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1 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Molecular Carcinogenesis in Colorectal Cancer 서울대학교의과대학종양내과 오도연 대장직장암의발생에는다양한 genetic change, epigenetic change가모두관여하고, 다양한 signaling pathway 가통합적으로작용한다. 여기서는대장직장암에서발생하는대표적인 genetic change를살펴보고, 관여하는 Wnt signaling pathway, COX-2/PGE2 pathway, EGFR pathway의각각에대하여살펴본후이들 pathway들간의상호작용에대하여살펴보고자한다. Genetics of colorectal cancer Somatic mutation은돌연변이가생긴유전물질을함유하고있는세포의 clonal proliferation을야기한다. 산발성대장직장암은세포에생기는 somatic mutation의축적에의해발생한다. 암의발생에관여하는유전자는세가지종류가있는데 oncogene, tumor suppressor gene, mismatch repair gene이그것이다. Tumor suppressor gene은두개의 allele의 loss가있어야불활성화가일어난다. 이것이 germline mutation으로유전받았다면, 나머지한개의 allele loss가발생하기만하면불활성화가일어난다. 두개의 allele이정상이라면두번의돌연변이 event가일어나야한다. 이러한 two-hit hypothesis가유전성질환이왜산발성질환보다어린연령에발생하는지를설명해준다. 새로생기는 DNA를감시하고이과정에생긴 error를교정하는역할을하는효소가 DNA mismatch repair system이다. Defective MMR gene은소위말하는돌연변이표현형과관련이있다. 두개의 allele에 MMR mutation이있는세포는 DNA error를축적하게되고 TGF-RβII와같은성장조절유전자에영향을주게된다. 단백질구조에는영향을주지않는미세한유전적변화가최근에는 familial colon cancer의가능한원인인자로대두되고있다. 이러한변화를 polymorphism이라고부르는데이것은유전성암유전자돌연변이보다더흔하게일반인에게나타나는데임상질병은일으키지않는다. APC 유전자의 1307 codon에서발견되는 I1307K APC 돌연변이가 Ashkenazi Jewish의 6% 에서발견되고대장암의개인력과가족력을가진 Ashkenazi Jewish의 28% 에서발견된다. Molecular genetics 1990년도에 Fearon and Vogelstein이 DNA의 molecular alteration에근거한 carcinogenesis 모델을발표한이후로많은연구들이진행되어현재는정상대장상피세포에서용종이생기고이것이진행하여대장직장암이 3

2 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Fig. 1. Genetic model of colorectal tumorigenesis. Table 1. Genes involved in colorectal tumorigenesis 되는단계가순차적으로이루어지며이과정에서생기는유전적이상이계속축적되어대장직장암이되는것으로이해되고있다. 그개요는 Fig. 1과같다. 이러한과정에는크게 oncogene과 tumor suppressor gene의돌연변이가관여하는데그대표적인유전자는 Table 1과같다. 1. Oncogenes 12번염색체에있는 oncogene ras는결합단백질을 coding하는데, 이결합단백질은세포외성장신호를핵내로전달하고세포신호전달을조절하는 one-way switch로작용한다. Ras 단백질은활성화되기위해서 farnesylation에의해 posttranscriptional modification을거쳐야한다. 산발성대장직장암과큰용종의약 50% 에서 ras mutation이발견된다. Ras의활성화는결합단백질의 constitutive한활성을유발하게되고이것이 carcinogenesis의배경이된다. 4

3 오도연 : Molecular Carcinogenesis in Colorectal Cancer Src oncogene은세포골격을직접적으로 modify시키는 transforming protein을 coding한다. 세포골격의파괴는악성전환과 carcinogenesis과정에서생기는초기 event이다. 산발성대장암에관여하는다른 oncogene은 c-myc 과 c-erbb2 등이있다. 2. Tumor suppressor genes APC 유전자의정상기능은, 세포신호전달과성장에관여하는 β-catenin protein을조절하는것이다. APC 유전자는 β-catenin을억제한다. APC mutation은세포의초기 transformation에중요하며따라서 APC는 gatekeeper 유전자로알려져있다. APC의germline mutation이일어나면 FAP이생기고 somatic mutation으로서는산발성대장직장암이발생한다. 또한 I1307K mutation으로서, APC는 Ashkenazi Jewish의가족성대장암 (familial colon cancer) 을일으키게된다. p53은 G1 cell-cycle arrest를야기한다. 이유전자는 guardian of genome 으로알려져있다. 산발성대장암의 75% 에서 p53 mutation이발견된다. 1989년에 DCC (deleted in colorectal carcinoma) 유전자가발견되었다. 70% 의대장직장암은 18번염색체의 DCC돌연변이가발견된다. DCC유전자는세포-세포간이나세포-기질간의상호작용에관여하는단백질을코딩한다. 진행된 adenoma의 50% 에서 DCC 유전자의돌연변이가발견된다. 최근에는, DCC에인접한 DPC4 (deleted in pancreatic cancer) 가 18번염색체의돌연변이에의해 loss되는실제종양억제유전자라는보고가있다. 대장암에서돌연변이가일어난실제유전자는확실히밝혀지지않았는데이는 DCC가매우큰유전자이기때문에돌연변이를발견하는것이어렵기때문이다. 3. Mismatch repair genes MMR 유전자는 DNA 복제과정의 error를교정하는데관여한다. 이러한유전자의돌연변이는 microsatellite라고불리우는 DNA의비정상적 sequence를만들게된다. Microsatellite는수십-수백번반복되는작은염기서열로구성된다. 이로써야기되는비정상적상태를 microsatellite instability (MSI) 라고한다. HNPCC에서흔히발견되는 microsatellite loci 에대한연구가많이이루어지고있다대부분연구에서는몇몇의 microsatellite loci에대한 panel을사용한다. 이러한 panel을사용하기때문에 MSI는 instability를보이는 loci의수에따라서 absent, low (MSI-L), high (MSI-H) 로구분된다. MMR 유전자의 germline mutation을가지는사람은전형적으로 MSI-H 이나, hmsh6 mutation을가진경우는, MSI-L와관련이있을수있다. 10~15% 의산발성대장암에서 MSI를보이지만이것은대개 MSI-L이다. 4. Modifier genes 상기의유전자이외에몇몇다른유전자들이관여하는것으로생각되나그정확한기전은아직알려지지않고있다. COX-2가대장암세포에서유도된다. COX-2는아마도 apoptosis에일정역할을할것이다. PPAR (peroxisome proliferator-activating receptor) 유전자도역시대장암의생성에관여하는데, PPAR은전사인자로작용하는핵수용체들중하나이다. PPAR가 APC 유전자의 downstream에있고 COX경로에도관여한다는보고가있다. G-protein receptor family들중몇몇수용체가대장암성장에관여한다는보고가있다. Gastrin과 muscarinic cholinergic receptor가그예이다. Gastrin은대장점막에대한 trophic factor로알려져있는데 hypergastrinemic state나비정상적인수용체가존재할때 tumorigenesis에역할을담당한다. 담즙산이 muscarinic cholinergic receptor에결합하여작용하는데이중특히 M3 유형의수용체는대장암세포의성장을촉진시킨다고알려지고있다. 5

4 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer The role of the Wnt signaling pathway in colorectal tumorigenesis Wnt signaling pathway는 embryogenesis, 세포증식, apoptosis, 세포분화에작용하며 carcinogenesis에서도중요한역할을하는것으로알려지고있다. Wnt pathway에있어 β-catenin이핵심인자이며, 이 β-catenin은 APC, AXIN, glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β) 으로이루어진복합체에의해조절을받는다. Wnt 신호가없는경우에, β-catenin은초기에 priming되고이후인산화되어 proteasome에의해파괴되게된다. Wnt 신호가있는경우에다단백질복합체의형성이저해되어 free cytoplasmic β-catenin이축적되고이것이핵내로이동하여 downstream target gene의전사를유도한다. 또한축적된 cytoplasmic β-catenin은 E-cadherin 및 α-catenin 과결합하여칼슘의존 cell-cell adhesion에관여하기도한다 (Fig. 2). Wnt factor는 Frizzled transmembrane receptor와 LRP (low-density lipoprotein receptor-related proteins) co-receptor 에결합하는분비단백으로 paracrine 혹은 autocrine으로분비된다. Wnts가 Frizzled protein에결합한후, cytoplasmic phosphoprotein인 Dishevelled은 plasma membrane으로 recruit된다. 이로써 Dishevelled가활성화되고 cytoplasmic β-catenin의파괴를저해하게된다. 이로써세포내의 β-catenin이축적되고이것이핵내로이동하여 LEF (lymphoid enhancer factor)/tcf (T-cell factor) 전사인자와결합한다. TCF/β-catenin 복합체는특정 promoter element와결합한이후 SWI/SNF와 p300/cbp와같은 co-activator와함께 target gene을활성화시키게된다. β-catenin의핵내로의이동에는 legless/bcl-9와 pygopus co-factor와의결합이중요하다. β-catenin은또한 cadherin의 cytoplasmic domain과작용하여 vinculin-related protein α-catenin과결합하여 actin cytoskeleton과의연결을이룬다. E-cadherin과결합하게되면 β-catenin의파괴가일어나지않고안정화되게된다. APC는 β-catenin과결합하여이것이 26S proteasome에서파괴되도록유도하기때문에궁극적으로 wnt pathway의강력한 negative regulator로작용한다. APC는 scaffold protein인 axin, casein kinase I (protein kinase CKI), 그리고 GSK3β와결합하여 β-catenin destruction complex를형성한다. 이복합체의주된기능은 CKI과 GSK3β에의해 β-catenin의 N-terminal의 serine과 threonine residue에순차적인인산화가일어나도록하는것이다. 인산화된 β-catenin은 ubiquitin E3 ligase β-trcp 에의해 ubiquitination이되고이후 proteasome에서파괴된다. GSK3β에의한 β-catenin의인산화는 axin이없는경우보다있는경우에더잘일어나고따라서 6 Fig. 2. Wnt signaling pathway. (A) In the absence of a WNT signal (B) In the presence of a WNT signal.

5 오도연 : Molecular Carcinogenesis in Colorectal Cancer axin/conductin의과발현이 β-catenin의파괴를촉진하게된다. Axin과 conductin은 45% 의염기산을공유하며생화학적작용이유사해보인다. 그러나조절에있어서는차이가나는데 axin이 embryonic development에있어항상발현되는데반해 conductin은 active wnt signaling 이있는조직에서발현되어있다. Wnt pathway 의조절에핵심인 APC가불활성화되는것이대장직장암의발생과정에서가장초기에생기는변화중하나이다. APC는 DNA sequence 변화나 promoter hypermethylation에의해대부분의대장직장암에서변화가생기게된다. APC는 β-catenin의파괴를위한복합체의형성에관여하는것이외에도핵내의 β- catenin과도작용하여전사활동을감소시키고핵밖으로의이동을촉진시키기도한다. 최근에는 APC가 microtubule-associated protein EB1과결합한다는것이밝혀지면서 APC가 chromosome segregation에영향을줄것으로여겨지고있다. Wild-type APC를가지는일부대장직장암의경우 CTNNB1 (β-catenin을 coding하는유전자 ) mutation을보인다. 이러한 mutation은주로 CTNNB1의 exon 3안에있는, CK1과 GSK3β의인산화부위인, serine과 threonine residue에영향을주어서 β-catenin의파괴를방해하게된다. 앞서언급한대로 β-catenin은 E-cadherin과결합하여 cell-cell adhesion에영향을준다. E-cadherin을코딩하는유전자인 CDH1의 promoter region의 hypermethylation이대장직장암의일부에서발견되는데이것이생기면 cytosolic β-catenin이축적되게된다. 그러나이러한변화단독으로는 Wnt signaling pathway를활성화시키는데에는불충분하다. 인간에서는두개의 AXIN유전자가밝혀져있는데 wild-type APC와 CTNNB1을가진대장직장암의일부에서 AXIN1과 AXIN 2유전자의 mutation이발견된다. 또한 Wnt signaling pathway가활성화되면 AXIN2가증가하는데이것은 AXIN2가 Wnt signal을조절하는 negative feedback loop으로작용함을보여준다고하겠다. β-catenin이축적되면 p53의안정화를유도한다. p53은 negative feedback mechanism에의해 β-catenin의파괴를촉진시키게된다. 이과정은 CK1과 GSK3β를모두필요로하는데이것은 p53이 β-catenin을파괴하기전에이의인산화를먼저유도한다는것을말해준다. 따라서 p53의 mutation 상태유무가 Wnt cascade를통한활성화에중요하다. 유사하게 PTEN은 ILK (integrin-linked kinase) 의활성을저해함으로써 Wnt pathway에영향을준다. ILK는 GSK3β를억제하고따라서 β-catenin의축적을유도하게된다. Wnt pathway에서발견되는 mutation의대부분은 monoallelic이고대부분두가지이상의 component가 mutation되어다른 level에서영향을주고복합적으로활성화시키게된다. 예를들어, TCF4의 frameshift mutation 이생기면 transcriptional repressor에결합하는능력이떨어지는 truncated protein을만들게되는데이러한 frameshift mutation은 β-catenin degradation system이손상된종양에서발생한다. PTEN과 p53은 Wnt signaling에좀더간접적으로작용하기때문에 mutated Wnt component와 cluster를이루지않는다고여겨진다. 이두단백질은모두다른몇가지 signaling pathway에관여하기때문에이러한유전자에서발생하는돌연변이가 Wnt signaling pathway의완전한활성화가없이세포전환을일으킬것으로여겨진다. 1. Mutations of Wnt pathway components in cancer β-catenin destruction complex에포함된 component들에 mutation이생기면 β-catenin의 aberrant stabilization이생기고이로써 TCF/β-catenin signaling의지속적이고 wnt-independent한활성화가일어난다. 1) APC: 대장직장암에서 APC mutation은주로 coding sequence의중간부에위치한 mutation cluster region (MCR) 에발생한다. 이러한 mutation이일어나면 frameshift나 codon stop이발생하게되고결과적으로 truncated APC protein이생기는데이단백은 β-catenin과작용하는 20-amino acid repeats와 axin/conductin과작용하는 SAMP 도메인이결여되어있다. 이로써야기되는 β-catenin destruction complex의구조적이상이 β-catenin의안정화에기여하는가장중요한원인이된다. 또한 truncated APC protein은, 핵내로부터 β-catenin을밖으로내보내는것에중요하다고여겨지는 APC의 nuclear export sequence (NES) 가결여되어있기때문에이러한작용을하지못하게된다. 7

6 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 결론적으로말해서, APC mutation은 β-catenin의축적을야기하고, 외부로부터의 wnt factor가없이도 wnt target gene의지속적인전사가일어나게만든다. 왜 cancer-generating mutation이 APC 단백질의발현을완전히없애지않고, 대장직장암세포가 truncated APC 단백을여전히가지고있는가하는것은명확하지않다. 흥미로운것은 classical FAP에비해경한임상경과를보이는 attenuated FAP의경우, APC mutation이좀더 5' 쪽에생기고이로인해더짧은 APC protein을만들게된다는것이다. 이것은 truncated APC 단백이종양발생에필요한어떤기능을유지하고있을것이라는점을시사한다고하겠다. 2) β-catenin: β-catenin의 mutation은모든산발성대장암의약 10% 에서생기는데, 위치는 GSK3β에의해인산화가되는 serine, threonine residue에 point mutation이나 in frame deletion mutation이발생한다. 이러한 mutation은 β-catenin의안정화와 Wnt signaling의활성화를야기한다. β-catenin mutation과 APC mutation은상호배타적인데, 이는이두 component가동일한 pathway에서작용한다는점을반영하기때문일것이다. β- catenin mutation은간암과같은다른암종에서도종종발견되지만 APC mutation은좀더대장암에국한되어발견된다. 3) Conductin/axin 2: AXIN은 regulator of a G-protein signaling domain (RGS) 과 dishevelled protein의 N-terminal과유사한구조를가지는 C-terminal region을가진다. axin gene에서생기는모든 mutation은 β-catenin binding site가없는단백을형성하게되고따라서 β-catenin과의복합체를형성하지못하여 β-catenin의 degradation을억제하게된다. 또한 axin gene의 germline mutation은 LOH와관련이있으며, 이것은 axin이 tumor suppressor로작용함을말해준다고하겠다. Axin1, axin2 중에서 axin2가대장직장암과연관이있다. Conductin/axin2의 germline mutation이있는경우 oligodontia와대장직장암의발생이증가하는가계가보고되었다. Conductin/axin2 mutation은 MIN (microsatellite instable neoplasm) 의 25% 에서발견된다. 현재까지 axin 2 gene의 SNP은발견되지않았다. 4) GSK3β: Wnt signal의 negative regulator로서 GSK3β는 tumor suppressor이다. GSK3β의불활성화는 genetic ablation에의해생긴다. 이유전자내에는많은 SNP이있음이보고되고있다. 비록 Wnt-pathway component의 mutation이대장직장암에서 Wnt signaling의지속적인활성화에충분하지만최근에추가적인 secreted Wnt protein에의한자극을포함하는 autocrine mechanism이관여한다는것이밝혀지고있다. 대장직장암세포가 wnts를흔히발현하고있으며 wnt-pathway 활성이 SFRPs (secreted Frizzled related proteins) 에의해억제된다. SFRPs는 Wnt의 receptor 결합을방해하는데, SFRPs의유전자는대장직장암세포에서 hypermethylation에의해불활성화되기싶고, 이러한점은 epigenetic mechanism이 Wnt signal의 boost를야기한다는것을시사한다고하겠다. Wnt signaling은또한 histone deacetylation을통해 epigenetic change를야기하기도한다. Histone deacetylase 2 (HDAC2) 의발현이 APC에의해억제됨이동물모델에서증명되었다. 2. Target genes and tumor biology of Wnt signaling Wnt target gene은다양하다. 그중대장직장암에서중요한역할을하는것으로는 c-myc, cyclin D1이있다. 이것들은 cell cycle progression에관여하는데 promoter가 TCF/β-catenin complex에의해직접활성화된다. 또한 wnt signaling은 c-met tyrosine kinase와같은 growth factor와그수용체의발현을유도함으로써세포증식을조절하기도한다. Wnt signaling은 caspase inhibitor, survivin과같은 anti-apoptotic protein을증가시킴으로써 apoptosis를억제하고, VEGF를 up-regulation시켜서 angiogenesis를자극한다. Matrilysin/MMP7, MMP-26과같은 protease와 CD44, NrCAM과같은 adhesion molecule도역시 Wnt target이다. 이러한 aberrant Wnt signaling은 transformed cell compartment의초기확장에중요할뿐아니라종양의진행에도중요하다. 어떻게 Wnt signaling이종양진행에관여하는지에대한의문점이제기될수있다. 한가지가능성은 Wnt signaling의 intensity가종양진행에따라증가한다는것이다. 이것과유사한개념으로, 대장직장 8

