비타민 C는 신체에서 다양한 기능을 수행하기 때문에 인간의 식단에 없어서는 안 될 미량 영양소입니다. 사실, 인간은 굴로놀락톤(L-) 산화효소가 부족하여 포도당 산화를 통해 비타민 C를 합성할 수 없는 몇 안 되는 종 중 하나입니다. 인간의 식단에서 비타민 C의 중요성은 17세기에 영국 왕립 해군 외과의사 제임스 린드가 레몬과 오렌지와 같은 감귤류를 영국 해군 선원들의 식단에 도입하여 괴혈병(장기간 비타민 C 결핍으로 인한 질병)의 발병을 줄이는 데 성공했을 때 발견되었습니다[ 1 ]. 1930년대에 알베르트 센트죄르지(1937년 노벨 의학상 수상)와 찰스 글렌 킹이 비타민 C를 분리했습니다[ 2 ]. 이 비타민은 1형 콜라겐의 프로린과 라이신 잔류물의 수산화에 보조 인자로 참여합니다. 따라서 콜라겐 형성에 필수적이며 결합 조직과 뼈 조직, 치아 상아질의 무결성을 유지하는 데 도움이 됩니다[ 3 ]. 비타민 C 섭취량이 장기간(>1개월) 10mg/d 미만인 경우 상처 치유 실패, 소량의 출혈, 잇몸 출혈, 각화증 및 기타 전신 및 피부과적 상태가 발생합니다[ 4 , 5 , 6 , 7 , 8 ].

20세기 후반부터 Pauling과 Cameron의 선구적 연구는 비타민 C를 암 예방 및 치료에 유용한 약제로 제안했습니다[ 9 , 10 , 11 ]. 이 연구에서 비타민 C는 먼저 정맥 주사(IV)로 투여되었고 그다음 유지 요법으로 경구로 투여되었습니다. 반대로 Moertel과 그의 동료들은 암 환자에게 경구로 투여한 비타민 C의 긍정적인 효과가 없음을 보여주었습니다[ 12 , 13 ]. 비타민 C의 항종양 효능에 대한 논쟁은 여전히 ​​진행 중이며 많은 연구에서 암 치료에서 비타민 C의 역할을 확립하려고 시도하고 있습니다[ 14 ]. 이와 관련하여 특히 흥미로운 것은 비타민 C가 정상 세포에 대한 독성 효과는 없지만 암 세포에는 세포독성 활동을 한다는 것을 보여주는 많은 수의 시험관 내 연구 결과입니다. 비타민 C에 의해 조절되는 생화학적 메커니즘의 복잡성과 항종양 활동을 평가하는 데 사용된 다양한 실험 모델을 포함한 여러 가지 문제로 인해 수년에 걸쳐 수행된 전임상 연구로부터 명확한 결론을 도출하기 어렵습니다. 더욱이 지난 수십 년 동안 암 환자를 대상으로 수행된 임상 연구에서 비타민 C의 효능은 일부 경우에만 나타났으며 환자의 반응을 예측하는 바이오마커는 아직 확인되지 않았습니다[ 11 , 13 , 15 ]. 지금까지 축적된 실험적 증거를 바탕으로 이 리뷰는 항암제로서의 사용을 평가하기 위한 임상 시험을 설계할 때 고려해야 할 비타민 C의 약동학 및 약력학적 특성을 요약하는 것을 목표로 합니다.

2. 방법

Medline은 PubMed를 통해 2021년 2월까지 출판된 관련 영문 논문을 검색했습니다. 예비 검색에서는 다음 포함 기준(초록 및 제목)을 적용했습니다. 비타민 C 또는 아스코르브산 또는 아스코르브산 및 암; 이 검색에서는 3523개 논문을 검색했습니다. 식이 요법, 항산화제 및 예방을 제외 기준으로 적용하여 1664개 논문을 얻었으며, 그 중 약리학적 제제로 사용되는 비타민 C와 실제로 관련이 있는 것은 379개에 불과했으며 다음 주제를 고려했습니다. 약동학, 수송체, 고용량 및 약리학, 정맥 투여, 항종양 활성, 산화 촉진제, TET, IDH, HIF, WT1, PARP 억제제, 저메틸화제, 데시타빈 및 아자시티딘(그림 1). 암에 대한 비타민 C의 치료적 잠재력에 대해 출판된 많은 수의 논문으로 인해, 이 리뷰에 인용되지 않은 저자들에게 사과의 말씀을 전합니다.

 

그림 1

이 리뷰에서 인용된 논문을 선택하는 데 적용된 포함 및 제외 기준의 흐름도. * 이 수치에는 특정 PubMed 쿼리를 사용하여 검색한 배경 정보를 제공하는 논문도 포함됩니다.

3. 비타민 C의 화학적 형태

비타민 C는 L-아스코르브산의 일반적인 이름으로, 다양한 화학적 형태로 발견될 수 있습니다. 아스코르브산(AscH ₂ )(라틴어에서 유래한 단어로 "괴혈병이 없음"을 의미함)은 물에 잘 녹지만, 이온화 ​​가능한 하이드록실기가 두 개 있어 화합물의 pH에 ​​민감합니다(pK ₁ = 4.2; pK ₂ = 11.6). 생물학적 시스템에서 아스코르브산은 양성자를 잃어 생리적 pH에서 비타민 C의 환원된 우세한 형태인 아스코르브산 음이온(AscH ^{− )을 형성합니다. 그 후, AscH − 는} 산화를 거치며 이 반응은 pH에 따라 달라지며 촉매 금속(예: 철)에 의해 가속화됩니다. 특히, AscH ^{− 는 1전자 산화를 거쳐 아스코르브산 라디칼(Asc •−} ) 을 형성합니다 . 두 번째 전자를 기증하면 비타민 C의 완전히 산화된 형태인 탈수소아스코르브산(DHA)이 생성됩니다(그림 2). 아스코르브산 라디칼은 두 개의 아스코르브산 라디칼 음이온(Asc ^•− )이 이량체를 형성하고 더 나아가 불균등화 반응을 거쳐 DHA와 AscH−를 형성할 수 있기 때문에 상대적으로 반응성이 낮습니다[ ¹⁶ , 17 ] . 이러한 산화 반응은 반응성 산소종(ROS) 형성 및 금속 환원과 결합됩니다. 자발적인 자가산화도 발생할 수 있지만 pH 7에서는 이 반응이 매우 느립니다.

