP-binding sites를 갖는다 (그림 2). Transmembrane regions에 중성 또는 양성인 소수성 약제 기질이 붙으면 구조적 변화가 일어나고 PGP의 ATPase가 활성화되어 세포외 공간으로 기질이 방출된다. 이 단백질은 doxorubicin과 daunorubicin 같은 anhracycline, etoposide와 teniposide 같은 podophylotoxin, vincristine이나 vinblastin 같은 vinca alkaloid, taxol과 taxotere 같은 taxane 이외에도 여러 가지 화학물질을 세포 밖으로 배출시키는데 특별히 어떠한 구조가 인식되는지 아직 밝혀져 있지 않다. 인체 암 중에서는 대장암, 간암, 신장암, 췌장암, 부신피질암 등과 같이 정상적으로 발현이 많이 되는 암에서 높게 발현되는 것으로 알려져 있다. 그러나 정상적으로 발현이 높지 않은 급성 백혈병, 악성 림프종, 유방암 등에서도 항암제치료에 실패하는 경우에 P-당단백질의 발현하는데 이는 항암제치료에 의해 P-당단백질의 발현이 유도되거나 p-당단백질의 발현이 높은 암세포만 선택적으로 남게 되는 것으로 해석된다.

이러한 P-당단백질의 과발현은 여러 암종에서 항암치료에 대한 반응과 예후에 관련이 있는 것으로 증명되어 이 P-당단백질을 표적으로 한 내성극복치료를 시도하고 있고 P-당단백질의 기질에 대한 경쟁적 저해제를 탐색하는 연구를 많이 수행하였다. in vitro에서 뚜렷한 효과를 보였던 verapamil과 cyclosporin-A는 일부 환자에서는 뚜렷한 내성극복 효과를 나타냈지만 대부분의 환자에게서는 효과를 거둘 수 없었다. 실패한 원인으로는 내성이 주원인이 P-당단백질에 의한 것이라는 점이 증명되지 않아 대상환자의 주된 내성원인이 P-당단백질에 의한 다약제 내성이 아닐 가능성이 있고 이들 약제의 약리작용에 의한 부작용으로 인해 내성극복효과를 나타내기 위한 충분한 혈중농도를 유지할 수 없었기 때문인 것으로 추정된다. 따라서 여러 제약회사에서 내성극복효과를 유지하면서 부작용을 줄인 유도체를 개발하여, in vitro 및 제1, 2상 임상시험에서 고무적인 결과를 보였다. 그러나 이들 내성극복물질을 투여했을 때 항암제의 약물동력학적인 변화가 관찰되어, 진정한 의미의 내성극복효과인지 혹은 이들 약제 투여시에 일어난 항암제의 약물동력학적 변화에 의해 항암제 용량이 증가되어 유발된 효과인지에 대해 명쾌한 해석이 이루어지지 않았다.

모든 약제 저항성 세포가 P-당단백질을 발현하는 것이 아니기 때문에, 다른 항암제 배출펌프를 찾는 연구가 진행되었고, 그 결과, 다약제 내성 관련 단백질 1 (MRP1/ABCC1)이 발견되었다. MRP1은 아미노말단에 5개의 transmembrane region을 추가로 포함하는 것 외에는 구조적으로 P-당단백질과 유사하다 (그림 2). MRP1은 중성과 양성인 소수성 자연 생성물을 인식하고, 세포내에서 이들을 glutathione (GSH)과 결합시켜 배출하는 ATP dependent glutathione S-conjugate export pump로 작용하고 있다. MRP에 의한 다약제 내성의 임상적 중요성은 확실하지 않지만 일부 암에서는 항암화학요법에 대한 반응과 예후에 관련이 있다는 보고가 있다. MRP는 거의 모든 정상 조직에서 낮게 발현되는데 당단백과는 달리 조직에 따른 뚜렷한 발현의 차이가 없어 정상적인 기능을 추정하기 어렵다. 만성 림프구성 백혈병, 폐암, 식도암, 급성 골수성 백혈병 등에서 비교적 MRP의 발현이 높은 것으로 보고되었다. MRP1의 발견은 유사한 단백질을 찾는 연구를 활발하게 하여, 8개의 ABCC subfamily transporters의 추가발견을 이끌었다. 이러한 MRP들의 일부는 MRP1과 같이 5개의 transmembrane 아미노말단 (ABCC2, ABCC3, ABCC6, 또는 MRP2,3,6라 불림)을 가지는 반면, 다른 것들은 그렇지 않다. 대부분의 MRP family 멤버는 모델 시스템에 약제를 전달하고, 잠재적인 약제 내성을 준다. 다른 ABC family 멤버 또한 약제 내성과 관련이 있다.