7 오도연 : Molecular Carcinogenesis in Colorectal Cancer 암에서 β-catenin을염색해보면상당히 heterogenous한양상으로핵내에염색이되는데, 종양의침윤성가장자리에는핵내염색이상당히강하게되는반면종양의중심부에서는주로세포질과세포막에염색이된다. 이렇듯 β-catenin이다르게분포하는 molecular basis는잘알려져있지않다. 그러나생각해볼수있는이유로는, 침윤성암주위에있는 mesenchyme에서의신호들이잘알수없는경로를통해 wnt pathway를 superactivation시킨다는것이다. 흥미로운것은, epithelial-mesenchymal transition과정의 regulator인 Snail이 E-cadherin같은 epithelial gene의 transcription을억제하는데이것이 GSK3β에의해 negative regulation받는다. 이러한과정들을통하여 Wnt pathway가종양의초기발생과정뿐아니라진행과정도조절하는것으로이해되고있다. The role of EGFR pathway in colorectal carcinogenesis EGFR의 gain or loss of function mutation이특정상피세포종양에서일정하게발견되는것은아니지만 EGFR activity가상피세포종양의 initiation과 progression을조절하는것으로알려져오고있다. Apc Min mouse model에서 EGFR tyrosine kinase activity를억제하면용종의생성이감소한다. 그러나일부의연구에서는 EGFR kinase inhibitor를사용해도용종의생성에영향을주지못한다는상반되는보고도있다. 이에대해제시되는모델은, 대장직장암의생성과정에서 APC loss가일어나고 microadenoma의형태를갖춘이후부터 macroadenoma가생성되기이전의시점사이에 EGFR activity가어느정도의역치수준이상으로일시적으로필요하다는것이다 (Fig. 3). 이모델에의하면초기의 microadenoma가 establishment phase동안에역치수준만큼의 EGFR activity가없으면소멸되게된다. 일단이역치수준을넘기면 downstream effect가역치수준을계속유지하게만들거나혹은그이후의과정은 EGFR과무관하게진행되게된다. 따라서 EGFR tyrosine kinase activity가역치수준이하로감소되어있는경우에발생하는용종은 EGFR이외의 signaling pathway를통해서성장및생존하는것으로여겨진다. Stromal compartment로부터의 EGFR regulation에의해서도종양의성장이조절받는다. EGFR activity는 E-cadherin complex를통해 cell adhesion의조절에도관여한다. The role of COX-2/PGE2 pathway in colorectal carcinogenesis COX-2는대장직장암의 90% 에서, adenoma의 40~90% 에서과발현되어있다. COX-2발현이없거나적은경우의대장직장암은 microsatellite instability와많이연관되어있다. Fig. 3. Model of EFGR activity requirements during colorectal carcinogenesis. Red dots represent nuclear β- catenin-positive cells. Solid lines indicate evidence for EGFR activity during establishment and adenocarcinoma expansion. Dashed line indicates that a requirement for EGFR activity during adenoma expansion, progression, and invasion has yet to be demonstrated conclusively. 9

8 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Table 2. Mechanism of COX-2 in colorectal carcinogenesis PGE2-independent mechanism PGE2-dependent mechanism Activation of carcinogens Induction of cell proliferation Production of malondialdehyde Inhibition of apoptosis Reduction in free arachidonic acid levels Induction of angiogenesis Increase in cell motility Increase in metastatic potential Induction of local immunosuppression 1. What triggers COX-2 expression in colorectal cancer? COX-2 발현증가는 gene transcription의증가와 transcription과 posttranslational regulation에의해 mrna stability가증가되기때문이다. COX-2 regulation에는몇가지 pathway가관여한다. MEK/ERK pathway는 transcription과 posttranscriptional COX-2 expression을조절하며, Rho B signaling pathway는 transcriptional level에서 COX-2 expression을조절하고, Akt/protein kinase B는 COX-2 mrna stability를주로조절한다. COX-2의발현은염증매개인자 (IL-1, TNF α, lipopolysaccharide, IL-2, IFN γ 등 ) 와성장인자 (EGF, basic fibroblast growth factor, PDGF), 그리고 fatty acids, bile salts, mucin 등에의해유도된다. 또한 K-ras activation이나 Wnt pathway activation이 COX-2 발현을자극하기도한다. 즉, Ras/MEK/ERK pathway가 COX-2 transcriptional induction에필수적이며, ras/akt/protein kinase B pathway는 COX-2 mrna stability를주로조절한다. Wild type p53은 COX-2 transcription을억제한다. 2. How does COX-2 expression contribute to colorectal cancer development? COX-2가대장직장암의발생및진행에관여하는기전은크게 PGE2-dependent mechanism과 PGE2-independent mechanism으로나눌수있다 (Table 2). PGE2-independent mechanism으로는, COX-2가직접적으로 carcinogen을활성화시키는것이다. 즉, COX-2의 peroxidase activity가 polycyclic hydrocarbons, aflatoxin, halogenated pesticides, 그리고 phenol 등을활성화시킨다. 또한 arachidonic acid에서생성되는 PGH2는 malondialdehyde로변형될수있는데이것은 deoxynucleotide와함께 adduct를형성할수있는 mutagen으로작용한다. 또, arachidonic acid는그자체로 proapoptotic action을하는데 COX-2에의해그양이감소하게된다. PGE2-dependent mechanism으로는몇가지기능이있다. PGE2에의한 cell proliferation은 PGE2에의한 EGFR transactivation에의한효과로여겨진다. 또한 apoptosis의억제는 Bcl-2 발현증가에기인하기도한다. PGE2는세포의 motility 및 metastatic potential을증가시키며, angiogenesis를유도한다. Cross-talk between APC/β-catenin/TCF pathway and COX-2/PGE2 pathway COX-2/PGE2 pathway와 APC/β-catenin pathway가서로어떻게연계되어작용하는가하는것이점차밝혀지고있다. Basal state에서는 β-catenin, GSK-3β, AXIN, 그리고 APC가복합체를이루고있으며, GSK-3β에의해 β- catenin의 inhibitory phosphorylation이일어나면 β-catenin이복합체에서떨어져나가 proteasome에서 ubiquitindependent degradation이일어나게된다. 10

9 오도연 : Molecular Carcinogenesis in Colorectal Cancer Fig. 4. Schematic representation of β-catenin pathway activation in response to PGE2. 세포막에있는 E type prostaglandin receptor (EP1, 2, 3, 4) 중 EP2와 EP4는 PGE2 signaling을매개하는역할을하는데 G S family의 heterotrimeric G protein과연결되어있다. COX-2의발현이증가된상황에서는, PGE2가증가하고이것이 EP2와결합하게된다. 다음에 GDP가 GTP로대체되면서 G S 의 α subunit가 axin의 RGS (regulator of G-protein signaling) domain에결합하게되고이로써 GSK-3β/AXIN/APC/β-catenin 복합체로부터 GSK-3β가떨어져나오게된다. 이로써 GSK-3β에의한 β-catenin 의 phosphorylation이일어나지못하게되어 β-catenin의 degradation이일어나지못하게된다. 이와동시에다른한편으로는 GS의 α subunit와떨어진 free βγ subunit가 PI3K-PDK1-Akt signaling pathway를자극하게되고이로써 GSK-3β의 phosphorylation이일어나 inactivation이된다. 결과적으로 β-catenin의안정화가일어나고핵내로의 translocation이증가하며이후 TCF/LEF transcription factor에의해조절받는 target gene의발현이증가하게된다 (Fig. 4). COX-2/PGE2 pathway가 APC/β-catenin/TCF pathway를활성화시키는또다른경로도있다. 즉 PGE2가 TCF-4 transcriptional factor를직접 induction시켜서 β-catenin과 transcriptionally active complex를형성하게만든다. 또 APC/β-catenin/TCF pathway와 COX-2/PGE2 pathway 사이에는 positive feedback loop가형성된다. 즉, APC mutation-activated TCF transcription이 COX-2의발현과 PGE2의생성을증가시키고이것이다시 camp/ PKA-dependent mechanism을통하여 β-catenin/tcf-mediated transcription을증가시킨다 (Fig. 5). Cross-talk between EGFR pathway and COX-2/PGE2 pathway PGE2는그자체가직접적으로 EGFR pathway를 transactivation시키며이러한과정이대장암세포의성장과 invasion, migration에중요한역할을하는것으로알려지고있다. 그기전은몇가지의수준에서다양하게이루어지는데 EGF나다른 ErbB ligands를 transmembrane metalloproteinase를통해 extracellular release 시키는것이한가지기전이되겠다. EP와같은 G-protein coupled receptor (GPCRs) 에의한 MMP의 activation은 PKC, Src, Pyk-2, 또는 reactive oxide species를매개로일어난다. 다른경로는 β-arrestin/src, βγ subunit/src와같은 intracellular pathway를통하거나 reactive oxide species의 EGFR-specific phosphatase에대한 inhibitory effect를통하기도한다. 즉 intracellular Src-mediated signaling을통한 EGFR의 phosphorylation/activation이일어나는것이 11

10 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Fig. 5. Scheme for PGE2 transactivation of β- catenin/tcf-4-dependent transcription in colon cancer. Fig. 6. PGE2-induced activation of the PI3-kinase/Akt pathway via EGFR 중요한것으로여겨지고있다 (Fig. 6). 또한, COX-2/PGE 2 pathway와 EGFR pathway는상호 synergistic하게 EGFR ligand인 amphiregulin의발현을증가시킨다. 최근에는 COX-2가 Ras oncogene의 target gene이라는것이알려지고있다. COX-2-generated prostacyclin이 Ras-mediated activation of peroxisome proliferators-activated receptor δ을항진시킨다. PGE2는 Ras-induced transcription of amphiregulin을 synergistic하게항진시키므로 COX-2-mediated PGE2가장내상피세포의 transformation 과정에다양한 mechanism으로작용한다고하겠다. Ras의 downstream인 Raf/MEK/ERK pathway에도 PGE2는 amphiregulin의 transcription에 Raf, MEK1과직접적으로작용하는것이알려져, PGE2는 Raf/MEK/ERK pathway 를다양한수준에서조절할수있음을시사한다고하겠다. Cross-talk between EGFR pathway and APC/β-catenin/TCF pathway 상피세포에서 EGF는 E-cadherin의작용과상반된작용을한다. 이러한 EGF/EGFR과 cadherin/catenin complex 간의 interaction에대한연구에의하면, EGF가 EGFR에작용하면이어서 β, γ-catenin의즉각적인 phosphorylation이일어난다. Phosphorylation이일어난 catenin은 cadherin/catenin complex에서떨어져나와 free form이된다. 참고문헌 1. Schneikert J, Behrens J. Truncated APC is required for cell proliferation and DNA replication. Int J Cancer 2006; 119(1): Takahashi M, Nakamura Y, Obama K, Furukawa Y. Identification of SP5 as a downstream gene of the beta-catenin/tcf pathway and its enhanced expression in human colon cancer. Int J Oncol 2005;27(6): Shakoori A, Ougolkov A, Yu ZW, Zhang B, Modarressi MH, Billadeau DD, Mai M, Takahashi Y, Minamoto T. Deregulated GSK3beta activity in colorectal cancer: its association with tumor cell survival and proliferation. Biochem Biophys Res Commun 2005;334(4): Dihlmann S, Kloor M, Fallsehr C, von Knebel Doeberitz M. Regulation of AKT1 expression by beta-catenin/tcf/lef 12

11 오도연 : Molecular Carcinogenesis in Colorectal Cancer signaling in colorectal cancer cells. Carcinogenesis 2005;26(9): Jansson EA, Are A, Greicius G, Kuo IC, Kelly D, Arulampalam V, Pettersson S. The Wnt/beta-catenin signaling pathway targets PPARgamma activity in colon cancer cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2005;102: Clevers H. Wnt breakers in colon cancer. Cancer Cell 2004;5(1): Atcha FA, Munguia JE, Li TW, Hovanes K, Waterman ML. A new beta-catenin-dependent activation domain in T cell factor. J Biol Chem 2003;278(18): Boon EM, van der Neut R, van de Wetering M, Clevers H, Pals ST. Wnt signaling regulates expression of the receptor tyrosine kinase met in colorectal cancer. Cancer Res 2002;62(18): Zhang X, Gaspard JP, Chung DC. Regulation of vascular endothelial growth factor by the Wnt and K-ras pathways in colonic neoplasia. Cancer Res 2001;61(16): Uthoff SM, Eichenberger MR, McAuliffe TL, Hamilton CJ, Galandiuk S. Wingless-type frizzled protein receptor signaling and its putative role in human colon cancer. Mol Carcinog 2001;31(1): Neufeld KL, Zhang F, Cullen BR, White RL. APC-mediated downregulation of beta-catenin activity involves nuclear sequestration and nuclear export. EMBO Rep 2000;1(6): Zumbrunn J, Kinoshita K, Hyman AA, Nathke IS. Binding of the adenomatous polyposis coli protein to microtubules increases microtubule stability and is regulated by GSK3 beta phosphorylation. Curr Biol 2001;11(1): Bienz M, Clevers H. Linking colorectal cancer to Wnt signaling. Cell 2000;103(2): Sakanaka C, Weiss JB, Williams LT. Bridging of beta-catenin and glycogen synthase kinase-3beta by axin and inhibition of beta-catenin-mediated transcription. Proc Natl Acad Sci USA 1998;95(6): Castellone MD, Teramoto H, Williams BO, Druey KM, Gutkind JS. Prostaglandin E2 promotes colon cancer cell growth through a Gs-axin-beta-catenin signaling axis. Science 2005;310(5753): Shao J, Jung C, Liu C, Sheng H. Prostaglandin E2 Stimulates the beta-catenin/t cell factor-dependent transcription in colon cancer. J Biol Chem 2005;280(28): Pozzi A, Yan X, Macias-Perez I, Wei S, Hata AN, Breyer RM, Morrow JD, Capdevila JH. Colon carcinoma cell growth is associated with prostaglandin E2/EP4 receptor-evoked ERK activation. J Biol Chem 2004;279(28): Shao J, Evers BM, Sheng H. Prostaglandin E2 synergistically enhances receptor tyrosine kinase-dependent signaling system in colon cancer cells. J Biol Chem 2004;279(14): Shao J, Lee SB, Guo H, Evers BM, Sheng H. Prostaglandin E2 stimulates the growth of colon cancer cells via induction of amphiregulin. Cancer Res 2003;63(17): Pai R, Nakamura T, Moon WS, Tarnawski AS. Prostaglandins promote colon cancer cell invasion; signaling by cross-talk between two distinct growth factor receptors. FASEB J 2003;17(12): Pai R, Soreghan B, Szabo IL, Pavelka M, Baatar D, Tarnawski AS. Prostaglandin E2 transactivates EGF receptor: a novel mechanism for promoting colon cancer growth and gastrointestinal hypertrophy. Nat Med 2002;8(3): Vadlamudi R, Mandal M, Adam L, Steinbach G, Mendelsohn J, Kumar R. Regulation of cyclooxygenase-2 pathway by HER2 receptor. Oncogene 1999;18(2): Buchanan FG, DuBois RN. Connecting COX-2 and Wnt in cancer. Cancer Cell 2006;9(1):

