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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 53(3); 2010 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 2010;53(3): 153-158.
doi: https://doi.org/10.3342/kjorl-hns.2010.53.3.153
Expression of Bcl-2, Bax and p27 in Patients with Papillary Thyroid Cancer with or without Lymph Node Metastasis.
Sung Jin Lee, Sung Min Jin, Sang Hyuk Lee, Jang Ok Yeo, Seon Uk Lee, Jin Hee Sohn, Seung Wan Chae, Dong Hoon Kim
1Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Kangbuk Samsung Hospital, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea. entlsh@hanmail.net
2Department of Pathology, Kangbuk Samsung Hospital, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea.
갑상선 유두상암에서 림프절 전이 유무에 따른 Bcl-2, Bax 및 p27의 발현양상
이성진1 · 진성민1 · 이상혁1 · 여장옥1 · 이선욱1 · 손진희2 · 채승완2 · 김동훈2
성균관대학교 의과대학 강북삼성병원 이비인후과학교실1;병리과학교실2;
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
The aim of this study was to investigate the relationship between the expression of Bcl-2, Bax, p27 and lymph node metastasis (LNM) in papillary thyroid cancer (PTC).
SUBJECTS AND METHOD:
The thyroid tissue samples were obtained randomly from the department of pathology at Kangbuk Samsung Hospital. The specimens were from 72 patients, comprising 25 patients with thyroid nodular hyperplasia (TNH), 23 PTC without LNM, and 24 PTC with LNM between January 2006 and May 2008. Immunohistochemical staining for Bcl-2, Bax, and p27 was performed, and quantified blindly by three pathologists who had no clinical information of the patients. Immunohistochemical expression was scored as high (>25% of cells stained) or low (0-25%).
RESULTS:
Expression of Bcl-2 was scored as high for 1 (4%) TNH, 3 (13%) PTC without LNM and 4 (17%) PTC with LNM cases. Expression of Bax was scored as high for 0 (0%) TNH, 9 (39%) PTC without LNH and 16 (67%) PTC with LNM cases. Expression of p27 was scored as high for 13 (52%) TNH, 12 (52%) PTC without LNM and 13 (54%) PTC with LNM cases. Expression of Bax in the PTC with LNM group was scored higher than TNH (p<.01) and PTC without LNM (p<.05). There was no statistically difference in the immunoreactivity for Bcl-2 and p27 among the three groups. However, some positive expressions of p27 were noted at the cytoplasm of the PTC.
CONCLUSION:
Our results suggest that immunohistochemical analysis of Bax may be helpful in the diagnosis of PTC and in the evaluation of lymph node metastatic potential in PTC.
Keywords: Papillary carcinomaLymph nodesBaxBcl-2p27

Address for correspondence : Sang Hyuk Lee, MD, Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Kangbuk Samsung Hospital, Sungkyunkwan University School of Medicine, Saemunan-gil, Jongno-gu, Seoul 110-746, Korea
Tel : +82-2-2001-2269, Fax : +82-2-2001-2273, E-mail : entlsh@hanmail.net

