Korean Journal of Biological Psychiatry

교신저자：김용구, 425-707 경기도 안산시 단원구 고잔동 516
교신저자：전화) (031) 412-5140, 전송) (031) 412-5144, E-mail) yongku@korea.ac.kr

서     론

   많은 연구들에서 정신분열병을 비롯한 여러 정신질환들이 염증반응계(inflammatory reaction system)의 활성화와 동반하여 나타나는 것으로 가정되어 왔다.¹⁾²⁾ 따라서 이러한 염증반응체계가 정신과 질환들의 병태생리학이나 원인과 관련성이 제기되었다. 이와 관련하여 정신분열병의 면역학적 가설은 정신분열병을 말초신경계와 중추신경계 모두에서 사이토카인(cytokine)의 조절 이상과 관련된 것으로 제시하였으며, 더욱이 이러한 사이토카인의 조절 이상은 질환의 원인에서 어떠한 역할을 하는 것으로 제시되었다.³⁾⁴⁾⁵⁾ 
   사이토카인은 신경원과 아교세포(glia)와 같은 뇌에 위치한 세포와 대식세포(macrophage) 및 림프구와 같은 신체 어느 곳에서나 있는 세포에서 분비되는 다기능을 가진 단백질이다. 사이토카인은 면역 세포 사이의 소통을 매개하고 면역계와 중추신경계 간의 상호작용에 중추적인 역할을 한다.⁶⁾ 사이토카인의 작용은 세포 표면에 발현된 특이한 수용체 혹은 세포에서 분비된 가용성의 수용체를 통해서 매개된다.⁷⁾ 사이토카인은 수면, 식욕, 기분 및 인지기능, 학습, 신경발달과 신경퇴화 등과도 관련이 있다.⁸⁾⁹⁾ 또한 사이토카인은 뇌의 신경발달 단계에서 신경 세포의 활동, 분화 및 생존을 조절하는 기능을 한다.¹⁰⁾ 특히, 뇌에서 사이토카인의 과도한 발현은 신경독성과 신경퇴화의 중요한 요인이 된다.¹¹⁾ 사이토카인은 신경내분비계, 즉 시상하부-뇌하수체-부신피질계(hypothalamic-pituitary-adrenocortical system), 자율신경계 (에피네프린, 노르에피네프린), 및 신경전달계(도파민, 세로토닌, 글루타메이트)와 상호작용한다.¹²⁾¹³⁾
   사이토카인은 분비하는 세포의 종류에 따라 단핵구 (monocytic) 사이토카인 및 Th1, Th2, Th3 사이토카인으로 분류된다.¹⁴⁾ 이러한 단핵구 혹은 염증촉진성(pro-inflammatory) 사이토카인은(예, IL-1, IL-6, IL-12, IL-18, TNF-α) 주로 단핵구와 거식세포에서 분비되고 비특이적 선천면역(nonspecific innate immunity)에 관여한다. Th1 사이토카인은(예, IL-2, IFN-γ) 주로 제 1 형 T 조세포(Type 1 T helper cell)에서 분비되고 세포성 면역(Cell-mediated immunity, CMI)과 관련되며, 세포독성 염증 기능을 활성화한다. Th2 사이토카인은(예, IL-4, IL-5, IL-9, IL-10, IL-13, LIF) 제 2 형 T 조세포(type 2 T helper cell)에서 분비되고 체액성 면역반응(humoral immune reaction)을 촉진하며, 염증억제효과(anti-inflammatory effect)를 나타낸다. 최근에 Th3로 대표되는 조절 T세포(regulatory T cell)가 제시되고 있으며, 이는 주로 전환성장인자(transforming growth factor-beta-1；TGF-β1)를 분비함으로써 작용한다. TGF-β1은 다른 어떠한 사이토카인들보다 강력한 면역억제 효과를 가지고 있다. TGF-β1은 염증촉진(pro-inflammatory) 사이토카인 혹은 Th1 사이토카인의 생성을 억제하고¹⁵⁾ Th2 사이토카인, 특히 IL-4와 IL-10은 미분화 T 세포가 TGF-β1 생성 세포로 분화하는 것을 촉진한다. 그러므로, TGF-β1은 면역 반응을 종결하는 분자 중 하나이다.¹⁶⁾ 염증촉진 사이토카인과 염증억제 사이토카인 사이의 균형은 신경면역 및 신경염증반응뿐만 아니라, 신경학적, 정신과적 증상이 어느 정도로 발현하는가에 있어 중추적인 역할을 한다.¹⁷⁾
   정신분열병은 특징적으로 비특이적 선천면역의 증가와 Th1 특이 세포성 면역(type 1 T helper cell-specific cellular immunity)의 감소 및 Th2계로 편향된 Th1-Th2 불균형을 나타내었다.¹⁸⁾ 정신분열병에서 선천면역의 활성화는 단핵구 수의 증가, 대식세포의 활성 증가, IL-1, IL-6, IL-18, Tumor necrosis factor(TNF)-α와 같은 염증촉진 사이토카인 농도의 증가 소견에 기초한 것이다.^{19)20)21)22)23)} 또한 정신분열병 환자에서 Th1 사이토카인인 IL-2와 interferon(IFN)-γ in vitro생성의 감소^5)24)25)와 Th2 사이토카인인 IL-4와 IL-10의 증가를 보였다.²⁶⁾²⁷⁾ 그러나 다른 연구에서는 정신분열병에서 Th1의 증가, 특히 혈장²⁸⁾과 뇌척수액²⁹⁾³⁰⁾에서 IL-2 농도의 증가와, IL-2와 IFN-γ의 in vitro 생성이 증가되었다.³¹⁾ 그리고 정신분열병 환자에서 in vivo IL-2의 과도한 분비로 인해 T임파구가 고갈되어 in vitro IL-2의 생성이 감소된다는 T 임파구 고갈가설이 제안되었다. 
   본 연구는 정신분열병에서 Th1 사이토카인 IL-12와 Th3 사이토카인 TGF-β1의 각각의 역할 및 상호 관계를 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 정신분열병 환자에서 IL-12와 TGF-β1 농도를 측정하였고, 이를 정상인의 수치와 비교하였다. 또한 8주간의 항정신병 약물 치료 후에 IL-12 및 TGF-β1 농도의 변화를 관찰하였다. 