12 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Screening and Genetic Testing for Hereditary Colorectal Cancer - HNPCC 를중심으로 - 성균관대학교의과대학삼성서울병원내과 장동경 주요유전성대장암의원인유전자들이지난 10~20 년사이에밝혀져왔으며, 이제는유전자검사가유전성대장암의확진, 치료, 선별검사등을위해임상에도입되고있는단계이다. 현재까지는유전자검사와관련하여매우다양한견해들이제시되고있는상황이며, 이에따라유전자검사의적정선이어느정도인지를알기어려운것이사실이다. 특히다발성용종이라는특징적양상으로발현되는가족성용종증후군과는달리, 가족력을파악하기전까지는유전성대장암인지아닌지조차파악하기어려운유전성비용종성대장암 (Hereditary nonpolyposis colorectal cancer, HNPCC) 의경우, 언제누구에게검사를시행할것인가의문제부터표준화된지침이없다. 이에본고에서는 HMPCC를중심으로선별검사의대상, 시기, 유전자검사방법에관하여논의해보기로한다. HNPCC 의유전학 HNPCC는 DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이에의해유발된다. MLH1과 MSH2의배선돌연변이가약 90% 가량에서원인으로작용하고, 그다음 MSH6, 그리고드물게 PMS2의돌연변이가원인이된다. 그러나최근가족력과무관하게모든대장암환자를대상으로이들유전자들의배선돌연변이를검색한연구결과에따르면, MSH6와 PMS2의돌연변이빈도도지금까지의예상보다는상당히높은것으로보고되고있다. 1 처음 Henry Lynch에의해이질환의존재가알려지고, 유전자검사가아직용이해지기전단계에서는 Table 1. Amsterdam criteria Amsterdam I criteria Three or more relatives with colorectal cancer plus all of the following: One affected patient should be a first-degree relative of the other 2; 2 or more successive generations should be affected; cancer in one or more affected relatives should be diagnosed before the age of 50 years; familial adenomatous polyposis should be excluded in any cases of colorectal cancer; and tumors should be verified by pathologic examination. Amsterdam II criteria Same as Amsterdam I, except both colon and other HNPCC cancers (endometrial, small bowel, ureteral, or renal pelvis) can be included to meet the definition. 14

13 장동경 : Screening and Genetic Testing for Hereditary Colorectal Cancer HNPCC 가 Amsterdam criteria 에의해정의되었다 (Table 1). 2 전체대장암에서 Amsterdam I criteria를만족하는경우는 2.6%, Amsterdam II criteria를만족하는경우는 5.5% 로알려져있다 3. 하지만, 분자적수준으로 DNA mismatch repair 유전자의돌연변이를발견하여확진이되는경우는 1~3 % 로 Amsterdam criteria로의심한환자의절반가량에불과하다. 그러므로 HNPCC의정의를 Amsterdam criteria를기준으로할것인가, DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이존재유무로할것인가를고찰해볼필요가있다. Lindor 등은 4 Amsterdam-I criteria를충족하는가족에서현미부수체불안정성검사 (microsatellite instability, MSI) 를시행하여 DNA 부정합교정기능상의결핍이있는경우 (MSI-H) 와없는경우 (MSS & MSI-L) 를비교하여보았는데, MSI-H 군에서는대장암의 age- and sex-adjusted standardized incidence ratios가 6.1인데반해 MSS & MSI-L 군에서는 2.3으로낮았고, 더구나 HNPCC와연관된기타장기암의위험도는일반인수준이었다고하였다. 이연구결과를토대로 Amsterdam-I criteria를만족하더라도 DNA 부정합교정기능상의결핍이없는군을 HNPCC에서분리하여 familial colorectal cancer type X라하였다. 사실상 HNPCC의정의를 DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이가있는경우에국한시킨셈인데, 이러한분자수준의정의가질환을이해하고, 진단및치료적방침을결정하는데유리하다는쪽으로다수의의견이수렴되고있다. 유전자돌연변이의양상과검사방법 HNPCC에서 MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 유전자들의배선돌연변이는특정한호발부위는없고, 전체유전자위에서고르게발견된다. 그러므로표준적인확진방법은 DNA 부정합교정유전자의 promoter, 전체 exon, exon에인접한 intron에걸쳐포괄적으로 DNA 염기서열을분석하는것이다. 종양조직에는발암의원인과무관한다양한돌연변이들이무수히많이존재하므로 HNPCC를진단하기위해서는정상세포의 DNA를이용해야하며, 가장간편한방식은말초혈액의단핵구에서 DNA를추출하여검사하는것이다. DNA 염기서열분석으로진단할수없는특수한돌연변이들도존재하는데이들에서는다른방법을사용하여야한다. 다양한돌연변이양상과이에따른돌연변이검사방법들을알아보도록한다 Single DNA base changes Single DNA base change는 DNA 염기서열분석법으로어렵지않게찾아낼수있다. 핵산 3개가아미노산하나에대응하게되므로핵산한개에서변화가오는경우에는아미노산에아무변화가없거나, 아미노산하나에서만변화가생기거나, stop codon이형성되어 truncated peptide가생성되는일이생긴다. 아미노산의변화가없는 silent mutation의경우에는물론기능상의이상이없고, stop codon이되는경우는단백질이절단되는위치가 c-terminal에매우근접한부위가아닌한기능이소실된다. 아미노산하나에서만변화가생기는경우는위치에따라기능소실의정도가다양하여 HNPCC의진정한원인으로작용하는지를판단하기가쉽지않다. 2. Deletions and insertions 핵산하나또는두개가탈락되거나삽입되는경우 frameshift mutation이유발되어아미노산서열이심하게변화하며, 대개는아미노산의변화가생긴부위에서멀리떨어지지않은부위에 stop codon이형성되어 trauncated peptide가생성된다. 그러므로 deletion과 insertion mutation은대부분유전자산물의기능소실로귀결된다. 단, 핵산 3개가탈락또는삽입되는경우에는아미노산하나의탈락또는삽입이라는작은변화를일으킬뿐이므로기능소실의정도를예측하기어렵고, HNPCC의원인인지를판단하기도어렵다. 핵산한두개의탈락이나삽입도 DNA 염기서열분석법으로쉽게찾아낼수있다. 15

14 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 3. Splice site and regulatory mutations Intron상의염기서열이바뀌는경우에는단백질의아미노산서열에영향을끼치지않아서병의원인이되지못하지만, exon의양쪽끝에인접한 intron 염기서열의경우에는 mrna splicing 과정에영향을미쳐서몇개의 exon이통째로탈락하는현상을유발하기도한다. 유전자 promoter 상의염기서열변화도 mrna 전사의효율성을저해하여유전자발현이되지않을수있다. 이와같은돌연변이의경우에는대개단백질기능이심각한수준으로소실된다. Splice site and regulatory mutations 은 DNA 염기서열분석법으로찾아낼수있지만, 사전에 primer가유전자의 promoter 부위와 intron 부위를모두포함하도록디자인되어야한다. 4. Large deletions, duplications, translocations, and inversions 이런형태의돌연변이는염기서열상의이상으로나타나는것이아니라, 유전자 dosage 상의차이로나타나므로통상의 DNA 염기서열분석법으로는찾아낼수없다. Southern blotting, quantitative PCR. multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA), 5 Haploid conversion (GMP genetics). 6 여러가지방법으로위에기술한다양한돌연변이를찾아낸이후에는이돌연변이가진정 HNPCC의원인인지, 즉 DNA 부정합교정단백질의기능소실을초래하는지를평가하여야한다. Stop codon이나 frameshift를유발하는경우에는특정유전자산물의기능소실을쉽게예측할수있으나, Single DNA base changes의의미를알기위하여몇가지기법을적용하여야한다. 가장간편한방식은그동안문헌상에보고된돌연변이의 database를검색하여보는것이다. 다른가계에서이미병적인돌연변이라고판정난경우에는진정한 HNPCC 의원인이라고간주한다. Polymorphism database와비교하여진정한돌연변이인지, 단순 polymorphism인지를판단하기도한다. 단백질의 3차구조를예측하여기능소실가능성을판정하기도한다. Splice-site aberration은 RT-PCR을통하여 mrna에서 exonal deletion이발생했는지를알아볼수있다. Promoter 기능의이상도 RT-PCR이나 promoter assay를통하여유추해볼수있다. 그러나근본적으로이와같은방법들은정상 allele 의간섭효과때문에정확성이많이떨어지며, 이를극복하기위하여여건이갖춰진선진연구소에서는 mouse의 microcell과 PBMC의 hybridoma를이용한 Haploid conversion (GMP genetics) 방법을이용하기도한다. 직접유전자의돌연변이를발견하지못하는경우에는대장암으로발현된가족들을모아 linkage analysis를시행하기도한다. HNPCC 에서유전자검사는실효성이있는가? 유전자검사의실효성은 DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이보유자를확진한후대장내시경과용종제거술을이용한집중적인 surveillance를시행할때구체화된다. 1. 유전자검사결과에토대하여대장내시경과용종절제술을시행할때, 대장암발생률과사망률을낮추는가? Jarvinen 등은 HNPCC 가계에서대장암은대장내시경과용종절제술을이용한 early intensive surveillance에의해예방될수있고, cost effective 하다고결론내리고있다. 7 이들가계에서 3년간격의대장내시경선별검사와용종절제술을시행했을때대장암발생률을 62% 낮출수있었다. 유전자검사로 DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이가있는사람들의경우이방법으로대장암발생률이 41% 에서 18% 로줄어들었다. 또한 overall mortality는 65% 낮춘다고보고하고있다. 16

15 장동경 : Screening and Genetic Testing for Hereditary Colorectal Cancer 2. 유전자검사결과에토대하여대장내시경과용종절제술을시행하면 cost-effectiveness가있는가? Vasen 등의보고에따르면 DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이를보유한사람들에서 25세부터 1년간격으로대장내시경을시행하면예상생존기간은 49년이고, 이에따른검사등의의료비용은 $9906이되며, 2.5년간격의경우에는 47.8년, $9859이된다고하였다. 이에반하여 surveillance를받지않은사람들의예상생존기간은 40.9년이고, 암치료등으로발생하는비용은 $12577이되어 surveillance를받는경우에비해약 7년의생존연장효과와 $2500 이상의의료비절감효과가있었다. 8 HNPCC 에서유전자검사는언제, 누구에게시행하는가? 일반적인유전성종양에서 American Society of Clinical Oncology 에서는다음과같은 3가지조건이충족될때유전자검사를하도록추천한다 유전성암이의심되는과거력또는가족력을갖고있는사람 2. 유전자검사결과가적절히해석될수있는경우 3. 유전자검사결과가진단이나내과, 외과치료방침결정에도움을주는경우 HNPCC의입장에서위의 3가지조건을검토해보도록한다. 1. 유전성암이의심되는과거력또는가족력을갖고있는사람에서유전자검사를한다는문제 1) Amsterdam criteria: 처음 HNPCC는 Amsterdam criteria에의해정의되었으므로이 criteria를만족하는사람에서유전자검사를시행하는것을생각해볼수있다. 그러나 Amsterdam criteria I을만족하는경우 DNA sequencing으로원인이되는유전자돌연변이를발견하는경우가약 50~70% 에불과하다. Large deletion 등을찾기위하여 Southern blotting 방법을사용하면추가로 10~20% 에서더돌연변이를찾을수있다. Amsterdam I criteria는 DNA 부정합교정유전자의돌연변이가있는환자를찾아내는데있어서 sensitivity는 54~91%, specificity는 62~84% 에불과하고, Amsterdam II criteria를사용하는경우에도 sensitivity는 78% 로다소올라가나, specificity는 48~68% 로내려간다. 10 그러므로 Amsterdam criteria만을기준으로유전자검사대상을선정하면, 상당수의 HNPCC 환자들을놓쳐버릴수밖에없다. Amsterdam criteria의또다른문제는가족력청취의불완전성이다. 가족력에대한환자들의진술은흔히부정확하며, 자녀수가많지않은소가족들이많은현시대에서는적절한정보를얻기가불가능할수있다. 2) Bethesda guideline: 다음은 Bethesda guideline을적용하여, 이중한가지조건이라도만족하는사람의종양조직에서 MSI test를시행하고 MSI-H가나오는경우유전자검사를시행하는것으로현재까지추천되어 Table 2. The Revised Bethesda guidelines for testing colorectal cancer tumors for microsatellite instability (MSI) Tumors from an individual should be tested for MSI in the following situations: Colorectal cancer diagnosed at an age less than 50 years. Presence of synchronous or metachronous colorectal cancer, or other HNPCC-associated tumors (endometrial, stomach, ovarian, pancreas, ureter and renal pelvis, biliary tract, and brain tumors-usually glioblastoma, sebaceous gland adenomas and keratoacanthomas, and carcinoma of the small bowel), regardless of age. Colorectal cancer that exhibits MSI-H histology (presence of tumor-infiltrating lymphocytes, Crohn's-like lymphocytic reaction, mucinous/signet-ring differentiation, or medullary growth pattern) diagnosed in a patient who is less than 60 years of age. Colorectal cancer diagnosed in 1 or more first-degree relatives with an HNPCC-related tumor, with 1 of the cancers being diagnosed under age 50 years. 17

16 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 온가장표준적인방법이다. 가장최근에 update된 revised Bethesda guideline은 11 Table 2과같은데, 전체대장암의약 20% 가이기준을만족한다. 12 Metaanalysis에따르면, Mutation positive HNPCC를진단하는데 Bethesda guideline의 sensitivity는 89%, specificity는 53% 로알려져있다. 10 하지만 MSI에근거하여유전자검사대상을선정하다보면, 상당수의 MSH6나 PMS2 돌연변이를놓칠수있다. MSH6, PMS2의돌연변이는약한형태의 mutator phenotype을보이므로 MSI가나타나지않을수있기때문이다. 13 이를극복하기위하여 Bethesda guideline을만족하는모든환자에서직접 DNA sequencing을시행하면 sentitivity는 94%, specificity는 49% 가되지만, 비용의증가가문제이다. 14 최근, 전체대장암을대상으로하여포괄적인 DNA sequencing을시행한연구결과가보고됨에따라 Amsterdam criteria나 Bethesda guideline은그효용성에서보다심각한비판에직면하고있다. 2. 검사결과가적절히해석될수있을때유전자검사를시행한다는문제는다음 3가지임상적상황에서달리고찰해볼수있다첫째, 임상적으로 Amsterdam criteria를만족하여유전성대장암이명백해보이는경우해당유전자에서 disease-causing mutation을찾아진단을확정한다. 하지만 index case에서 disease-causing mutation이발견되지않는경우유전성대장암이아니라고단정할수없는것이문제이다. 유전자이상을발견하는데기술적한계가있기때문이다. 이런경우 uninformative' 또는 nonspecific' 으로판정을유보하며, 더이상의가족검사는불가능한경우가많다. 단, linkage analysis를통해유전적소인을가진가족구성원을확률적으로가려낼수는있다. 유전자검사결과가 uninformative인경우 index case나그가족구성원은여전히유전성대장암의소인을갖고있는것으로간주해야한다. 하지만앞서소개한 Lindor의연구 4 는 Amsterdam criteria를만족하더라도 MSI가없는경우에는 HNPCC가아니라고보아도좋을만한상당한근거를제시해준다. 단, Amsterdam criteria를만족하고, MSI가양성임에도불구하고, MMR 돌연변이가발견되지않는경우는기술적한계로인해실재하는돌연변이를찾지못한것으로간주하고, HNPCC에준해진료에임해야한다. 둘째, 이미유전자검사로확진된유전성대장암환자의가족및친척에서는 index case에서 disease-causing mutation을찾아놓은경우에는거의 100% 의확실성으로 mutation-specific test 결과를얻을수있다. 셋째, 유전성대장암이의심은가지만, 가족력등에서증거가미약한경우해당유전자에서 disease-causing mutation을찾으면확진이지만, 특정돌연변이를찾지못한경우, 유전성대장암이아니라고확정할수는없다. 이경우에는임상적판단에의해환자를진료할수밖에없다. 이상과같이검사결과가적절히해석될수있는가는검사기술의완벽성에달려있다. Haploid conversion 기법까지적용되는경우에는검사결과가 uninformative로나오는경우는상당히감소할것이다. 3. 유전자검사결과가진단이나내과, 외과치료방침결정에도움을주는경우유전자검사를시행한다이문제는바로 HNPCC에서유전자검사가필요한직접적이유와관련된다. 유전자검사로 HNPCC를확진해야하는임상적이유는다음과같다. 첫째, 수술전에유전자수준의확진이이루어진다면수술술식이바뀔수있다. 이시성종양을예방하기위하여절제의범위를넓히는것이유리하기때문이다. 예를들어우측결장암의경우에도표준술식인우측장절제술보다대장 ( 아 ) 전절제술이바람직하다는견해에많은외과의사들이동의하고있다. 둘째, HNPCC로수술한환자의추적검사방법이바뀔수있다. 통상의대장암환자들에비해보다집중적이고장기적인추적이필요할것이며, 대장암이외에자궁이나방광등다른장기의암발생도적극적으로감시해주어야한다. 셋째, HNPCC로확진된환자의직계가족에서유전자검사를시행하여일반인과는다른대장암및기타 18