 

그림 2

비타민 C는 화학 구조가 다릅니다. 생리적 pH에서 아스코르브산은 양성자를 잃어 아스코르브산을 형성하고, 이는 연속적으로 두 개의 전자를 기증할 수 있습니다. 첫 번째 전자를 잃으면(산화) 아스코르브산 라디칼이 생성되고 두 번째 전자를 잃으면 데히드로아스코르브산이 생성됩니다. 자세한 내용은 본문을 참조하세요.

수송체를 통한 세포 내 진입 후, DHA 형태는 아스코르브산으로 환원됩니다. 이 반응에는 글루타치온(GSH)과 글루타레독신 또는 기타 탈수소아스코르브산 환원효소와 같은 효소 활동이 수반되어 산화된 글루타치온 이황화물 형태(GSSG)가 생성됩니다. 이후 GSSG의 환원은 NADPH 의존성 글루타치온 환원효소에 의해 매개됩니다[ 18 ]. 따라서 적혈구 또는 성상세포와 같은 세포는 GLUT 수송체를 통해 흡수하여 세포 외 DHA를 효율적으로 재활용할 수 있습니다(아래 참조)[ 19 ]. 이 과정을 통해 세포 과정에 아스코르브산을 재활용하고 재사용할 수 있어 비타민 C의 항산화 활동이 일어날 수 있습니다.

아스코르브산은 또한 구리 및 철과 같은 금속에 전자를 기증하여 구리 함유 모노산소화효소 및 Fe ²⁺ 의존 및 α-케토글루타르산 의존 디산소화효소(αKGDD) 계열에 속하는 효소의 활성을 조절합니다.첫 번째 계열에는 노르에피네프린 합성에 필요한 도파민 β-모노산소화효소와 생물학적 활성 펩타이드(예: 신경내분비 펩타이드)의 완전한 활성화 및 안정화에 필요한 번역 후 변형을 담당하는 페프티딜글리신 α-아미드화 모노산소화효소가 포함됩니다[ 20 ].두 번째 및 더 큰 계열에는 1형 콜라겐 합성, 카르니틴 합성, 티로신 분해대사, 저산소 유도 인자 α(HIF-1α)의 안정성 및 후성유전적 변형과 같은 다양한 기능에 관여하는 여러 하이드록실화효소가 포함됩니다[ 20 , 21 , 22 , 23 ]. 1개 또는 2개의 전자를 기증할 수 있는 능력으로 인해 아스코르브산은 인간에게 뛰어난 환원제이자 항산화 시스템이 됩니다[ 20 , 24 , 25 , 26 ].

4. 비타민 C 세포 내로의 수송

인간의 경우 비타민 C는 아스코르브산과 DHA가 모두 포함된 식단에서 얻습니다.세포로의 아스코르브산 유입은 나트륨 의존성 비타민 C 수송체(SVCT)를 통해 매개되며, 이는 두 개의 동형체 SVCT1과 SVCT2(각각 SoLute Carrier family 23 member 1 및 2 유전자인 SLC23A1 및 SLC23A2 에 의해 인코딩됨 )로 구성되어 있으며, 나트륨과 아스코르브산을 적극적으로 공동 수송합니다[ 17 , 27 ].이러한 수송체는 먼저 Na ⁺ 분자 하나를 결합한 다음 아스코르브산 분자 하나를 결합하고 마지막으로 추가 Na ^{+ 를} 결합합니다 [ 28 ].혈관에서 조직으로의 아스코르브산 유입은 이러한 세포가 많은 수의 SVCT2를 발현하더라도 내피 세포 사이의 틈을 통한 아스코르브산의 세포 주변 이동을 통해 매개됩니다[ 27 , 29 ]. SVCT1은 간과 폐 외에도 상피 장 및 신장 근위 세뇨관 세포의 정단 수준에서 발현됩니다[ 30 , 31 , 32 ]. SVCT1은 비타민 C의 장 흡수와 혈액으로의 신장 재흡수에 관여합니다[ 33 ]. 반면, SVCT2는 장 상피 세포의 기저외측을 포함하여 신체 조직 전체(적혈구 제외)에서 발현됩니다[ 17 , 31 , 34 , 35 , 36 ]. 아스코르브산의 흡수는 매우 엄격하게 제어됩니다. 사실, 이러한 수송체는 세포 내 아스코르브산 농도에 민감하여 각각 아스코르브산 수치가 낮거나 높을 때 상향 조절되거나 하향 조절됩니다. 따라서 이 흡수 경로는 혈액 내 비타민 C의 항상성 생리적 농도를 유지합니다[ 37 , 38 ]. Ca ²⁺ 및 Mg ^{2+가 없으면 Na +} 가 존재하더라도 SVCT2 수송 시스템은 비활성 형태입니다 [ 28 ].

