Korean Journal of Biological Psychiatry

교신저자：민경준, 100-727 서울 중구 필동 2가 82-1
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서     론

   정신분열병은 평생 유병율이 1%에 이르고, 그로 인해 사회적으로 막대한 경제적 비용 부담을 주고 있다. 현재까지 명확한 원인은 밝혀지지 않고 있으나, 정신분열병의 유전적 원인들을 밝히기 위한 많은 연구가 이루어졌다. 그 중 일란성 쌍둥이가 정신분열병일 경우 다른 쌍둥이에게서 정신분열병이 생길 확률은 50%에 이른다고 밝혀졌고,¹⁾ 덴마크에서는 정신분열병의 발병이 태어난 장소나 계절에 영향을 받는다는 대규모 역학조사가 시행되었다.²⁾ 출생 시 외상,³⁾ 산모의 감염,⁴⁾ 임신 시 영양분 부족,⁵⁾ 출생 시 계절 등⁶⁾의 주산기 요인들도 거론되었다. 그 외에도 뇌 위축, 신경원 사이의 연결 감소, 뇌신경원의 잘못된 이주나 분화 같은 뇌 발달 이상이 정신분열병의 원인이라는 연구도 있었다.
   논란은 있지만 정신 분열병에서 성장 인자나 cytokine 생성에 장애가 있으며, 이런 cytokine과 성장 조절 인자의 부적절한 신호체계가 신경의 분화와 시냅스 가소성에 영향을 미쳐서 대뇌의 비정상적인 발달을 일으킨다는 결과도 발표되었다.⁷⁾ 또한 유전자 조작 쥐 실험에서 brain derived neurotrophic factor(이하 BDNF) 같은 neurotrophic factor가 중추신경계의 정상적인 발달에 매우 중요한 것으로 밝혀졌다.⁹⁾ BDNF 이외의 neurotrophic factor로는 nerve growth factor(NGF), glial cell derived neurotrophic factor(GDNF), ciliary neurotrophic factor(CNF) 등이 있는데, 이것들은 여러 가지 유전자 발현의 조절이나 신경원의 성숙 및 발달에 영향을 미친다.⁸⁾⁹⁾
   Takahashi 등¹⁰⁾은 정신분열병 환자의 사후 뇌 연구를 통해 BDNF나 neurotrophin-3 등이 뇌조직 중 corticolimbic region에서 증가되어 있고, 반대로 이런 BDNF receptor(Trk B)의 발현은 하향 조절된다고 하였다. Durany 등¹¹⁾은 neurotrophin-3와 BDNF 모두 정신분열병에서 정상에 비해 높다는 결과를 보고하였고, 이런 neurotrophin의 발현이 정신분열병의 생물학적인 원인이라는 가설을 제시하였다. 이와 같은 연구는 사후 대뇌 조직뿐 아니라 혈청 내에서도 실행되었는데 Karage 등¹²⁾은 비록 이런 혈청내의 BDNF의 정확한 기원을 밝히지는 못하였지만, 동물실험을 통해 쥐의 성숙과 노화 과정 동안에 혈청과 대뇌에서 동시에 BDNF 수치의 비슷하게 증가한다는 것을 보고하였다. 특히 BDNF가 뇌-혈관 장벽을 통과할 수 있다는 여러 가지 가능성이 제시되었고, 이를 통해 혈청 BDNF의 수치가 대뇌에서의 BDNF 수치를 반영한 것이라는 가설이 제안되었다.¹³⁾
   그러나, 최근에 Toyooka 등⁷⁾¹⁴⁾은 만성 정신분열병 환자의 혈청 내 BDNF 수치가 낮다고 보고하였는데, 이는 이전의 연구와 상반되는 결과이다. 따라서 정신분열병과 BDNF의 연관성을 확인하기 위해서는 이에 대한 추가 연구가 필수적이다. 그러나, Karage 등이 한 연구는 동물 실험이었고, Toyooka 등이 한 만성환자를 대상으로 한 연구 한 건 외에는 연구된 논문이 없었다. 국내에서도 여러 neurotrophin과 정신분열병 사이의 연관성에 대한 연구가 이루어지고 있으나, 그중 BDNF와 정신분열병과의 관계를 조사한 연구는 아직까지 이루어진 바가 없었다. 이에 본 연구에서는 국내의 환자들을 대상으로 정신분열병 환자군과 정상 대조군의 혈청 내 BDNF 수치를 비교하여 정신분열병과 BDNF와의 연관성을 알아보고자 한다. 또한, 정신분열병 환자에서 BDNF와 임상변인 사이의 상관관계를 통해 BDNF 수치가 임상변인에 미치는 영향을 확인하고자 한다.