17 장동경 : Screening and Genetic Testing for Hereditary Colorectal Cancer 종양선별검사프로그램을안내해주어야한다. 현재 American gastroeneterology association에서는, HNPCC 직계가족의경우 25세, 혹은해당가계에서대장암이발생한환자의최저연령보다 10년이어린시점부터 2년간격으로대장내시경을시행할것을권고한다. 가족에서유전자검사가시행되어 DNA 부정합교정유전자의배선돌연변이가없는것이확정된경우에는일반인과같이 50세부터대장내시경을시행하는프로그램을권할수있다. 넷째, 아직은임상에적용되기전단계이지만, HNPCC 수술후재발방지를위한보조항암요법방식이바뀔가능성이크다. HNPCC 대장암은산발성대장암보다예후가좋지만, 5-FU를근간으로하는보조항암요법에는반응하지않는것으로알려져있다15. 향후 MSI-H 대장암에특징적으로작용하는항암화학요법이개발되면, 이의적용을위해서라도유전자검사가필수적이될것이다. 새로운패러다임 - 전체대장암을대상으로한 HNPCC screening 2005년 5월 NEJM에발표된 Hampel의연구결과는자못충격적이다. 16 그연구결과를정리하면다음과같다. 이연구의장점은특정방식으로선별되지않은 1,066명의대장암환자모두에서 MSI로유전자검사대상을선별한후, DNA sequencing, MLH1과 MSH2의 large deletion 발견을위한 MLPA 적용, PMS2 돌연변이진단을위한 GMP genetics의 haploidy conversion 기법사용등기존의어떤연구보다도포괄적인돌연변이진단방법을사용한점이다. - MSI-H는전체대장암의 19.5% 에서나왔다.. - MLH1 promoter의 hypermethylation에의해유발된경우를제외하면, MSI-H 대장암의 79% 에서 MMR genes 중하나에서 disease-causing mutation이발견되었다. - 전체대장암의 2.2% 에서 MMR 유전자의돌연변이가있는 Lynch syndrome이확진되었다. - 5/23 (21.7%) 에서 MSH6 (n=3) 또는 PMS2 (n=2) 돌연변이를발견하였는데, 이는기존의보고들보다 2배가넘는돌연변이율이다. 이는그동안 MSH6와 PMS2의돌연변이율은과소평가되었음을시사한다. - Mutation positive HNPCC의 3/23 (13.0%) 에서만 Amstaerdam criteria 만족하였다. 즉 Amsterdam criteria는 Mutation positive HNPCC를진단하는데거의무용하였다. - Mutation positive HNPCC의 10/23 (43.5%) 이 50세이상이었다. 기존의많은보고에서는 HNPCC에서대장암의평균발생연령이 40대중반이라고하였으나, 이는 Amsterdam criteria나 Bethesda guideline에의해검사대상을미리규정해버린 ascertainment bias가게재된결과였음이드러났다. HNPCC 발생연령에관한고찰은 Hampel의다른논문 17 에서보다심도있게다루어지고있는데, probands를제외한후에보면 HNPCC가남자는평균 (median) 54세, 여자는 70세에서진단되었으며, 이는기존의보고들과전혀다른결과였다. - Bethesda guideline은 18/23 (78.3%) 에서만족하여 Amsterdam criteria보다는 HNPCC 진단에훨씬유용하였지만, Bethesda guideline에의해서 HNPCC를 screening 하면 5/23 (21.7%) 의 HNPCC를놓치게될것이다. - MSH6 (n=3) 또는 PMS2 (n=2) 돌연변이의경우에는 40% (MSH6의 1/3 + PMS2의 1/2) 에서만 Bethesda guideline을만족하였다. 즉 Bethesda guideline은 MLH1, MSH2에대해서는 sensitivity가 90% 이상으로유용하지만, MSH6, PMS2에대해서는 sensitivity가 40% 에불과한불완전한기준이다. - 4 MMR 단백질에대한 Immunohistochemistry를 screening 방법으로이용할때 Lynch syndrome 진단의 sensitivity는 90% 이상이었다. - 전체 1,066명의대장암을대상으로한 HNPCC screening에서 index case는 23명 (2.2%) 가발견되었고, 환자 21명의직계가족 117명을검사한결과, 52명에서돌연변이보유자가발견되었다. 즉 1,066명을대상으로스크리닝한결과 23명의환자와 52명의돌연변이보유자, 즉총 75명의환자또는잠재적환자를찾아낼수있었다. 19

18 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Fig. 1. Proposed strategy for screening patients with colorectal cancer for Lynch syndrome mutations and mismatch-repair deficiency. Sequencing denotes the sequencing of the entire gene and, if necessary, searches for large deletions and other rearrangements. IHC denotes immunohistochemical. 결론적으로 Hampel 등은모든대장암환자에서 Lynch syndrome에대한 molecular screening이필요하다고주장하고있으며, 가장적절한 screening 방법으로 MSH2, MSH6, MLH1, PMS2에대한 immunohistochemistry를제시하고있다. MSH2와 MSH6 immunohistochemistry에이상소견이보이면바로 sequencing으로들어가고, MLH1의경우에는 promoter methylation에의한 epigenetic 변화에의해발현이소실되는경우가 80~90% 를차지하므로, MLH1, PMS2 immunohistochemistry에이상소견이보일때는먼저 MLH1 promoter의 hypermethylation 여부를검사한후 sequencing으로들어갈것을제안하고있다 (Fig. 1). 16 MMR 단백질과 MSI 결과에따른 sequencing strategy 의결정 MMR immunohistochemistry만을 screening 방법으로이용할때 10% 의 HNPCC를놓치게되며, MSI만을이용할때도 10% 를놓친다. 하지만, MMR immunohistochemistry의경우결과에따라보다구체적으로 DNA sequencing을시행할대상유전자를지정할수있다는점과상대적으로낮은비용때문에 screening 방법으로더큰장점이있다. Immunohistochemistry와 MSI 두방법을모두사용할때진단율을어디까지끌어올릴수있을지는아직충분한자료가없어알수없으나, 비용의증가가가장큰걸림돌이되리라생각한다. 하지만 MMR 단백질과 MSI 결과를모두알고있으면 DNA sequencing을시행할 MMR 유전자를한단계더효과적으로선정할수있다는장점이있다. 그이론적근거는다음과같다 MSH2와 heterodimer를이루는 MSH6 단백질의안정성은 MSH2가건재할때만유지된다. MSH2 단백질이소실되면, MSH6 유전자가건전하더라도 MSH6 단백질발현은소실된다. 하지만 MSH6 단백질이소실된경우 MSH2 단백질의안정성은영향받지않는다. - MLH1과 heterodimer를이루는 PMS2 단백질의안정성은 MLH1이건재할때만유지된다. MLH1 단백질이 20

19 장동경 : Screening and Genetic Testing for Hereditary Colorectal Cancer Table 3. Guidance for genetic test of MMR genes by immunohistochemistry and MSI Immunohistochemistry MSI Genetic test MSH2 MSH6 MLH1 PMS Low No genetic test High MLH1 & MSH High MSH High MLH Any MSH Any PMS2 +, normal staining; -, non-staining. 소실되면, PMS2 유전자가건전하더라도 PMS2 단백질발현은소실된다. 하지만 PMS2 단백질이소실된경우 MLH1 단백질의안정성은영향받지않는다. - MLH1이나 MSH2 기능이소실된경우에는대부분 MSI-H를보이지만, MSH6나 PMS2 기능이소실된경우에는 MSI-H를보이지않는경우가적지않다. 이상을정리하여다음과같은 DNA sequencing strategy를제시하고자한다 (Table 3). 결 론 최근유전자검사기법이발달함에따라, 전체대장암내에서 HNPCC가차지하는비중이재조명되기시작하였고, minor MMR 유전자였던 MSH6와 PMS1의의미도새롭게부각되기시작하였다. 이로인해 HNPCC 진단의 screeining 방법으로 Amsterdam criteria와 Bethesda guideline의의미가퇴색하기시작하였고, 급기야전체대장암을대상으로한 MMR immunohistochemistry가제안되기에이르렀다. 19 이러한방식을임상에적용하는문제는지속적인추가연구결과를검토하여결정할문제이나, HNPCC screening의전체적인방향이새로운흐름을타고있는것은분명하다. HNPCC의원조 Lynch는이러한경향에대하여평하기를문제는비용이다. 누가지불할것인가라는질문을던지고있다. 이를뒤집어보면전체대장암을대상으로선별검사를시행하는데원칙적으로찬성한다는견해를보인셈이다. 20 유전성대장암의유전자검사를둘러싸고는윤리적문제, 환자및가족의정신심리적영향, 보험의차별문제등논의할거리가무수히많으나이러한일반적인문제는본고의범위를넘는것으로생각되므로논의를생략한다. 참고문헌 1. Peltomaki P, Vasen H. Mutations associated with HNPCC predisposition-update of ICG-HNPCC/INSiGHT mutation database. Dis Markers 2004;20: Burt R, Neklason DW. Genetic testing for inherited colon cancer. Gastroenterology 2005;128: Kerber R, Neklason D, Samowitz W, Burt R. Frequency of familial colon cancer and hereditary nonpolyposis colorectal cancer in a large population database. Familial Cancer ;4(3): Lindor NM, Rabe K, Petersen GM, Haile R, Casey G, Baron J, Gallinger S, Bapat B, Aronson M, Hopper J, Jass J, LeMarchand L, Grove J, Potter J, Newcomb P, Terdiman JP, Conrad P, Moslein G, Goldberg R, Ziogas A, Anton-Culver H, de Andrade M, Siegmund K, Thibodeau SN, Boardman LA, Seminara D. Lower cancer incidence in Amsterdam-I criteria families without mismatch repair deficiency: familial colorectal cancer type X. JAMA 2005;293:

20 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 5. Taylor CF, Charlton RS, Burn J, Sheridan E, Taylor GR. Genomic deletions in MSH2 or MLH1 are a frequent cause of hereditary non-polyposis colorectal cancer: identification of novel and recurrent deletions by MLPA. Hum Mutat 2003;22(6): Casey G, Lindor NM, Papadopoulos N, Thibodeau SN, Moskow J, Steelman S, Buzin CH, Sommer SS, Collins CE, Butz M, Aronson M, Gallinger S, Barker MA, Young JP, Jass JR, Hopper JL, Diep A, Bapat B, Salem M, Seminara D, Haile R. Conversion analysis for mutation detection in MLH1 and MSH2 in patients with colorectal cancer. JAMA 2005;293: Jarvinen HJ, Aarnio M, Mustonen H, Aktan-Collan K, Aaltonen LA, Peltomaki P, De La Chapelle A, Mecklin JP. Controlled 15-year trial on screening for colorectal cancer in families with hereditary nonpolyposis colorectal cancer. Gastroenterology 2000;118: Vasen HF, van Ballegooijen M, Buskens E, Kleibeuker JK, Taal BG, Griffioen G, Nagengast FM, Menko FH, Meera Khan P. A cost-effectiveness analysis of colorectal screening of hereditary nonpolyposis colorectal carcinoma gene carriers. Cancer 1998;82: American Society of Clinical Oncology Policy Statement Update: genetic testing for cancer susceptibility. J Clin Oncol 2003;21: Kievit W, de Bruin JH, Adang EM, Ligtenberg MJ, Nagengast FM, van Krieken JH, Hoogerbrugge N. Current clinical selection strategies for identification of hereditary non-polyposis colorectal cancer families are inadequate: a meta-analysis. Clin Genet 2004;65: Umar A, Boland CR, Terdiman JP, Syngal S, de la Chapelle A, Ruschoff J, Fishel R, Lindor NM, Burgart LJ, Hamelin R, Hamilton SR, Hiatt RA, Jass J, Lindblom A, Lynch HT, Peltomaki P, Ramsey SD, Rodriguez-Bigas MA, Vasen HFA, Hawk ET, Barrett JC, Freedman AN, Srivastava S. Revised Bethesda guidelines for hereditary nonpolyposis colorectal cancer (Lynch syndrome) and microsatellite instability. J Natl Cancer Inst 2004;96: Grover S, Stoffel EM, Bussone L, Tschoegl E, Syngal S. Physician assessment of family cancer history and referral for genetic evaluation in colorectal cancer patients. Clin Gastroenterol Hepatol 2004;2: Hendriks YM, Wagner A, Morreau H, Menko F, Stormorken A, Quehenberger F, Sandkuijl L, Moller P, Genuardi M, Van Houwelingen H, Tops C, Van Puijenbroek M, Verkuijlen P, Kenter G, Van Mil A, Meijers-Heijboer H, Tan GB, Breuning MH, Fodde R, Wijnen JT, Brocker-Vriends AH, Vasen H. Cancer risk in hereditary nonpolyposis colorectal cancer due to MSH6 mutations: impact on counseling and surveillance. Gastroenterology 2004;127: Syngal S, Fox EA, Eng C, Kolodner RD, Garber JE. Sensitivity and specificity of clinical criteria for hereditary non-polyposis colorectal cancer associated mutations in MSH2 and MLH1. J Med Genet 2000;37: Ribic CM, Sargent DJ, Moore MJ, Thibodeau SN, French AJ, Goldberg RM, Hamilton SR, Laurent-Puig P, Gryfe R, Shepherd LE, Tu D, Redston M, Gallinger S. Tumor microsatellite-instability status as a predictor of benefit from fluorouracil-based adjuvant chemotherapy for colon cancer. N Engl J Med. 2003;17;349(3): Hampel H, Frankel WL, Martin E, Arnold M, Khanduja K, Kuebler P, Nakagawa H, Sotamaa K, Prior TW, Westman J, Panescu J, Fix D, Lockman J, Comeras I, de la Chapelle A. Screening for the Lynch syndrome (hereditary nonpolyposis colorectal cancer). N Engl J Med 2005;352: Hampel H, Stephens JA, Pukkala E, Sankila R, Aaltonen LA, Mecklin JP, de la Chapelle A. Cancer risk in hereditary nonpolyposis colorectal cancer syndrome: later age of onset. Gastroenterology 2005;129: Chang DK, Ricciardiello L, Goel A, Chang CL, Boland CR. Steady-state regulation of the human DNA mismatch repair system. J Biol Chem 2000;275(24): Terdiman JP. It is time to get serious about diagnosing Lynch Syndrome (hereditary nonpolyposis colorectal cancer with defective dna mismatch repair) in the general population. Gastroenterology 2005;129(2): Lynch HT, Lynch PM. Molecular screening for the Lynch Syndrome-better than family history? N Engl J Med 2005;352:

21 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Chemoprevention of Colorectal Cancer 원자력병원혈액종양내과 강혜진 서 론 대장암은전세계적으로암관련사망원인중 2위를차지하고있으며, 1 우리나라에서도식생활습관의서구화와함께최근대장암의발생률이급격히증가하여전체암중발생률과사망률에서 4번째를차지한다. 2 그러므로대장암의조기진단과예방은매우중요하다고할수있다. 효과적인암예방전략을세우기위해서는암의생리와발암과정을이해하는것이중요한데, 대장암은이미잘알려진바와같이다단계발암과정 (multistep carcinogenesis) 을통해정상점막으로부터선종을거쳐궁극적으로암으로발전한다 (Fig. 1). 이와같은다단계발암과정과긴잠복기 ( 선종에서암까지는약 10~15년이소요됨 ) 는대장암의발생을줄이기위한치료법을시도해볼수있는시간을제공해준다. Winawer 등은내시경적선종절제를통해대장암의발생률을유의하게줄일수있음을보고하였는데, 절제술후 3년째 30~ 42% 에서재발이관찰되었다. 3 대장암에대한화학적예방제로서의효과를입증하기위해서는궁극적으로대장암자체의감소를입증하는것이이상적이다. 하지만이와같은임상시험의디자인은매우많은수의피험자를필요로하고긴관찰기간이요구되기때문에현실적으로불가능하다. 그래서미국식품의약품안정청에서는대장암의화학적예방에관한임상시험의 surrogate end points로서선종의재발률감소또는수의감소를추천하였다. 대장암의화학적 Fig. 1. Proposed molecular events in CRC (Adapted from Dis Colon Rectum 2006). Fig. 2. CRC risk cohorts and levels of prevention (Adapted from Gastroenterol Clin N Am 2002). 23

22 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Table 1. Molecular targets and associated chemopreventive agents Chemopreventive agent (class) Molecular target Possible mechanisms Aspirin (NSAIDs) COX-1 and COX-2 Cyclo-oxygenase-1 and 2 inhibition Other noncyclo-oxygenase independent mechanisms Celecoxib COX-2 Cyclo-oxygenase-2 inhibition Difluoromethylornithine (DFMO) Ornithine decarboxylase Ornithine decarboxylase inhibition Polyamine synthesis blockade Calcium Bile acids Binding of bile acids and fatty acids in colonic epithelium Directly inhibiting proliferation of the colonic mucosa Vitamin D Vitamin D receptor Inhibits cell proliferation and DNA synthesis Modulating signal transduction and inducing apoptosis Modulating calcium absorption Folate S-adenosyl methionine Donates methyl groups necessary for DNA synthesis, repair, and gene expression Vitamin C, E and beta-carotene Antioxidant effect Selenium Protein kinase C Activate the p53 tumor suppressor protein and the DNA repair pathway Increases level and activity of glutathione peroxidase Ursodeoxycholic acid (UDCA) Bile acids Reduction of secondary bile acids, such as deoxycholic acid Hormone replacement Decreased production of secondary bile acids Decreasing the production of insulin-like growth factor 1 Direct effects on colorectal epithelium 예방은대상주체에따라 3 단계로나눌수있다 (Fig. 2). 화학적예방의목적은천연또는합성화합물을통해발암과정을억제하거나늦추거나예방하는것으로, 본장에서는현재까지발표된대장암의화학적예방에대해간략히정리해보고자한다 (Table 1). Chemopreventive Agents 1. Pharmacologic Agents 1) Aspirin and NSAIDs (Nonsteroidal anti-inflammatory drugs) NSAIDs는가장많이연구된화학적예방제로서몇개의역학조사에서 4-7 생률을 40~50% 감소시킬수있음이보고되었다 (Table 2). 지속적인복용을통해대장암의발 - Mechanisms of NSAID-mediated apoptosis (1) COX2-dependent mechanisms: NSAIDs의항염증효과는 arachidonic acids를 prostaglandins (PGs) 과다른 eicosanoids로전환시키는과정에관여하는 Cyclooxygenase (COX) 를억제함으로써이루어진다 (Fig. 3). COX는두개의 isoforms을갖는데, COX-1은 housekeeping gene으로서정상조직의항상성을유지하는데중요하며, COX-2는세포내외자극에의해유도되는효소로서 8 대장암 (80%) 과선종 (40%) 에서발현증가가관찰되었다. 9,10 COX-2와대장암의인과관계를잘보여주는근거로서 Oshima 등 11 은 APC gene에절단변이 (truncation mutation) 를일으킨 APC 716 쥐모델에서 COX-2 gene (Ptgs2) 을소실시키는경우대장용종의수가감소함을확인하였다 (Fig. 4A). 또한, wild type COX-2 gene을갖는 APC 716 쥐에 COX-2 억제제 (Rofecoxib) 와 sulindac을투여함으로써용종의수가감소되는것을보여주었다 (Fig. 4B). 12 이와같은결과들은 COX-2가대장암발생의 24