서     론


  
내분비계 악성종양 중 가장 흔한 갑상선 유두상암은 전체 갑상선암 중에서 80%를 차지하며 최근 들어 유병률이 급격하게 증가하고 있다.1) 갑상선 유두상암은 수술과 방사선 요오드치료에 좋은 반응을 보여 대체적으로 매우 양호한 예후를 보이지만 진단시 23
~56% 정도에서 림프절을 침범하며 원격전이를 하는 공격적인 임상양상을 보일 수 있다.2) 현재 갑상선 유두상암에서 예후에 영향을 미치는 인자로 환자의 나이, 성별, 종양의 크기, 혈관과 림프절의 침범, 원격전이 등이 사용되고 있다.3) 최근 이러한 임상적인 인자들 외에 좀 더 객관적인 분자 생물학적 표지자에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있으며 갑상선암 이외의 다양한 장기의 종양에서는 활발한 연구가 이루어지고 있으나 갑상선암에서는 비교적 드물게 이루어지고 있으며 발현양상이 갖는 연관성이나 의미에 대해선 아직 논란이 많은 상태이다.4)
   Bcl-2 family는 세포고사(apoptosis) 과정의 중요한 조절인자로 그 중에서 Bcl-2는 세포고사를 지연시키는 anti-apoptotic 유전자이고 Bax는 세포고사를 촉진시키는 pro-apoptotic 유전자로 알려져 있다. Moore 등5)은 Bcl-2의 발현 비율이 갑상선암과 양성 갑상선 질환 간에 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 암의 분화도가 낮거나 림프절 전이가 있는 경우에 발현 비율이 높다고 보고하였으며, Hermann 등6)은 갑상선 유두상암에서 세포고사에 관여하는 Bcl-2, Bax가 발현 비율이 높다고 보고하였고, Karlidag 등2)은 Bax 발현이 갑상선 유두상암에서 양성 갑상선 질환에 비해 통계적으로 유의하게 높으나 림프절 전이 유무에는 큰 차이를 보이지 않는 것으로 보고하였다. 하지만 그 의미에 대해서는 아직 논란이 많은 상태이다. 세포의 증식과 분화의 조절은 세포성장 자극인자와 억제인자의 균형에 의해 이루어지는데 암은 세포증식 및 성장 조절기전의 실조로 인해 형질변환이 일어나 변이세포가 비가역적으로 증식하게 되어 발생한다고 알려져 있다.7) p27은 종양억제 유전자로 알려져 있으며 Resnick 등8)은 분화도가 낮고 전이된 갑상선암에서 p27의 발현 비율이 낮다고 보고하였으며, Tsujimoto 등9)은 갑상선암에 비해 양성 갑상선 질환에서 발현 비율이 높다고 보고하였고, Karlidag 등2)은 p27의 발현이 갑상선 유두상암 특히 림프절 전이가 있는 경우 양성 갑상선 질환에 비해 통계적으로 유의하게 낮았다고 보고하였다.
   본 연구에서는 면역조직화학 염색을 통해 갑상선 선종성 증식증 환자군, 경부 림프절 전이가 존재하지 않는 갑상선 유두상암 환자군, 경부 림프절 전이가 존재하는 갑상선 유두상암 환자군에서 Bcl-2, Bax, p27의 발현 정도를 비교하여 갑상선 유두상암에서 림프절 전이와 상기 인자와의 연관성을 알아보고자 본 연구를 시행하였다. 

대상 및 방법

대  상
   2006년 1월부터 2008년 5월까지 본원 이비인후-두경부외과에서 갑상선 수술을 받았던 갑상선 선종성 증식증 47예, 경부 림프절 전이가 존재하지 않는 갑상선 유두상암 68예, 경부 림프절 전이가 존재하는 갑상선 유두상암 50예의 환자 중에서 조직의 파라핀 보관상태가 양호하고 추적관찰이 가능했던 환자를 각각의 군에서 임의적으로 선별하여 갑상선 선종성 증식증 25예, 경부 림프절 전이가 존재하지 않는 갑상선 유두상암 23예, 경부 림프절 전이가 존재하는 갑상선 유두상암 24예를 연구 대상으로 하였다. 갑상선 선종성 증식증 환자군의 남녀비는 2:23이었고 평균연령은 46.3세였다. 경부림프절 전이가 존재하지 않는 군의 갑상선 유두상암 환자군은 남녀비가 6:17, 평균연령은 47.8세, 갑상선 피막 외 침범이 2예, 종양의 크기가 ≥4 cm인 경우가 1예였고, 경부 림프절 전이가 존재하는 갑상선 유두상암 환자군은 남녀비가 6:18, 평균연령은 48.3세, 갑상선 피막 외 침범이 15예, 종양의 크기가 ≥4 cm인 경우가 18예였다. 성별과 연령에서는 세군 간에 유의한 차이를 보이지 않았지만, 경부 림프절 전이가 존재하는 갑상선 유두상암 환자군에서는 갑상선 피막 외 침범과 종양의 크기가 ≥4 cm 경우가 통계적으로 유의하게 많았다(Table 1).