비타민 C가 세포로 유입되는 또 다른 가능성은 SLC2 계열에 속하는 포도당 수송체(GLUT)에 의해 촉진 확산 메커니즘을 통해 수송되는 DHA 형태입니다. GLUT2와 GLUT8( 각각 SLC2A2 및 SLC2A8 유전자에 의해 인코딩됨)은 장에서만 발현되며 DHA가 장세포로 유입되는 데 사용됩니다[ 39 ]. 유리당이 풍부한 식단은 DHA 장 흡수를 억제하지만 복합 탄수화물은 공장에서 포도당이 방출되어 DHA 수송에 영향을 미치지 않습니다[ 39 ]. 이런 방식으로 DHA는 GLUT2와 GLUT8에 의해 십이지장에서 흡수될 수 있습니다[ 39 ]. 다른 모든 인간 조직에서 DHA는 포도당과 경쟁하여 GLUT1 및 GLUT3 동형( 각각 SLC2A1 및 SLC2A3 유전자에 의해 인코딩됨)을 통해 수송됩니다[ 40 ].

DHA에 대한 GLUT 친화성(Km ~1–3 mM)은 아스코르브산에 대한 SVCT 친화성(Km ~20–100 μM)보다 낮습니다[ 17 , 36 , 41 , 42 ]. 정상 상태에서 혈액 내 포도당 농도(2–5 mM)는 DHA(˂2 μM)보다 훨씬 높습니다. 따라서 SVCT2를 통한 아스코르브산의 세포 흡수가 선호됩니다[ 17 , 30 ]. 더욱이 세포는 비타민 C 혈장 및 세포 내 농도에 따라 수송체 발현을 변경할 수 있습니다[ 17 ]. 포도당 혈중 농도와 수용체 친화성은 DHA 흡수에 상당한 영향을 미칩니다. 흥미로운 점은 암세포에서 GLUT1과 GLUT3을 통한 DHA 흡수 속도가 포도당이 존재하는 경우에도 SVCT2를 통한 아스코르브산 흡수보다 빠르다는 것입니다[ 27 , 43 ]. 종양 미세환경 산화 조건에서 비타민 C의 눈에 띄는 세포외 형태는 세포에 의해 흡수되고 빠르게 아스코르브산으로 환원되어 세포막을 가로질러 가파른 경사를 생성하는 DHA일 가능성이 높습니다. 또한 암세포가 대사에 포도당을 많이 필요로 하기 때문에 GLUT 수송체가 상향 조절되어 DHA 섭취에 기여합니다[ 44 , 45 , 46 , 47 ].

5. 비타민 C 용량 의존적 약동학

비타민 C의 생체이용률에 영향을 미치는 주요 요인은 장 수준에서의 흡수율(경구 제형 또는 식이 섭취의 경우)과 신장 재흡수입니다.비타민 C 혈장 수치는 용량 의존적 약동학과 1차 제거 동역학을 보입니다[ 48 , 49 , 50 , 51 ].인간에 대한 연구에 따르면 250mg/일을 초과하는 경구 복용량은 100µM을 초과하지 않는 평탄 혈장 농도를 생성합니다[ 4 , 52 ].1상 연구에서는 4시간마다 경구로 투여하는 비타민 C 3g(12g/일)을 최대 허용 용량으로 확인했으며, 최대 혈장 농도는 220µM입니다[ 53 ]. 혈장 아스코르브산 수치가 생리학적 혈장 농도(경구 복용량 0.1g/d)보다 낮을 때(즉, 섭취 부족 기간), 신장은 아스코르브산을 혈류로 재흡수하여 급성 괴혈병 발생을 예방합니다[ 52 ]. 이 상태에서 혈장 아스코르브산의 반감기는 깁니다(일). 반면, 혈장 아스코르브산 수치가 70~80µM보다 높을 때(경구 복용량 >100g/d), 신장 수치에서 세뇨관 재흡수가 포화되어 신장 배설이 증가하고 아스코르브산 혈장 반감기가 매우 짧습니다(~30분)[ 48 , 54 , 55 , 56 ].

반대로, 암 환자를 대상으로 수행한 연구에서는 정맥 투여 후 장 흡수의 엄격한 조절 메커니즘이 우회되고 관찰된 비타민 C 혈장 농도가 밀리몰 범위(경구 투여 후 검출된 농도보다 약 100배 높음)에 있음을 보여주었습니다. 특히, 비타민 C는 20mM 이상의 혈장 피크에 도달하고 반감기는 2시간(1.7시간~2.5시간)입니다[ 50 , 57 ]. 게다가, 암 환자에게 나타나는 염증과 산화 스트레스 증가로 인해 건강한 사람에 비해 비타민 C 이용이 증가하고 혈장 수치가 낮아집니다[ 58 , 59 , 60 ]. 전반적으로, 비타민 C 약동학적 특성은 사용된 투여 경로에 따라 달라지기 때문에 경구 또는 정맥 주사 용량에 대한 연구 결과를 직접 비교할 수 없습니다[ 53 ].표 1다양한 용량의 비타민 C를 경구 또는 정맥 투여한 후 얻어지는 혈장 농도의 차이를 나타냅니다.

6. 비타민 C 항암 작용의 메커니즘

비타민 C의 항종양 효과는 다양한 조직 기원(예: 난소암, 췌장선암, 림프종)의 암세포주에 대한 시험관 내 배양과 생체 내 쥐 모델을 통해 일관되게 입증되었습니다[ 65 , 66 , 67 , 68 , 69 , 70 , 71 , 72 , 73 , 74 ].