23 강혜진 : Chemoprevention of Colorectal Cancer Table 2. Epidemiological studies evaluating aspirin in colorectal cancer Trial Study Level of No. of Relative risk design evidence patients (95% CI) End point Comments Cancer Prevention Prospective cohort III 662, in females CRC mortality Aspirin use 16 Trial II (0.56~0.96) times/month for at least 1 (Thun, et al. 4 ) 0.77 in males year (0.61~0.97) Health Professionals Prospective cohort III 47, (0.52~0.92) CRC incidence Regular aspirin use Follow-up Study males ( 2 times/week) (Giovannucci, et al. 5 ) Nurses' Health Study Prospective cohort III 89, (0.36~0.90) CRC incidence Benefit after 20 years of (Giovannucci, et al. 6 ) females consistent use Physicians' Health Study Prospective cohort III 104, (0.48~0.77) CRC incidence Recent NSAID users with (Smalley, et al. 7 ) and >12 months cumulative use Fig. 3. Production and actions of prostaglandins and thromboxane (Adapted from N Engl J Med 2001). IP, prostacyclin receptor; TP, thromboxane receptor; DP, prostaglandin D2 receptor; EP, prostaglandin E2 receptor; FP, prostaglandin F2a receptor. 초기단계에직접적으로관여함을보여준다. 이외에대장암발생과관련된 COX-2의역할로는혈관형성을촉진하고, 세포자멸사를억제하며암세포의침습성을증가시키는것으로알려져있다. 13,14 (2) COX2-independent mechanisms: 최근에보고된몇가지결과들은 COX-2가 NSAIDs의대장암예방효과와관련된유일한기전이아님을시사한다. Sulindac은전구물질로서체내에서 sulfide와 sulfone 유도체로대사되는데, sulfide는 COX의강력한억제제이지만, sulfone 유도체는 COX 억제기능이없다. 그러나 Shiff 등 15 과 Piazza 등 16 은 sulfone에의해대장암세포의증식이억제되고대장암의발생빈도가감소함을보여주었다. 또한, 일부 NSAIDs는 COX-2를발현하지않는세포에서종양억제효과를보여주었다. 17 이와같은 COX2-independent mechanism과관련된표적으로는 NFkB18와 PPARδ (peroxisome proliferator-activated receptor δ) 19,20 가언급되고있다. 25

24 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Fig. 4. (A) Effects of Ptgs2 mutations on intestinal polyps in APC 716 mice. (B) Inhibition of polyp number by rofecoxib or sulindac treatment of APC 716 mice. - Clinical evidence (1) FAP: FAP 환자에서 NSAIDs의화학적예방제로서의가능성은 Waddel 등 21 에의해최초로보고되었다. 이후 Giardiello 등은 22명의 FAP환자를대상으로 sulindac과위약과의무작위이중맹검시험결과 sulindac군에서유의하게용종의수와크기가감소함을관찰하였다. 22 Steinbach 등 23 은 celecoxib에대한무작위이중맹검시험 (celecoxib 100 mg 하루두번, celecoxib 400 mg 하루두번, 위약 ) 을통해 celecoxib 400 mg 하루두번복용군에서위약군과비교시용종의수에서 28% 감소 (p=0.003), 용종의크기에서 30.7% 의유의한감소 (p=0.001) 를보여주었고 (Fig. 5), 미국 FDA에서는본시험의결과를바탕으로 celecoxib를 FAP환자에서용종조절을위한보조치료제로서사용하는것을허가하였다. 하지만, 강조되어야될점은 FAP환자에서 NSAIDs가결코예방적전장절제술을대체할수는없다는것이다. 다만, 향후아직까지밝혀지지않은 NSAIDs를통해젊은 FAP환자들에서전장절제술의시기를늦출수있는지, 전장젤제및회직장문합술후정상직장을가진 FAP환자에서추적관찰을위한내시경의횟수를줄일수있는지에대한연구가필요할것으로생각된다. (2) General population: FAP환자에서 NSAIDs의유용성은일반건강인에서산발성선종과대장암의예방가능성을시사하였고몇몇역학조사에서 (Table 2) 이와같은효과가보고된후 Sandler 등 24 과 Baron 등 25 에의해각각대장암병력이있는환자와선종병력이있는환자들을대상으로한대규모비교임상시험의결과가발표되었다. Sandler 등 24 은대장암으로절제술을받은 635명의환자를대상으로 aspirin 325 mg과위약을무작위배정투여한결과, 중앙투여기간 31개월후위약투여군에서는 27% 에서용종이발견된반면, aspirin군에서는 17% 만용종이발견되었다 (p=0.004; HR=0.64). 그러나양군간에진행성선종 ( 크기가 1 cm 이상또는 tubullovious or villous feature를갖는선종 ) 의발생률차이는없었다. Baron 등 25 은대장선종의병력이있는 1,121 명의환자를대상으로 aspirin 81 mg, aspirin 325 mg, 위약군으로나누어무작위이중맹검시험을시행하였다. 중앙투여기간 33개월후, 위약군에서는 47% 에서용종이발생하였고, aspirin 81 mg군에서는 38% 만이용종이발견되어비교위험도 0.81 (95% CI, 0.69~0.96) 로유의한용종감소효과를보여주었다. 반면, aspirin 325 mg군에서는 45% (RR=0.96; 95% CI, 0.81~1.13) 에서용종이발생하여위약군과비교시유의한용종감소효과를 26

25 강혜진 : Chemoprevention of Colorectal Cancer Fig. 5. Percent change from base line in the number of colorectal polyps in 77 patients with FAP who were treated with placebo or celecoxib (100 mg twice a day or 400 mg twice a day) for six months. A B Fig. 6. (A) Time to cardiovascular adverse event in the VIGOR. (B) Comparison of MI rates among subjects receiving placebo vs rofecoxib or celecoxib. 관찰할수없었다. 진행성종양 ( 진행성선종, 중증이형성증또는대장암 ) 에대한상대위험도의경우 aspirin 81 mg군에서는 0.59 (95% CI, 0.38~0.92) 로유의한감소를보인반면, aspirin 325 mg군에서는 0.83 (95% CI, 0.55~1.23) 으로위약군과비교시유의한차이는없었다. 이처럼 Sandler 등과 Baron 등의임상시험결과는상충된결과를보여주고있는데, 왜 aspirin 325 mg 투여군간에상반된결과를보이는가? 이다. 이에대해 Baron 등은오히려고용량의 aspirin이 PGE2 또는다른 prostanoids에의한항암작용 26 을억제하였을가능성과양시험군간 ( 대장암병력 vs 대장용종병력 ) 에용종발생의상대적위험도의차이에기인하였을가능성을시사하였다. 앞서언급한여러임상시험의결과들은 aspirin이대장용종의재발에있어분명한예방효과가있음을보여주고있다. 하지만, 각임상시험의추적관찰기간이충분하지않다는점, 각시험의결과들사이에 aspirin 용량간에상충된결과를보인다는점, aspirin이저용량에서도위장관출혈, 뇌졸중등의부작용을일으킬수있다는점과이런부작용으로인한비용상승을고려할때현재까지는산발성선종의예방을위해 aspirin을일률적으로추천하기는이르다고생각된다. 다만고위험군 ( 이전에대장암병력이있는환자 ) 에서는 aspirin으로인한위험과이익을따져조심스럽게추천할수있겠다. COX-2 억제제의경우비선택적 NSAIDs에비해위장관독성이적은장점이있다. 하지만최근몇몇연구에 27

26 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 서 COX-2 억제제에의한심혈관질환의증가가능성이제기되었다. 27,28 8,056명의환자를대상으로한 VIGOR 연구 (Vioxx Gastrointestinal Outcomes Research Study) 에따르면 naproxen 대조군에비해 rofecoxib군에서통계적으로유의한 (RR, 2.38;95% CI, 1.29~4.0) 혈전성심혈관질환 ( 심근경색, 불안정성협심증, 허혈성뇌졸중, 일과성허혈발작 ) 의증가가관찰되었다 (Fig. 6A). 27 반면, celecoxib는 CLASS 연구 (Celecoxib Long term Arthritis Safety Study) 에서 NSAID (ibuprofen, diclofenac) 에비해심혈관질환의증가가관찰되지않았다. 그러나 aspirin의심혈관질환의 1차예방효과를보기위해시행되었던 4가지임상시험 (US physician's health study, UK Doctors Study, Thrombosis Prevention Trial, Hypertension Optimal Treatment trial) 에포함된 23,407명의위약대조군과 VIGOR, CLASS의 COX-2억제제환자군의심근경색발생률을비교해보면 rofecoxib, celecoxib 모두유의하게심근경색이증가하였다 (Fig. 6B). 2) Difluromethylornithine (eflornithine) D,L-alpha-difluoromethylornithine (DFMO) 은세포성장에중요한영양소중하나인폴리아민의생성에관여하는 ornithine decarboxylase (ODC) 에대한비가역적억제제이다. 29 대장용종과암조직에주변정상점막과비교시 ODC 활동도와폴리아민의농도가증가되어있음이관찰된후 30 대장암의발생에있어 ODC가관련되어있는것으로이해되었다. 31 이의기전으로는 APCMin 쥐모델을통해관찰된바 APC유전자의소실로인해 c-myc이활성화되고이로인해 ODC 활동도와폴리아민합성의증가가초래되는것으로설명되고있다. 32 항암제로서의가능성을알아보기위한초기임상시험에서세포독성을유도하기위해서는많은용량의 (>3 Table 3. Ongoing or recently completed CRC chemoprevention trials (Adapted from Sem Oncol 2005) Institution Design Cohort Treatment End point Accrual status University of Texas Phase II/III HNPCC Celecoxib vs. placebo Mucosal biomarkers Closed M.D. Anderson Cancer Center University of Phase II/III Prior sporadic Sulindac+DFMO Adenoma recurrence Open Califonia-Irvine adenoma vs. placebo University of Texas Phase II/III FAP Celecoxib+DFMO Adenoma regression Open M.D. Anderson vs. Celecoxib Cancer Center University of Arizona Phase III Prior sporadic UDCA vs. placebo Adenoma recurrence Closed adenoma NCI-multicenter Phase III Prior sporadic Celecoxib vs. placebo Adenoma recurrence Closed adenoma Women's Health Phase III Postmenopausal Low fat diet Cancer incidence Closed Iniciative women vs. Cacium+vitamin D vs. HRT University of Arizona Phase III Prior sporadic Celecoxib±Selenium Adenoma recurrence Open adenoma vs. placebo Dartmouth University Phase III Prior sporadic Aspirin±Folate Adenoma recurrence Open adenoma vs. placebo (folate arm) Cancer Prevention Phase III Prior sporadic Piroxicam±Calcium Adenoma recurrence Open Institute, Wright adenoma vs. placebo Statue University ECOG-Harvard Phase III Prior sporadic Folate vs. placebo Adenoma recurrence Open University adenoma 28

27 강혜진 : Chemoprevention of Colorectal Cancer g/m 2 /d) DFMO가요구되며, 이경우독성 ( 이독성, 설사. 혈소판감소증 ) 이심하여항암제로사용하는것은불가능한것으로보였다. 33 그후화학적예방로서의역할을규명하기위한연구들이진행되었다. 화학적예방제로사용되기위해서는장기간안전하게투여될수있는용량을찾는것이중요하였고, Meysken 등은대장용종의병력이있는 118명의환자를대상으로한비교연구에서 0.075, 0.2, 0.4 g/m 2 /d의저용량으로 1년간투약한결과유의한독성증가없이직장점막에서폴리아민의농도가낮게유지되는것을관찰하였다. 34 현재 FAP환자를대상으로 DFMO와 NSAIDs의상승효과를알아보기 3상임상시험이진행중에있다 (Table 3). 3) Ursodeoxycholic Acid 발암물질 (azoxymethane, N-methyl-N-nitrosourea) 을사용한동물모델에서 2차담즙산인 deoxycholic acid가장점막세포의성장을촉진시켜발암과정에관여하는것이관찰된후 35,36 chenodeoxycholic acid의 7-β epimer인 UDCA가 2차담즙산으로인한발암과정을차단할수있는가를규명하는전임상시험들이시도되었는데, Earnest 등은 azoymethane으로유도한대장암쥐모델에서 UDCA를통해대장암의발생위험이유의하게감소됨을보여주었다. 37 이후 Pardi 등은 Ulcerative colitis와 Primary sclerosing cholitis를동시에진단받은 52명의환자를대상으로 UDCA (13~15 mg/kg/d) 와위약의비교임상시험을시행하였고, UDCA군에서대장이형성증과암의발생위험률이 74% (95% CI, 0.06~0.92; p=0.034) 감소함을확인하였다. 38 최근 Alberts 등 39 에의해 3 상임상시험의결과가보고되었는데, 대장선종의병력이있는 1,285명의환자를대상으로 UDCA (8~10 mg/kg/d) 와위약을무작위배정투여한결과 UDCA군에서유의한선종재발감소효과는나타나지않았다 (12% 감소 ; 95% CI, 0.73~1.05; p=0.15). 다만고등급이형성증을갖는선종의재발률에있어서는통계적인차이가있었다 (39% 감소 ; 95% CI, 0.39~0.96; p=0.03). 이와같은결과에대해 Alberts 등은 UDCA의화학적예방효과를유도하기위해서는 5년이상의장기간투여가필요하며선종재발의위험률이적은환자군보다고위험군환자들에서화학적예방효과가더클것이라고제안하였다. 4) Hormone-Replacement Therapy (HRT) 몇개의역학조사에서대장암과 HRT사이의상관관계가보고되었다 (Table 4). Women's Health Initiative 연구는폐경기여성에서 HRT의심혈관계질환감소효과를알아보기위한연구로서두개의연구가동시에진행되었는데, 한연구는 estrogen과 progesterone를모두복용하는군과위약군의비교연구로 16,608명의환자가포함되었고, 40 다른연구는 estrogen단독복용군과위약군의비교연구로 10,739명의환자가포함되었다. 41 대장 Table 4. Major trials evaluating estrogen use in preventing colorectal neoplasm Trial Study design Level of No. of Relative risk evidence patients (95% CI) Comments Women's Health Randomized, I 16, Decrease in incidence of colon Initiative controlled (0.43~0.92) cancer vs. placebo with HRT use (Rossouw et al. 40 ) Women's Health Randomized, I 10, No protective effect among Initiative controlled (0.75~1.55) estrogen-only HRT users (Anderson et al. 41 ) Cancer Prevention Prospective III 422, Significant decrease in mortality Study II cohort (0.61~0.83) from colon cancer; benefit greatest (Calle et al. 42 ) in current and continuous users Nurses' Health study Prospective III 59, Beneficial effect disappeared five (Grodstein et al43) cohort (0.5~0.83) years after cessation of therapy 29

28 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 암발생률에있어 estrogen과 progesterone를모두복용한군에서는위약군에비해 37% 의감소가관찰된반면, estrogen단독복용군에서는위약군과차이를보이지않았다. Cancer Prevention Study II 42 와 Nurses' Health Study 43 에서도 HRT에의한대장암예방효과를관찰하였다. HRT의대장암예방효과의기전에대해서는아직까지잘밝혀진바는없지만, 몇몇가설로는장내의이차담즙산를감소시키는것, insulin-like growth factor를감소시키는것, 장점막의에스트로젠수용체에직접적으로작용하는것에기인할것으로추측되고있다. 44,45 2. Nonpharmacologic Agents 1) Calcium 칼슘은대장암의화학적예방제로서역학조사를통해여러연구자들의관심을받았으나, 효과가미미하거나조사들간에상반된결과를보여이견이있었다. 46,47 그러나최근발표된 2개의무작위비교연구 48,49 와 Cancer Prevention Study II 50 의결과에따르면칼슘이대장암에다소의예방적효과가있으며이를뒷받침하는추후연구가더이루어져야됨을시사하고있다. Baron 등은 930명의대장선종의병력이있는환자를대상으로 calcaium carbonate 3 g (elemental cacium 1.2 g)/d 복용군과위약군을비교하여칼슘복용군에서대장선종의발생이유의하게감소함을관찰하였다 (RR, 0.85; 95% CI, 0.74~0.98; p=0.03). 48 한편 Kopp 등은 665명의대장선종의병력이있는환자들에서 calcium gluconate or carbonate (elemental calcium 2 g) 군과 fiber군, 위약군을비교한결과칼슘복용군과위약군간에대장선종의재발률에차이를보이지않았다 (RR, 066; 95% CI, 0.38~ 1.17; p=0.16). 49 그러나두개의연구에포함된환자를함께분석한 Cochrane CRC group의보고에따르면칼슘이대장선종의재발률을 26% 감소시키는것으로나타났다 (95% CI, 0.58~0.95; p=0.02)(fig. 7). 51 칼슘의대 A B Fig. 7. Calcium versus Placebo. (A) Number of subjects with at least one new adenoma. (B) Number of subjects diagnosed with colorectal cancer. 30

