Altering Diet Enhances Response to Cancer Treatments in Mice

동물시험에서 식단을 바꾸면 치료 반응이 향상되었다.

September 3, 2019, by NCI Staff

2019년 9월 3일 : 국립암연구소 제공

People must eat to survive. And the cells that make up the body eat too. Or more accurately, cells break down and rebuild food into the individual molecules they need to stay alive and grow. This complex network of processes is called cellular metabolism.

사람들은 생존하기 위해 먹어야 한다. 그리고 몸을 구성하는 세포들도 먹어야 한다. 혹은 더 정확히 말하면, 세포는 음식을 분해하여 그들이 생존하고 자라는데 필요한 개별 분자로 재탄생한다. 이 복잡한 과정들의 네트워크를 세포 대사라고 부른다.

Cancer cells can alter their metabolism to survive, so targeting cancer cell metabolism has become of great interest to researchers. Questions being asked include: Is it possible to attack a tumor’s nutritional needs as part of cancer treatment? And could this be done by tweaking a cancer patient’s diet?

암세포는 살아남기 위해 자신의 신진대사를 바꿀 수 있기 때문에 암세포 대사를 표적으로 삼는 것은 연구자들에게 큰 관심거리가 되었다. 질문 대상에는 다음의 것이 포함된다. 암 치료의 일환으로 종양의 영양 요구를 공격하는 것이 가능한가? 그리고 이것이 암 환자의 식단을 조정함으로써 이루어질 수 있을까?

A new NCI-supported study suggests that the latter may be possible. In the study, researchers showed that feeding mice a diet very low in the nutrient methionine improved the ability of chemotherapy and radiation therapy to shrink tumors.

한 새로운 국립연구소의 지원 연구는 후자가 가능할 수 있다는 것을 보여준다. 이 연구에서 연구원들은 쥐에게 영양소 메티오닌이 매우 낮은 식단을 먹이니까 종양을 수축시키는 화학요법과 방사선요법의 능력을 향상시킨다는 것을 보여주었다.

When the researchers tested a low methionine diet in six healthy adults, methionine levels in their bodies fell and they experienced metabolic changes similar to those seen in the mouse studies. However, the study was not designed to test the effect of methionine restriction on cancer treatment in humans.

연구원들은 건강한 성인 6명에게 낮은 메티오닌 식단을 실험했을 때, 그들의 몸에 있는 메티오닌 수치가 떨어지고 그들은 생쥐 연구에서 보이는 것과 유사한 대사 변화를 경험했다. 그러나 이번 연구의 설계목적은 메티오닌이 인간의 암 치료에 미치는 영향을 실험하기 위한 것은 아니었다.

The concept of using specific dietary changes to enhance cancer treatment “is really at the very early stages,” said Jason Locasale, Ph.D., of Duke University, who led the new study. “And there’s not going to be one be-all, end-all diet for [treating] cancer. But these aspects of diet seem to have all kinds of really interesting effects on cancer outcomes, and we have to take them seriously.”

새로운 연구를 이끈 듀크 대학의 제이슨 로카세일 박사는 "특정한 식사의 변화를 이용해 암 치료를 강화하려는 개념은 실제로 초기 단계에 와 있다"고 말했다. "그리고 암 치료에 대한 만능식단은 없을 것이다. 하지만 식사의 이런 측면들은 암의 치료 결과에 정말 모든 종류의 흥미로운 영향을 미치는 것 같고, 우리는 그것들을 심각하게 받아들여야 한다."

A Dietary Vulnerability

한 식단에의 취약성(을 공략한다)

Methionine is an essential amino acid that plays an important role in cellular metabolism. The body cannot produce methionine from scratch, so it must come from food. Methionine is most prevalent in animal products, such as lean meat and eggs, but also can be found in lower quantities in plant sources.

메티오닌은 세포대사에 중요한 역할을 하는 필수 아미노산이다. 신체는 처음부터 메티오닌을 생산할 수 없기 때문에 반드시 음식에서 나와야 한다. 메티오닌은 살코기나 달걀과 같은 동물성 제품에서 가장 많이 분포되어 있지만, 식물성에서는 더 적은 양이 포함되어 있다.

Normal cells can also recycle methionine that has already been taken into the body, explained Michael Espey, Ph.D., of NCI’s Division of Cancer Biology, who was not involved in the study. But some cancer cells lose this ability when they mutate, he added. This means that they become completely reliant on the diet for their methionine requirements.

