Apoptotic Effects and Cell Cycle Arrest Effects of Extracts from Cnidium monnieri (L.) Cusson through Regulating Akt/mTOR/GSK-3β Signaling Pathways in HCT116 Colon Cancer Cells

벌 사상자[Cnidium monnieri (L.) Cusson]는 중국과 한국에 분포하는 일년생 초본으로, 화농성피부염 및 여성의 생식기 질환의 치료에 널리 사용되고 있다. 이 외에도 면역기능개선과 천식 등에 대한 효과는 보고된 바 있으나 아직까지 암과 관련된 연구는 많이 이루어지지 않았다. 이에 따라 본 연구에서는 인간 대장암 세포인 HCT116 세포주에서 벌 사상자 에탄올 추출물(CME)의 apoptosis 및 세포주기정지 유도 효과에 대하여 알아보고자 하였으며, 이러한 효과가 AKT/mTOR/GSK-3β 신호경로의 조절을 통하여 이루어지는지 확인하고자 하였다. MTT assay와 LDH assay 결과, 벌 사상자 에탄올 추출물에 의하여 HCT116 세포의 세포생존율이 감소하였으며, 세포독성효과가 나타났다. 또한 벌 사상자 에탄올 추출물의 농도의존적으로 apoptotic body의 수와 apoptosis 비율이 증가하였으며, G1기에서 세포주기정지 유도 효과가 관찰되었다. 세포의 성장과 증식 및 분열에 관련된 단백질인 Akt는 mTOR, p53, GSK-3β와 같은 신호단백질들의 발현을 조절하는 것으로 보고되었다. 벌 사상자 에탄올 추출물을 처리하였을 때, Akt와 mTOR 단백질의 인산화가 저해되었으며, 이에 따라 하위 신호조절 단백질인 GSK-3β, Bcl-2 family, Caspase-3, PARP의 발현이 조절되었다. 또한 Akt와 GSK-3β, mTOR 저해제 처리를 통하여 CME에 의한 apoptosis 효과가 AKT/mTOR/GSK-3β 신호경로를 통하여 이루어지는 것을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구를 통하여HCT116 대장암 세포주에서 벌 사상자 에탄올 추출물이 암세포의 apoptosis 및 세포주기정지 유도에 효과적임을 확인하였다. The Cnidium monnieri (L.) Cusson is an annual plant distributed in China and Korea. The fruit of C. monnieri is used as a medicinal herb that is effective for the treatment of carbuncle and pain in female genitalia. However, the anti-cancer effects of CME have not yet been reported. In this study, we assessed the apoptotic effects and cell cycle arrest effects of ethanol extracts from C. monnieri on HCT116 colon cancer cells. The results of an MTT assay and LDH assay demonstrated a decrease in cell viability and the cytotoxic effects of CME. In addition, the number of apoptotic body and the apoptotic rate were increased in a dose-dependent manner through Hoechst 33342 staining and Annexin V-PI double staining. In addition, cell cycle arrest occurred at the G1 phase by CME. Protein kinase B (Akt) plays an important role in cancer cell survival, growth, and division. Akt down-regulates apoptosis-mediated proteins, such as mammalian target of rapamycin (mTOR), p53, and Glycogen Synthase kinase-3β (GSK-3β). CME could regulate the expression levels of p-Akt, p-mTOR, p-GSK-3β, Bcl-2 family members, caspase-3, and PARP. Furthermore, treatment with CME, LY294002 (PI3K/Akt inhibitor), BIO (GSK-3β inhibitor), and Rapamycin (mTOR inhibitor) showed that apoptotic effects occurred through the regulation of the AKT/mTOR/GSK-3β signaling pathway. Our results demonstrated CME could induce apoptosis and cell cycle arrest in HCT116 colon cancer cells.