연구대상 및 방법

1. 연구대상
   2002년 4월부터 2003년 2월까지 중앙대학교 부속병원 정신과에 입원한 18세 이상의 환자 중 DSM-IV(American Psychiatric Association, 1994)에 의해 정신분열병으로 진단된 경우 환자군으로 선정하였다. 신경학적 질환, 뇌 손상, 약물 남용 등의 공존 질환이 있는 경우는 제외하였다. 본 연구에 참여한 환자는 49명이며 이중 남자가 20명, 여자가 29명이었다. 환자는 혈액 채취 시에도 지속적으로 약물 복용을 하고 있었다.
   본 연구 취지에 동의하는 병원직원과 의과대학 학생 중 남자 20명과 여자 30명을 정상대조군으로 선정하였다.

2. 연구방법

1) 임상 변인
   양군에서 성별, 연령, 결혼 상태, 교육 정도, 종교, 경제 상태 등의 사회 인구학적 특성을 조사하였고, 환자군에서는 치료기간과 항정신병 약물의 용량을 조사하였다. 항정신병 약물의 용량은 chloropromazine 100mg에 해당되는 당량을 기준으로 환산하였다.

2) BDNF 측정
   혈액(5cc)을 항응고제가 담겨있지 않은 튜브에 담아서 실온에서 1시간 정도 두었다가 혈소판이 가장 활성화 되는 4℃에 1시간 보관하였다. 그 후 혈청을 분리하여(원심분리는 2000×g×10min at 4℃) 실험 전까지 -20℃에 보관하였다. 그리고 한달내에 ELISA kit(BDNF Emax Immunoassay System, Promega, Medison, WI, USA)를 이용하여 BDNF를 측정하였다. BDNF Emax immunoassay system은 BDNF의 검출을 위해 민감도, 특이도가 높은 방식으로 개발된 것으로 98개의 well plate에 10μl anti-BDNF mAb와 9.99ml의 carbonate coating 완충용액을 섞었다. 그 후 잘 덮어 놓고 흔들지 않는 상태로 4℃에 밤새담구어 고정시켰다. coating된 완충용액을 비우고 한번 씻어주었다. 각각 96개의 well에 42.4ml deionized water와 10.6ml의 block sample을 섞었다. 한 시간 동안 상온에서 흔들지 않고 담구어서 고정시켰다가 다시 한번 씻었다. 완충용액을 희석하고 다시 상온에서 2시간 담구어 고정시킨 후 5번을 씻었다. anti-Human BDNF pAb 20μl를 준비하여서 9.98ml의 완충용액과 섞은 후에 다시 상온에서 2시간 담구어 고정시켰다. 그후 anti-IgY HRP conjugate 50μl를 준비하여 이를 각각 9.95ml의 완충용액과 섞었다. 이를 다시 상온에서 1시간 incubation하였고 다시 5번 씻어내었다. 여기에 TMB One solution을 상온에 맞춘 후, 각각 well 마다 100μl씩 첨가하였다. 상온에서 10분간 담구어 고정시킨 후 각 well 마다 100μl 1N hydrochliric acid를 첨가하여 반응을 중지시켰다. 30분 안에 A450을 확인하였다.

3. 통계방법
   정상군과 환자군에서 사회 인구학적 특성에 따른 차이를 보기 위해, 나이와 교육 기간에 대하여 t-test를 실시하였고, 성별, 종교, 결혼 여부, 경제 상태에 따른 차이에 대해서는 χ²-test를 실시하였다. 두 집단 사이에 나이와 교육 기간에 차이가 있어 양군의 BDNF 수치를 비교하기 위해서 ANCOVA(analysis of covariance)를 실시하였으며, 성별에 따라 두 집단 사이의 BDNF의 차이가 있는지 확인하기 위해서 ANCOVA를 실시하였다. 또한 환자군에서 나이, 항정신병 약물의 용량, 치료기간과 혈중 BDNF의 관계를 Pearson's correlation을 통해 알아보았다. 통계처리를 위해 SPSS version 11.0을 사용하였다.

