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[윤복근 교수 칼럼] 포스트바이오틱스가 암세포에 미치는 선택적 세포독성 효과
  • 최종걸 기자
  • 승인 2019.12.11 16:00
  • 19면
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▲ 사진=광운대학교 윤복근 교수

최근 들어 장 건강 유지, 장 질환 치료 및 선천적 면역성을 강화시키는 측면에서, 생물활성 대사물(Postbiotic Metabollites - PM)로 알려진 미생물 대사물에 의해 발휘되는 probiotic 효과에 대한 관심이 점차 증가하고 있다.

PM은 가용성 또는 분비인자, 대사산물, 박테리오신 등을 포함하며, 무 세포 상등액은 lactobacilli와 관련된 생균 probiotics와 동등한 효능을 가진 것으로 보고되었다.

연구자들은 postbiotics의 결장 건강유지 역할을 계속 밝히고 있으며, postbiotics가 살아있는 박테리아보다 안전한 대안이 될 수 있다고 제안하였다.

이들은 결장 직장암의 말기단계에서 환자의 삶의 질을 개선하는데 있어서 postbiotics의 가능성을 제안하는 반면, 또 다른 연구자들은 염증성 장질환과 같은 장 관련 질환의 치료 및 예방에서 postbiotic의 사용을 제안하였다.

본 컬럼에 소개하는 Lactobacillus plantarum 여섯 종의 균주에 의해 생성된 박테리오신 함유 postbiotic 효과는 쥐, 가금류 및 돼지에게 기존 항생제 대신 postbiotics를 투여해 성장 및 건강에 이로운 효과들을 발견해 냄으로써 밝혀졌다.

이들 L. plantarum 균주들은 젖산, 아세트산 및 박테리오신과 같은 몇몇 PM을 생산한다. 흥미롭게도 L. plantarum I-UL4가 병원성 그램 양성/음성균에 대한 광대한 억제활동을 통해 두 박테리오신인 plantaricin W 와 plantaracin EF의 새로운 조합을 보호한다는 사실과 Lactobacillus gasseri 및 Lactobacillus crispatus의 여러 성분들 (배양 상등액, 세포질 추출물, 세포벽 추출물 및 생세포)의 효과가 정상 및 종양 자궁경부 세포의 증식성 및 세포예정사 반응에 미치는 영향이 보고되었다.

또한, L. plantarum 70,180의 exopolysaccharide(EPS)는 결장 암종 세포에 항종양 활성을 보이는 것으로 보고되었다. 인간의 모유로부터 채취된 Lactobacillus casei 및 Lactobacillus paracasei 균주의 배양 상등액은 자궁 경부암 세포에 대한 세포 독성 및 아포토시스(Apoptosis) 생물작용을 가짐으로써 천연 항종양 약물로서 잠재력을 갖는 것으로 나타났다.

따라서 다양한 암 및 정상 세포에서 여섯 종의 L. plantarum에 의해 생성된 PM의 세포독성을 측정한 결과 사람, 개, 닭 및 토끼 적혈구(RBC)에 미치는 PM의 독성이 확인되었다.

암은 모든 연령대의 사람들과 사회경제적 그룹에 영향을 미치는 심각한 질병이다. GLOBOCAN(2012)의 보고서에 따르면 유방암 발병률, 사망률 및 5 년 (2012-2016) 유병률은 여성에게 가장 높은 것으로 추정되는 반면, 대장암 발병률, 사망률 및 5 년 (2012–2016) 유병률은 여성과 남성이 각각 2위와 3위를 차지했다.

따라서, 여섯 종의 L. plantarum 생성 PM이 유방암 및 결장암 세포주에 미치는 세포독성 효과에 대해 추가로 조사되었다. L. plantarum I-UL4 생성 PM에 의해 유도된 세포 사멸 방식이 이후 유방암 세포에서 확인되었다.