방     법

1. 연구 대상
   고려대학교 의료원 안산병원 정신과 병동에 새로 입원한 환자 중에서 23명이 본 연구에 참여하였다. 연구에 참여한 환자들은 모두 Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders(DSM-IV) 진단 기준³²⁾에 의해 정신분열병으로 진단되었다. 각각의 환자는 Structured Clinical Interview for DSM-IV³³⁾에 기초한 임상적 면담으로 진단적 평가를 하였다. 모든 환자들은 연구에 참여할 당시 정신병적 증상을 가지고 있었다. 또한 환자들은 모두 이전에 항정신병 약물을 투약 받은 적이 없는 첫 발병이거나 적어도 4개월 이상은 투약을 받지 않고 있는 상태였다. 연구와 관련된 모든 과정들을 환자에게 상세하게 설명한 후에 동의서를 받았으며, 고려대학교의 윤리위원회(IRB)의 승인을 받았다.
   환자들의 정신병리적 상태는 숙련된 정신과 의사가 Brief Psychiatric Rating Scale(BPRS)³⁴⁾을 이용하여 평가하였다. 각각의 환자들의 증상은 입원 시와 8주 후에 동일한 의사에 의해 측정되었다.
   환자들 중에서 15명은 risperidone(평균 용량 5.2mg；용량 범위 2~10mg), 3명은 olanzapine(평균 용량 13.3 mg；용량 범위 10~20mg), 2명은 clozapine(평균 용량 75mg；용량 범위 50~100mg), 1명은 haloperidol(21mg), 2명은 neponide(평균 용량 16.5mg；용량 범위 15~18mg)를 각각 복용하였다.
   물질이나 알코올 남용과 같은 모든 공존 정신과 질환, 감염의 병력, 혹은 이미 알고 있는 자가면역질환 등의 병력이 있는 환자들은 배제되었다. 또한 AST, ALT, hemoglobin, hematocrit, 혈청 전해질, 혈중 urea 및 creatinine과 같은 각종 혈액 및 소변 검사와 Venereal Disease Research Laboratory(VDRL), 심전도(EKG)와 뇌파검사(EEG)에서 이상 소견을 보인 경우도 연구에서 제외하였다. 정상대조군은 고대안산병원에 정기건강검진을 위해 내원한 사람들 중에서 31명이 모집되었다. 정신분열병 환자군과 정상대조군 사이에 연령, 성별, 체질량지수(body mass index, BMI) 등이 일치하도록 하였다. 정상대조군 개개인은 구조화되지 않은 임상 면담을 시행하였다. 정신과 질환의 개인력이나 가족력이 있거나 자가면역 질환이나 물질 혹은 알코올 남용 진단을 받은 자는 모두 배제되었다. 모든 대상자들은 연구에 참여하기 전 2주이내에 세포성 면역의 이상과 연관된 만성 혹은 급성 신체 질환(감염 혹은 알러지 질환과 같은)이 없었다. 또한 이들은 혈액 화학, 신장기능, 갑상선기능, 간기능, VDRL 검사 및 흉부 X선 검사와 뇌파검사 상 정상 소견을 보였다. 표 1에 연구대상자 44명의 인구통계학적 자료들을 제시하였다.