결     과

1. 사회 인구학적 특성
   정상군과 대조군간의 나이, 교육정도, 성별, 종교, 결혼상태, 경제 상태에 따른 양군의 차이를 보면, 연령의 경우 환자군은 28.61±7.02세이고 정상군은 25.02±2.94세로 환자군에서 유의하게 높았고(χ²=3.331, df=97, p=0.01), 교육기간에서는 환자군은 13.04±1.96년, 정상군은 14.04±1.74년으로 정상군에서 유의하게(χ²=-2.687, df=97, p=0.08) 높았다. 그 외 성별, 종교, 결혼상태 경제상태에 대한 두 군간의 유의한 차이는 보이지 않았다(표 1).

2. 혈청 BDNF level
   혈청 BDNF level은 정신분열병 환자군에서 36.19±19.78ng/ml, 정상군에서는 22.40±14.40ng/ml로 정신분열병 환자에서 더 높았다(F=13.896, p=0.001, η²=0.128). 이는 나이와 교육기간을 통제한 결과이며, 나이(F=0.972, p=0.30, η²=0.010)와 교육기간(F=1.065, p=0.305, η²=0.011)에 따른 차이가 없었다(표 2).
   한편, 남자 정신분열병 환자(31.29±19.78ng/ml)가 남자 정상군(24.80±16.10ng/ml)과의 차이는 없었던 반면(F=0.361, p=0.55, η²=0.010), 여자 정신분열병 환자(39.51±19.98ng/ml)가 여자 정상군(20.80±13.20 ng/ml)에 비해(F=24.554, p=0.001, η²=0.309) 의미있게 높게 나왔다(표 2).

3. 환자군에서 임상 변인과 BDNF level의 상관관계
   환자군에 있어서 나이, 항정신병 약물의 용량, 치료 기간과 BDNF의 수치사이의 상관관계에는 통계학적인 의미가 없었다(표 3).