예를 들어, bile salt export protein(BSEP, 또한 ABCB11이라 알려짐)은 간세포에서 높은 레벨로 발현되고, 그것은 transfection 실험에서 paclitaxel에 대해 낮은 저항성을 보인다. PGP와 밀접한 연관이 있는 phosphatidylcholine FLIPPASE인 MDR3(때때로 MDR2라 불림)은 bile에 정상적으로 phospholipids를 운반하며, 그것은 mutation되지 않았을 때 효과가 없지만 paclitaxel과 vinblastine을 운반할 수 있다. 최종적으로, ABCA2는 estramustine-저항성 세포에서 과발현 된다. estramustine는 oestradiol에서 유래된 nitrogen mustard이므로, endosomal/lysosomal vesicles의 세포내에서 발현되는 ABCA2 는 스테로이드 수송에 관여할 수 있다. 허파 저항성 단백질(LRP)은 ABC transporter가 아니지만, 약제 내성 세포주와 일부 종양에서 높은 레벨로 발현된다.

그림 2. 항암제 내성에 관련된 ABC transporter들의 구조.

3. Apoptosis에 대한 내성 기전

항암제에 의한 세포사멸의 궁극적인 기작은 apoptosis라고 생각되어지고 있다. 따라서 암세포가 항암제의 작용을 인식하고 apoptosis 반응을 활성화하는 것은 항암제에 의한 치료의 성공여부를 결정하게 될 것이다. 기존의 항암요법에 의한 암치료의 성공여부도 항암제 자체에 의한 암세포의 살해 능력보다도 암세포에 apoptosis가 잘 일어나도록 자극하는 능력에 의해 좌우된다고 많은 과학자들은 생각하고 있다. 이런 가설은 apoptosis의 연구를 촉진하고 성공적인 암치료법을 개발하는데 희망적인 단서를 제공하고 있다. 그러나 이러한 치료의 효과는 암세포들이 apoptosis 과정을 관여하는 유전자 발현을 조절하여 apoptosis에 결함이 생김으로써 반감되고, 결국 암세포들은 항암제에 내성을 보이게 된다. 최근의 연구는 apoptosis를 조절하는 pathway에 대한 전반적인 이해를 향상시켜왔고, 변화된 항암제 민감성과 antiapoptotic 변화의 상관관계를 분석하는데 필요한 기술을 발전시켰다.

① p53
p53은 DNA 손상에 의해 활성화되어지는 tranion factor이고, 크게 두개의 기능을 한다. 첫째는 p21과 같은 cyclin kinase inhibitors를 활성화해서 cell-cycle을 억제하고, 둘째는 apoptosis를 개시한다. Mutated p53을 갖는 종양세포는 DNA-damaging agent에 내성을 보이는 것으로 보고되었다. 또한 60개의 암세포주를 대상으로 약제 민감성을 조사함으로써 wild-type p53의 존재가 약제 민감성에 있어 중요하다는 사실도 발견되었다. 임상에서, 내성종양은 종종 p53이 mutation되어져 있다. p53 mutation은 상대적으로 암형성 과정의 후기에 있기 때문에, 전반적인 내성의 발달은 p53 mutation과 관련이 있다. p53에 의한 내성 단백질의 조절은 이들의 관계를 설명할 수 있다. 그 외에 화학요법에 의한 p53 유도와 p53에 의해 유도되는 민감성은 암의 타입과 약제에 의존적이다. lymphoid tumor에서 독성물질은 신속하게 p53과 apoptosis를 유도한다. 반면에 몇몇의 경우에는 lung과 liver에서 유래된 solid tumor는 p53 induction에도 불구하고 apoptosis를 유도하지 못한다. 결과적으로, solid tumor에서, 기능성 p53은 항암 물질의 작용에 대한 일반적인 결정소가 아니다. p53의 mutation은 몇몇 제한된 암의 타입에서만 약제내성에 관여한다.