6.1. 산화촉진제로서의 비타민 C

비타민 C 항종양 활동을 설명하는 첫 번째 메커니즘은 고용량 투여 후 관찰되는 산화 촉진 효과에 의존합니다. 산화 촉진 특성은 아스코르브산이 Fe ^3+를 Fe ²⁺ 로 환원하여 Fenton 반응을 통해 ROS를 생성하는 능력에 기인합니다(그림 3). 실제로 종양 세포는 정상 세포에 비해 불안정한 철(Fe ^{2+ ) 수치가 더 높고 이는 더 많은 ROS 생성을 촉진합니다[} 75 ]. 게다가 고용량으로 투여하면 아스코르브산은 저장 단백질에서 Fe ²⁺ 의 방출을 유도할 수 있습니다 [ 76 ]. 비타민 C로 유도되는 ROS 생성은 O ₂ 의 존재에 의해 더욱 증가합니다 [ 77 ].

 

그림 3

정맥 주사로 투여한 고용량 비타민 C의 산화촉진 효과. 고용량 비타민 C(혈장 아스코르브산 수치 >1 mM)를 정맥 주사(IV)하면 다양한 작용 기전을 통해 암세포에 대한 세포독성 효과가 유도됩니다. 아스코르브산은 펜톤 반응을 통해 Fe ^{3+ 와 반응하여 Fe 2+를} 형성하고 , 이는 H ₂ O ₂ 와 반응하여 매우 파괴적인 하이드록실 라디칼을 생성합니다. 혈액에서 H ₂ O _{2 는} 적혈구 막에 존재하는 ROS 제거 시스템(예: 글루타치온 퍼옥시다아제(GPx) 및 카탈라아제)에 의해 제거됩니다. 종양 미세환경의 세포외 기질에서 하이드록실 라디칼이 축적되면 지질 과산화로 인해 세포막에 직접적인 손상이 유발될 수 있습니다. H ₂ O _{2 는} 확산을 통해 세포로 유입될 수도 있습니다. 비타민 C는 다양한 수송체를 통해 세포로 유입됩니다. (1) 아스코르브산으로서 SVCT2를 통해; (2) 아스코르브산 산화에 의해 생성된 DHA인 GLUT를 통해. 세포 내부에서 DHA는 다시 아스코르브산으로 전환되어 GSH 활동과 NADPH가 감소합니다. 종양 세포는 철 대사 변화로 인해 불안정한 철(Fe ²⁺ ) 수치가 더 높고 세포 내 아스코르브산 농도가 높으면 페리틴에서 Fe ^{2+ 가 방출될 수 있습니다. 종양은 또한 세포 외 기질에서 많은 양의 페리틴을 분비하여 아스코르브산에 의해 직접 또는 O} ₂ 생성을 통해 간접적으로 Fe ^{2+ 가} 방출될 수 있습니다 . ROS 축적은 ATP 고갈을 유도하고 DNA 손상, GAPDH 억제 및 NAD+ 고갈, 해당분해 차단으로 인한 대사 변화, 트리카르복실산 회로(TCA) 파괴 및 펜토스 인산 경로(PPP)로의 전환으로 인해 암세포 사망을 유발합니다.

특히, 인간 버킷 림프종 세포에 대한 연구에서는 2 mM 농도에서 비타민 C가 아스코르브산 라디칼로 산화되어 H ₂ O ₂ 가 생성된다고 보고했습니다 [ 65 ]. 쥐 모델에서 비경구적으로 비타민 C를 투여하면 용량에 따라 H ₂ O _{2 가} 생성되는 것으로 나타났습니다. 나아가, 고용량 아스코르브산은 NADPH 산화효소 패밀리(DUOX1 및 2)의 구성원을 유도하여 H ₂ O _{2 형성을 유도할 수 있습니다 [} 78 ]. 혈장 아스코르브산 수치가 1 mM보다 높으면 간질(세포 외) 체액에서 아스코르브산 라디칼 농도가 100 nM을 초과합니다 [ 66 , 67 ]. 혈액에서 H ₂ O _{2 는 적혈구 세포막의 글루타치온 과산화효소(GPx)와 카탈라제 환원 시스템에 의해 빠르게 H 2} O 로 환원됩니다 . 이런 식으로, H ₂ O _{2 는} 혈액에서 감지되지 않습니다[ 65 , 66 ]. 반대로, 세포외 기질에서 H ₂ O _{2 는} 축적되고, 종양 미세환경에서 Fe ²⁺ 와 상호 작용하여 세포 외부에서 세포 손상을 유발하는 하이드록실 라디칼을 생성할 수 있습니다(막 지질 과산화를 통해[ 65 , 66 ]). 세포로 들어간 후, H ₂ O _{2 는} 세포 내 Fe ²⁺ 와 반응 하여 매우 손상적인 하이드록실 라디칼을 지속적으로 생성합니다. 이 ROS 축적은 미토콘드리아와 DNA에 직접적인 손상을 주어 결과적으로 폴리(ADP-리보스) 중합효소(PARP)를 과활성화시키고 NAD+를 고갈시킵니다[ 79 ]. DHA가 존재하는 경우, GSSG로부터 GSH를 생성하는 데 사용된 NADPH를 소모하면 결국 해당분해가 차단됩니다[ 46 , 80 ]. 아스코르브산은 또한 펜토스 인산 경로(PPP), 글리세롤 합성 및 트리카르복실산 회로(TCA)의 파괴로의 대사 변화를 유도합니다[ 81 ]. 더욱이, ROS 생산은 글리세르알데히드 3-인산 탈수소효소(GAPDH)의 억제로 이어지고 이는 해당분해 차단에 기여합니다. KRAS/BRAF 돌연변이 대장암 세포 모델에서 비타민 C 처리 후 GAPDH의 가역적 산화가 관찰되었습니다[ 46 ]. 반면, 신경아세포종 세포주에서 비타민 C로 유도된 세포 사멸은 NAD+를 첨가함으로써 예방되었으며, 이는 GAPDH가 NAD+ 고갈의 결과로 억제되었음을 보여줍니다[ 73 ]. 이러한 효과는 누적적으로 ATP 고갈과 세포 사멸로 이어집니다[46 , 68 , 81 , 82 , 83 ].