정상 세포는 또한 이미 체내에 흡수된 메티오닌을 재활용할 수 있다고 이 연구에 참여하지 않은 국립암연구소 암 생물학과의 마이클 에스피 박사는 설명했다. 그러나 일부 암세포는 변이를 일으키면 이러한 능력을 잃게 된다고 그는 덧붙였다. 이것은 암세포가 자신의 메티오닌 필요량을 식단에 완전히 의존하게 된다는 것을 의미한다.

Methionine is needed by cells to repair damaged DNA and reduce oxidative stress, Dr. Espey explained. So depleting methionine from cancer cells targeted by DNA-damaging therapies, such as chemotherapy or radiation therapy, “may enhance the ability of these treatments to kill the cancer cells,” he said.

정상 세포는 또한 이미 체내에 흡수된 메티오닌을 재활용할 수 있다고 이 연구에 참여하지 않은 NCI 암 생물학과의 마이클 에스피 박사는 설명했다. 그러나 일부 암세포는 변이를 일으키면 이러한 능력을 잃게 된다고 그는 덧붙였다. 이것은 그들이 그들의 필로폰 필요량을 위해 식단에 완전히 의존하게 된다는 것을 의미한다.

“Cancer researchers recognized this feature and surmised that methionine could be a potential weakness, because anything that a cancer cell has become reliant on is a good target, as long as you have some sort of treatment to attack that vulnerability,” said Dr. Espey.

에스피 박사는 "우리가 그 취약성을 공격할 수 있는 치료법이 있는 한 암세포가 의존하게 되는 것은 치료의 좋은 표적이기 때문에 암 연구자들은 이 특성을 인식하고 메티오닌이 잠재적인 약점이 될 수 있다고 추측했다"고 말했다.

In their study, Dr. Locasale and his colleagues first measured whether cutting the amount of methionine in the diet of mice could quickly reduce the amount of methionine available to cells in the body. They found that switching mice to a diet about seven times lower in methionine than normal reduced the levels in cells after 2 days.

그들의 연구에서, 로카세일 박사와 그의 동료들은 먼저 쥐의 식단에서 메티오닌의 양을 줄이는 것이 체내의 세포에 이용 가능한 메티오닌의 양을 빠르게 줄일 수 있는지를 측정했다. 그들은 메티오닌이 정상보다 약 7배 낮은 식이요법으로 쥐를 바꾸는 것이 이틀 후에 세포에서 메티오닌의 수치를 감소시킨다는 것을 발견했다.

They then fed the low methionine diet to mice carrying tumors derived from either of two types of human cancer cells. Methionine restriction alone greatly slowed the growth of tumors derived from one of the cell lines, and slowed it somewhat in tumors derived from the other cell line.

그리고 그들은 두 종류의 인간 암 세포 중 하나에서 파생된 종양을 이식한 쥐들에게 낮은 메티오닌 식단을 먹였다. 메티오닌 공급의 제한만으로도 세포 라인 중 하나에서 파생된 종양의 성장이 크게 느려졌고, 다른 세포주株에서 파생된 종양에서도 다소 느려졌다.

Enhancing Treatment Effects

치료 효과의 향상

The researchers next tested whether adding dietary methionine restriction to cancer treatments in mice could magnify the effects of those treatments.

연구원들은 다음에 쥐의 암 치료에 식이 메티오닌의 제한을 추가하는 것이 그러한 치료법의 효과를 더 크게 할 수 있는지를 실험했다.

In mice bearing tumors derived from human colorectal cancer, low doses of the DNA-damaging chemotherapy drug 5-fluorouracil (5-FU) failed to shrink the tumors. But when the mice were fed the methionine-restricted diet during 5-FU treatment, their tumors shrank. Analyses of metabolism showed that the production of molecules needed to repair DNA, which requires methionine, had been altered as expected.

사람의 대장암에서 파생된 종양을 이식한 쥐에서는 DNA를 손상시키는 화학요법 약물인 5-플루오루라실(5-FU)을 소량 투여했더니 종양을 축소시키는 데 실패했다. 그러나 5-FU 치료 중 쥐에게 메티오닌 제한 식단을 먹이자 종양이 줄어들었다. 신진대사를 분석한 결과 메티오닌을 요하는 DNA를 수리하는 데 필요한 분자의 생산량이 예상대로 변형된 것으로 나타났다.

The researchers also tested the combination of methionine restriction and radiation therapy in mice engineered to grow aggressive soft tissue sarcomas. The combination of the methionine-restricted diet plus radiation therapy slowed tumor growth by about 50% compared with the combination of a normal diet plus radiation.