방  법

면역조직화학적 염색
  
수술시 적출되어 파라핀 포매되어 보관중인 종양조직을 면역조직화학적 염색을 위해 10% 중성 포르말린에 고정한 후 4 μm 두께로 박절하여 연속절편으로 만들어 silanized slide(Dako, Produktionsvej, Denmark)에 부착시켰고, Xylene에 각각 10분간씩 3회 담가 탈파라핀화 과정을 거친 후 100%, 90%, 80%, 70% 에탄올에 3분간씩 처리하여 함수과정을 거쳤으며 내인성과산화효소의 활성을 억제하기 위하여 메탄올-과산화수소 용액(100% methanol 160 mL+30% H2O2 4 cc)에 10분간 처리하였다. pH 9.0의 Tris/EDTA 완충액으로 5분간 3회 세척하였고 각각의 슬라이드는 pH 6.0 sodium citrate 완충액에 충분히 잠기게 하여 microwave oven에서 20분간 가열하였다. 상온에서 PBS용액에 20분간 방치하여 냉각한 후 각 단백에 대한 일차 항체를 반응시켰는데 Bcl-2에 대한 일차항체는 mouse monoclonal antibody인 Anti-Human BCL-2 oncoprotein(Dako, Produktionsvej, Denmark)를 1:100으로 희석하여 사용하였고, Bax에 대한 일차항체는 mouse monoclonal antibody인 Bax(Ab-1)(Thermo Scientific, Rockford, IL, USA)를 1:50으로 희석하여 시행하였고, p27에 대한 항체는 mouse monoclonal antibody인 p27(Ab-1)(NeoMarkers, Fremont, CA, USA)를 1:50으로 희석하여 각각 37℃에서 30분동안 반응하였다. 그 후 streptoavidin-biotin complex(Visionbiosystems bondTM, Bond polymer intense detection kit, Vision Biosystem, Australia)와 결합된 이차항체를 가하고 37℃에서 8분간 반응시킨 후 발색제로는 3,3-diamino-benzidine-tetra-hydrochloride(DAB; Dako LSAB+kit, Denmark)를 반응시켜 세척하였으며 Meyer's hematoxylin으로 대조염색을 실시하여 광학현미경하에 관찰하였다.

면역조직화학적 염색의 결과 판정
  
염색결과의 판독은 3명의 병리전문의에 의하여 과거의 조직병리학적, 임상적 정보없이 시행되었으며 40배, 100배, 400배 광학현미경 소견하에서 판독하였다. Bcl-2와 Bax는 검경 시야에서 세포질 내에서 분명한 갈색의 반응을 보일 때, p27은 핵 안에 분명한 갈색의 과립성 반응을 보일 때 의미 있는 것으로 판독하였다. 염색 결과의 판정은 갈색으로 염색되는 세포가 종양세포의 10% 미만일 때를 0, 10
~25%인 경우 +1, 26~49%인 경우 +2, 50% 이상의 세포에서 염색이 된 경우를 +3으로 판정하여 4등급으로 구분하였다. 3명의 병리 전문의는 개별적으로 전체 환자 슬라이드에 대한 판독을 4등급에 맞춰 시행을 하였고, 판독된 결과를 비교하여 서로 다른 판독결과를 보이는 환자의 슬라이드에 대해서는 재판독을 시행하였다. 통계학적인 비교 분석을 위해 염색 결과의 판정을 두 개의 군인 0, +1을 약양성 발현군(low), +2, +3을 강양성 발현군(high)으로 구분하였다.
   통계적 분석은 SPSS for Windows, version 12.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하였으며 Bcl-2, Bax 및 p27에 대한 염색반응의 정도가 각 실험군 간에 어떠한 유의한 차이를 보이고 있는가를 파악하기 위해 Chi-square test 및 Fisher exact test를 시행하였고, 유의수준은 p<0.05로 정하였다. 