ROS는 수준에 따라 유익한 효과와 해로운 효과를 모두 미치는 것으로 나타났습니다[ 84 ]. 정상 세포에 비해 암 세포는 종양 진행을 촉진하는 기저 세포 내 ROS가 더 많다는 것이 알려져 있습니다[ 85 , 86 , 87 , 88 ]. 종양 세포는 GSH 시스템의 발현을 증가시켜 적어도 부분적으로 포도당 의존성 암 세포 대사(바르부르크 효과)에서 유래하는 상승된 ROS 수준을 견딜 수 있습니다. 고용량 비타민 C는 ROS에 의해 조절되는 중요한 세포 신호 전달 경로(예: 세포 증식, 이동, 신생 혈관 형성)를 변경하거나 ROS 수준을 더욱 증가시켜 사용 가능한 방어 시스템을 넘어 세포 손상을 일으키기 때문에 종양 세포를 죽일 수 있습니다[ 89 ]. 더욱이 비타민 C는 종양 세포에서 GSH 함량을 선택적으로 감소시키고 정상 세포에서는 그렇지 않음으로써 항산화 세포 방어를 감소시킬 수 있습니다[ 90 , 91 , 92 ]. 이러한 측면은 최근 출판된 리뷰[ 18 ] 에서 철저히 논의되었습니다 .

6.2. TET 효소의 효소 조절자로서의 비타민 C

비타민 C는 최근 DNA 복제와 무관하게 메틸기를 직접 제거하는 활성 DNA 탈메틸화에 관여하는 αKGDD 효소 계열인 Ten Eleven Translocation(TET) 효소에 미치는 효과를 통해 후생유전학적 조절자인 것으로 밝혀졌습니다[ 93 , 94 ]. TET 효소는 5-메틸시토신(5mC)을 5-하이드록시메틸시토신(5hmC), 5-카르복실시토신(5fC) 및 5-포르밀시토신(5cC)으로 산화한 다음 염기 절제 복구(BER)에 의해 시토신으로 전환합니다. 이러한 효소의 조절 이상이 종양 발달 및 유지에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. TET 돌연변이(대부분 TET2 )는 효소의 비기능적 형태를 초래하여 유전자 프로모터 과메틸화를 초래합니다. 비타민 C는 C 말단 촉매 도메인과 직접 상호 작용하여 TET 효소의 보조 인자로 작용하고, 덜한 정도로 Fe ^3+를 Fe ²⁺ 로 환원시켜 후자를 TET 활동에 사용할 수 있도록 합니다[ 94 , 95 ]. TET 기능과 세포 내 비타민 C는 모두 줄기 세포의 재프로그래밍과 자가 재생 유지에 관여합니다[ 96 , 97 , 98 ].

세 가지 TET1, TET2 및 TET3 구성원은 조직 분포가 다르며 특정 종양에서 변형되는 것으로 보입니다. 특히 TET2는 골수성 및 림프성 혈액 악성 종양에서 자주 돌연변이되며 TET2를 회복하면 백혈병 전 줄기 세포의 비정상적인 자가 재생이 차단됩니다[ 99 , 100 , 101 , 102 ]. 일관되게 TET2 돌연변이 가 있는 급성 골수성 백혈병(AML) 세포에서 비타민 C로 치료하면 TET 활성이 증가하여 TET2 회복이 모방되었습니다(그림 4) 및 환자 유래 종양 이종이식 모델에서 백혈병 진행을 차단했습니다[ 102 ]. 그러나 비타민 C가 TET2 활성을 회복하는 능력은 N 및 C 말단 리신 아세틸화와 TET2 돌연변이 유형에 따라 달라지는 것으로 보입니다[ 103 ].

 

그림 4

TET, IDH1/2 또는 WT1이 경로를 변경한 종양에서 고용량 비타민 C의 활성. TET는 5-메틸시토신(5mC)을 5-하이드록시메틸시토신(5hmC)으로 산화시키는 활성 DNA 탈메틸화에 관여하는 αKGDD 효소 계열입니다. TET 돌연변이(대부분 TET2 )는 효소의 비기능적 형태를 초래하여 과메틸화 유전자 프로모터로 이어집니다. IDH1/2 효소는 TET를 포함한 여러 디옥시게나제의 활성에 필요한 이소시트르산의 α-케토글루타르산(αKG)으로의 산화적 탈탄산화를 촉진합니다. IDH1/2 의 기능 획득 돌연변이는 TET 활성을 억제하는 온코메타볼라이트 2-하이드록시글루타르산(2-HG)의 과다 생산을 초래합니다. WT1은 TET2와 상호 작용하여 WT1 표적 유전자의 프로모터로 모집하여 탈메틸화 및 발현을 자극합니다. WT1 돌연변이는 TET2가 WT1 표적 유전자에 결합하고 전사 활성화를 유도하는 능력을 방해합니다. 고용량 비타민 C는 TET 탈메틸화 활동을 모방하고 정상적인 DNA 메틸화 패턴을 회복하여 종양 진행을 억제합니다. 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오.

