Korean Journal of Biological Psychiatry

서론
정신분열병은 사고의 장애를 주축으로 감정, 지각 및 행동면에서 증상을 나타내는 질환으로, 그 병인을 밝히기 위한 연구가 여러 분야에서 이루어져 왔으나 일관된 결론을 얻지 못하고 있다. 그러나 최근 생물학적 연구방법의 발전과 진단기준의 체계화는 이러한 연구의 발전에 계기가 되고 있다.
정신분열병의 생물학적 원인을 규명하기 위한 연구방법으로는 유전학, 신경생화학, 신경생리학, 신경해부학 및 신경영상학적인 방법들이 도입되고 있으며, 신경생화학적인 가설 중에 하나인 도파민가설(Matthyssee 1976)이 최근까지 가장 많은 관심을 받아왔다. 도파민가설은 도파민 수용체의 차단에 의하여 효과를 나타내는 항정신병약의 작용기전을 근거로 제시되었으며, 중변연계(mesolimbic pathway)의 도파민 과잉이 환청, 망상 등의 양성증상을 유발하고, 중피질계(mesocortical pathway)의 도파민 감소가 연상의 이완, 사회적 철퇴 등의 음성증상과 관련이 있는 것으로 보고된 바 있(Mackay 1980). 최근에는 비정형항정신병약의 작용기전을 근거로 세로토닌이 정신분열병의 발병과정에 중요한 역할을 하는 것으로 알려지고 있으나, 도파민-세로토닌 균형의 장해, 특히 세로토닌에 대비한 도파민의 과잉이 정신분열병의 양성증상과 관련이 있는 것으로 보고되는 등 (Meltzer 1989)도파민의 작용 역시 지속적인 관심을 받고 있다.
또한 가계연구, 쌍생아연구, 입양연구 등을 통하여 정신분열병의 발생에 유전적인 요소가 관여하고 있음이 보고되고 있으며, 최근에는 분자생물학적인 기법이 발전되면서 염기서열을 직접 확인하여 질환과의 관계를 밝히는 연구방법들이 도입되고 있다. 이와 같은 연구방법 중에는 연관연구(linkage study)와 관련연구(association syudy)등이 있으나 정신분열병과 같은 다유전성(polygenic)질환인 경우에는 관련연구가 보다 유리하며 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다(Nothem등 1993).
Tyrosine hydroxylase(이하 TH)는 dopamine 등의 catecholamine 생성에 작용하는 속도제한효소이며(Nagatu등 1964), TPH와 같이 11번 염색체의 단완(11p15.5)에 위치한다(Craig등 1986). Polymeropoulos등(1991)은 TH 유전자 intron 1에 tetranucleotide(TCAT)의 반복을 보이는 variable number of tandem repeat(이하 VNTR)다형성이 있음을 보고하였으며, 대립유전자 (TCAT)10/(TCAT)4CAT(TCAT)5는 도파민 turnover의 상승과 관련되어있음이 보고된 바 있다(Wei등 1997). 이 외에도 정신분열병과의 몇몇 관련연구(Jonsson등 1996; Meloni등 1997)가 시행되었으나 일관된 결과를 보여주지는 못하고있다.
따라서 저자는 TH intron 1의 VNTR 다형성과 정신분열병 사이의 관련연구를 계획하였다. 또한 정신분열병 환자의 임상아형, 가족력, 발병연령 등 임상변인과의 관련성을 알아보고자 하였다.
대상 및 방법
1. 대상
환자군은 가톨릭대학교 강남성모병원에 입원하였던 환자중 정신장애 진단 및 통계를 위한 편람 III-R(Diagnostic and Statistical Manual III-R: American Psychiatric Association, 1987)의 진단기준에 의하여 정신분열병으로 진단된 환자로 신경과 질환이나 다른 정신과적 질환이 없는 374명의 환자를 대상으로 하였으며, 모든 환자에게 동의서를 받았다. 대조군은 강남성모병원에서 근무하는 직원, 가톨릭대학교 의과대학생, 그리고 강남성모병원 건강진단센터를 방문한 사람중 지원자를 대상으로 하였으며 정신과질환이나 신경학적질환의 가족력 및 과거력이 없는 393명을 포함하였다. 각 군의 평균연령은 환자군이 30.7±9.7세, 대조군이 32.2±13.0세로 유의한 차이가 없었다. 환자군의 성별분포는 남자 183명(48.9%)여자 191명(51.1%)이었으며, 대조군은 남자 195명(49.6%)여자 198명(50.4%)으로 유의한 차이가 없었다.