결     과

Bcl-2의 발현율
  
갑상선 선종성 증식증군에서는 25예 중 24예(96%)에서 약양성 발현(low)을 보였고 1예(4%)만이 강양성 발현(high)을 보였다. 갑상선 유두상암군에서는 47예 중 7예(15%)가 강양성 발현을 보였다(Fig. 1). 경부림프절 전이가 없는 갑상선 유두상암군에서는 23예 중 20예(87%)가 약양성 발현, 3예(13%)가 강양성 발현을 보였다. 경부 림프절 전이가 있는 갑상선 유두상암군에서는 24예 중 20예(83%)가 약양성 발현, 4예(17%)에서 강양성 발현을 보였다. 갑상선 선종성 증식증군과 갑상선 유두상암군(p=0.158)에서와, 갑상선 유두상암군에서 경부림프절 전이 유무에 따른 Bcl-2 발현(p=0.525)은 통계적으로 유의한 차이가 없었다(Table 2).

Bax의 발현율
  
갑상선 선종성 증식증군에서는 모든 조직에서 강양성 발현이 보이지 않았지만, 갑상선 유두상암군에서는 47예 중 25예(53%)에서 강양성 발현을 보였다(Fig. 2). 경부 림프절 전이가 없는 갑상선 유두상암군에서는 23예 중 14예(61%)가 약양성 발현, 9예(39%)에서 강양성 발현을 보였고, 경부 림프절 전이가 있는 갑상선 유두상암군에서는 24예 중 8예(33%)가 약양성 발현, 16예(67%)에서 강양성 발현을 보였다. 갑상선 선종성 증식증군과 갑상선 유두상암군 간에 강양성 발현율이 갑상선 유두상암군에서 통계적으로 유의하게 높았으며(p<0.01), 갑상선 유두상암 군에서는 경부림프절 전이가 있는 경우 강양성 발현이 통계적으로 유의하게 높게 나타났다(p<0.05)(Table 2).

p27의 발현율
  
갑상선 선종성 증식증군에서는 25예 중 12예(48%)가 약양성 발현을 보였고 13례(52%)가 강양성 발현을 보였다. 갑상선 유두상암군에서는 47예 중 25예(53%)의 강양성 발현을 보였다. 경부 림프절 전이가 없는 갑상선 유두상암군에서는 23예 중 11예(48%)가 약양성 발현, 12예(52%)에서 강양성 발현을 보였고, 경부 림프절 전이가 있는 갑상선 유두상암군에서는 24예 중 11예(46%)가 약양성 발현, 13예(54%)에서 강양성 발현을 보였다. 갑상선 선종성 증식증군과 갑상선 유두상암군 사이에 p27의 발현과(p=0.560), 갑상선 유두상암군에서 경부 림프절 전이 유무에 따른 p27 발현에서(p=0.562) 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다(Table 2). 그러나 일부에서 p27이 세포질 부위에서 염색되는 것이 관찰되었으며 이는 갑상선 유두상암 군에서만 관찰이 되었다(Fig. 3). 전체 갑상선 유두상암군 47예 중 13예(28%)에서 이러한 세포질 염색이 관찰되었으며, 경부 림프절 전이가 없는 군에서는 23예 중 7예(30%), 경부 림프절 전이가 있는 군에서는 24예 중 6예(25%)에서 관찰되었다. 