② Bcl-2
Bcl-2와 그 family들은 cytochrome c의 세포질 방출을 조절함으로써 apoptosis를 조절한다. 세포 모델에서, Bcl-2의 과발현은 다양한 독성물질에 대한 내성을 증가시킨다. 반면에, Bcl-Xs의 과발현은 반대의 효과를 가져온다. 반대로 Bcl-2 or Bcl-XL항체 또는 antisense를 처리하면 독성물질에 민감성을 증가시킨다. Bax 발현 정도 또는 Bcl-XL 과 Bax의 발현 비율은 결장암세포의 5-fluorouracil 민감성에 있어 중요한 것으로 보고된다. 하지만, 독성 물질 내성에 Bcl 단백질의 역할은 최근의 연구에서 의문이 제기되어 왔다. Bcl-2 또는 Bax의 transfection이 방사선, doxorubicin, etoposide, cisplatin, chlorambucil등에 대한 종양 세포의 민감성에 변화를 주지 못했다. 이러한 불일치는 다양한 Bcl-2 family 단백질이 복잡한 상호작용을 하는 것에 기인한다. 또한 한 개의 유전자의 발현정도 그 자체로는 독성물질에 대한 민감성을 설명할 수 없다. p53과 마찬가지로, Bcl-2와 관련 단백질들은 약제 민감성 또는 약제 내성에 있어 유일한 결정소는 아니고, 좀더 통합적인 접근방법이 요구된다.

③ Fas
membrane receptor Fas와 그 ligand인 Fas-L는 apoptosis 신호전달에 중요한 역할을 한다. 이들 death receptor의 활성화는 직접 또는 간접적으로 apoptosis를 유도한다. 세포 독성물질에 의한 Fas system의 활성화는 약제의 효과가 Fas system에 관련된 apoptosis에 의한 것이라는 결론을 이끌었다. 하지만 최근에 몇몇 그룹에서 화학요법에 의한 apoptosis는 Fas 발현 정도와는 관계가 없는 것을 보여주었다. 반대로, 다른 연구자들은 matrix metalloproteinase-7 (MMP-7)에 의한 Fas-L의 cleavage가 doxorubicin에 대한 내성을 일으키는 것을 보여주었다. 이러한 불일치는 Fas death-receptor signaling의 조직 의존적 활성화에 의해 설명되어질 수 있다. tumor necrosis factor-α (TNF-α)와 TNF-α-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)도 apoptosis를 유도할 수 있다. TNF-α는 항암치료제로 사용하기에는 정상세포에 너무 독성이 강하다. 반면에, TRAIL은 다른 항암제들과 동시에 투여하였을 때 특히 항암제 내성 암세포에 상승효과를 보여주었기 때문에 최근에 많은 연구가 되어지고 있다.

④ Ceramide
Ceramide는 지질 2차 전달자로서 강한 apoptosis 유도체이고, 화학요법를 포함한 다양한 신호에 대해 sphingomyelin 가수분해를 통해 생산된다. ceramide는 apoptosis에 관련된 유전자의 전사를 개시를 활성화한다. 많은 항암치료제가 ceramide를 생산한다. 그러므로, 이러한 약제의 세포 독성은 ceramide에 의한 apoptosis의 활성화에 의존하고, 이들 약제에 대한 내성은 ceramide를 생산하지 못하는 데 기인한다. 최근에 약제내성의 결정소로서 ceramide의 중요성에 대한 많은 증거가 제시되어왔다. 하지만, 지금까지 이러한 증거는 몇몇 세포 시스템에서만이 밝혀졌다. 화학요법의 독성기작에 있어서 ceramide의 생성이 절대적으로 필요한 것인가를 알아야 한다. 또한 ceramide 합성의 억제 또는 ceramide 파괴의 가속화는 이들의 효과를 가속화할 수 있을 것이다.

⑤ Nuclear factor κB
Tranion factor NF-κB는 anti-apoptotic 특성이 있다. 췌장암에서 NF-κB의 지속적인 활성화는 포괄적인 항암제 내성을 일으켰다. 또한 NF-κB의 억제는 항암제에 민감성을 증가 시켰다. 이와 반대로 다른 cell type에서 NF-κB는 pro-apoptotic 특성을 갖고, 이를 억제하면 항암제에 대해 내성을 보이게 된다.

4. Cisplatin에 대한 내성 기전

Cis-Diamminedichloroplatinum(Ⅱ) (cisplatin)은 가장 폭넓게 사용되는 항암제중의 하나로 testes, head and neck, esophagus, lung, ovary 그리고 bladder cancer와 같은 다양한 악성 종양의 치료에 사용된다. 특히 남성 testicular cancer에 있어서 95%이상의 치료효과를 거두고 있다. Cisplatin은 DNA와 반응하여 주로 주변 purine들 사이에 1, 2-intrastrand cross-link들을 형성한다. 초기 세포 독성 효과는 adduct 형성 부분에서의 DNA합성의 억제에 의한 것으로 보인다. 또한 cisplatin은 RNA와도 반응하여 adduct를 형성할 수 있다고 예측하고 있다. 그들은 chromatin remodeling, tranion factor binding, RNA 합성 등을 방해하여 전사를 억제한다. Testicular cancer와 같은 성공사례에도 불구하고 다른 cancer에 있어서 cisplatin의 치료효과는 비교적 제한적인데 이는 후천적 또는 내재적 내성을 갖게 되기 때문이다. Cisplatin 내성은 항암제 축적의 감소, glutathione(GSH)과 metallothionein 등의 thiol기를 포함한 물질들에 의한 cisplatin의 불활성화, DNA복구의 증가 등을 포함한 다양한 기전을 통해 유발될 수 있다.