고     찰

   현재까지 알려진 바로는 BDNF는 27kDa의 단백질이며 신경원의 성장, 분화, 시냅스의 연결, 신경원의 기능 회복에 영향을 주는 물질로써,⁹⁾ 정상 발달과정의 출생 전과 출생 후 뇌 발달에 모두 연관이 있다고 알려져 있다.
   BDNF-gene knockout mice 실험을 통해 변이시킨 쥐(mutant mice)는 다양한 신경행동상의 장애-예를 들어 우울, 공격성 등을 보이고 있다. 또한, 우울증 환자의 해마부위에 BDNF의 면역 활성이 매우 높다는 것이 사후 검사를 통해 알려져 있고, 이는 우울증의 병리에 BDNF와 연관이 된다는 것을 암시한다.¹⁵⁾ 혈청 내 혈소판의 BDNF양이 우울증 환자에서 감소되어 있다는 결과는 BDNF가 우울증의 표지자(marker)가 될 수 있다고 제안하기도 하였다.¹⁶⁾¹⁷⁾ 우울증 이외에도 자폐증,¹⁸⁾ 치매¹⁹⁾ 같은 정신 질환과의 연관성이 많이 연구되고 밝혀지고 있다. 이 외에도 amyotrophic lateral sclerosis와 alzheimer disease^19)20)21)같은 신경계 질환과의 연관성이 밝혀지고 있어, 여러 신경정신 질환에 BDNF가 연관되어 있음을 알 수 있다.
   BDNF의 정확한 기능과 공급원에 대해서는 아직 확실히 알 수 없으나, 최근 연구를 통해서 BDNF 단백질의 99%가 혈소판에 보관되어 있다가 혈청으로 분비되는 것으로 알려져 있다.²²⁾²³⁾ 또한, 혈소판에 존재하는 대부분의 BDNF 단백질은 신경원과 신경 조직에서 동일한 발생학적 기원으로부터 유래된다는 것이 밝혀졌다.²³⁾ BDNF가 뇌-혈관 장벽을 통과한다는 가정하에,¹²⁾ 중추신경계의 BDNF 수치가 말초기관인 혈청 BDNF의 수치를 반영한다는 것을 추정할 수 있다. 따라서, 대뇌의 BDNF와 혈소판의 BDNF의 기원이 같고 중추신경계의 BDNF의 수치가 혈청의 BDNF 수치를 반영한다면 정신분열병 환자의 대뇌 BDNF 수치가 증가하는 것과 비례하여 혈청 BDNF 수치도 증가한다는 가설을 지지할 수 있다.
   사후 연구를 통해 BDNF가 정신분열병 환자의 뇌 조직 중 corticolimbic region에서 증가되어 있다고 알려져 있고,¹¹⁾ 뇌 조직 내의 anterior cingulate cortex와 hippocampus에서는 BDNF 수치가 높게 나왔다. 그와 동시에 높은 친화도의 BDNF 수용체인 TrkB 수용체는 corticolimbic area에서 감소되어 있는 것으로 나왔다.¹⁰⁾ 또 다른 연구에서도 neurotrophic abnormality가 정신분열병 환자의 corticolimbic structure에서 증가되었다는 연구도 있었다.⁸⁾ 또한, 쥐의 대뇌와 혈청에서 BDNF 수치를 측정한 동물 연구에서도 BDNF의 수치가 모두 증가한다는 것을 밝혔다.
   저자는 본 실험의 immunoassay를 통해서 혈청 BDNF 수치가 정신분열병에서 정상 대조군에 비해 60%정도 증가되어 있다는 것을 발견할 수 있었다. 이러한 결과는 그전에 연구하였던 Karage 등의 연구와 일치하는 결과를 보였다.¹¹⁾ Karage의 연구에서도 혈청 BDNF 수치를 정상과 비교하였을 때 환자의 혈청에서 BDNF 수치가 높다는 결과를 보였고 동물 실험에서는 혈청과 대뇌에서 모두 BDNF 수치가 증가한다는 연구결과를 보여주었다. 이 연구는 약물의 용량, 성별 등이 차이가 있음에도 불구하고 혈청 BDNF 수치에는 영향을 미치지 않는다는 연구 결과도 같이 보여주었다.
   이는 만성 환자를 대상으로 하였다는 점에서 특징적인 Toyooka 등이 한 연구¹⁴⁾와는 상반된 결과를 보이고 있다. Toyooka의 연구에서는 정상군에 비해 정신분열병 환자의 혈청 BDNF 수치가 낮다는 반대되는 결과를 보여주었다. 이런 연구들은 BDNF의 이상에 대해서는 인정하나, 상반된 결과를 보여주고 있다. 이를 설명하기는 어렵지만, 환자군의 정신분열병의 아형의 차이, 치료기간의 차이 같은 환자집단간의 동질성이 부족하기 때문으로 여겨진다.
   Toyooka 등이 한 동물실험에서 쥐에게 5달 동안 haloperidol을 복용시킨 후 혈청 BDNF 수치에 차이가 없는 것을 보여주었고, 이번 연구에서도 혈청에서 BDNF 수치의 증가는 통계학적으로 치료 기간, 항정신병 약물의 용량, 치료기간과 관계가 없는 것으로 밝혀졌다.