고     찰

   세포는 괴사(necrosis)와 고사(apoptosis)과정에 의하여 소실되며, 정상조직의 경우는 세포의 증식과 소실간의 수적 평형이 유지된다. 세포의 증식력이 증가하거나 사멸이 감소하게 되면 세포의 수적 증가가 이어져 종양을 형성할 수 있다. Bcl-2는 세포고사에 관여하는 중요한 인자이며 Bcl-2 계열인 다른 유전자에 의해 조정되는데 즉, Bax, Bad는 Bcl-2의 활동을 억제시켜 세포고사를 촉진시키고 Bcl-xl은 Bcl-2의 활동을 증가시켜 세포고사를 억제한다.9) Bcl-2 유전자가 과발현되면 세포고사를 억제하여 세포 수명을 연장시킴으로써 세포로 하여금 성장 및 증식 암유전자나 종양억제유전자와 같은 암유전자로부터 추가적인 영향을 받을 수 있는 기회를 증가시켜 악성 형질전환이 용이하게 한다.10)
   Bcl-2 유전자는 혈액종양 이외에도 폐암, 유방암, 전립선암, 결장직장암 등은 물론 정상적인 여러 조직에서도 발현된다고 알려져 있다.11) Sheu 등12)은 비인두에서 Bcl-2의 발현 정도가 정상, 이형성, 암조직 순으로 높았으며 이는 다단계 발암과정 중 발생 초기에 중요한 역할을 할 것이라고 보고하였으나, Kikuchi 등13)은 대장을 대상으로 한 연구에서 Bcl-2 지수가 용종, 악성 종양, 선종 순으로 높게 나타나 세포고사 억제에 Bcl-2의 역할은 낮다고 하였으며 다른 종류의 조절인자에 대한 연구의 필요성을 언급하였다. 갑상선암에 대한 이전의 연구에 의하면 Moore 등5)은 Bcl-2가 갑상선 정상 조직과 갑상선암 모두에서 발현될 수 있으나 악성도가 높고 전이된 암일수록 발현 비율이 높다고 언급한 반면, Ito 등14)은 Bcl-2가 갑상선 정상조직에서도 발현은 될 수 있으나 갑상선 유두상암에서 발현 비율이 통계적으로 유의하게 낮았다는 상반된 결과를 보고하였다. 아직까지 갑상선 암 및 갑상선 이외의 암에서 Bcl-2의 역할에 대해선 보고되는 결과들이 다양하며 그 의미에 대해서도 논란이 많은 상태이다. 본 연구에서는 갑상선 선종성 증식증군과 갑상선 유두상암군 사이에서와 갑상선 유두상암군에서 경부림프절 전이 유무에 따른 Bcl-2 발현의 유의한 차이는 보이지 않았다.
   Bax는 세포고사를 촉진하는 유전자로 갑상선암 및 다른 종양에서 발현 정도에 대한 다양한 연구결과가 보고되었으며 아직까지 논란이 많은 상태이다. Krajewski 등15)은 진행된 유방암 환자에서 Bax 단백 양성률이 감소되면 약물치료의 반응성을 떨어뜨리고 생존율을 감소시킨다고 보고하였고, Ito 등16)은 구강암에서 Bax의 발현율이 증가 할수록 생존율을 증가시킨다고 보고하였다. 갑상선암에 대한 이전의 연구에서 Manetto 등17)은 분화도가 높은 갑상선암에서는 Bax 발현이 되지 않는다고 보고한 반면, Hermann 등6)은 연구에 포함된 모든 갑상선 유두상암 환자에서 Bax 발현이 관찰되었다고 기술하였다. Karlidag 등18)은 갑상선암에서 갑상선 양성 질환에 비해 발현율이 높다고 하였으나 림프절 전이 유무와는 통계학적으로는 상관관계가 없다고 보고하였다. 본 연구 결과에서는 갑상선 유두상암군이 갑상선 선종성 증식증군에 비해 강양성 발현율이 통계적으로 유의하게 높았으며, 갑상선 유두상암군에서 경부림프절 전이가 있는 경우 강양성 발현율이 높았으며 통계적으로 유의한 상관관계가 있었다. 세포의 고사를 촉진하는 Bax 단백이 양성질환에 비하여 갑상선 유두상암과 경부 림프절 전이가 있을 경우 더 강한 발현을 보였다. 이에 대해서 Hermann 등6)은 갑상선암에서 Bax 유전자의 전사 과정을 촉진시키는 물질로 알려진 p53 단백이 갑상선암에서는 정상 형태가 아닌 wild type인 변이된 형태로 과발현되어 Bax 유전자의 전사과정이 억제되는 것으로 이 현상을 설명하였고, Upreti 등19)은 과발현된 Bax 단백이 정상적인 작용을 하기 위해서는 활성화 과정이 필요하지만 반대작용을 가지는 Bcl-xL 등의 세포고사 억제 단백들에 의해 이런 활성화 과정이 억제되어 기능하지 못하는 비활성화 상태로 존재하는 것으로 이를 설명하였다. 