TET2 돌연변이는 AML 및 골수이형성증후군에서도 검출될 수 있는 이소 시트르산 탈수소효소( IDH ) 1/2 또는 윌름스 종양 단백질 1( WT1 ) 돌연변이와 상호 배타적입니다[ 104 ]. IDH1/2 효소는 TET를 포함한 여러 이산소화효소의 활성에 필요한 이소시트르산의 α-케토글루타르산(αKG)으로의 산화적 탈탄산화를 촉매합니다. IDH1/2 의 기능 획득 돌연변이는 경쟁적 메커니즘을 통해 TET2를 억제할 수 있는 온코메타볼라이트 2-하이드록시글루타르산(2-HG)의 과잉 생산을 초래합니다(그림 4) [ 105 , 106 , 107 ]. IDH1 돌연변이 마우스 골수 세포에서 비타민 C(2-인산 L-아스코르브산 형태로 매일 100μg/mL, 0.325mM에 해당)는 IDH1 돌연변이의 영향을 극복하여 TET2 활성을 자극하여 DNA 탈메틸화와 전사 인자 결합 부위의 후생유전적 리모델링을 촉진하고 결과적으로 백혈병 세포 분화를 유도하는 것으로 밝혀졌습니다[ 108 ]. 흥미로운 점은 2-인산 L-아스코르브산은 세포 배양에서 안정한 화합물이며 세포 외 H ₂ O ₂ 생성을 유도하지 않아 효소 조절자로서 비타민 C의 활성만을 연구할 수 있다는 것입니다[ 108 , 109 ]. IDH1/2 돌연변이는 고형 종양(예: 신경교종, 대장직장암, 유방암, 신장암) 및 IDH1 돌연변이 대장직장암 세포주에서도 감지되며 TET 활동을 구출하여 IHD1 억제제와 함께 비타민 C를 치료하면 상승작용이 나타납니다[ 110 ].

αKGDD 효소 활동을 조절할 수 있는 농도의 비타민 C에 장기간 노출되면 후성유전체 리모델링이 유도될 수 있습니다. TET2 돌연변이가 있는 백혈병 환자의 모세포에서 비정상적인 프로모터 메틸화와 유전자 증강자 수준에서 5hmC 감소가 감지되었습니다[ 111 ]. 인간 신장암 세포주에서 장기간 비타민 C 노출 후 DNA 5hmC 수준이 회복되는 것도 관찰되었습니다[ 112 ]. 나아가 IDH1 돌연변이 마우스 골수 세포에서 비타민 C는 골수 전구 세포의 분화와 성숙을 유도했습니다[ 108 ]. 이 메커니즘을 통해 비타민 C는 암 발생 및 진행과 관련된 후성유전적 조절 장애를 상쇄할 수 있으며, 이는 비정상적인 유전자 발현과 게놈 불안정성으로 이어집니다.

비타민 C의 약리학적 복용량은 DNA 메틸화를 감소시키고 유전자 돌연변이 또는 전사 불활성화와 관련 없는 TET2 기능 상실이 있는 종양에서도 TET2 활동을 통해 5hmC DNA 수치를 회복시키는 것으로 보고되었습니다. 최근, 낮은 수치의 5hmC가 피부 T세포 림프종 및 투명 세포 신세포 암종과 같은 종양에서 독립적인 불리한 예후 지표로 제안되었습니다[ 113 , 114 , 115 ]. 후자의 종양은 특히 종양 억제 유전자 수준에서 DNA 시토신 과메틸화를 보이며, 이는 L-2-하이드록시글루타르산 탈수소효소(L2HGDH)의 낮은 발현과 그에 따른 2HG 온코메타볼라이트(L 동형)의 과다 생산으로 인해 TET2의 기능적 불활성화가 발생하는 데 기인하는 것으로 생각됩니다. 비타민 C 치료는 DNA 메틸화를 감소시키고 TET 활성화를 통해 5hmC 수준을 회복시키며 시험관 내 및 생체 내에서 종양 성장을 억제했습니다[ 115 ].

WT1은 WNT 및 MAPK 신호전달을 포함한 많은 세포 경로를 조절하는 전사인자이며 세포 분화 및 종양 억제와 같은 과정에 관여합니다. 이 전사인자는 TET2와 상호 작용하여 WT1에 의해 조절되는 유전자의 프로모터로 모집하여 탈메틸화 및 발현을 촉진합니다[ 104 , 116 ]. WT1 돌연변이는 TET2가 WT1 표적 유전자에 결합하고 전사 활성화를 유도하는 능력을 방해합니다(그림 4). 유도 화학 요법에 내성을 보이는 WT1 돌연변이 AML 에 대한 임상 연구에서는 WT1 돌연변이 백혈병 세포가 낮은 5hmC 수치를 보이며 이는 감소된 TET2 활성을 나타낸다는 증거를 바탕으로 보조 요법으로 비타민 C 사용을 제안했습니다[ 15 ]. WT1 돌연변이는 많은 종양에 존재하기 때문에 비타민 C 치료가 AML 이외의 다른 임상 환경에서도 유용할 가능성이 있습니다[ 104 ].

7. 고용량 비타민 C는 암세포에 대해 우선적인 세포독성 활동을 발휘합니다.

비타민 C를 항종양제로 흥미롭게 만드는 점은 정상 세포에는 해를 끼치지 않고 암세포만 선택적으로 죽인다는 것입니다[ 46 , 65 , 67 , 68 , 91 , 159 , 160 ]. 이는 고용량의 비타민 C가 일반적으로 잘 견딘다는 것을 나타내는 임상 연구 결과에 의해 확인됩니다[ 57 , 60 , 62 , 64 , 133 , 161 ].

