대장선종과 대장암에서 기질단백분해효소 및 신생혈관형성관련인자의 발현

Abstract

본 연구는 암 발생 과정 중 초기 기저막 파괴에 관여하는 기질단백분해효소와 신생혈관형성에 관여하는 인자들이 대장암 발생 및 각 진행단계에서 발현하는 양상 및 예후 관련인자와의 연관성을 알아보고자 하였다. 대장 선종 32례, 조기 대장암 11례와 진행성 대장암 36례의 대장내시경 생검 조직에서 기질단백분해효소인 matrix metalloproteinase-2(MMP-2), membrane type 1-matrix metalloproteinase (MT1-MMP), tissue inhibitor of metalloproteinase-2(TIMP-2) 및 신생혈관형성에 관여하는 hypoxia inducible factor-1α(HIF-1α)와 vascular endothelial growth factor(VEGF)의 mRNA 발현을 역전사 중합효소 연쇄반응을 이용하여 주변의 정상조직을 기준으로 반정량적으로 측정하였으며, 이 중 암 수술 조직 11예에서 gelatin zymography 와 Western blot을 이용하여 활성형 MMP-2 단백질과 HIF-1α 단백질 발현을 관찰하였다. 주변 정상조직에 비해 상대적으로 발현이 증가된 빈도는 MMP-2 mRNA 경우 대장 선종, 조기 대장암, 진행성 대장암으로 갈수록 증가하였고, MT1-MMP mRNA는 선종에 비해 진행성 대장암에서 증가하였으며, TIMP-2 mRNA는 대장 선종에 비해 조기 대장암과 진행성 대장암에서 증가하였다(p<0.05). 반정량 분석에서 MMP-2, MT1-MMP와 TIMP-2 mRNA 발현은 대장 선종에 비해 진행성 대장암에서 증가하였다(p<0.001). MMP-2 mRNA 발현은 대장 선종에서 조기 대장암과 진행성 대장암으로 갈수록 증가하였고, MT1-MMP mRNA 발현은 조기 대장암과 진행성 대장암 사이에서 증가하였다(p<0.05). MMP-2/TIMP-2 mRNA 발현비는 대장 선종에 비해 진행성 대장암에서 증가하였다(p<0.001). 대장암에서 MMP-2 mRNA 발현은 림프관 침습이 있는 경우와 분화도 및 Duke 병기가 진행함에 따라 증가하였다(p<0.05). MT1-MMP mRNA 발현은 림프절 전이가 있는 경우 증가하였다(p<0.05). Gelatin zymography 결과, 11례 중 10례(91%)의 암조직에서 활성형 MMP-2 단백질이 발현되었다. HIF-1α와 VEGF mRNA가 주변 정상조직에 비해 상대적으로 발현이 증가된 빈도는 대장 선종에 비해 조기 대장암과 진행성 대장암에서 증가하였다(p<0.05). 반정량 분석에서 HIF-1α와 VEGF mRNA 발현은 대장 선종에 비해 진행성 대장암에서 증가하였다(p<0.05; p<0.001). 대장 선종에 비해 조기 대장암에서 VEGF mRNA 발현이 증가하였다(p<0.05). Western blot 결과, 11례 중 9례(82%)의 암조직에서 HIF-1α 단백질이 발현되었다. HIF-1α mRNA 발현은 MMP-2 mRNA 및 VEGF mRNA 발현과 유의한 상관관계가 있었다(r=0.52, p<0.001; r=0.76, p<0.001). 본 연구는 대장암 발생 및 진행에 있어서 기질단백분해효소와 신생혈관형성관련인자의 발현 및 상호 연관성을 확인할 수 있었다. 좀 더 많은 대상에 대한 이들 인자의 연구는 수술 전 대장내 신생물의 악성화와 악성 병변의 진행 정도를 예측하고 치료 방법의 결정에 도움이 되는 지표를 제시할 수 있을 것으로 생각한다.;Objective: This study investigated the expression of matrix metalloproteinases (MMPs), tissue inhibitors of metalloproteinases(TIMPs), hypoxia-inducible factor(HIF)-1α and vascular endothelial growth factor(VEGF) in the cases of adenoma-carcinoma sequence. Methods: Thirty-two samples of adenoma, 11 samples of early colon cancer and 36 samples of advanced colon cancer were collected by colonoscopic biopsy. Eleven samples of colon cancer were collected by surgical resection. Normal tissues were also collected from same subjects. The mRNA expression levels of MMP-2, MT1-MMP, TIMP-2, HIF-1α, and VEGF were quantitated using semiquantitative reverse transcription polymerase chain reactions. The protein expression of activated MMP-2 was examined by gelatin zymography and HIF-1α by Western blot. Results: The frequency of MMP-2 mRNA expression showed a progressive increase in tissues of adenoma, early and advanced colon cancer when compared to the corresponding normal tissue(p<0.05). The frequency of MT1-MMP mRNA expression was greater in tissues of advanced colon cancer compared to adenoma(p<0.05). The frequency of TIMP-2 mRNA expression was greater in tissues of early and advanced colon cancer compared to adenoma(p<0.05). The mRNA expression levels of MMP-2, MT1-MMP and TIMP-2 were greater in tissues of advanced colon cancer compared to adenoma(p<0.001). The expression level of MMP-2 mRNA showed a progressive increase in tissues of adenoma, early and advanced colon cancer (p<0.05). The expression level of MT1-MMP mRNA was greater in tissues of advanced colon cancer compared to early colon cancer(p<0.05). The ratio of MMP-2/TIMP-2 mRNA expression of advanced colon cancer tissues was much higher than that of adenoma tissues(p<0.001). In colon cancer tissues, the expression level of MMP-2 mRNA showed a increasing trend according to differentiation, lymphatic invasion and Duke's stage(p<0.05). The expression level of MT1-MMP mRNA was positively related to lymph node metastasis(p<0.05). The protein expression of activated MMP-2 was observed in 10 of 11(91%) cases of cancer tissues. The frequency of HIF-1α and VEGF mRNA expression showed a increase in tissues of early and advanced colon cancer compared to adenoma(p<0.05). The mRNA expression levels of HIF-1α and VEGF were greater in tissues of advanced colon cancer compared to adenoma(p<0.05; p<0.001). The expression level of VEGF mRNA was greater in tissues of early colon cancer compared to adenoma(p<0.05). The protein expression of HIF-1α was observed in 9 of 11(82%) cases of cancer tissues. The mRNA expression level of HIF-1α showed a positive correlation with MMP-2 and VEGF(r=0.52, p<0.001; r=0.76, p<0.001). Conclusion: Proteolytic enzymes and angiogenesis factors may be useful markers of early carcinogenesis at the time of diagnosis and helpful for the decision of treatment in colon cancer.