Walnut phenol extract and its bioactive compounds suppress colon cancer through regulating colon cancer cell stemness

Abstract

Colon cancer is the most commonly diagnosed cancer in the U.S and Korea. Despite advances in screening and surgery, 50% of patients with colon cancer are developing recurrence indicating the presence of cancer stem cells (CSCs). Cancer stem cells (CSCs) represent a small subset of cancer cells that exhibit a self-renewal capacity and provide resistance against chemotherapy. Thus, elimination of CSCs is an important strategy for the treatment of cancer. The objective of the present study was to evaluate the anti-CSC potential of walnut phenolic extract (WPE) and its bioactive compounds, including (+)-catechin, chlorogenic acid, ellagic acid, and gallic acid. In the present study, CD133+CD44+ cells were isolated from HCT116 cells using fluorescence-activated cell sorting (FACS) and then were treated with WPE. As a result, survival of the CD133+CD44+ HCT116 cells was inhibited and cell differentiation was induced with up-regulation of CK20. Treatment of WPE also down regulated the CSC markers, including CD133, CD44, DLK1, and Notch1, as well as the β-catenin and p-GSK3β in Wnt/ β-catenin signaling pathway. Thus, WPE suppressed the self-renewal capacity of the isolated CSCs. Furthermore, the WPE exhibited stronger anti-CSC effects than its individual bioactive compounds. Finally, the WPE inhibited the mRNA expression of certain CSC markers in primary colon cancer cells that were isolated from primary colon cancer tissues. Taken together, these results suggest that WPE can suppress colon cancer by regulating the characteristics of colon CSCs.;대장암은 전 세계적으로 가장 흔한 암 중의 하나로, 그 발병률 또한 점차 증가하고 있는 추세이다. 대장암의 재발률은 약 50%로 나타났으며, 이는 대장암의 암 줄기세포적 성격을 나타내주는 근거라 할 수 있다. 따라서 성공적인 암 줄기세포 제거는 효과적인 암의 치료에 필수적인 과정이라 할 수 있다. 호두와 호두에 함유되어 있는 폴리페놀 성분들이 유방암, 전립선암과 같은 다양한 암에 미치는 영향은 많이 연구되어 있으나, 이것이 대장암의 암 줄기세포적 성격에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 호두의 페놀 추출물과 (+)-카테킨, 클로로겐산, 엘라그산, 갈산과 같은 생리활성물질이 암 줄기세포적 성격 조절을 통해 대장암에 미치는 효과를 세포주 배양과 초대 배양을 통해 관찰하였다. 형광이용세포분류기(FACS)를 통해 HCT116 대장암 세포에서 암 줄기세포 마커인 CD133과 CD44 모두 양성을 나타내는 대장암 줄기세포를 분리하였으며, 호두 페놀 추출물과 생리활성물질을 6일 동안 처리하였다. 그 결과 호두 페놀 추출물의 농도에 따라 대장암 줄기세포의 성장이 감소하였고, 분화 마커인 CK20의 발현이 높아짐을 확인하였다. 또한 암 줄기세포 마커인 CD133, CD44, DLK1, Notch1과 β-catenin/p-GSK3β 신호전달 경로의 발현이 낮아짐을 관찰하였다. 이와 더불어 호두 페놀 추출물이 대장암 줄기세포의 자기 재생 능력 또한 감소시킴을 관찰하였다. 또한 호두 페놀추출물은 각각의 생리활성물질과 비교했을 때 가장 큰 항암 효과를 나타내었다. 마지막으로, 대장암 환자에서 분리한 대장암 세포에 호두 페놀 추출물을 처리한 결과 암 줄 기세포 마커의 발현 또한 낮아짐을 확인하였다. 이와 같이 호두 페놀 추출물이 대장암의 분화를 증가시키고, 암 줄기세포적을 조절함으로써 대장암을 억제시킬 수 있음을 확인하였으며, 이러한 성질은 호두 섭취가 대장암 예방이나 치료에 긍정적 효과가 있음을 시사한다.