SGLT2 억제제 처리에 의한 신장암 세포의 대사적 변화 연구 = Metabolomics approach of metabolic reprogramming induced by SGLT2 inhibition in renal cancer

국문 초록 (Abstract)

나트륨-포도당 공동수송체(Sodium-Glucose Co-Transporter 2)인 SGLT2 는 주로 신장의 근위세뇨관에서 발현되어 사구체에서 여과된 포도당의 재흡수를 담당한다. SGLT2 억제제는 이 과정을 차단하여 소변으로 포도당을 배출하여 혈당을 낮추며, 현재 제 2형 당뇨병 치료제로 널리 사용되고 있다. 최근 SGLT2 억제제는 혈당 강하 효과를 넘어 심혈관 보호, 신장 기능 개선 및 대사 조절 효과가 보고되면서 대사 조절 약물로의 임상적 활용 가능성이 확대되고 있다. 신장은 대사가 활발한 기관으로, SGLT2 가 집중적으로 발현되어 포도당 재흡수와 에너지 균형 유지에 핵심적인 역할을 한다. 이러한 이유로 SGLT2 억제제의 대사 조절 효과가 신장암과 같은 대사성 질환에 영향을 미칠 수 있다는 점이 주목받고 있다. 특히 당뇨병 환자에게서 신장암 발생 위험이 증가하고, 실제 임상에서 SGLT2 억제제와 항암제가 동시 투여될 가능성이 높다는 점에서 두 약물 간의 대사적 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 그럼에도 불구하고 SGLT2 억제제, 특히 Empagliflozin 이 신장암에서 어떤 대사적 변화를 유도하는지, 그리고 항암제와의 병용 시 어떤 상호작용을 일으키는지에 대한 연구는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 Clear Cell Renal Carcinoma Cell(ccRCC) 세포주인 Caki-1 에 SGLT2 억제제 중에서도 임상적으로 널리 사용되며 SGLT2 에 대한 선택성이 가장 높은 Empagliflozin 과, 신장암의 표적 치료제인 Tivozanib 을 단독 및 병용 투여하여 이에 따른 시간 의존적 대사 변화를 LC-MS 기반 대사체학 분석을 통해 규명하였다. Empagliflozin 군의 경우, 초기(24h)에는 Non-Treat(NT) 대비 대사 변화가 가장 적게 나타났으며, 전반적으로 에너지 대사가 억제되고 Ketone Body Metabolism 이 활성화되는 등 에너지 효율을 높이기 위한 대사적 전환이 나타났다. 후기(48h)에서는 Fatty Acid Oxidation 과 같은 대체 에너지 경로가 활성화되고 항산화 경로의 활성이 유지되었다. 이러한 결과는 신장암 세포에서 Empagliflozin 이 초기에는 세포 대사를 억제하지만, 시간 경과에 따라 세포 내 에너지 소비를 최소화하며 항상성을 회복하려는 대사 적응 반응(Adaptive response)을 유도함을 시사한다. 반면, Tivozanib 군은 혈관신생 억제로 인한 에너지 결핍과 ROS 축적이 동반되며, 이에 대응하기 위해 One-Carbon Metabolism 과 관련된 생합성 대사 경로를 활성화하였다. 하지만 시간 경과에 따라 에너지 부족이 심화되며, ROS 축적과 함께 대사 체계가 붕괴되어 세포 생존이 저해되었다. Combination 군은 두 약물의 단독 투여와는 다른 대사 재편성을 부분적으로 유도하였다. 초기에는 에너지 및 지질 대사가 활성화되어 Tivozanib 이 유도한 대사 스트레스를 회복하려는 양상을 나타냈다. 특히 D-glyceraldehyde 3-phosphate(GA3P), 3-phosphoglycerate(3PG), Glycerol 3-phosphate(G3P), L-Threonine 등의 대사체가 뚜렷하게 증가하여 Empagliflozin 의 대사적 영향이 병용 조건에서 특이적으로 발현되는 특징을 보였다. 후기에는 Tivozanib 으로 유도된 산화 스트레스 및 대사 교란이 지배적이지만, 일부 에너지 및 대체 에너지 대사에서 Empagliflozin으로 인한 효과가 유지되었다. 본 연구는 Empagliflozin이 신장암 세포의 대사에 직접적인 영향을 미칠 수 있으며, 특히 Empagliflozin과 Tivozanib의 병용 투여 시, 단독 투여에서는 관찰되지 않는 에너지 대사 중심의 독립적인 조절 현상이 나타날 수 있을 가능성을 제시한다. 따라서 본 연구는 신장암 환자에서 Empagliflozin과 Tivozanib의 병용 투여 시 신중한 접근이 필요하다는 것을 시사하며, 향후 임상에서 병용 투여의 안전성 검증을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 실험재료 및 방법 7
• 1. 세포주 및 시약 7
• 2. 세포 배양 7
• 3. 약물 투여 7
• 4. 세포 수확 8
• 5. 단백질 추출 및 정량 8
• 6. 단백질 시료 제조 및 발현 분석 8
• 7. 세포 생존율 측정 10
• 8. LC-MS 샘플 제조를 위한 대사체 추출 및 분석 10
• 9. 통계분석 11
• Table 1. Western Blot에 사용된 항체 목록 12
• III. 결과 13
• 1. 실험 설계(Experimental design) 및 약물 투여 방법 13
• 2. Empagliflozin과 Tivozanib의 투여에 따른 Caki-1 세포의 표현형 및 대사적 변화 14
• 3. 시간에 따른 약물별 대사 재편성 차이 18
• 4. 24h 실험군에서 나타난 초기 대사 재편성 차이 21
• 5. 48h 실험군에서 나타난 후기 대사 재편성 차이 28
• 6. 에너지 대사 경로에서 확인된 Combination군의 대사 변화 35
• 7. 에너지 대사 재편성 및 항산화 경로의 단백질 수준 변화 검증 43
• IV. 고찰 46
• V. 참고문헌 52
• 감사의 글 57
• 영 문 요 약 58