2. 방법
1) 임상변인의 평가
환자군에서 정신분열병 임상아형의 평가에는 정신분열병환자를 위한 양성증상 및 음성증상척도(Positive and Negative Syndromes Scale, 이하 PANSS)(Kay, 1987)를 적용하였다. PANSS는 정신분열병의 양성증상과 음성증상의 평가를 위한 척도로서 양성증상척도, 음성증상척도, 일반정신병리척
도의 세 가지 항목으로 되어있으며, 양성증상척도에서 음성증상척도를 뺀 값을 종합척도(composite score)로 하고 있다. 종합척도가 1 이상이면 양성군, -1 이하이면 음성군으로 하였으며 종합척도가 0인 경우는 분석에서 제외하였다. 임상호전도의 평가에는 입원시와 퇴원시에 Brief Psychiatric Rating Scale(이하 BPRS)(Overall과 Gorham 1962)을 측정하여 그 차이 값을 기준으로 하였다. 또한 환자 및 가족들과의 면담을 통하여 가족력, 발병연령 등의 임상변인들을 조사하였다.
2) 검체의 채취 및 DNA 분리
대상환자 및 대조군의 전주정맥에서 헤파린(녹십자, 서울)으로 처리된 주사기를 사용하여 10 ml의 말초정맥혈을 채취하였다. 말초혈액 단핵구의 분리는 Ficoll-Paque (Pharmacia, U.S.A.)을 사용하여 분리한 후 1×106 cells/ml가 되도록 인산완충용액에 부유하였다. 말초혈액 단핵구 부유액 중 0.5ml를 취하여 원심분리 후 상층액을 버리고 남아있는 pellet에 말초혈액 단핵구 분해용액을 0.5 ml 첨가하여 50℃에서 60분 동안 처리하고 90℃에서 10분 동안 가열한 다음 -20℃에서 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)때까지 보관하였다. 말초혈액 백혈구 분해용액은 ×10 PCR 완충용액(pH 8.0 100 mM Tris-HCl, 500 mM KCl, 17 mM MgCl2)50 μl proteinase K(Boehringer Mannheim Biomedica, Germany)0.07 mg, Nondiet P 40(Boehringer Mannheim Biomedica, Germany)4.5 μl, Tween 20(Boehringer Mannheim Biomedica, Germany)4.5 μl 를 가한 후 증류수로 0.5 ml가 되도록 부피를 맞추어 조성하였다.
3) DNA의 중합효소 연쇄반응
TH intron 1에 대한 primers는 5'-GCA AAA TTC AAA GGG TAT CTG G-3'(sense), 5'-ACA GGG AAC ACA GAC TCC ATG-3'(antisense)(Wei등, 1995)를 사용하였다. 증폭은 100 ng/μl 의 DNA검체 2 μl, 20μM dNTP(Boehringer Mannheim Biomedica, Germany)2μl, ×10 PCR 완충용액(Boehringer Mannheim Biomedica, Germany)0.1μl 및 증류수 10μl 를 혼합하여 thermal cycler(9700, Perkin-Elmer, U.S.A.)에서 시행하였다.
4) 유전자형의 판별
연쇄반응 증폭산물을 6% denaturating polyacrylamide gel에 영동시켜 10% glacial acetic acid로 조성된 고정용액으로 30분간 고정시킨 다음 3차 증류수로 3차례 세척하였다. 세척 후 0.1%silvernitrate(AgNO3)용액 1.5l에 37% formaldehyde 2.25 ml를 가한 염색용액으로 30분간 처리한 다음 3차 증류수로 다시 세척하였다. 이후 3% sodium carbonate(Na2CO3)용액 1.5l에 37%formaldehyde2.25 ml와 1% sodium thiosulfate 300 μl 를 가하여 발색하였다. band가 확인되면 사용했던 고정용액을 가하여 발색을 중단시켰다. size marker로 pUC19의 sequencing ladder를 사용하였다. TCAT의 반복에 따른 길이의 차이에 따라 Ap(130 bp): (TCAT)10, Ai(129 bp): (TCAT)4CAT(TCAT)5, B(126 bp): (TCAT)9, C(122 bp): (TCAT)8, D(118 bp): (TCAT)7, E(114 bp): (TCAT)6의 6가지 대립유전자를 구분하였으며(Fig. 1), Ap형과 Ai형을 구분하기 위하여 sequencing을 시행하였다(Fig. 2).
5)통계분석
대립유전자 빈도의 비교에서는 chi-square test를 시행하였으며, 임상변인 중 연속변수의 비교에서는 student t-test를 시행하였다. 유의수준은 α=0.05로 하였으며, 통계프로그램은 SPSS for Windows v7.5를 사용하였다.