2. 혈장 IL-12 및 TGF-β1의 측정
   오전 8시에서 9시 사이 공복 시에 10ml의 혈액을 lithium heparin 진공 시험관에 채취하여 즉시 3800rpm으로 10분간 원심분리 하였다. 혈장은 분석을 위해 녹이기 전까지 -70℃에 보관하였다. 환자군에서 혈색은 입원 시와 8주 후, 두 차례에 걸쳐 채취되었다. IL-12 및 TGF-β1에 대한 사이토카인 분석은 영국의 R & D Systems사의 제품인 quantitative high sensitive human IL-2, TGF-β1 kit를 사용하여 quantitative colorimetric sandwich ELISA 법으로 측정하였다. TGF- β1은 혈장에서 주로 잠재형(latent form)으로 분비되기 때문에 산성 용액으로 혈장의 활성화가 필요하다. 따라서 100μL의 혈액에 100μL of 2.5N acetic acid/10M Urea가 첨가되고 실온에서 10분간 배양된 후 100μL 2.7N NaOH/1M HEPES를 첨가하여 중화시켰다. 이후 IL-2와 TGF-β1의 측정은 회사의 지침을 따랐다. 간략하면 monoclonal antibody가 coating된 96well의 microplate에 표준액과 환자의 혈청을 100μL씩 분주한 후, 실온에서 2시간 배양된 후, 각 well에 400ul의 washing buffer로 3회 세척하였다. 200ul의 IL-12, TGF-β1 항체가 결합된 horseradish peroxidase를 각 well에 분주한 후 실온에서 2시간 배양하였디. 세척 후 200μL의 기질을 넣고, 20분간 실온 배양 후 50μL의 2N sulfuric acid로 반응을 정지시켰다. Plate의 O.D값은 Organon teknika microwell system으로 450nm에서 측정하였다. IL-12, TGF-β1의 각각의 최소측정 가능치(minimal detectable dose)는 2pg/ml, 50pg/ml이며, 검사-재검사 및 검사간 변량 범위(intra and inter assay coefficiency of variance)는 10% 이내이다.

3. 통계적 분석
   실험군은 연속된 공변량을 비교하기 위해 two-tailed t-test를 이용하였다. 이산 공변량에 대해서는 chi-square test를 이용하여 실험군들을 비교하였다. 사이토카인 농도와 임상적으로 평가한 변수들 사이의 관계를 검사하기 위해 Pearson’s product moment correlation coefficients를 계산하였다. 귀무가설은 p<0.05에서 기각하였고, 통계 처리를 위해 SPSS 11.01 소프트웨어를 사용하였다.

결     과

1. 대상자들의 인구학적 자료
   정신분열병 환자군과 정상 대조군 사이에 성별(χ²=1.087, df=1, p=0.297), 나이(t=-0.154, df=51.456, p=0.878), 및 체질량지수(t=0.893, df=52, p=0.376) 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(표 1). 정신분열병 환자군에서 입원시, 즉 연구 참여 당시에 실시한 실험실 검사들을 8주 후에도 반복해서 확인하였으며, 이는 입원 시와 비교하여 유의한 차이를 보이지 않았다.