① Cisplatin 축적의 감소
흡수의 감소나 배출의 증가로 인한 cisplatin의 세포내 축적의 감소는 cisplatin 내성세포주에서 빈번하게 관찰된다. 오늘날까지 세포에서 일어나는 cisplatin의 정확한 기작은 완전하게 알려진 바가 없다.
cisplatin 흡수를 위한 제한인자는 농도이기 때문에 흡수는 구조적으로 유사한 유도체에 의해 억제되지 않는다. Cisplatin은 확산에 의해 세포 내로 들어간다고 생각되어져왔다. 그러나 cisplatin 흡수가 막 단백질들에 의해 매개된다는 몇 가지 증거가 있는데 예를 들어 막투과성을 바꾸는 기능이 없는 다양한 약리학적 물질을 사용했을 때 cisplatin 흡수가 억제되었다. sodium-potassium ATPase inhibitor ouabain은 cisplatin 흡수를 억제하며 cisplatin이 sodium-potassium pump를 통하여 세포내로 들어가지는 않을지라도 cisplatin 축적은 potassium에 의존적인 것으로 보여 졌다. 이러한 결과는 cisplatin의 세포내 축적에 대해 carrier mediated transport system이 관여함을 암시한다. 흥미롭게도 cisplatin의 세포 내 축적이 감소된 cisplatin 내성세포에서 낮은 수준으로 48 kDa의 막 단백질이 발현되며 이것은 이 단백질이 cisplatin 흡수에 관련될 수 있음을 시사한다. 이와 더불어 cisplatin의 세포내 감소는 배출의 증가에 의해 일어날 수 있다. cisplatin은 다약제내성세포에서 과발현되고 약제배출펌프로서 작용하는 P-당단백질에 대한 기질이 아님이 밝혀졌다.
어떤 cisplatin 내성세포는 200 kDa 단백질을 과발현하는데 이러한 세포는 cisplatin의 세포내 축적의 감소를 보였다.

② Cisplatin의 불활성화
Cisplatin의 불활성화 증가로 인한 cisplatin 내성이 또한 보고되었다. Cisplatin은 GSH에 공유결합으로 연결될 수 있으며 이 complex는 앞서 말한 ATP-dependent pump에 의해 세포바깥쪽으로 이동하게 된다. Testicular tumor와 bladder tumor는 각각 cisplatin에 민감하고 내성을 보이는 암으로 대표되는데 bladder tumor cell line이나 in vitro에서 후천적으로 cisplatin 내성을 획득한 testicular tumor cell line에 비해 GSH level이 testicular tumor cell line에서 더 낮았다. 증가된 GSH level은 몇 가지 cisplatin resistant cell line에서 찾아졌으며 BSO에 의한 GSH의 제거는 일부 세포주에서 민감성을 증가시켰다. 만약 높은 GSH level이 암에서 cisplatin resistance에 있어 중요한 인자란 것이 입증되면 암환자에 BSO를 전처리 하는 것이 cisplatin의 효력을 높일 수 있을 것이다.

Metallothionein은 Zn2+ homeostasis와 cadmium같은 heavy metal의 detoxification과 관련된 cysteine rich protein family의 일종이다. metallothionin은 단백질:약제의 1:10의 비율로 cisplatin과 결합하며 이것은 cisplatin의 민감성에 영향을 준다. metallothionein deficient mouse fibroblast는 wild type fibroblast보다 더 cisplatin에 민감하며 metallothionein의 과발현은 때때로 cisplatin의 내성을 야기시킬 수 있다. 역으로 cisplatin resistance를 획득한 적어도 몇 개의 세포주들은 metallothionein을 과발현시킨다. 게다가 cadmium resistant cell line은 metallothionein을 과발현시키며 cisplatin에도 역시 내성을 보인다. 마지막으로 metallothionein을 과발현하는 mouse fibroblast cell을 nude mice에 이식했을 때 모세포에 비해 더욱 cisplatin에 내성을 보였다. 그러나 metallothionein 과발현이 몇 가지 model에서 cisplatin 내성과 관련이 있다하더라도 이것은 전반적인 현상은 아니다. chemotherapy를 처리하기 전과 한 후에 ovarian tumor로부터 metallothionein의 양을 분석해 본 결과 metallothionein의 양이 cisplatin-based chemotherapy에 있어 민감성을 결정짓는 주요 인자는 아닌 것을 알았다.

