Oct, 1, 2023

Vol.30 No.2, pp. 84-88

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  • Korean Journal of Biological Psychiatry
  • Volume 10(1); 2003
  • Article

Review

Korean Journal of Biological Psychiatry 2003;10(1):80-4. Published online: Jan, 1, 2003

Abstract PDF Full Text

Polymorphism of CTLA-4 Gene in Patients with Bipolar Disorder

  • Tae-Youn Jun, MD;Kyoung-Uk Lee, MD;Hyuk-Jae Lee, MD;Chi-Un Pae, MD;Jeong-Ho Chae, MD;Won-Myong Bahk, MD; and Kwang-Soo Kim, MD
    Department of Psychiatry, College of Medicine The Catholic University of Korea, Seoul, Korea
Abstract

Objective：Bipolar disorder is known to have strong genetic background and cellular immune activation. Based on the hypothesis that abnormalities of normal inhibitory control of T cell immunity can contribute to the pathophysiology of bipolar disorder, we investigated the relationship between the first exon at position +49(A/G) polymorphism of cytotoxic T lymphocyte antigen 4(CTLA4) gene and bipolar disorder.

Method：Among the Korean patients diagnosed as bipolar disorder according to DSM-IV, 90 patients without serious medical illness, neurologic illness, hormonal disorder, or concomitant mental illness were selected. The normal control group consisted of 149 age-and sex-matched subjects without current or past history of autoimmune diseases or mental disorder. DNA was extracted from whole blood and the exon 1 region of CTLA-4 gene was amplified by polymerase chain reaction. Gene typing was performed using single strand conformation polymorphism. 

Results：There were no significant differences in genotype frequencies of G/G, G/A, and A/A between the patients with bipolar disorder and the control group(48.9% vs 46.3%, 44.4% vs 39.6%, and 6.7% vs 14.1%, respectively). There were no significant differences in allelic frequencies of G and A between the patients with bipolar disorder and the control group(71.1% vs 66.1%, and 28.9% vs 33.9%, respectively).

Conclusion：This study did not show the association of exon 1 polymorphism of CTLA-4 gene with bipolar disorder.

Keywords CTLA-4;Polymorphism;Bipolar disorder.

Full Text

교신저자：이경욱, 150-713 서울 영등포구 여의도동 62
              전화) (02) 3779-1250 · 전송) (02) 780-6577 · E-mail) cardia@cmc.cuk.ac.kr, mindcure@catholic.ac.kr

서     론


   양극성 장애는 흔한 형태의 정신 장애 중 하나이다. 평생 유병율은 일반인구의 1%에서 6.5% 정도이며 높은 자살 위험, 사고, 물질 남용의 동반 및 신체질환 등으로 사망률이 높은 질환으로 알려져 있다.1)2)3)4) 
   양극성 장애가 가족 내ㄴ에서 많이 발병하고 일란성 쌍생아간 높은 일치율을 나타내는 것은 양극성 장애에서 유전적 요소가 중요하다는 것을 의미한다.5) 그러나, 유전 전달방식이 복잡하고 각 연구들에 대해 반복 시행된 연구들의 결과가 일치하지 않아 해석하는데 어려움이 있는데, 이러한 제한점에도 불구하고 분자 유전학의 발전은 양극성 장애 감수성 유전자를 찾기 위한 방법론을 열어주었다.
   한편, 양극성 장애 환자들에서 백혈구증가증6)과 높은 빈도의 갑상선 자가항체7)8) 등과 같은 면역 기능의 이상이 보고된 바 있다. 또한, 수용성 인터루킨-2 수용체(soluble interleukin-2 receptor：sIL-2R) 및 sIL-6R의 혈장농도 증가와 phytohemagglutinin에 대한 림프구의 증식과 같은 다른 면역학적 이상의 보고도 있었다.9)10) 이러한 결과들은 양극성 장애에서 세포매개성 면역이 활성화되어 있다는 것을 시사한다.
   Cytotoxic T lymphocyte antigen-4(CTLA-4)는 활성화된 T세포의 표면에서 발현되는 세포표면분자(cell surface molecule)이며, 항원전달세포(antigen-presenting cell)의 표면에 있는 B7 분자와 상호 작용한다.11) CTLA-4와 B7 분자가 결합하면 T세포에 음성적 신호(negative signal)를 전달하는데, 이것은 진행 중인 면역 반응의 종료에 필수적인 것으로 생각되고 있다.12) T세포 면역 반응 조절에서 CTLA-4의 역할을 조사한 결과 T세포 활성화의 음성적 조절(negative regulation)과 T세포 항상성(homeostasis) 유지에 핵심적 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.13)14) 그러나, CTLA-4가 T세포 반응을 억제하는 정확한 기전은 아직 알려져 있지 않다.
   양극성 장애 환자에서 세포매개성 면역기능이 활성화되어 있다는 보고에 기초하여, CTLA-4에 의해서 조절되는 정상적인 면역 반응 억제 기능의 장애가 양극성 장애의 병인에 기여한다고 생각할 수 있다. CTLA-4 유전자는 염색체 2q33에 위치하며 길이는 7,195 염기 쌍이고, 현재까지 세 가지 다형성이 알려져 있다.15)16)17)18) Graves 병,19) 인슐린 의존성 당뇨병20)21) 등 여러 면역 질환과 CTLA-4 유전자 다형성과의 관련성이 보고되었으며, 이들 다형성 중 exon 1의 +49(A/G) 다형성은 기분 장애가 흔히 동반되는 전신성 홍반성 낭창(systemic lupus erythematosus)과의 관련성이 제기되어 왔다.22)23) 비록 exon 1 +49 위치의 A/G 다형성이 threonine에서 alanine으로의 아미노산 변화를 유발하지만 정확한 기능적 의미에 대해서는 아직 알려져 있지 않다. 
   본 연구에서는 CTLA-4에 의한 정상적인 면역반응 조절기전의 장애가 양극성 장애에서 보이는 면역 활성화의 병태생리에 기여할 수 있다는 이론적 배경하에 +49 위치의 CTLA-4 exon 1 다형성과 양극성 장애와의 관련성에 대한 연합연구를 실시하였다.