결과
1. 환자군과 대조군에서 TH 유전자의 분포
TH 유전자의 대립유전자로는 Ap/Ai:(TCAT)10/(TCAT)4CAT(TCAT)5, B:(TCAT)9, C:(TCAT)8, D:(TCAT)7, E:(TCAT)6의 6가지가 확인되었으며, 유전자형의 분포는 환자군(p=0.999)과 대조군(p=0.999)모두에서 Hardy-Weinberg의 예상치와 차이를 보이지 않았다. 환자군의 대립유전자 분포는 각각 11/34(6.0%), 347(46.4%), 36(4.8%), 192(25.7%), 128(17.1%)으로 나타났으며, 대조군의 경우는 각각 24/15(5.0%), 352(44.8%), 45(5.7%), 208(26.5%), 142(18.1%)으로 두 군의 분포에 유의한 차이가 없었다(table 1).
2. 환자군의 임상아형에 따른 TH 유전자의 분포
전체 환자군중 양성군이 254명(67.9%), 음성군이 89명(23.8%), 양성점수와 음성점수가 같았던 혼합군이 31명(8.3%)이었으며 혼합군은 분석에서 제외하였다.
TH의 대립유전자 분포는 양성군의 경우 Ap/Ai 10/26(8.8%), B 231(32.1%), C 25(6.1%), D 129(31.6%), E 87(21.3%)이었으며, 음성군은 각각 0/5(3.3%), 85(47.8%), 9(5.0%), 50(27.8%), 29(16.1%)로 두 군의 전체 분포에는 유의한 차이가 없었으나, Ap/Ai형과 다른 대립유전자형의 빈도를 비교하였을 때에는 양성군에서 Ap/Ai형의 빈도가 유의하게 높은 것으로 나타났다(p=0.038)(table 1).
3. 임상변인
TH의 대립유전자 Ap/Ai의 유무에 따른 임상변인의 비교에서는 가족력의 분포, 발병연령, BPRS 호전도, PANSS 전체점수 및 음성점수에 유의한 차이를 보이지 않았으나 양성점수는 Ap/Ai형이 발현되는 군에서 유의하게 높았던 것으로 나타났다(p=0.025)(table 2).
고찰
본 연구에서 TH 대립유전자는 완전한 10회의 TCAT 반복을 보이는 Ap：(TCAT)10, 10회의 반복중 염기 'T'가 한 개 빠져 불완전한 10회의 반복을 보이는 Ai：(TCAT)4CAT(TCAT)5, B：(TCAT)9, C：(TCAT)8, D：(TCAT)7, E：(TCAT)의 6가지가 확인되었다. 반면 Puers등(1993)은 이들 6가지의 대립유전자 이외에 (TCAT)11과 (TCAT)5 두 가지 종류가 많은 총 8가지 형태를 보고하였다. 그러나 (TCAT)5의 경우 흑인, 멕시코인, 아시아인에서 발견되지 않았으며, (TCAT)11은 아시아인에서 발견이 되었으나 그 빈도가 0.6%로 매우 낮았다. 따라서 이는 본 연구의 결과와 차이가 없다고 하겠다. Meloni등(1995)은 프랑스인과 투니지아인을 대상으로 한 연구에서 가장 낮은 빈도를 보인 Ap형이 정신분열병환자에만 나타난 것으로 보고하였다. 본 연구에서도 Ap형의 빈도가 환자군과 대조군에서 각각 1.5% 와 1.9%로 가장 낮은 빈도를 보였으나 두 군 사이에 유의한 차이를 보이지 않아 서로 다른 결과를 보여주고 있다. 그러나 Burgert등(1998)은 프랑스인을 대상으로한 연구에서 Ap의 빈도가 정신분열병환자와 대조군 사이에 유의한 차이가 없었으며, Meloni등(1995)의 보고와 달리 대조군에서 Ap의 빈도가 약간 높았던 것으로 보고하였다. 또한 Jonsson등(1998)은 스웨덴인에서 대립유전자 Ap의 빈도는 정신분열병환자 보다 대조군이 높으며, 건강 대조군에서 Ap의 유무에 따른 CSF의 homovanilic acid(이하 HVA), 3-methoxy-4-hydroxyphenylglycol(이하 MHPG), 5-hydroxyindolacetic acid(이하 5-HIAA)의 농도에 차이가 없음을 보고하여 본 연구의 결과를 지지해 준다고 하겠다. Kidd등(1993)이 지적한 바와 같이 관련연구(association study)에서 나타날 수 있는 문제점인 인종에 의한 오류나 진단기준의 차이 등이 이와 같이 서로 다른 연구결과의 원인일 수 있으나, 본 연구의 결과를 본다면 한국인의 경우 대립유전자 Ap가 정신분열병의 발병에 중요한 영향을 미치지는 않는 것으로 생각된다.