저자들도 p53같은 세포고사를 유발하는 인자들이 변이를 일으켜 이로 인해 Bax 유전자의 전사과정이 억제되고 암발생이 진행되면서 세포고사 억제 유전자들의 발현 증가로 Bax 단백은 더욱 기능을 하지 못하는 비활성화 형태가 되는 것으로 이 현상을 이해하였다. 이런 과정의 확인을 위하여 Bax 단백의 전사 활성인자, 세포고사 억제 유전자 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
   p27은 세포주기 G1기에서 S기로 넘어가는 것을 특이적으로 억제하는 인자로 CIP/KIP family에 속하며 세포의 분열을 멈추고 분화를 촉진시킨다. 이전의 연구에서 유방암, 전립선암, 대장암, 폐암, 난소암 등에서 감소된 p27의 발현이 보고되었다. Fujieda 등20)은 구강과 구인두암 환자에 대한 연구에서 p27과 Bax단백의 발현율이 통계학적으로 유의한 양의 상관관계를 보여 p27의 세포고사에서의 연관성에 대해 언급하였다. Resnick 등8)은 갑상선암의 분화도가 낮을수록 p27의 양성 발현율 감소된다고 보고하였으며 Karlidag 등18)은 정상 갑상선 조직보다 갑상선암에서 특히 경부 림프절 전이가 있을 경우 p27의 양성 발현율이 감소한다고 보고하였다. 본 연구에서는 갑상선 선종성 증식증군과 갑상선 유두상암군, 갑상선 유두상암군에서 경부 림프절 전이 유무에 따른 두 군 간에 비교 분석시 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 그러나 p27의 핵 안에서의 양성 발현에만 관심을 가져온 이전까지의 연구와는 다르게 갑상선 유두상암군 47예 중 13예(28%)에서 p27이 세포질 부위에서 양성 발현 소견이 관찰되었다. 반면에 갑상선 선종성 증식증군에서는 세포질 부위에서 양성 발현 소견은 관찰되지 않았다. 대부분의 이전까지의 연구에서는 p27의 핵 안에서의 세포 주기조절 역할에 관심이 있었으며 세포질에서의 발현 자체가 부정되어 왔다. 하지만 유방암 및 대장직장암 등의 일부 연구에서는 p27이 인산화 과정을 세포질 내에서 일으키고 이를 위해 핵 안에서 이동이 발생한다고 보고하였다.13) 본 연구에서 p27의 세포질 발현은 갑상선 유두상암군에서 양성률 28%, 경부 림프절 전이에 따른 민감도는 25% 정도로 확인되었으나 통계적으로 의미 있는 결과는 아니었으며 앞으로 추가적인 연구가 필요하다. 
   현재 갑상선 양성종양과 악성종양의 구분, 림프절 전이 유무에 따른 수술 범위결정, 수술 후 치료 및 예후 등을 결정하는 데 도움이 될 수 있는 객관적인 지표를 찾기 위하여 여러 분자 생물학적 표지자들에 대한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 아직까지 이런 객관적인 분자 생물학적 표지자들에 대한 일치된 의견은 없으며 이는 어느 한 가지 종양 표지자가 아닌 복합적인 요소들이 암의 발생과 경부 림프절 전이, 원격 전이 등에 영향을 주기 때문인 것으로 생각된다. 본 연구에서 Bax 단백이 갑상선 유두상암군, 특히 림프절 전이가 있는 경우 강양성 발현이 통계적으로 유의하게 높게 나타나는 것으로 확인되었다. 이런 분자 생물학적 표지자들에 대한 면역조직화학적 검사가 수술 전이나 수술 중에 이루어질 수 없어 수술의 범위를 결정하는 등 즉각적으로 환자 치료에 적용되기는 어렵지만, 수술 전 세침흡인검사에 적용되어 수술의 범위를 미리 결정하거나 수술 후 종양의 생물학적 특성 및 재발 위험 정도를 판단하여 환자의 경과관찰에 도움을 줄 수 있도록 지속적인 연구가 필요하다. 


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