 연구 대상 및 방법
1. 연구 대상 
   가톨릭대학교 성모병원 정신과에 입원하였던 환자들 중 DSM-IV 진단기준24)에 의거하여 심각한 내과적 질환, 내분비 질환, 신경학적 질환이나 다른 합병된 정신질환이 없는 양극성 장애 1형 환자 90명을 선정하였다. 환자 군과 나이와 성별을 짝지어진 149명이 정상 대조군으로 참가하였으며, 면역질환이나 정신질환의 과거력 또는 현병력이 없었다. 모든 대상자들은 본 연구의 목적과 과정에 대한 설명을 들은 후 서면 동의를 하였다. 

2. CTLA-4 유전자 형별분석
1) DNA 추출
   대상자에서 헤파린 처리된 진공시험관(Becton Dickinson Vacutainer System, USA)을 사용하여 10ml의 말초정맥혈을 채취한 후, 이를 Proteinase K가 포함된 말초혈액 백혈구 분해용액으로 처리하여 DNA를 추출하였다.25)

2) Polymerase chain reaction(PCR)
   CTLA-4 유전자의 exon 1 +49 위치의 A/G 다형성 부위를 증폭하기 위해 먼저 2ul DNA 시료와 10X buffer (500mM KCl, 100mM Tris-HC1 pH 8.3, 15mM MgCl2) 2ul, 20uM oligonucleotide primers(5'-GCT CTA CTT CCT GAA GAC CT-3', 5'-AGT CTC ACT CAC CTT TGC AG-3') 각각 2ul, 2mM dNTP 2ul, Taq DNA polymerase(5U/ul：Boehringer Mannnheim, Germany) 0.2ul에 적정량의 D/W를 첨가하여 총 20ul로 만들었다. 이 혼합액을 Thermal cycler(GeneAmp PCR System 9600, Perkin Elmer, Foster City, USA)로 94°C에서 4분간 둔 후, 94°C에서 45초간 변성반응(denaturation), 62°C에서 45초 결합반응(annealing), 72°C에서 45초 연장반응(elongation)시키는 과정을 35회 반복하였다. 

3) Single strand conformation polymorphism(SSCP)
   PCR에 의하여 얻어진 생성물을 단쇄(single strand) DNA로 만들기 위하여 95°C에서 5분간 변성시켜 4°C로 급냉시킨 후 stop buffer(95% formamide：10mM NaOH：0.25% bromophenol blue and 0.25% xylene cyanol)로 고정시켰으며, 상온에서 14시간동안 4W에서 MDETM gel(BioWhittaker Molecular Applications, Rockland, NY, USA)로 전기영동하였다. 전기영동 후 silver stain을 하여 DNA 띠를 관찰하였다(그림 1).

3. 통계 분석
1   ) 모든 자료의 통계 분석을 위해 SAS/PC version 6.0을 이용하였다. 양극성 장애 환자군과 대조군 사이의 대립 유전자와 유전자형의 빈도 차이를 분석하기 위하여 χ2 검증을 사용하였고 통계적 유의수준은 0.05 미만으로 하였다.
   2) 본 연구 대상자들의 유전자 다형성 차이에 대한 검증력(power)은 α값을 양측검증 0.05로 정의하고 계산하였을 때, 본 연구의 대상군 수는 두 개의 대립유전자에서 두 군간에 약 13%의 차이(w=0.13)를 발견할 정도의 검증력(power=0.80)을 지녔다.26)

 결     과
   양극성 장애 환자군의 유전자형 분포(χ2=0.59, p= 0.74)와 정상 대조군의 유전자형 분포(χ2=2.03, p= 0.36)는 Hardy-Weinberg 식에 따른 예상치와 유의한 차이가 없었다.
   양극성 장애 환자군과 정상 대조군 간에 CTLA-4의 유전자형 G/G, G/A 및 A/A의 빈도에 유의한 차이가 없었다(각 48.9% 대 46.3%, 44.4% 대 39.6%, 6.7% 대 14.1%)(표 1).
   양극성 장애 환자군과 정상 대조군 간에 CTLA-4의 대립유전자 G 및 A의 빈도에 유의한 차이가 없었다(각, 71.1% 대 66.1%, 28.9% 대 33.9%)(표 1).