29 강혜진 : Chemoprevention of Colorectal Cancer A Fig. 8. Folate in one-carbon metabolism (Adapted from Nat Rev Cancer 2003). B C Fig. 9. (A) Relative Risk for Colon Cancer according to Folate Intake from Dietary and Supplementary Sources in the Nurses' Health Study (1980~1994). (B) Relative risk for colon cancer according to years (C) since the start of use of multivitamins containing folic acid in the Nurses' Health Study (1980 to 1994). 31

30 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Fig. 10. Decreased dietary folate intake and colon carcinogenesis (Adapted from Nat Rev Cancer 2003). SAM, S-adnosyl methionine. 장암예방기전은잘알려져있진않지만, 칼슘이장내에서암유발물질로작용하는이차담즙산또는수용성지방산과결합하여불용성결합체를형성하는것과장점막에존재하는칼슘수용체에직접적으로작용하여세포성장을억제하는것으로추측되고있다. 52 2) Folic Acid 엽산은수용성비타민 B 중하나로체내에서합성되지않기때문에반드시음식으로섭취해야하며, 감귤류, 녹황색채소, 말린콩등에많이함유되어있다. 엽산은 one-carbon units의운반체로서 DNA합성과 DNA methylation에있어매우중요한역할을한다 (Fig. 8). 88,756명의여성을대상으로한 Nurses' Health Study에따르면, 15년간하루 400 ug이상의엽산을섭취하는경우 200 ug 이하를섭취하는여성에비해대장암발생률이 31% 감소되었다 (95% CI, 0.52~0.93)(Fig. 9A, 9B). 53 이와같은엽산의대장암예방효과는대장암의가족력이있는여성에서더유의하였다 (Fig. 9C). 54 엽산의섭취감소에따른대장암의발생은유전자의 promotor부위의 methylation감소에따른 oncogene의활성화와잘못된 DNA합성에의한염색체이상의누적에기인하는것으로알려져있다 (Fig. 10). 55 현재엽산의화학적예방제로서의역할을규명하기위한 3상연구가진행중이다 (Table 3). 3) Selenium Selenium은필수미네랄중하나로체내에서활성산소에의한 DNA손상에대항하는 antioxidant로작용한다. 대장암동물실험모델에서 selenium을투여함으로써 aberrant crypt foci와대장암의발생을감소시키는것이관찰되었다. 56,57 Clark 등은 selenium의암예방효과를보기위해이전에피부암의병력이있는 1,312명을대상으로 selenium (200 ug/d) 과위약군의비교연구를하였다. 58 1차목적인피부암의재발률에있어서는양군간에차이가없었으나, 2차목적인전체암발생률 (RR, 0.63; 95% CI, 0.47~0.85) 과암사망률 (RR, 0.50; 95% CI, 0.31~0.80) 은 selenium군에서유의하게감소하였는데, 특히폐암, 전립선암, 대장암 (RR, 0.42; 95% CI, 0.18~ 0.95) 의발생률이감소하였다. 현재대장선종의병력이있는환자를대상으로 selenium에대한 3상연구가진행중이다 (Table 3). 맺음말 최근에발표된몇개의 aspirin 에대한무작위임상시험의결과는 aspirin 이대장의산발성선종을예방하는 32

31 강혜진 : Chemoprevention of Colorectal Cancer 데유의한효과가있는것으로보인다. 하지만효과적이며적절한용량이얼마인지가불분명하고 aspirin에따른출혈성부작용을감안했을때현시점에서는임상에서모든산발성용종환자에게예방제로서권유하는것은옳지않다. 다만, 이전에대장암병력이있는환자에게는조심스럽게권유해볼수있겠다. 하지만이경우에도역시대장내시경을통한추적관찰이표준검사법임을간과해서는안되겠다. NSAIDs이외에무작위임상시험을통해다소의예방효과를입증한칼슘의경우, 현재진행되고있는몇몇 3상연구의결과들을좀더종합해보는것이필요할것으로생각된다. 한편암예방효과를입증하기위한임상시험에필요한막대한자원을고려할때, 화학적예방제를통해가장큰효과를볼수있는고위험군을선택하는것과약제의효과를조기에판별할수있는 surrogate biomarker를찾아내는것이중요하겠다. 참고문헌 1. Bray F, Sankila R, Ferlay J, et al. Estimates of cancer incidence and mortality in Europe in Eur J Cancer 2002;38: 한국중앙암등록사업 2002 보고서. 3. Winawer SJ, Zauber AG, Ho MN, The National Polyp Study Workgroup. Prevention of colorectal cancer by colonoscopic polypectomy. N Engl J Med 1993;329: Thun MJ, Namboodiri MM, Heath CW Jr. Aspirin use and reduced risk of fatal colon cancer. N Engl J Med 1991;325: Giovannucci E, Rimm EB, Stampfer MJ. Aspirin use and the risk for colorectal cancer and adenoma in male health professionals. Ann Intern Med 1994;121: Giovannucci E, Egan KM, Hunter DJ. Aspirin and the risk of colorectal cancer in women. N Engl J Med 1995;333: Smalley W, Ray WA, Daugherty J. Use of nonsteroidal anti-inflammatory drugs and incidence of colorectal cancer: a population-based study. Arch Intern Med 1999;159: Herschman HR, Xie W, Reddy S. Inflammation, reproduction, cancer and all that... The regulation and role of the inducible prostaglandin synthase. Bioessays 1995;17: Eberhart CE, Coffey RJ, Radhika A. Up-regulation of cyclooxygenase 2 gene expression in human colorectal adenomas and adenocarcinomas. Gastroenterology 1994;107: Sinicrope FA, Lemoine M, Xi L. Reduced expression of cyclooxygenase 2 proteins in hereditary nonpolyposis colorectal cancers relative to sporadic cancers. Gastroenterology 1999;117: Oshima M, Dinchuk JE, Kargman SL. Suppression of intestinal polyposis in Apc delta716 knockout mice by inhibition of cyclooxygenase 2 (COX-2). Cell 1996;87: Oshima M, Murai N, Kargman S. Chemoprevention of intestinal polyposis in the Apcdelta716 mouse by rofecoxib, a specific cyclooxygenase-2 inhibitor. Cancer Res 2001;61: Gupta RA, DuBois RN. Aspirin, NSAIDS, and colon cancer prevention: mechanisms?. Gastroenterology 1998;114: Sun Y, Tang XM, Half E. Cyclooxygenase-2 overexpression reduces apoptotic susceptibility by inhibiting the cytochrome c-dependent apoptotic pathway in human colon cancer cells. Cancer Res 2002;62: Shiff SJ, Qiao L, Tsai LL. Sulindac sulfide, an aspirin-like compound, inhibits proliferation, causes cell cycle quiescence, and induces apoptosis in HT-29 colon adenocarcinoma cells. J Clin Invest 1995;96: Piazza GA, Alberts DS, Hixson LJ. Sulindac sulfone inhibits azoxymethane-induced colon carcinogenesis in rats without reducing prostaglandin levels. Cancer Res 1997;57: Hanif R, Pittas A, Feng Y. Effects of nonsteroidal anti-inflammatory drugs on proliferation and on induction of apoptosis in colon cancer cells by a prostaglandin-independent pathway. Biochem Pharmacol 1996;52: Kopp E, Ghosh S. Inhibition of NF-kappa B by sodium salicylate and aspirin. Science 1994;265: Lehmann JM, Lenhard JM, Oliver BB. Peroxisome proliferator-activated receptors alpha and gamma are activated by indomethacin and other non-steroidal anti-inflammatory drugs. J Biol Chem 1997;272: He TC, Chan TA, Vogelstein B. PPARdelta is an APC-regulated target of nonsteroidal anti-inflammatory drugs. Cell 1999;99: Waddell WR, Ganser GF, Cerise EJ. Sulindac for polyposis of the colon. Am J Surg 1989;157: Giardiello FM, Hamilton SR, Krush AJ. Treatment of colonic and rectal adenomas with sulindac in familial adenomatous 33

32 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer polyposis. N Engl J Med 1993;328: Steinbach G, Lynch PM, Phillips RK. The effect of celecoxib, a cyclooxygenase-2 inhibitor, in familial adenomatous polyposis. N Engl J Med 2000;342: Sandler RS, Halabi S, Baron JA. A randomized trial of aspirin to prevent colorectal adenomas in patients with previous colorectal cancer. N Engl J Med 2003;348: Baron JA, Cole BF, Sandler RS. A randomized trial of aspirin to prevent colorectal adenomas. N Engl J Med 2003;348: Shureiqi I, Lippman SM. Lipoxygenase modulation to reverse carcinogenesis. Cancer Res 2001;61: Mukherjee D, Nissen SE, Topol EJ. Risk of cardiovascular events associated with selective COX-2 inhibitors. JAMA 2001;286: Ray WA, Stein CM, Daugherty JR. COX-2 selective non-steroidal anti-inflammatory drugs and risk of serious coronary heart disease. Lancet 2002;360: Newton NE, Abdel-Monem MM. Inhibitors of polyamine biosynthesis. 4. Effects of alpha-methyl-(+/-)-ornithine and methylglyoxal bis (guanylhydrazone) on growth and polyamine content of L1210 leukemic cells of mice. J Med Chem 1977;20: Hixson LJ, Garewal HS, McGee DL. Ornithine decarboxylase and polyamines in colorectal neoplasia and mucosa. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 1993;2: Luk GD, Baylin SB. Ornithine decarboxylase as a biologic marker in familial colonic polyposis. N Engl J Med 1984;311: Erdman SH, Ignatenko NA, Powell MB. APC-dependent changes in expression of genes influencing polyamine metabolism, and consequences for gastrointestinal carcinogenesis, in the Min mouse. Carcinogenesis 1999;20: Meyskens FL Jr, Gerner EW. Development of difluoromethylornithine (DFMO) as a chemoprevention agent. Clin Cancer Res 1999;5: Meyskens FL Jr, Gerner EW, Emerson S. Effect of alpha-difluoromethylornithine on rectal mucosal levels of polyamines in a randomized, double-blinded trial for colon cancer prevention. J Natl Cancer Inst 1998;90: Hori T, Matsumoto K, Sakaitani Y. Effect of dietary deoxycholic acid and cholesterol on fecal steroid concentration and its impact on the colonic crypt cell proliferation in azoxymethane-treated rats. Cancer Lett 1998;124: Cohen BI, Raicht RF, Deschner EE. Effect of cholic acid feeding on N-methyl-N-nitrosourea-induced colon tumors and cell kinetics in rats. J Natl Cancer Inst 1980;64: Earnest DL, Holubec H, Wali RK. Chemoprevention of azoxymethane-induced colonic carcinogenesis by supplemental dietary ursodeoxycholic acid. Cancer Res 1994;54: Pardi DS, Loftus EV Jr, Kremers WK. Ursodeoxycholic acid as a chemopreventive agent in patients with ulcerative colitis and primary sclerosing cholangitis. Gastroenterology 2003;124: Alberts DS, Martinez ME, Hess LM, et al. Phase III trial of ursodeoxycholic acid to prevent colorectal adenoma recurrence. J Natl Cancer Inst 2005;97: Rossouw JE, Anderson GL, Prentice RL. Risks and benefits of estrogen plus progestin in healthy postmenopausal women: Principal results From the Women's Health Initiative randomized controlled trial. JAMA 2002;288: Anderson GL, Limacher M, Assaf AR, et al. Effects of conjugated equine estrogen in postmenopausal women with hystrectomy: the Women's Health Initiative randomized controlled trial. JAMA 2004;29: Calle EE, Miracle-McMahill HL, Thun MJ. Estrogen replacement therapy and risk of fatal colon cancer in a prospective cohort of postmenopausal women. J Natl Cancer Inst 1995;87: Grodstein F, Martinez ME, Platz EA, et al. Postmenopausal hormone use and risk for colorectal cancer and adenoma. Ann Intern Med 1998;128: Campagnoli C, Biglia N, Altare F. Differential effects of oral conjugated estrogens and transdermal estradiol on insulin-like growth factor 1, growth hormone and sex hormone binding globulin serum levels. Gynecol Endocrinol 1993;7: McMichael AJ, Potter JD. Reproduction, endogenous and exogenous sex hormones, and colon cancer: a review and hypothesis. J Natl Cancer Inst 1980;65: Hyman J, Baron JA, Dain BJ. Dietary and supplemental calcium and the recurrence of colorectal adenomas. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 1998;7: Martinez ME, Willett WC. Calcium, vitamin D, and colorectal cancer: A review of the epidemiologic evidence. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 1998;7: Baron JA, Beach M, Mandel JS, Calcium Polyp Prevention Study Group. Calcium supplements for the prevention of colorectal adenomas. N Engl J Med 1999;340: Kopp CB, Kronberg O, Giacosa A, et al. calcium and fiber supplementation in prevention of colorectal adenoma recurrence: 34

33 강혜진 : Chemoprevention of Colorectal Cancer a randomized intervention trial. European Cancer Prevention Organization Group. Lancet 2000;356: McCullough ML, Robertson AS, Rodriguez C, et al. Cacium, vintamin D, dairy products, and risk of colorectal cancer in the Cancer Prevention Study II Nutritional Cohort. Cancer Causes Control 2003;14: Lamprecht SA, Lipkin M. Chemoprevention of colon cancer by calcium, vitamin D and folate: molecular mechanisms. Nat Rev Cancer 2003;3: Giovannucci E, Stampfer MJ, Colditz GA. Multivitamin use, folate, and colon cancer in women in the Nurses' Health Study. Ann Intern Med 1998;129: Fuchs CS, Willett WC, Colditz GA. The influence of folate and multivitamin use on the familial risk of colon cancer in women. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2002;11: Lamprecht SA, Lipkin M. Chemoprevention of colon cancer by calcium, vitamin D and folate: molecular mechanisms. Nat Rev Cancer 2003;3: Feng Y, Finley JW, Davis CD. Dietary selenium reduces the formation of aberrant crypts in rats administered 3,2'-dimethyl-4-aminobiphenyl. Toxicol Appl Pharmacol 1999;157: Rao CV, Cooma I, Rodriguez JG. Chemoprevention of familial adenomatous polyposis development in the APC (min) mouse model by 1,4-phenylene bis(methylene)selenocyanate. Carcinogenesis 2000;21: Clark LC, Combs GF Jr, Turnbull BW, Nutritional Prevention of Cancer Study Group. Effects of selenium supplementation for cancer prevention in patients with carcinoma of the skin. A randomized controlled trial. JAMA 1996;276:

34 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Current Status of Adjuvant Chemotherapy 고려대학교의과대학혈액종양내과 오상철 대장암의병기에따른 5년생존율을보면 I기 93.2%, IIa기 84.7%, IIb기 72.2% 이며 IIIa기 83.4%, IIIb기 64.1%, IIIc기 44.3%, IV기 8.1% 이다. 이중대장암 II기와 III기인환자는 5년생존율이각각 84%, 44% 로수술만으로완치를기대하기어렵다. 대장암초기인경우에도근치적절제를하더라도 II기인경우 25~30%, III기인경우 50~60% 의재발률을보여수술후적극적인 adjuvant therapy가필요하다. 수십년간진행성대장암의치료로 5-fluorouracil (5-FU) 와 leucovorin이표준치료로여겨져왔으나최근신약을포함한항암화학요법으로진행성대장암의생존율이 6개월에서 20개월이상으로연장되고있다. 이러한진행성대장암에서의항암화학요법치료성적의향상으로인하여초기병기의대장암에대한수술후 adjuvant chemotherapy의역할에대한관심이증가하고있다. 현재까지의연구에서 III기대장암에있어서 adjuvant chemotherapy는효과가인정되어표준요법으로자리매김을하고있으나 II기대장암에있어서는논란의여지가많다. 2005년 European Society for Medical Oncology (ESMO) 에서는대장암 2기인경우에는 adjuvant chemotherapy가추천되고있지는않으나선별적인림프절음성환자에게서고려될수있다고하였으며 2004 년 ASCO 권고안에서도대장암 2기인경우에서부적절하게림프절절제를한경우, T4의병변, 천공, 미분화조직형을보이는일부선별적인환자에게서고려될수있다고하였다. 현재까지대규모의환자를대상으로한연구에서 adjuvant chemotherapy의유용성에대한연구가진행되고있다. NSABP (C-01, 02, 03, 04) 연구에서는 3,820명의 II기, III기환자를대상으로 1977년부터 1990년까지 4 가지 trial이시도되었는데이중수술단독군과수술후 MOF (semustine, vincritine, 5-FU) 을비교한연구에서는 5년생존율이 adjuvant chemotherapy에서우월한경향을보였다 (60% vs 67%, P=0.07). IMPACT B2 연구에 Table 1. Five-year survival of SEER national registry patients according to the American Joint Committee on Cancer (AJCC) staging system, 6 th edition Stage No. of patients % p value I 14, IIa 28, <0.001 IIb 5, <0.001* IIIa 1, NS IIIb 15, <0.001 IIIc 8, <0.001 IV 20, <0.001 *IIIa vs IIb; IIa vs IIIa; IIb vs IIIb. 39