고용량 비타민 C에 대한 종양 세포의 우선적 민감성과 관련된 메커니즘에는 종양 미세환경과 세포 내에 높은 수준의 Fe ^2+가 포함되어 정상 세포에 비해 H ₂ O _{2 가 더 많이 생성되고 하이드록실 라디칼이 손상됩니다. H 2} O _2는 비타민 C 산화 촉진 활동에 관련된 주요 ROS로 간주되지만 세포 손상은 주로 Fe ²⁺ 와 H ₂ O ₂ 의 상호 작용을 통한 펜톤 반응을 통해 생성되는 하이드록실 라디칼에 의해 매개됩니다 [ 84 , 162 ]. 암세포는 트랜스페린 수용체의 상향 조절 또는 철 수출(페로포틴 1)의 하향 조절로 인해 철 대사에 변화가 나타날 수 있으며 이로 인해 세포 내 철이 증가합니다 [ 163 ]. 또한, 특정 종양은 세포외 기질에서 많은 양의 페리틴을 분비하는데, 이 페리틴에서 아스코르브산에 의해 직접 또는 O ₂ ^•− 생성을 통해 간접적으로 Fe ^2+가 방출될 수 있습니다 .그림 3) [ 164 ]. 세포 외 H ₂ O ₂ 는 또한 아스코르브산을 DHA로 산화시키는 것을 선호할 수 있으며, 이는 이후 GLUT1 수치가 높은 종양 세포로 빠르게 전달되어 산화 스트레스를 발생시킵니다 [ 18 ]. 이와 관련하여, 비타민 C는 최근 암 세포에서 GLUT1 발현을 증가시키고 정상 세포에서 반대 효과를 유도하는 것으로 나타났습니다 [ 165 ]. 마지막으로, 암 세포에 존재하는 특정 분자 결함은 암 세포가 비타민 C 매개 항종양 효과에 더 취약해질 수 있습니다( 섹션 6.2 참조 ).

대부분의 경우 흑색종, 폐암, 두경부 편평세포암, 간세포암, 유방암과 같은 혈액학적 악성종양이나 고형 종양을 앓고 있는 환자는 건강한 사람에 비해 혈장 내 비타민 C 수치가 낮습니다[ 58 , 166 , 167 , 168 , 169 , 170 , 171 , 172 , 173 , 174 , 175 , 176 ]. 세포 내에서 비타민 C를 정량화하는 것은 더 복잡합니다. 건강한 사람의 조직(혈액, 신경세포, 신경교세포; 1~10 mM 범위)에 존재하는 비타민 C 세포 함량은 적혈구를 제외하고는 혈장 농도(0.04~0.08 mM과 동일)를 초과하는데, 적혈구의 경우 비타민 C 세포 내 농도가 혈장에서 검출된 농도와 일치한다[ 4 , 17 , 52 , 177 ]. 특히 비타민 C의 저장소로 여겨지는 림프구, 단핵구, 혈소판의 비타민 C 농도가 높다. 반면, 고등급 자궁내막 종양 조직, 대장암, 유방암은 저등급 종양이나 인접한 정상 조직에 비해 비타민 C 수치가 낮았다[ 119 , 122 , 123 ]. 후자의 경우 아스코르브산 종양 함량이 무병 생존율과 직접적으로 상관관계가 있었다[ 122 ]. 유방암에서는 비타민 C 함량이 비종양성 주변 조직보다 높았습니다[ 178 , 179 ]. 그러나 우리가 아는 한 종양과 정상 조직에 존재하는 비타민 C 수준에 대한 정보는 현재 제한적이며 데이터를 항상 쉽게 비교할 수는 없습니다.

종양 세포와 정상 세포에서 보고된 비타민 C 함량의 차이는 수송체의 발현 패턴에 따라 달라질 수 있습니다. 실제로 여러 종양(예: KRAS/BRAF 돌연변이 대장암, 위암 또는 유방암)에서 비타민 C에 대한 민감도는 GLUT1 발현 및 DHA 흡착과 상관관계가 있었습니다[ 44 , 45 , 46 , 47 , 180 , 181 ]. 흥미롭게도 KRAS/BRAF 돌연변이 대장암 에 대한 비타민 C의 활동은 항-상피 성장 인자 수용체(EGFR) 단일클론 항체(예: 세툭시맙, 파니투무맙)에 대한 종양 저항성을 상쇄하는 데 유용할 수 있습니다[ 182 ].

Liu와 공동 연구자들은 최근 백혈병 모세포에서 정상 조혈 세포와 비교하여 SLC2A3 유전자(GLUT3) 의 발현이 낮았지만 SLC2A1 유전자(GLUT1)의 발현은 낮지 않았다는 것을 보여주었습니다[ 183 ]. 게다가 GLUT3를 발현하지 않는 OCI-AML3 세포주에 비타민 C를 노출시켜도 비타민의 세포질 수치가 증가하지 않았고 백혈병 세포의 생존에 영향을 미치지 않았습니다[ 183 ]. 게다가 유방암 세포에서 SVCT2 발현은 비타민 C 흡수를 높이고 ROS 생성과 세포독성을 증가시켰습니다[ 184 ]. 게다가 급성 및 만성 골수성 백혈병 세포주에서 아스코르브산이 미치는 세포독성 효과는 용량 의존적이며 이미 H ₂ O ₂ 의 상당한 생성을 유도하지 않는 250 µM의 시험관 내 농도에서 명백하게 나타났습니다 [ 102 , 159 , 183 ].

