Anti-inflammatory effect of vitamin C in AOM/DSS-induced early colon cancer mice

Abstract

Vitamin C functions as an antioxidant and has been proposed as its anti-cancer effects. This study identified the effect of vitamin C on inflammation, tumorigenesis, and dysbiosis in azoxymethane (AOM)/dextran sulfate sodium (DSS)-induced early colon cancer mice model. BALB/c mice (five-week old) were divided into four groups; 1) Control 2) AOM/DSS-induced colon cancer (CC), 3) AOM/DSS + 60 mg/kg b.w. of vitamin C (V60), and 4) AOM/DSS + 120 mg/kg b.w. of vitamin C (V120). Mice were injected with AOM (10 mg/kg b.w.) intraperitoneally and then administered two cycles of 2% DSS in normal drinking water for 7 days with two-weeks of normal drinking water between two cycles of DSS treatment. Mice were administered vitamin C two days after AOM injection and then continued for 5 wks. Disease activity score (DAI), which indicated inflammation level, was suppressed by vitamin C supplementation in recovery state rather than in severe inflammation state. Colon length was significantly recovered in both vitamin C supplemented groups compared to the CC group. Also, mucosal damage from the inflammation was less severe in the vitamin C group compared with the CC group. In middle and distal colon, inflammatory cytokines, including Cox-2, Ptges-2, Tnf-α, Il-1β, and Il-6 were significantly reduced in the vitamin C groups compared with the CC group (p < 0.05). Even if, the tumor numbers were not significantly reduced in the vitamin C groups, Pcna mRNA expression levels, a mark of proliferation, decreased in the vitamin C groups than the CC groups. In microbiome analysis, Lactococcus, which is well-known as probiotic, and JQ084893 were decreased in the CC group and was significantly recovered in the V60 group (P < 0.05). These results indicated that vitamin C may protect against mild colonic inflammation by regulating inflammatory cytokines and proliferation in AOM/DSS-induced early colon cancer mice model. Our findings suggest that vitamin C may improve human’s colon health by preventing or attenuating the progression of colonic inflammation in early colon cancer stage.;비타민C는 대표적인 항산화 물질로 항염이나 항암 효과가 보고되어 왔다. 본 연구에서는 선행연구 결과들을 바탕으로 비타민C가 염증과 암 생성 그리고 미생물 군집 변화에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 모델은 5주령 수컷 BALB/c 마우스를 사용하였고 azoxymethane (AOM)과 dextran sulfate sodium (DSS)을 이용한 초기 대장암 모델을 유도하여 실험을 진행하였다. 실험 마우스 그룹은 총 4그룹으로 다음과 같이 나누었다. 1) Control, 2) AOM/DSS 대장암 유도 모델 마우스 (CC), 3) AOM/DSS 대장암 유도 모델 마우스 + 60 mg/kg b.w.의 비타민 C, 4) AOM/DSS 대장암 유도 모델 마우스 + 120 mg/kg b.w.의 비타민 C. 모든 마우스들은 복강 내 주사를 통하여 AOM (10 mg/kg b.w.)이 주입되었고, 일주일 뒤부터 2% DSS를 일주일간 두 번 처리하고 그 사이에는 일반 식수를 공급하면서 2주의 휴식기간을 주었다. 마우스들은 AOM 주입 이틀 뒤부터 비타민C 구강투여를 통해 5주동안 섭취하게 하였다. 염증이 일어나는 기간에는 비타민을 먹은 군과 그렇지 않은 군에서 큰 차이가 없었고, DSS를 처리하지 않은 휴식기간에서 비타민C를 섭취한 군이 유의적으로 DAI 점수가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 또한 마우스의 직장 쪽 부분을 절제하여 병리학적 상태를 살펴본 결과, 비타민C를 먹은 군이 그렇지 않은 군 보다 대장 조직의 형태가 정상 조직과 더 유사하였다. 그 다음 염증 반응 시 증가하는 효소와 사이토카인들의 RNA수준을 봄으로써, 비타민C의 염증 억제 효과를 보고자 하였다. 항문 쪽에 가까운 직장 부분(distal)과 이 위쪽의 중간부분(middle)에서 염증 관련 효소인 Cox-2와 Ptges-2의 mRNA 발현이 낮았고, pro-inflammatory cytokine인 Tnf-α, Il-β, Il-6의 mRNA 발현 수준도 낮아지는 것을 볼 수 있었다. 세포의 증식 마커로 쓰이는 PCNA는 증가할 수록 암 성장과 관련이 있는 것으로, Pcna 수준에서도 비타민C를 먹은 그룹이 그렇지 않은 그룹보다 더 낮은 Pcna 발현 정도를 보였다. 이는 유의하지는 않지만 비타민C를 먹을수록 종양개수가 감소하는 점에서 비타민C의 섭취가 암을 억제할 수 있음을 시사해 준다. 마지막으로, 비타민C가 미생물 군집에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위해 차세대 염기서열분석(NGS)을 이용하였다. 전체적으로는 미생물 군집에 비타민 C가 큰 영향을 주지 못했지만 속(Genus) 수준에서는 좋은 유산균에 속하는 Lactococcus의 비율이 비타민C를 먹은 군에서 그렇지 않은 군 보다 증가하여 비타민C의 영향으로 유익균이 증가 할 수 있음을 보였다. 종(Species)수준에서는 동물성 음식 섭취 시 증가한다고 알려져 있는 Alistipes 속의 JQ084893 종이 CC군에서 증가하였다가 V60군에서 유의적으로 감소하였다. 그러나 이전 연구들과 다른 결과를 보여 앞으로 연구가 더 필요할 것으로 보인다. 이번 연구를 통하여 비타민C가 염증으로 인해 손상된 장 점막을 회복하는데 도움을 주고 염증관련 단백질과 사이토카인 발현을 줄임으로써, 약한 염증 상태에서 초기 대장암의 항염 효과가 있음을 최초로 밝혔다. 이를 통해 비타민C가 대장염에서 대장암으로의 발전을 억제하는데 도움이 될 수 있는 영양소 임을 시사하였다.