35 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 서는 II기병기대장암환자 1,016명을대상으로 5-FU/LV군과수술단독군을비교하였는데 5년생존율에서의 hazard ratio는 0.83 (90% 신뢰구간, 0.72~1.07) 이고 5년무병생존율의 hazard ratio는 0.86 (90% 신뢰구간, 0.68~ 1.07) 으로 II기대장암에서의 adjuvant chemotherapy의효과에부정적이었다. 그러나이연구에서통계학적인유의한차이를확인하지는못하였지만 5-FU/LV군이수술단독군에비해 2% 정도의 5년생존율에서의이득을보는경향이있었다. 아쉽게도이연구에서는천공이나장폐색, 정맥침범, 림프절의부적절한검사의경우에대한 subgroup 분석이이루어지지않았다. Mayo clinic 연구에서는 3341명의 II기및 III기대장암환자를대상으로수술후 5-FU/LV이나 5-FU/levamisole을사용했던환자와수술단독군을대상으로분석한결과 adjuvant chemotherapy군에서 35% 의재발률의감소를보였고 (5년무병생존율 59% 대 69%, p<0.001) 27% 의사망률의감소를보였다 (64% 대 71%, p<0.001). Netherlands Adjuvant Colorectal Cancer Project에서도 II기대장암과직장암모두에서수술후 5-FU + levamisole군에서수술단독군에비해유의한 5년생존율의향상을확인할수있었다. 그러나이연구에서도각각의 subgroup 분석은이루어지지않았다. Quick And Simple And Reliable 연구 (QUASAR) 에서는대장암과직장암을대상으로하여 5-FU/LV + levamisole과수술단독군을비교하였을때 5년생존율에서유의한성적의향상을확인할수있었다 (80.3% 대 77.4%, p=0.02). 그리고재발률에있어서도유의한차이를확인할수있었다 (22.2% 대 26.2%, p=0.001). 또한 II기대장암환자에서는 adjuvant chemotherapy를받았던환자에게서사망자수의유의한감소를볼수있었다. MOSAIC 연구에서는 2246명의 II기대장암환자와 III기대장암환자를대상으로하여수술후표준 5-FU/LV 군과 5-FU/LV + Table 2. Combination chemotherapy in the adjuvant treatment of patients with colon cancer DFS (%) Trial Stage No of patients HR p 3 year Long-term follow up Mosaic LV5FU2 II/III 2, * 0.77 <0.001 FOLFOX * LV5FU2 III 1, <0.005 FOLFOX NSABP-C-07 Bolus FU/FA II/III FLOX 76.5 Bolus FU/FA III NA FLOX 72.2 CALGB-C89803 Bolus FU/FA III 1,260 Identical NA 0.80 IFL PETACC 3 LV5FU2 III 2, IF 63.3 LV5FU2 II/III 3, IF 69.6 DFS, disease-free survival; yr, year; HR, hazard ratio; MOSAIC, Multicenter international Study of Oxaliplatin/ 5-Fluorouracil/Leucovorin in the Adjuvant Treatment of Colon Cancer; LV5FU2, leucovorin plus fluorouracil de Gramont regimen; NSABP, National Surgical Aduvant Breast and Bowel Project; FOLFOX 4, oxaliplatin + leucovorin plus fluorouracil de Gramont regimen; NA, not available; CALGB, Cancer and leukemia Group B; PETACC, Pan-European Trial Adjuvant Colon Cancer; FLOX, bolus FU/FA + oxaliplatin; FA, folinic acid; IFL, FU/FA + irinotecan; IF, LV5FU2 plus irinotecan. *Disease free survival with median follow up of 56.2 months. Four-year disease-free survival. 40

36 오상철 : Current Status of Adjuvant Chemotherapy oxaliplatin (FOLFOX4) 군으로 adjuvant chemotherapy를하는경우 3년무병생존율은각각 72.9% 와 78.2% 로 (HR, 0.77; , p=0.02) FOLFOX4군이유의한성적향상을보였으며재발률에서도 23% 의감소를보였다. II기환자만을대상으로한분석에서재발률은 20% 감소하였으며 3년무병생존율은 84.3% 와 87% 로 FOLFOX4 군에서향상된성적을보였다. 이는 5-FU/LV 이외에진행성대장암에서향상된성적을보이는 oxaliplatin이 adjuvant chemotherapy에서도좋은결과를보일수있다는근거가된다. NSABP C-07 연구에서는 oxaliplatin을매주 bolus 5FU/LV에추가한경우 II기및 III기환자에서무병생존율이유의하게증가하였다. 또한 Cancer Care Ontario Program in Evidence Based Care에서도 20,317명의 II기대장암및직장암환자를대상으로 5-FU를기본으로하는 adjuvant chemotherapy군또는면역요법을시행한군과수술단독대조군간의성적을비교하였다. 연구결과 5-FU군에서통계학적으로유의하게높은성적을보이지못하였지만 adjuvant chemotherapy를받았던군에서사망률의상대적인감소를확인하였다 0.87 (0.75~1.01, p=0.07). 그러나이연구는다양한종류의 adjuvant chemotherapy를사용하여결과의해석에주의가필요하다. 과거의연구는주로 II기와 III기의대장암환자를대상으로하였으며 adjuvant chemotherapy군과대조군의작은차이를확인할수있는정도의많은환자를대상으로한연구가적었다. 대상환자에있어서도 II군과 III군이혼재되어있으며 II기대장암환자를대상으로한 subgroup 분석이이루어진논문이많지않다. 그리고실제로같은 II기대장암인경우에도병변의침범범위에따른 T3와 T4병변의다양한환자가모여이질적인 II기대장암환자군을이루고있다. 그러므로이러한이질적인환자군을대상으로유의한차이를이끌어낸다는것은쉽지않다. Merkel 등의연구에서 II기대장암인경우에예후가안좋을것으로알려진인자는수술의응급성 ( 장폐색, 천공 ), 좌측대장암, 암의침범도등이불량한예후라고결론짓고있다. 이러한불량한예후를가진 II기대장암에게 adjuvant chemotherpay의효과를입증하기위하여더많은추가연구가필요하다. 수십년동안진행성대장암의치료는 5-FU와 leucovorin이표준요법으로여겨지고있다. 최근에진행성대장암환자등에서 oxaliplatin과 irinotecan을추가한경우에유의하게생존율을증가할수있었다는보고가있다. 이러한 combination adjuvant chemotherapy가 II기및 III기대장암환자에게서재발을줄일수있는지에대한연구가있으며경구용 fluoropyrimidine인 capecitabine 등이독자적또는다른항암제와병합사용시과연효과가있는지에대한연구가시도되고있다. Cassidy 등에의하면 capecitabine과 5-FU/LV을무작위적으로환자에게투여시 capecitabine이 Mayo clinic regimen보다열등하지않은성적을보였다. Wolmark 등에의하면경구용 uracil/gegafur와 Rosewell Park regimen과비교시두 regimen은동일한효과를보였다. 이러한경구용약제를이용한치료는현재까지의연구결과를볼때최소한정주용 5-FU와 leucovorin보다는독성및투여편이성에있어서우월한것으로여겨지며효과면에서열등하지않은것으로나타났다. 그외에도 VEGF의 antibody인 bevacizumab과 EGFR antibody인 cetuximab 등을기존의항암제와병합투여시진행성대장암에서반응률과생존율을향상시킨다는연구가있다. 이러한약제를기존의항암제와병합하여 II기대장암과 III기대장암에서의 adjuvant chemotherapy의효과를검증하려는연구가진행하고있다. III기대장암환자에서 5-FU 기본병합항암요법은효과가입증되어표준요법으로인정받고있으나 II기대장암환자인경우에는논란의여지가있다. 하지만잘디자인된많은환자수를대상으로하는연구에서 II기대장암환자중에서불량한예후를하나이상가진환자를대상으로효과가있다고보고하고있다. 이러한결과들은환자에게개별적인치료를결정할때도움이될수있다. II기대장암환자에게는야기될있는독성을설명하고치료를하는경우의이득에대해서충분히설명하여동의를구한후 adjuvant chemotherapy를처방해야할것이다. Adjuvant chemotherapy의이득이있는환자를선별하는데있어서발달한분자생물학적인도구를이용할수있으며 MSI, allelic loss of 18q, Ki-67, P21, P53 등다양한예후인자를이용한연구가있으며이러한연구가임상에실제적용되기위해서는추가연구가이루어져야할것이다. Adjuvant chemotherapy는이득이증명된환자를대상으로하여야하며이를선별할수있는정교한도구가개발되어야할것이다. 아울러진행성대장암에효과가인정된신약등을이용한연구가필요하다. 41

37 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 참고문헌 1. Van Cutsem E, Dicato M, Wils J, et al. Adjuvant treatment of colorectal cancer (current expert opinion derived from the Third International Conference: Perspectives in Colorectal Cancer, Dublin, 2001). Eur J Cancer 2002;38: Taal BG, Van Tinteren H, Zoetmulder FA. Adjuvant 5FU plus levamisole in colonic or rectal cancer: improved survival in stage II and III. Br J Cancer 2001;85: Gill S, Loprinzi CL, Sargent DJ, Haller DG, Benedetti J, Francini G, Shepherd LE, Seitz JF, Labianca R, Goldberg RM. Using a pooled analysis to improve the understanding of adjuvant therapy (AT) benefit for colon cancer (CC) Proc Am Soc Clin Oncol 2003;22(abstr): O'Connell JB, Maggard MA, Ko CY. Colon cancer survival rates with the new American Joint Committee on Cancer sixth edition staging. J Natl Cancer Inst 2004;96: Mamounas E, Wieand S, Wolmark N, et al. Comparative efficacy of adjuvant chemotherapy in patients with Dukes' B versus Dukes' C colon cancer: results from four National Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project adjuvant studies (C-01, C-02, C-03, and C-04). J Clin Oncol 1999;17: Investigators IMPAoBCCTIB. Efficacy of adjuvant fluorouracil and folinic acid in B2 colon cancer. International Multicentre Pooled Analysis of B2 Colon Cancer Trials (IMPACT B2) Investigators. J Clin Oncol 1999;17: Figueredo A, Charette ML, Maroun J, et al. Adjuvant therapy for stage II colon cancer: a systematic review from the Cancer Care Ontario Program in evidence-based care's gastrointestinal cancer disease site group. J Clin Oncol 2004;22: Andre T, Boni C, Mounedji-Boudiaf L, et al. Oxaliplatin, fluorouracil, and leucovorin as adjuvant treatment for colon cancer. N Engl J Med 2004;350: R. G. Gray JB, Hills R, McConkey C, Williams N, Kerr D. QUASAR: a randomized study of adjuvant chemotherapy (CT) vs observation including 3238 colorectal cancer patients (abstract 3501). Proc Am Soc Clin Oncol 2004;23: N. Wolmark SW, Lembersky B, Colangelo L, Smith R, Pazdur R. A phase III trial comparing oral UFT to FULV in stage II and III carcinoma of the colon: results of NSABP Protocol C-06 Journal of Clinical Oncology 2004;22(14 suppl):315s 11. J. Cassidy WS, McKendrick J, Kroning H, Nowacki MP, Seitz JF, Twelves C, Van Hazel G, Wong A, Diaz-Rubio E: on behalf of X-ACT study investigators. Capecitabine (X) vs bolus 5-FU/leucovorin (LV) as adjuvant therapy for colon cancer (the X-ACT study): positive efficacy results of a phase III trial. J Clin Oncol 2004;22(14S):

38 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Pathologic Features and Prognostic Factors of Rectal Cancer after Preoperative Chemoradiotherapy 경희대학교의과대학병리학교실 김윤화 서 론 최근직장암에서수술전항암화학방사선치료 (preoperative chemoradiation therapy) 가환자의재발률을줄이고병기를낮추며, 생존율을높이는이점이있으며수술후절제한직장암에서의병리학적소견이장기치료결과와밀접한관련이있다고알려져있다. 여기에서는현재수술전에장기적인방사선치료와항암화학요법치료를한후 4~6주후수술한직장암에서의병리학적소견및종양관해등급 (tumor regression grade), 예후와관련있는병리학적인자들, 그리고수술전에항암화학방사선치료반응을예측할수있는표식자에대하여살펴보고자한다. 수술전항암방사선치료를시행한직장암의병리학적소견 1. 육안소견및병리학적검색수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서치료효과를알기위해서는병리학적검색이매우중요하다. 수술전항암화학방사선치료를받은후절제된직장암표본의육안적소견은대부분얕은궤양병변을보이거나아니면병변이전혀보이지않으면서다만장벽이딱딱하게만져지는정도이다. 그러므로종양관해등급을비롯한병리학적소견을보기위해서는세밀한육안검색과함께수술전치료를하지않은직장암표본에비하여비교적많은수의블록을넣어야한다. 아직종양조직을어느정도검사를할것인가에대하여기준은없지만일반적으로첫째로육안적으로명백하게궤양이있거나종양이있으면최소한그부위에서주변의조직을포함하여 5 mm의간격으로 4개의블록을넣고, 둘째로육안적으로종양이보이지않을때에는가장의심이되는부위, 즉일반적으로장벽이딱딱하게만져지는곳을기준으로 5 mm의간격으로잘라다검사를하여야한다. 1 그리고병리학적으로종양의완전관해를보인경우에는암세포가남아있는것을배제하기위하여추가적으로더블록을만들거나연속적으로표본을잘라서검사하여야하는데보통 10개이상의블록을만드는것을권장한다. 수술전항암화학방사선치료후절제표본에서림프절을찾는것은일반적인직장암절제표본과는달리매우어렵다. 대부분수술전항암화학방사선치료림프절의림프조직이소실되면서섬유화가되기때문에림프절의크기가작아지고또한그숫자도적어진다. 1 그러므로림프절을찾을때에는매우세밀히조사를해야한다. 43

39 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 2. 현미경적소견수술전항암화학방사선치료를받은직장암표본에서는수술전치료를하지않은표본에비하여형태학적으로다른소견을보이는데종양이있던부위는대부분소실되었고대신에표면에궤양이있고, 염증을동반하거나아니면염증반응이없는심한섬유화로대치되어있다. 또한심한종양의괴사는비교적없는편이며, 대신에점액이많이축적되며약간의암세포가있는심한점액호 (mucin pools or lakes) 를형성한다. 남아있는암세포들은심한핵의다형성및호산성의세포질을가지지만활발한유사분열은보이지않는다. 또한이종거대세포와미세석회화도보이며주변에점막의선종도보인다. 2 점액의축적, 종양괴사및섬유화된림프절은치료전에그부위에종양이있었다는것을추정할수있다. 1 Shia 등 3 은수술전항암화학방사선치료를받은직장의선암종의 30% 에서심한세포질의호산성변화를관찰하였는데이는 chromogranin에대한면역조직화학적염색에서양성반응을보여내분비세포변화라고하였고, 이런변화는치료효과가좋을수록많이관찰된다고보고하였다. 하지만 Rouzbahman 등 4 의보고에의하면이런세포질의호산성변화는전자현미경이나다른신경내분비세포에대한면역조직화학적염색에서음성반응을보여단지수술전항암화학방사선치료에의해유발된저산소증에의한변성과거기에따른구조적인변화일뿐이라고보고하였다. 병리학적으로직장내에변성이안된종양세포 (viable tumor cell) 나세포군집이보일때암세포가남아있다고진단할수있으며, 남아있는종양의병리학적병기 (ypt) 는종양세포가가장깊은곳에남아있는것을기준으로한다. 1 수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서단기간방사선치료를받은경우 13%, 장기간치료를받은경우 20~30% 에서점액양변화가관찰되는데, 이는치료를하지않은일반적인수술로절제한직장암에서 7% 에서보이는것과는차이를보인다. 5 점액양변화는 College of American Pathologists Consensus Statement 등에의하면수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서의일종의치료반응일뿐이라고하였고대부분의연구자들도병리학적으로완전관해를보이는소견이라고동일한기준을삼고있다. 섬유화가된조직내에세포가없는단지점액성분 (acellular mucin) 을갖고있는부분은종양이남아있는것이아니라치료반응의일부로생각한다. 그렇지만이런점액성분이모여있는경우에는간혹암세포가남아있을수있으므로철저하게병리학적검색을시행한다. 만약수술시동결절편검사에서절제연에이런점액성분이모여있는것이발견된경우에는암세포가보이지않는다하더라도절제연에종양이있는것으로취급하여좀더절제를하여야한다. 1 Rullier 등 5 에의하면점액양변화는수술전치료에대한병리학적으로완전관해가된반응이아니라모든종양부위를검색하고또연속적으로절편을만들어검사를하면반드시점액호안에남아있는암세포가있다고하여이런점액양변화를병기를결정하는데사용하여야한다고주장하였다. 수술전항암화학방사선치료를받은직장주위의림프절은조직학적으로전이여부를판단하기에매우어려운데이는치료를받은림프절의대부분에서섬유화조직으로대치되어있거나, 림프절내에점액성분을갖고있기때문이다. 그러므로남아있는암세포를찾기위해서철저한병리학적검색이필요하다. 암세포가없고완전히섬유화된결절이나직장주변의지방조직내에있는림프관내에암세포가있는경우는관해된림프절전이로취급하지않는다. Hughes 등 6 의보고에따르면 9% 에서림프절을찾을수없었다고하였고최소기준인 12개를채우는것은거의불가능하다고하였고대부분은 5개정도의림프절을찾을수있다고하였다. 3. 종양관해등급체계 (Tumor regression grading system) 프랑스의 Mandard 등 7 이수술전항암화학방사선치료를받은식도암을대상으로종양의관해정도에따라 5가지로분류하였다 (Table 1). 그들은림프절전이에도같은등급체계를사용하였으며, 육안소견만으로는정확하게어느정도종양이남아있는지를판단할수없다고하였다. 또한종양관해등급과림프절전이여부가무병생존율과통계학적으로의의가있다고보고하였다. 1997년독일의 Dworak 등 1 이 Mandard의종양관해등급을 44