Wei등(1997)은 정상 성인 227명을 대상으로 시행한 연구에서 대립유전자 A(Ap/Ai)의 동형접합체를 유전자형으로 갖는 25명에서 혈청 HVA 농도가 유의하게 상승 되어있음을 보고하여 대립유전자 A가 도파민 turnover의 상승과 관련이 있음을 시사하였다. 본 연구에서 환자의 양성군과 음성군사이에 전체 TH 대립유전자의 분포에는 유의한 차이가 없었으나 A(Ap/Ai)형과 나머지 대립유전자를 비교하였을 때에는 양성군에서 A형의 빈도가 유의하게 높은 것으로 나타났다. 따라서 이는 대립유전자 A가 양성증상과 유전적 관련이 있음을 시사해 준다고 하겠다. 또한 중변연계(mesolimbic system)의 도파민 과잉이 정신분열병의 양성증상과 관련이 있다는 도파민가설(Crow 1980)과 세로토닌에 대비한 도파민 과잉이 양성증상의 원인이라는 도파민-세로토닌 가설(Meltzer 1989)을 고려할 때 Wei등(1997)의 보고는 본 연구의 결과를 뒷받침 해준다고 하겠다.
환자군에서 TH 대립유전자 A형의 유무에 따른 PANSS 점수, 발병연령, 그리고 BPRS 호전도의 비교에서는 A형을 가지고 있는 환자군의 양성점수가 유의하게 높은 것으로 나타났다. PANSS 점수는 환자의 상태에 따라 증감을 하기 때문에 단순비교를 할 때에는 해석에 있어 주의를 해야한다. 그러나 본 연구에서는 정신분열병의 초발 혹은 재발로 인하여 입원을 필요로 하였던 증상이 가장 악화되었던 시점을 기준으로 평가를 하여 환자의 상태의 변화에 의한 오류를 최소화하였다. 따라서 양성점수의 유의한 차이는 양성군과 대립유전자 A의 관련을 지지해 준다고 하겠다. 발병연령은 정신과영역에 환자가 처음으로 접했던 시점을 기준으로 하거나 가족들에 의하여 처음으로 확인된 증상이 나타난 시점을 기준으로 할 수 있다. 그러나 전자는 실제 발병시점과의 차이가 있을 수 있다는 점, 후자는 가족들의 기억력에 의존해야 한다는 점에서 두 가지 모두 완전하지 않다. 저자들은 가족들에 의하여 처음으로 증상이 인식된 시점 그리고 그 증상이 정신과 전문의에 의하여 인정된 경우를 기준으로 하여 조사를 하였으나 유의한 결과는 없었다. BPRS에 의한 증상의 호전도 역시 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 계획된 퇴원 이외에 의사의 권유에 어긋나는 퇴원이나 기타 이유로 인한 조기 퇴원까지도 포함되어 있어 실제의 임상 호전도와는 차이가 있다고 하겠으며 이를 보완한 추가적인 연구가 필요하다고 하겠다. 가족력도 유의한 관련이 없는 것으로 나타났다. 가족들이 제공하는 정보만으로 정신분열병의 정확한 가족력 조사에는 어려움이 있기 때문에 본 연구에서는 정신증 삽화를 기준으로 가족력을 조사하였다. 그러나 정보 제공자인 가족들의 정신증 삽화에 대한 이해부족이나 정신분열병이외에도 정신증 삽화가 나타날 수 있다는 점 등으로 인한 오류를 배제할 수는 없을 것으로 생각된다.
요약
가족연구, 쌍생아연구, 양자연구 등은 정신분열병의 발생에 유전적 원인이 작용하고 있음을 보여주고 있으며, 생화학적 연구들은 도파민이 중요한 역할을 하는 것으로 보고하고 있다. 한편, tyrosine hydroxylase(TH)는 도파민의 생성에 속도제한효소로 중요한 작용한다. 따라서 본 연구에서는 TH의 유전적 다형성과 정신분열병의 발생, 임상아형 등과의 관련연구를 시행하였다.
환자군은 가톨릭대학교 강남성모병원에 입원하였던 환자중 정신장애 진단 및 통계를 위한 편람 III-R의 진단기준에 의하여 정신분열병으로 진단된 환자로 신경과 질환이나 다른 정신과적 질환이 없는 374명을 대상으로 하였으며, 대조군은 강남성모병원에서 근무하는 직원, 가톨릭대학교 의과대학생, 그리고 강남성모병원 건강진단센터를 방문한 사람중 지원자를 대상으로 하여 393명을 포함하였다.
TH 대립유전자의 분포는 환자군과 대조군 사이에 유의한 차이를 보이지 않았으나, 환자군에서는 양성군인 경우 대립유전자 A형의 빈도가 음성군에 비해 높은 것으로 나타났다. 또한 대립유전자 A형을 가지고 있는 환자군은 A형을 가지고 있지 않은 환자군 보다 유의하게 양성증상점수가 높은 것으로 나타났다. 이상의 결과들은 정신분열병의 양성증상과 TH 대립유전자 A형이 관련되어있음을 시사해 준다고 하겠다.