정상 세포와 관련하여 호중구는 SVCT2를 통해 비타민 C를 축적하는 것으로 보고되었으며 세포 내 수준은 1–2 mM입니다[ 185 ]. 흥미롭게도 건강한 개인에게서 분리한 호중구는 아스코르브산 수송체 포화(0.35 nmol/10 ⁶ 세포)로 인해 아스코르브산의 추가 흡수를 보이지 않았지만 DHA를 빠르게 흡수할 수 있었으며 이는 세포독성 효과를 유도하지 않았습니다[ 186 , 187 ]. 게다가 여러 종양(예: 위암)에서 확인된 SLC23A (SVCT) 유전자 의 단일 뉴클레오티드 다형성은 비타민 C 혈장 농도와 세포 내 함량에 영향을 미칠 수 있습니다[ 188 , 189 , 190 ].

전반적으로, 이러한 연구들은 다양한 세포 조직 유형 간에 수용체와 비타민 C 흡수율 측면에서 상당한 차이가 있을 수 있음을 시사한다. 따라서 암세포에 의한 비타민 C의 우선적 흡수를 이해하기 위한 미래 연구는 GLUT1, GLUT3 및 SVCT2 수송체의 발현 분석뿐만 아니라 치료 후 세포 내 비타민 C 함량 측정도 포함해야 한다.

8. 결론

보고된 비타민 C에 의해 유발된 세포독성 효과의 대부분은 고용량의 IV 투여 후에만 도달할 수 있는 농도에서 관찰되었습니다. 그러나 IV 주사 후 감지된 짧은 반감기 때문에 이러한 농도는 장기간 유지될 수 없습니다. 실제로 전립선암 환자에게 고용량 비타민 C를 매주 IV 투여해도 종양 퇴행이 유도되지 않았습니다[ 50 , 64 ]. 따라서 신장 기능이 정상인 환자의 경우 밀리몰 범위의 비타민 C 정상 상태 혈장 농도를 달성하려면 볼러스 로딩 용량에 이어 유지 연속 주입이 필요할 가능성이 있다고 제안되었습니다[ 50 ].

임상 시험에서 정맥 주사 비타민 C는 일반적으로 화학 요법의 보조 치료로 시험됩니다.단일 요법으로 비타민 C를 투여하면 종종 효능 종료 지점을 충족하지 못하기 때문입니다[ 18 , 60 , 62 , 64 , 191 , 192 ]. 그러나 비타민 C를 단일제로 시험하는 최초의 연구 중 다수가 종양 계층화 없이 말기 환자를 대상으로 수행되었고 효능 종료 지점이 명확하게 정의되지 않았다는 점에 유의해야 합니다[ 10 , 11 , 193 ]. 전임상 연구 결과를 바탕으로 향후 무작위 임상 시험은 HIF-1α 과발현 및 TET2, L2HGDH, IDH1/2 또는 WT1 변화 경로가 특징인 특정 종양 분자 하위 유형에서 비타민 C 활성을 평가하도록 설계해야 합니다[ 194 ]. 이와 관련하여 최근 연구에서는 유도 화학 요법이 실패한 후 별도의 클론에 TET2 및 WT1 돌연변이를 갖는 AML 환자에서 아스코르브산 정맥 치료가 임상적 완화를 유도한다는 사실을 입증했습니다[ 15 ].

복합 요법의 경우, 낮은 농도에서도 관찰될 수 있는 비타민 C 항종양 활성에 관여하는 다양한 분자적 메커니즘(예: DNA 탈메틸화 유도[ 167 , 195 , 196 ])을 고려하여 임상 연구를 계획해야 합니다. 특히, TET의 비타민 C 매개 활성화에서 유래한 5mC에서 5hmC로의 전환은 DNMT1 억제제인 ​​아자시티딘 또는 데시타빈에 의해 얻은 수동적 DNA 탈메틸화(즉, 새로 합성된 DNA 가닥의 메틸화 부재)와 상승작용을 할 수 있습니다[ 197 , 198 , 199 ]. 실제로, 노인 AML 환자에게 데시타빈과 함께 저용량 비타민 C를 정맥 투여한 결과 TET2 활성이 강화되고 임상 반응이 개선되었습니다[ 200 ].

위에서 설명한 대로, 비타민 C는 BER 경로를 조절하는 역할을 할 수 있으며, 인간 AML 및 전구세포성 백혈병 세포주의 생존력을 감소시키는 PARP 억제제의 활성을 증가시키는 것으로 나타났습니다[ 102 , 201 ]. 실제로, 상동 재조합 복구 시스템의 결함을 특징으로 하는 진행성 악성 종양이 있는 8명의 암 환자에 대한 사례 연구에서는 PARP 억제제(니라파닙 또는 올라파닙 또는 탈라조파닙)와 함께 IV 비타민 C를 투여한 결과 37.5%의 완전 관해(8명 중 3명의 환자)와 62.5%(8명 중 5명의 환자)의 부분 반응이 유도되었습니다[ 202 ]. 긍정적인 결과에도 불구하고, 이러한 제제와 함께 비타민 C를 투여한 경우의 임상 효능을 더 잘 밝히기 위해 더 많은 환자를 대상으로 한 추가 임상 연구가 필요합니다.

전반적으로 정맥 주사로 투여한 고용량 비타민 C는 일반적으로 안전합니다[ 203 , 204 ]. 그러나 일부 환자에게는 심각한 부작용이 관찰될 수 있습니다. 특히 독성에는 비타민 C 대사의 최종 생성물인 옥살산의 소변 배출 증가로 인한 신장 기능 장애 환자의 옥살산 신병증, 적혈구가 환원된 형태의 글루타치온을 유지할 수 없어 발작성 야간 혈색소뇨증이나 포도당-6-인산 탈수소효소 결핍증 환자의 심각한 용혈, 적혈구의 응고제 활성화로 인한 암 환자의 혈전증 위험 증가가 포함됩니다[ 205 , 206 ]. 따라서 비타민 C 치료는 이러한 부작용에 대한 환자별 위험 요소도 고려해야 합니다.