   본 논문 연구에서도 약물의 종류나 용량, 치료기간에 대한 영향 없이 BDNF 수치가 증가함을 보여주고 있었다. 약물의 종류는 전형적 항정신병 약물과 비전형 항정신병 약물이 모두 사용되어졌고, 전체 약물의 당량을 chloropormazine 100mg에 해당되는 당량으로 환산하였을 때 평균 957.14±225.46mg이었다. 약물의 당량과 치료기간에 따른 BDNF의 수치에는 영향이 없었고, 이는 Toyooka 등이 한 연구에서 영향을 받지 않는 것으로 나타난 결과와 일치한다. 그러나, 이는 더 많은 case를 확보하여 전형적 약물과 비전형적 약물에 대한 각각의 영향을 밝힌다면 의미가 있을 것으로 여겨진다.
   또한, 지금까지의 발표된 연구에서는 정신분열병과 환자군내의 성별간의 BDNF 수치에 차이가 없는 것으로 밝혀졌으나, 본 연구에서는 여자 정신분열병 환자가 남자 정신분열병 환자에 비해 훨씬 증가해 있었다. 이것에 대한 명확한 기전이나 논리적인 해석은 아직 밝혀진 바 없지만, 실제 본 연구에서, 환자군의 나이의 평균이 여성과(28.45±5.79year) 남성(28.85±8.66 year)이 비슷하였고 치료기간에서는 여성이 더 짧다는 점을 비교할 때 흥미있는 결과라고 볼 수 있다. 그러므로 이는 단순한 남녀차이가 아니라, 남녀에 따라 발병 시기에 차이가 있어서 여자가 발병이 더 늦어진다는 점을 고려할 때, 만성화가 될 경우 BDNF 수치의 변동이 오히려 작아지고 급성기에는 더 높게 나타날 수 있다는 점을 생각해볼 수 있다. 이는 Tayooka 등이 한 연구가 만성 환자만을 대상으로 하여 오히려 환자군에서 BDNF 수치가 낮다는 결과를 보여준 것과 연결지어 볼 수 있다. BDNF는 신경세포의 성숙과 발달뿐 아니라 신경원의 기능회복과 재생에도 영향을 주므로 정신분열병의 급성기에는 신경발달의 이상으로 인한 발달상의 문제에 따라 재생과 회복을 위해 분비가 증가하다가 만성기로 가면서 BDNF 생성기전에도 문제가 생겨 분비가 감소한다는 가정을 세워볼 수 있다. 그러나, 이는 확실한 자료가 부족하여 앞으로 환자수를 더 늘리고 치료 기간 등의 변인을 엄격히 통제하여 연구해 볼 필요가 있다.
   또한, Karage 등의 연구에서는 성별에 따른 차이는 없었지만, 나이에 따른 차이는 있었다. 본 논문 내용에서도 통계학적으로 의미가 없었으나, 환자군에서 나이에 따라 10대, 20대에서는 증가하다가 30대, 40대로 진행하면서 감소하는 추세를 보였다. 이런 결과 또한 만성화에 따른 BDNF level의 감소와 연관이 있는 것으로 생각해 볼 수 있다.
   본 연구에서의 제한점으로 약물 복용을 하는 중에 검사를 시행하여, 약물 복용에 대한 변수를 확실히 통제하지 못하였으며, 정상군의 나이가 20대와 30대에 한정되어 있어 적절한 연령별 분포를 가지지 못했다는 점이다. 또한, 환자의 아형을 구분하지 못하여 환자의 동질성을 얻는데 제한점을 가지고 있다. 또한, 약물 사용전의 환자군과 약물 사용 후 환자군을 대상을 비교하고, 위에서 언급한 것처럼 전형적 항정신병 약물과 비전형 항정신병 약물에 대해 구분하여 비교했다면 더 확실한 약물의 영향에 대해 볼 수 있을 것이라는 점에서 이 논문의 제한점이 있다.

결     론

   본 연구를 통해 혈청 내 BDNF 수치가 정상군에 비해 정신분열병 환자군에서 유의하게 높았다. 정신 분열병 환자의 대뇌 BDNF 수치가 정상군에 비해 높게 나오며 이런 대뇌에서의 BDNF 분비와 생성 과정에서의 이상이 정신분열병의 병리이며 정신분열병과 BDNF와의 연관성을 가정한다면, 뇌에서 BDNF가 증가되어 결국 혈청 내 BDNF 수치를 증가시키기 때문이라고 볼 수 있다. 따라서, BDNF를 정신분열병의 biologic marker로써 제안할 수 있다. 이는 약물의 치료나 치료기간에 영향을 미치지 않으므로 추적조사에 쓰일 수는 없으나, biologic marker로서의 가능성을 보여주고 있으며 향후 이런 BDNF 수치의 증가를 정신분열병의 아형, 치료기간, 약물의 종류에 따라 연관성을 연구해 볼 필요성이 있다.