장염 연관 대장암 발생에서 광범위 항생제 투여 시기에 따른 장내세균 변화가 미치는 영향

Abstract

배경/목적: 우리 몸의 장관에 존재하는 장내세균 무리는 다양한 상호작용을 통해 장관 내부의 면역 체계를 조절하고 에너지 대사과정과 장 항상성에 영향을 주며 질병과 관련된 여러 인자에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 장내세균의 조성 변화는 장 상피세포의 유전자 돌연변이를 유도하거나 염증을 악화시켜 종양 형성에 유리한 환경을 유발할 수 있다. 많은 연구들에서 장내세균의 교란이 대장암 발생과 진행에 밀접한 연관이 있다고 보고하였으며, 항생제를 이용한 장내세균의 변화가 마우스 모델에서 장염 연관 대장암의 발생을 억제하였다. 이번 연구에서는 장염 연관 대장암 마우스 모델에서 항생제 투여로 인한 장내세균 제어의 시기를 달리하였을 때 장염 연관 대장암 발생의 차이를 분석함으로써 장내세균의 장염 연관 대장암 발생 단계별 영향을 연구하고자 하였다. 방법: C57BL/6 마우스에 12.5 mg/kg azoxymethane (AOM)을 복강주사 한 뒤 1.7% dextran sodium sulfate (DSS)를 3차례에 걸쳐 투여하였다. 항생제의 투여 시기에 따라 대조군, 항생제 비투여군, 항생제 전체 투여군, 항생제 전처치군, 항생제 1차 치료군, 그리고 항생제 2차 치료군, 총 6개의 군으로 나누어 실험을 진행하였다. 실험기간 동안 임상 증상과 체중 변화를 관찰하였고, 마우스 희생 후 장염과 대장 종양에 대한 육안 및 조직학적 평가를 시행하였다. 장 조직의 RNA를 분리하여 RT-PCR로 염증 및 세포증식 관련 사이토카인 발현 변화를 평가하였고, 실험 시작과 마지막에 채취한 대변에서 장내세균 DNA를 분리하고 차세대 염기서열분석법인 Miseq을 이용하여 메타지놈 시퀀싱을 시행하였다. 결과: 항생제 비투여군에 비해 항생제를 실험 기간 동안 지속적으로 투여한 항생제 전체 투여군의 종양 개수와 크기가 감소하였고, 조직학적 평가와 염증 및 세포증식 관련 사이토카인의 발현이 감소하였다. DSS 1차 또는 2차 투여 시작 시점부터 마우스를 희생할 때까지 항생제를 투여한 항생제 1차 치료군과 2차 치료군에서도 조직학적 평가와 종양의 개수가 의미 있게 감소하였다. 반면에 실험 시작부터 DSS로 장염을 유도하기 전까지만 항생제를 투여한 항생제 전처치군에서는 종양 형성을 억제하지 못했다. 메타지놈 시퀀싱 후 각 군별 장내세균 조성의 차이를 알아보기 위해 시행한 PCoA 분석에서 항생제 전체 투여군, 항생제 1차 치료군과 항생제 2차 치료군은 장내세균 상대 조성에서 유사한 분포를 보인 반면, 이들 세 군과 대조군, 항생제 비투여군, 항생제 전처치군은 장내세균 상대 조성에 있어서 서로 확연히 다른 분포를 보였다. 또한, Bacteroidales order와 Lachnospiraceae family의 상대 빈도가 증가할수록 대장 종양의 수가 증가함을 확인하였다. 결론: 장염 연관 대장암 모델인 AOM/DSS 마우스 모델에서 항생제를 이용한 장내세균 제어는 대장 종양 발생을 억제하였다. 장염 연관 대장암 발생단계에서 염증이 진행하는 시기 동안 장내세균 제어를 지속적으로 유지해야 장염 연관 대장암을 효과적으로 억제할 수 있었다. 장내세균 제어는 장염 연관 대장암의 예방과 치료에 도움이 될 것으로 생각한다.