③ DNA 복구의 증가
Nucleotide excision repair는 platinum adduct가 DNA로부터 제거되는 주요과정으로 알려져왔다. Nucleotide excision repair-deficient mammalian cell은 wild type cell보다 cisplatin에 더 민감하다. ERCC1 protein deficient한 chinese hamster ovary cell(ERCC1-/-cell)에 human ERCC1을 과 발현시켰을 때 ERCC1-/-cell보다 cisplatin에 다섯 배나 더 내성을 띠었다. 중요한 점은 testicular tumor cell이 XPA 단백질과 ERCC1-XPF endonuclease 복합체를 낮은 수준으로 가지고 있음을 관찰하였다는 것이다. 이러한 단백질들은 nucleotide excision repair에 요구되며 cisplatin에 대해 매우 민감한 testicular cell이 cisplatin에 의한 손상을 복구하는 능력 또한 저하되어 있음을 보여준다. 최근 연구에서 많은 recombination deficient mutant들의 cisplatin에 대한 민감성을 자세하게 분석하였는데 테스트된 거의 모든 strain이 cisplatin에 아주 민감한 것으로 나타났다. daughter strand gap repair에 deficient한 recF, recO, recR cell과 double strand break repair에 deficient한 recB, recC cell이 wild type cell보다 훨씬 더 cisplatin에 민감하였다. 또한 nucleotide excision repair와 recombinational repair (recF uvrA, recB recC recD uvrA, ruvA uvrA, ruvC uvrA)모두에 deficient한 mutant가 single mutant보다 cisplatin에 더 민감했다. 이러한 연구에서 중요한 점은 daughter strand gap repair와 double strand break repair pathway가 cisplatin damage에 살아남는 세포에게 필수적이라는 것이다.


5. 전망

최근에 항암제 내성을 연구하는 분야에서 변화가 생겼다. 지난 10년간 내성기작의 연구는 매우 높은 정도의 내성을 보이는 in vitro 모델을 사용해왔다. 이러한 연구는 실제의 임상에서 잘 적용되지 않는 경우가 많았다. 이러한 접근방법의 실패는 각각의 내성 기작보다는 항암제에 대한 민감성을 높여주는 인자들에 초점을 두는 연구 방법의 개발을 이끌었다. 항암제 내성에 관한 연구를 수행하는 방향은 크게 세가지로 나눌 수 있다. 약제내성에 관여하는 요인을 발굴하는 분야와 발굴된 약제내성 인자의 특성을 규명하는 연구와 약제내성을 극복할 수 있는 감수성 약제를 개발하는 것이다. 약제내성에 관여하는 많은 인자들이 있고, 이들은 서로 상관관계가 있기 때문에, 총체적인 분석만이 항암제 내성에 관련된 복잡한 기작을 이해하는데 도움을 줄 것이다. 이러한 관점에서 볼 때 cDNA microarray 방법이 특히 유력한 방법으로 생각된다. 이러한 기술은 내성 기작을 이해하기 위한 실마리를 제공하는 새로운 database를 구축하기 위해 많은 세포주와 약제를 대상으로 확장해나가야 할 것이다. Proteome의 접근 방법도 항암제 내성에 관련된 단백질과 그들의 상호 관계를 분석하는데 필요할 것이다. 항암제내성에 관한 연구는 새롭고 효과적인 항암제를 개발하는 연구와 더불어 암 치료효율을 높이기 위한 목적으로 해볼만한 연구가 될 것이다


< Reference >

- Gottesman, M. M. (2002) Mechanisms of cancer drug resistance. Annu. Rev. Med. 53, 615-627

- Gottesman, M. M., Fojo, T., and Bates, S. E. (2002) Multidrug resistance in cancer: role of ATP-
dependent transporters. Nature Reviews Cancer 2, 48-58

- Kartalou, M. and Essigmann, J. M. (2001) Mechanisms of resistance to cisplatin. Mutation Res.
478, 23-43

- Robert, J. (2001) Resistance to cytotoxic agents. Curr. Opin. Pharmacol. 1, 353-357