연구원들은 또한 공격적인 연부 조직 육종을 성장시키도록 고안된 쥐에게 메티오닌 제한과 방사선 치료의 조합을 실험했다. 메티오닌 제한 식단과 방사선 요법의 조합은 일반 식단과 방사선 요법의 조합에 비해 종양 성장을 약 50% 둔화시켰다.

More Knowledge Needed

더 많은 지식 보강이 필요

In a proof-of-concept follow-up experiment, six healthy middle-aged adults were recruited to eat a low methionine diet for 3 weeks. The diet contained about 80% less methionine than an average normal diet. Protein was mainly supplied through a methionine-free dietary supplement. The diet also included fruits, vegetables, and refined grains, which are naturally low in methionine.

개념 증명 추적 실험에서는 건강한 중년 성인 6명을 모집하여 3주 동안 낮은 수치의 메티오닌 식단을 먹게 했다. 이 식단은 평균적인 일반 식단에 비해 약 80% 적은 메티오닌을 함유하고 있었다. 단백질은 주로 메티오닌이 없는 식이 보조제를 통해 공급되었다. 식단에는 과일과 채소, 정제된 곡류도 들어 있었는데, 이 곡물은 메티오닌이 자연적으로 적게 들어 있다.

In the human study, the low methionine diet quickly reduced the amount of the amino acid available to participants’ cells and altered the cells’ metabolism, similar to what the researchers had observed in mice fed a methionine-restricted diet.

인간 연구에서, 낮은 메티오닌 식단은 참가자들의 세포에 사용할 수 있는 아미노산의 양을 빠르게 줄였고, 연구자들이 쥐에게 먹인 메티오닌 제한 식단에서 관찰했던 것과 유사하게 (낮은 메티오닌 식사는) 세포의 신진대사를 변화시켰다.

Methionine restriction “is a potential strategy” to treat cancer, Dr. Espey said. “But more research is needed into the correct dose and timing, and the amount of restriction that’s necessary to balance the positive effects on enhancing cancer therapy versus the negative effects on the body’s normal physiology.”

에스피 박사는 메티오닌의 제한은 암을 치료하기 위한 "잠재적인 전략"이라고 말했다. "하지만 정확한 복용량과 시기, 그리고 암 치료 강화에 대한 긍정적인 효과와 신체의 정상적인 생리학에 대한 부정적인 영향의 균형을 맞추기 위해 필요한 양의 제한에 대한 더 많은 연구가 필요하다."

Among other things, methionine is needed to maintain nerve cells and muscle mass, he added. “So there could potentially be side effects of restricting methionine in the diet [in the long term].”

"무엇보다도 신경세포와 근육량을 유지하기 위해서는 메티오닌이 필요하다"고 그는 덧붙였다. "그러므로 (장기적으로) 식단에서 메티오닌을 제한하는 것은 부작용이 있을 수 있다."

“We can speculate that there’s going to be all kinds of interesting nutritional interventions that could influence cancer, but we’re nowhere near the point of really being able to prescribe these dietary interventions,” added Dr. Locasale.

로카세일 박사는 "암에 영향을 줄 수 있는 온갖 종류의 흥미로운 영양 개입이 있을 것으로 추측할 수 있지만 우리는 이런 식이요법 개입을 실제로 할 수 있는 경지에는 이르지 못했다"고 덧붙였다.

For other diseases where metabolism is known to play an important role—such as cardiovascular disease and diabetes—dietary interventions are an important part of treatment, Dr. Locasale said.

심혈관 질환이나 당뇨병처럼 신진대사가 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 다른 질병의 경우, 식이 개입은 치료의 중요한 부분이라고 로카세일 박사는 말했다.

“Over the last 10-15 years, we’ve come to understand that cancer also has a huge metabolic component to it," he continued. "Cancer cells have different nutrient requirements and different metabolic demands than normal tissue. But we have almost no knowledge of how nutrition might influence demands. We’re just starting [to learn] right now.”

그는 "지난 10~15년 동안 암에도 엄청난 대사 성분이 있다는 것을 알게 됐다"고 덧붙였다. "암세포는 일반 조직과 다른 영양소 요건과 신진대사 요구량을 가지고 있다. 그러나 우리는 영양이 수요에 어떻게 영향을 미칠지 거의 알지 못한다. 우리는 이제 막 배우기를 시작하고 있다."

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