Enhancement of Natural Killer Cell Cytotoxicity by Radioiodine Pretreatment in Breast Cancer Cells

Abstract

The purpose of this study was to investigate whether death receptors of breast cancer cells are upregulated by radioiodine (I-131) therapy and whether I-131 therapy can enhance natural killer (NK) cell cytotoxicity in in vitro and in vivo studies. The MDA-MB 231 breast cancer cell line coexpressing sodium iodide symporter and firefly luciferase genes (MDA-231/NF) and NK92-MI NK cell line were used in vivo and in vitro assay. The levels of Fas, DR5 and MIC A/B expression in irradiated MDA-231/NF cells were significantly higher than in the non-irradiated cells. Cytotoxicity assay showed that the susceptibility of MDA-231/NF cells to NK cell was increased by precedent I-131 therapy in in vitro. In vivo study showed that tumor burdens of the NK and I-131 groups were significantly lower than that of control group. Tumor burdens of the combined group were significantly lower than those of I-131 and NK groups. In conclusion, I-131 pretreatment would upregulate the level of death receptors in breast cancer cells and improve therapeutic efficiency of NK cell therapy by enhancing cytotoxic effect of NK cells to the cancer.

방사성요오드(I-131) 치료는 종양세포의 괴사를 유도함으로써 종양의 성장을 억제한다. 또한, I-131 치료는 종양세포의 표현형을 변형시켜서 면역치료의 효과를 증대시킬 수 있다. 본 연구는 I-131 치료가 유방암세포의 세포사멸수용체를 증가시키는지 알아보고, 자연살해세포(NK cell)의 세포독성이 I-131 치료에 의해서 증가하는지를 평가하고자 하였다. 생체내실험과 생체외실험을 위해 sodium iodide symporter 유전자와 firefly luciferase 유전자를 동시 발현하는 유방암세포주(MDA-231/NF)와 자연살해세포주(NK92-MI)를 사용하였다. MDA-231/NF 세포표면의 Fas, tumor necrosis factor–related apoptosis inducing ligand-receptor2 (DR5) and major histocompatibility complex class I chain-related molecule A와 B (MIC A/B)에 대한 I-131 치료의 효과를 평가하기 위해 유동세포계측법을 시행하였다. NK cell의 세포독성에 대한 I-131 치료의 효과를 평가하기 위해 Calcein AM을 이용한 세포독성분석을 시행하였다. 생체내 실험을 위해 12마리의 BALB/c 누드마우스를 네 개의 군으로 분류 한 후, PBS 주입, I-131 치료, NK92-MI 치료 또는 I-131와 NK92-MI의 복합치료를 시행하였다. 치료결과의 평가를 위해 종양주입 후 14, 24, 34일에 각각의 군에서 생체발광영상(bioluminescent image)을 촬영하였다. 유동세포계측결과, I-131에 의해 방사선에 노출된 MDA-231/NF 세포에서 Fas와 DR5, MIC A/B의 표현이 방사선에 노출되지 않은 세포보다 유의하게 더 높게 나타났다. 세포독성분석은 MDA-231/NF 세포에서 NK cell의 세포독성이 I-131 치료에 의해 증가하는 것을 보여주었다. 생체발광영상은 I-131 치료군과 NK92-MI 치료군의 종양신호가 대조군보다 유의하게 낮은 것을 보여주었고, 복합치료군의 종양신호는 I-131 치료군과 NK92-MI 치료군보다 유의하게 낮았음을 보여주었다. 결론적으로, 본 연구는 I-131 치료가 유방암세포에서 세포사멸수용체의 발현을 증가시키고, 종양에 대한 NK cell의 세포독성을 증가시킨다는 것을 증명하였다. I-131 전처치에 의한 NK cell의 세포독성 증가는 고식적 치료에 반응하지 않는 요오드를 섭취하는 유방암전이 환자의 치료에 적용이 될 수 있을 것으로 사료된다.