음식은 웰빙과 건강상태를 유지하는데 중요한 원천으로 오랫동안 알려져 왔다. 오늘날 기능성식품시장은 매우 각광을 받고 있으며, 식품의 기능성에 대한 소비자의 관심이 증가하고 있다.

그러나, 이들 식품 중 일부는 고가이며, 식품 성분의 불명확한 안전성이 소비자에게는 걸림돌이 된다. 박테리오신 함유 postbiotics 같은 경우는 작은 펩타이드로 구성되는데, 이는 대부분 비면역성 및 생분해성을 지님으로 소비하기에 안전하고 폐기될 시 환경을 오염시키지 않으며 postbiotic 사용은 기능성 식품에 제한되지도 않는다.

Probiotics 매개 암 및 염증세포의 억제 또한 postbiotics의 기능으로 보고되었다. Lactobacilli 유래 postbiotics는 암세포 및 염증 연구에 활용될 수 있는 다양한 가능성을 제공한다. 이는 독성에 의해 제한받는 현재의 방사선 및 화학 요법의 치료에 대한 안전한 대안을 제시한다.

현재까지의 연구들은 암과 정상 세포주에 미치는 L. plantarum의 여섯 개 균주에 의해 생성된 PM의 세포독성 효과를 조사하여, PM의 기능성 보충제 및 암 보조 치료제로서의 잠재력을 측정했다. 그 결과 PM의 선택적 세포독성 및 항 증식 효과에 유의하게 영향을 미침을 입증했다.

식품, 재택 간호, 개인 관리, 제약 용도 및 살충제를 포함한 제품에는 인체 건강에 대한 잠재적 위험 평가가 필수적이다. 대부분의 세포독성제는 빠르게 분열되는 암세포를 목표로 할 뿐만 아니라, 동시에 빠르게 분열되는 정상세포에 유해한 부작용을 유발한다.

일부 정상 조직 또한 세포독성제에 의한 세포 사멸 유도에 민감하다. 그러나 PM은 활발하게 증식하는 쥐 지라세포, 흉선세포 및 인간 말초 단핵세포의 비활성이 측정됨으로써, 악성 세포의 종류에 따른 선택성을 나타냈고, PM 의 독성효과는 암세포에 대한 삼투압과 급성독성효과에 기인하지않는 점을 암시한다.

또한, 많은 건강효과가 Lactic acid bacteria(LAB)과 광범위하게 연관되어 있으며, LAB의 항암효과를 다룬 대부분의 연구가 대장암 분야에서 입증되었다.

L. plantarum 여섯 종의 균주에 의해 생성된 PM은 다양한 인간 암세포에서 선택적으로 활동하며, PM이 일반 포유류 세포에 대한 세포독성이 낮기 때문에, 항암 활성을 갖는 기능 식품 보충제의 대체품으로서 PM의 방대한 잠재력에 주목할 만하다.

특히, L. plantarum I-UL4 생산 PM은 아포토시스를 유도하여, 아포토시스 세포를 더 작은 아포토시스 체로 분해시킨 다음, 생체 내에서 염증 반응을 유발하지 않으면서 식세포에 의해 제거되는데, 이는 괴사와 비교했을 때 암치료에는 더 나은 세포 사멸방식이다.

결론적으로 말하면 L. plantarum 생성 PM이 정상세포에서 독성효과 또는 용혈을 유발하지 않으면서, 용량 및 시간 의존적 방식으로 다양한 암세포에 대해 선택적 세포독성 효과를 가지고 있다.

형광 현미경 관찰 및 유세포 분석 평가는 UL4 PM이 항 증식 효과 및 아포토시스 유도를 통해 MCF-7 세포의 생존력을 감소시켰고, L. plantarum 균주 생성 PM이 여러 종양세포들에 보이는 선택성은 이들이 흥미로운 항암특성을 보유하기에, 기능성 보충제와 암 보조치료제로서 광범위한 잠재력을 가지고 있음을 시사한다고 볼 수 있다.


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