40 김윤화 : Pathologic Features and Prognostic Factors of Rectal Cancer after Preoperative Chemoradiotherapy Table 1. Mandard's histologic tumor regression grades Grade 1 (complete regression): absence of histologically identifiable residual cancer and fibrosis extending through the different layers of the esophageal wall, with or without granuloma Grade 2: presence of rare residual cancer cells scattered through the fibrosis Grade 3: increase in the number of residual cancer cells, but fibrosis still predominated Grade 4: residual cancer outgrowing fibrosis Grade 5: absence of regressive change Table 2. Dworak's tumor regression grade (TRG) system Grade 0: no regression Grade 1: dominant tumor mass with obvious fibrosis and/or vasculopathy Grade 2: dominantly fibrotic changes with few tumor cells or groups (easy to find) Grade 3: very few (difficult to find microscopically) tumor cells in fibrotic tissue with or without mucous substance Grade 4: no tumor cells, only fibrotic mass (total regression or response) 이용하여처음으로수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서남아있는종양의크기, 섬유화정도, 방사선조사후혈관의변화, 그리고종양주위의염증반응을기준으로하여 5가지의종양관해등급을보고하였다 (Table 2). 그후 Dworak의등급체계와비슷한일본의등급체계 8 가보고되었지만일본에서는수술전항암화학방사선치료를하지않는경향이많으므로널리사용되고있지않다. Wheeler 등 9 이 5가지로분류된등급체계가복잡하고주관적이기때문에간단한 3가지의종양관해등급을보고하였지만, 육안적소견을포함하였기때문에부정확하다. 직장암에서종양관해등급을평가하는표준화된체계를사용하면각각의연구진사이에비교를할수있고또한불량한예후인자를가진환자들을파악하여추가로보조치료를시행할수있다. 현재우리나라를비롯하여유럽에서는 Dworak의종양관해등급체계가비교적재현성이높고자세하며분류하기도편하기때문에많이사용하고있는데최근소화기병리연구회에서도이등급체계를사용하기로하였다. 미국에서보고된논문들을보면대부분종양관해등급을사용하지않고종양세포가얼마나없어졌는가에따라각자사용하고있는데대부분 95% 이상에서암세포가보이지않을때를 near-complete response, 100% 에서종양세포가보이지않을때를 complete response로표시한다. 수술전항암화학방사선치료를받은직장암환자에서수술전에내시경이나조직검사로이런작은암세포가남아있는가를판단하는것은거의불가능하다. 또한수술전항암화학방사선치료를받은직장암표본에서다양한종양관해등급을볼수있는데이는항암화학방사선치료에대한각각의종양에따른민감도에기인하며이를수술전에판단한다는것은거의불가능하다. ypt0인경우에는그냥보고하지말고반흔이있는종양이있었던부위로의심되는곳을다블록을만들어검사하고, 여러장의조직을보고혹시라도아주작은암세포가남아있는지철저히조사하여야한다. Wheeler 등 9 은수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서의 down-staging을판단할때일반적으로 yt 병기와 yn병기만을사용하는데이는부적절한기준이라고하였는데, 예를들면같은 yt3라도정상적인점막과심한섬유화를보이지만장막하층에현미경적으로작은암세포가남아있는경우는분명히항암화학방사선치료에반응이좋은것이고, 육안적으로근육층을뚫고나간커다란종양을형성한 yt3와비교하였을때더좋은예후를보일것이라고하였다. 또한, down-staging은종양의완전또는부분관해를보일수있다. 수술전에 T3 또는 T4 때방사선치료후 T2로 down-staging 되었다하더라도병리학적으로종양의관해가적다면이는방사선치료에잘듣지않는것이다. Losi 등 10 은그렇기때문에 yptnm 병기외에종양관해등급을사용하는것이정확한치료효과를판정하는데도움이된다고하였다. 45

41 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer 수술전항암화학방사선치료를시행한직장암에서의예후와관련된인자들 오직병리학적평가만이수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서의치료의반응을결정하는데사용된다 종양관해등급병리학적완전관해 (pathological complete response) 는절제된장기에서살아있는암세포가완전히없어야한다고정의하였고암세포가없는점액호만보이는경우에도병리학적으로완전관해되었다고한다. 아직장기추적결과어떤경우에좋은예후를보이는가에대한무작위조사는아직시행된적이없으며, 또한이런종양관해정도를평가하는표준화된병리학적기준이없는실정이다. 3등급으로분류하는것이더욱재현성이높다고주장하는보고 12 도있지만많은연구에서특히유럽의보고들은 Dworak's TRG 4 (complete tumor regression) 인경우에병리학적완전반응 (complete pathologic response) 으로정의를내린다. 11 대한소화기병리연구회에서는병리학적완전관해를 Dworak TRG 4를보이는것외에도 pn0인경우, 즉 ypt0n0인경우로정의하였다. 병리학적으로완전관해를보이는경우는 3~27% 로알려져있는데 Hartley 등 13 이기존의 52개의문헌에보고된것들을정리하였는데 3,157명의환자중 13.5% 에해당하는 428명에서완전관해를보였다고하였다. 이런관해율의차이는수술전항암화학방사선치료방법의차이에기인하는데, 즉함암화학요법제, 방사선조사량, 수술전항암화학방사선치료와수술사이의기간등에기인한다고알려져있다. 일반적으로대부분의보고에서병리학적관해가국소재발과생존율을예측할수있는인자라고보고하였다. 14 Rodel 등 15 은 Dworak's TRG 4에서 86%, TRG %, TRG % 로 5년무병생존율을보여통계학적으로의의가있다고하였고, Rosi 등 10 은수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서 TRG과 3년무병생존율을조사한결과 TRG 4,3,2,1,0에서각각 100, 85, 82, 66, 그리고 33% 의 3년무병생존율을보여 TRG 가중요한예후인자라고보고하였다. 2. ypt와 ypn Rodel 등 15 은병리학적 T와 N 병기가무병생존율을예측할있는가장중요한인자라하였다. 수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서림프절의전이가있는경우전이가없는경우보다재발률이현저하게증가하며, 8 Kim 등 16 은수술전항암화학방사선치료를받은직장암조직에서 pt 분류가림프절의전이여부를예측할수있는믿을만한지표라고하였는데전체 282예중 87예인 30.9% 에서림프절의전이가있었는데이중 ypt0 때 2.2%, ypt1인경우 7.7%, ypt2일때 16.9%, ypt3에서는 49.3%, 그리고 ypt4에서는 42.9% 의림프절전이가있었다. 또한림프절전이는 Dworak 종양관해등급이높을수록비례하여감소하였는데 TRG 1에서 62.3%, TRG 2일때 31.4%, TRG 3에서는 16.1%, 그리고 TRG 4일때 2.2% 에서림프절전이가있다고보고하였다. TRG 4일때림프절의전이는 0~17% 까지다양하게보고되었는데이는얼마나철저히림프절검사를하였는가에기인한다 Fietkau 등 19 은오직수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서병리학적으로림프절전이여부만이중요한예후인자라고주장하였고 ypn2인경우에는수술후항암화학요법이필요하다고하였다. 3. ytnm 병기 최근 Chan 등 20 은수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서 TNM 병기에따라 5 년생존율을비교하 46

42 김윤화 : Pathologic Features and Prognostic Factors of Rectal Cancer after Preoperative Chemoradiotherapy 였는데 stage 0일때 97%, stage 1일때 88%, stage 2에서는 74%, stage 3인경우 44%, 그리고 stage 4일때 0% 의 5년생존율을보여 TNM 병기가재발률과생존율을평가하는강력한지표라고하였다. 4. 절제연, 특히 circumferential margin (CRM) Mawdsley 등 21 에의하면수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서 CRM에종양이없던경우는국소재발률은 10% 인반면종양이있던경우는 62% 였으며, 원격전이는 CRM (-) 에서는 29%, CRM (+) 에서는 75% 였다. 또한 3년간무병률과 3년생존율은 CRM (-) 가각각 52% 와 62% 인반면, CRM (+) 인경우는 9% 와 25% 를보여 CRM이중요한예후인자라고보고하였다. 또한 Luna-Perez 등 22 에의하면 CRM의침범여부를 2 mm로기준을잡았을때, CRM(-) 인경우에는재발률과 5년생존율이각각 8% 와 81% 인반면 CRM (+) 에서는각각 16% 와 42% 로 CRM 침범여부가재발과생존율에매우밀접한관련이있다고하였다. 5. 점액성변화점액양변화는 College of American Pathologists Consensus Statement 등에의하면수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서의일종의치료반응일뿐이라고하였고대부분의연구자들도동일한기준을삼고있다. Rosi 등 10 에의하면 TRG 3과 4에서점액호 (mucin lakes) 가자주관찰되는데이는재발률과는관련이없다고하였다. 섬유화가된조직내에세포가없는단지점액성분 (acellular mucin) 을갖고있는부분은잔존종양이있는것이아니라치료반응의일부로생각한다. 그렇지만이런점액성분이모여있는경우에는간혹암세포가남아있을수있으므로철저하게병리학적검색을시행하여야한다. 최근 Rullier 등 5 에의하면수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서 20% 에서점액양변화가관찰되는데 down-staging이된경우의무병생존율이 80% 이고, down-staging이안된경우가 54% 인반면에이런점액양변화가있는경우는 64% 로중간정도의생존율을보였다고하여이런점액양변화가있는경우에없는경우보다예후가나쁘다고주장하였다. 6. 그밖의예후와관련된병리학적소견들수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서림프혈관침윤이보인경우재발률이현저하게증가하였다는보고가있으며, 8 Shia 등 2 은염증이동반되지않은섬유화된기질에서염증이동반된예보다더자주재발을하며, 표면에궤양이없을때재발을하는경우가많다고기술하였다. Benzoni 등 23 은주변지방조직내로종양이침윤한경우수술전항암화학방사선치료를받아서조직이위축이되었을것으로판단하여근육층의맨아래부위에서부터 4 mm를기준으로하여 4 mm를넘게침윤한경우에예후가나쁘다고보고하였다. Chmielik 등 24 에의하면수술전항암화학방사선치료를받은직장암에서 10% 에서원위부에장벽내전파 (distal intramural spread) 가 5 mm를넘는다고보고하였다. 그렇기때문에임상적으로완전관해가추정되는경우에는점막반흔이나장벽에서딱딱하게만져지는곳보다좀더원위부로절제를해야한다고하였고, 또한비연속성으로원위부의장벽내전파가간혹관찰이되므로원위절제연은여러절편을넣어야만절제연이침범되는것을피할수있다고하였다. 수술전항암화학방사선치료반응을예측할수있는표식자 현재수술전항암화학방사선치료를받은환자들에서 total mesorectal excision을하는것이직장암환자의생존을높이는것으로알려져있다. 수술후환자의예후를판단하데가장중요한것은모든종양세포가완전히소멸된병리학적완전관해이다. 그렇지만치료전에과연어떤환자가완전관해를보일수있는가를판단하는방법은아직까지없다. 최근 Smith 등 25 의종설에서보면수술전에시행한생검조직에서 p53, Bcl2, 47

43 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Bax, MSI 등을포함한 54개유전자에대한면역조직화학적검사에서임상적으로완전관해를예측할수있는표식자는없다고하였다. 하지만최근 Chang 등 26 은완전관해가된군에서부분관해가된군보다 Bax 면역염색이통계학적으로의의가있게높게발현되어, 항암화학방사선치료에대하여아프토시스가중요한역할을한다고보고하였다. 참고문헌 1. Dworak O, et al. Pathological features of rectal cancer after preoperative radiochemotherapy. Int J Colorect Dis 1997;12: Shia J, et al. Patterns of morphologic alteration in residual rectal carcinoma following preoperative chemoradiation and their association with long-term outcome. Am J Surg Pathol 2004;28: Shia J, et al. Increased endocrine cells in treated rectal adenocarcinomas: a possible reflection of endocrine differentiation in tumor cells induced by chemotherapy and radiotherapy. Am J Surg Pathol 2002;26: Rouzbahman M, et al. Rectal adenocacinoma with oncocytic change: possible relationship to pre-operative chemoradiotherapy. J Clin Pathol 2006; Epub 5. Rullier A, et al. Impact of colloid response on survival after preoperative radiotherapy in locally advanced rectal carcinoma. Am J Surg Pathol 2005;29: Hughes R, et al. Can pathological complete response in the primary tumour following pre-operative pelvic chemoradiotherapy for T3-T4 rectal cancer predict for sterilization of pelvic lymph nodes, a low risk of local recurrence and the appropriateness of local excision? Int J Colorectal Dis 2006;21: Mandard A, et al. Pathologic assessment of tumor regression after preoperative chemoradiotherapy of esophageal carcinoma: Clinicopathologic correlations. Cancer 1994;73: Japanese Society for Cancer of the Colon and Rectum, Japanese classification of colorectal carcinoma, 1st English ed. Kanehara & Co, Tokyo, Wheeler JMD, et al. Quantification of histologic regression of rectal cancer after irradiation: a proposal for a modified staging system. Dis Colon Rectum 2002;45: Rosi L, et al. Prognostic value of Dworak grade of regression (GR) in patients with rectal carcinoma treated with preoperative radiochemotherapy. Int J Colorectal Dis 2006, Epub 11. Benzoni, et al. Instrumental clinical restaging, pathological evaluation, and tumor regression grading: how to assess the response to neoadjuvant chemoradiotherapy for rectal cancer. Int J Colorectal Dis 2006; Epub 12. Ryan R, et al. Pathological response following long-course neoadjuvant chemoradiotherapy for locally advanced rectal cancer. Histopathology 2005;47: Hartley A, et al. Pathological complete response following pre-operative chemoradiotherapy in rectal cancer: analysis of phase II/III trials. Br J Radiol 2005;78: Bouzourene H, et al. Importance of tumor regression assessment in predicting the outcome in patients with locally advanced rectal carcinoma who are treated with preoperative radiotherapy. Cancer 2002;94: Rodel C, et al. Prognostic significance of tumor regression after preoperative chemoradiotherapy for rectal cancer. J Clin Oncol 2005;23: Kim DW, et al. Is T classification still correlated with lymph node status after preoperative chemoradiotherapy for rectal cancer? Cancer 2006;106: Read TE, et al. Neoadjuvant therapy for rectal cancer: histologic response of the primary tumor predicts nodal status. Dis Colon Rectum 2004;47: Vecchio FM, et al. The relationship of pathologic tumor regression grade (TRG) and outcomes after preoperative therapy in rectal cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2005;62: Fietkau R, et al. Postoperative chemotherapy may not be necessary for patients with ypn0-category after neoadjuvant chemoradiotherapy of rectal cancer. Dis Colon Rectum 2006;49: Chan AKP, et al. Posttreatment TNM staging is a prognostic indicator of survival and recurrence in tethered or fixed rectal carcinoma after preoperative chemotherapy and radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2005;61: Mawdsley S, et al. Can histopathologic assessment of circumferential margin after preoperative pelvic chemora- 48

44 김윤화 : Pathologic Features and Prognostic Factors of Rectal Cancer after Preoperative Chemoradiotherapy diotherapy for T3-T4 rectal cancer predict for 3-year disease-free survival? Int J Radiat Oncol Biol Phys 2005;63: Luna-Perez P, et al. Prognostic significance of circumferential margin involvement in rectal adenocarcinoma treted with preoperative chemoradiotherapy and low anterior resection. J Surg Oncol 2005;90: Benzoni E, et al. Prognostic value of tumour regression grading and depth of neoplastic infiltration within the perirectal fat after combined neoadjuvant chemoradiotherapy and surgery for rectal cancer. J Clin Pathol 2006; 59: Chmielik E, et al. Distal intramural spread of rectal cancer after preoperative radiotherapy: the result of a multicenter randomized clinical study. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2006;65: Smith FM, et al. Pathological and molecular predictors of the response of rectal cancer to neoadjuvant radiochemotherapy. Eur J Surg Oncol 2006;32: Chang et al. Bax, a predictive marker for therapeutic response to preoperative chemoradiotherapy in patients with rectal carcinoma. Hum Pathol 2005;36:

45 제 1 차 Consensus Conference: Colorectal Cancer Molecular Markers in Treatment Decision 연세대학교의과대학암센터, 암전이연구센터 라선영 서 론 유전체학을포함한생물학과다양한기법의발달로약제개발뿐아니라약제선정에도맞춤치료기법이도입되고있다. 체내의복잡한약동학및약역학적기전의결과로약제의효과는사람마다다르고예측하기어렵다. 특히 therapeutic window가좁은항암제의경우는각개인의특성에맞는효과적인약제를찾는것도중요하지만그에못지않게환자들이충분히약을사용하고삶의질을향상시킬수있는부작용이적은약제선정이필수적이다. 더욱이대장암의경우발생빈도가증가하는것뿐아니라 5-fluorouraci/leucovorin 이외에특별한약이없던 10여년전과비교하여, irinotecan과 oxaliplatin을포함한새로운약제들의개발로치료법의선택의폭이넓어진현재는환자상태에따른적절한약제선정이매우중요하게되었다. 분자생물학적인방법이도입되기전에는임상자료에근거한시도로, 병기, 환자의 performance, comorbidity와장기의기능에따라약제를선정하고자하였으나그결과는매우제한적이었다. 최근다수의특이유전자의발현또는돌연변이에따라그효과및부작용을예측하는 pharmacogenomics/pharmacogenetics가발달함에따라개인맞춤치료에한걸음다가간듯하다. 본연제에서는장암의항암제로인정되고있는 cytotoxic agent (5-fluorouracil, irinotecan, oxaliplatin, capecitabine) 들을대상으로진행중인 pharmacogenomics/pharmacogenetics 연구의결과들에대하여논의하고자한다. 50 (K. Giacomini, UCSF)