 고     찰

   CTLA-4 유전자에는 exon 3의 3-untranslated region의 642 위치에 있는 미세위성(AT)n 표지자,17) exon 1+49(A/G) 위치의 단일 염기 다형성18) 및 촉진자(promoter) -318(C/T) 위치의 단일 염기 다형성16)의 세 가지 다형성이 알려져 있는데, 현재까지의 연구에서 CTLA-4 다형성과 전신성 홍반성 낭창,22)23) Grave's disease,19) 인슐린 의존성 당뇨병20)21) 등의 면역이상 질환과의 관련성이 보고되었다.
   저자들이 조사한 바에 따르면 본 연구는 양극성 장애와 CTLA-4 다형성의 관련성을 본 첫 연합연구이다. 하지만 아쉽게도 본 연구에서 CTLA-4 exon 1(+49) 유전자와 양극성 장애간에 관련성을 발견할 수 없었다. 비록 본 연구의 결과가 관련성이 없다고 나타났지만, 양극성 장애와 CTLA-4의 다른 다형성 부위와 연합(association)이 있을 가능성이 있으므로 양극성 장애의 병인에서 CTLA-4 유전자를 완전히 배제할 수는 없을 것이다. 이전의 연구에서, 저자 등27)28)은 정신분열병 및 주요 우울증과 CTLA-4 유전자 다형성과 연합연구를 시행하여 정신분열병과 관련성이 있음을 보고한 바 있다.27) 따라서, 본 연구의 결과는 주요 정신 장애 간에 면역 조절 기능이 다를 수 있다는 근거로 생각할 수 있다. 
   연합연구는 약한 유전적 효과를 찾아내는데 있어 가족에 기초한 연관연구보다 더 효과적이고 실시하기가 용이하다는 장점이 있기 때문에,29) 저자들은 T 세포 매개성 면역반응에서 면역반응을 중단시키고 항상성을 유지하는데 관여하는 CTLA-4의 기능에 초점을 맞추어 본 연구를 실시하였다. 기존의 양극성 장애의 면역 기능 변화에 대한 연구가 일관성 있는 결과를 얻지 못하였기 때문에 양극성 장애에서 면역계 활성화가 있다는 다소 약한 이론적 가정이 본 연구의 제한점이 될 수 있을 것이다. 즉, 일부 연구에서는 양극성 장애에서 interferon-γ 생산의 감소30) 및 분열촉진(mitogenic) 작용의 감소31) 등 오히려 면역계 활성이 저하되어 있다는 보고도 있었다.32) 이러한 결과는 양극성 장애 환자의 면역체계가 음성적 면역조절(negative immune regulation) 상태에 있거나 세포성 면역 장애가 있다는 것을 시사한다. 이것은 면역 활성화의 음성적 조절자인 CTLA-4 유전자 다형성과 양극성 장애간에 관련성이 없다는 본 연구 결과에 대한 한 가지 설명이 될 수 있다. 
   연합연구에서 환자 군과 대조군 간에 유의한 차이가 발견되지 않았다면 대상군 수의 검증력이 중요한데, 본 연구의 경우 두 개의 대립유전자에서 두 군간에 약 13%의 차이(w=0.13)를 발견할 정도의 검증력(0.80)을 지녔으며, 비차비(odds ratio)는 1.83이었다.
   일반적으로, 정동 장애의 유전 연구에서는 현상학적 진단 기준으로 인하여 환자군이 원인에 따른 구분이 되지 않는다는 점, 일생에 따른 진단적 안정성의 제한 등으로 인하여 표현형을 정확히 규정하기 어려운 방법적 제한이 있는데, 본 연구도 이러한 문제점을 지니고 있다. 향후 더 많은 환자를 대상으로 CTLA-4 exon 1 외에 존재하는 다른 유전자 다형성 부위를 조사하고, 가족력, 임상 단계 및 약제에 대한 반응 등 임상적 변인을 포함한 연구가 필요할 것이다.
   결론적으로 본 연구에서 CTLA-4 exon 1 유전자 다형성과 양극성 장애간에 유전적 연관성을 나타내지는 않았다. 현재까지의 연구는 양극성 장애의 병인에서 유전자의 중요성을 시사하므로 향후 다른 후보 유전자에 대한 분자유전학적인 접근을 통해 양극성 장애의 감수성 유전자를 확인하는 것이 필요할 것이다.

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