2. 정신분열병 환자와 정상 대조군에서 혈장 IL-12와 TGF-β1 농도
   정신분열병 환자들과 정상대조군 모두에서 IL-12와 TGF-β1이 검출되었다. IL-12와 TGF-β 둘 다 정상대조군보다 정신분열병 환자군에서 통계적으로 유의하게 높은 농도를 보였다(표 2). 반면, IL-12와 TGF-β1의 비(ratio) 즉, Th1/Th3 비는 환자군과 정상대조군 사이에 유의한 차이를 보이지 않고 있었다. 또한 IL-12 및 TGF-β1 농도와 다른 모든 임상적 변수들 즉, 연령, 질병에 이환된 기간, 발병한 나이, 입원 횟수, 삽화 횟수, 혹은 BPRS 점수 사이에는 유의한 상관관계가 없었다. 또한 환자가 복용하는 약물 별로 사이토카인의 농도에 유의한 차이를 보이지 않고 있었다.

3. 8주간의 치료 전후의 IL-12 and TGF-β1 농도 변화
   23명의 환자군 모두가 8주간의 시험을 마치고 두 번째 분석에 포함되었다. 치료 전후의 사이토카인의 농도 변화는 paired t-test를 이용하여 분석하였다. 정신분열병 환자에서 8주간의 항정신병 약물 치료 전후로 IL-12와 TGF-β1이 모두 수치상으로는 감소하였으나 TGF-β1 농도만 이러한 감소 소견이 통계적으로 유의했던 반면, IL-12의 감소는 통계적 유의성이 없었다(표 3, 그림 1). 더불어, 8주간의 치료 후 정신분열병 환자의IL-12농도는 정상대조군의 IL-12농도와 여전히 유의한 차이를 보이고 있는 반면(t=7.581, df=41.782, p<0.001) TGF-β1 농도는 정신분열병 환자와 정상대조군 사이에 더 이상 유의한 차이를 보이지 않고 있었다(t=-0.039, df=51.998, p=0.969). IL-12와 TGF-β1의 비, 즉 Th1/Th3 비는 치료 전후로 유의한 변화를 보이지 않았다(표 3).

고     찰

   이 연구에서 나타난 주요한 두 가지 소견은 다음과 같다. 첫째, Th1 사이토카인인 IL-12와 Th3 사이토카인인 TGF-β1이 치료 받지 않은 정신분열병 환자에서는 모두 증가하였다. 본 연구에서 염증촉진 사이토카인인 IL-12의 상승 소견은 정신분열병에서 염증반응체계가 활성화되어 있다는 소견과 일치하는 것이다.^28)29)30)31) 정신분열병에서 염증촉진 사이토카인의 증가와 이로 인한 Th1/Th2 비의 변화는 반응적으로 이에 대한 조절 기능을 담당하고 있는 Th3 사이토카인의 변화를 야기하는 것으로 생각된다. 본 연구에서 정신분열병 환자에서 TGF-β1 농도 역시 정상대조군에 비해 높은 수치를 보인 것은 이러한 Th3 사이토카인의 변화를 반영하는 것이라 하겠다. 
   이 연구의 두 번째 소견은 사이토카인이 항정신병 약물의 치료 효과와 관련이 있을 수 있다는 것이다. 본 연구에서 항정신병 약물로 치료하는 동안 TGF-β1 농도는 감소하여 정상화된 반면, IL-12는 미미한 감소를 보여 정상대조군보다 유의하게 높은 소견을 유지하였다. 전형 및 비전형 항정신병 약물이 사이토카인 혹은 사이토카인 수용체의 생성을 조절할 수 있다는 것은 이전부터 보고되어 왔다. 전형 항정신병 약물인 haloperidol은 IL-1 수용체 길항체의 생성 자극과 IL-2, IL-6, INF-γ와 같은 염증 사이토카인의 생성을 억제함으로써 면역억제 효과를 가진다고 알려져 있다.^28)35)36)37) 또한 비전형 항정신병 약물인 risperidone과 clozapine도 역시 항염증작용을 가지는 것으로 보인다.^35)37)38) 비록 이들은 단기간의 치료에서는 IL-6, INF-γ 및 TNF-α와 같은 염증촉진 사이토카인의 생성을 유도하지만, 치료가 지속될수록 이러한 효과는 사라지게 된다.^39)40)41) 최근에는 비전형 항정신병 약물로 지속적으로 치료하면 정신분열병 환자에서 혈청 leukemia inhibitory factor receptor농도를 증가하여 항염증 능력을 증진시키는 것으로 보고되었다.⁴²⁾ 이에 더하여, 뇌척수핵의 단핵성 식세포와 거식세포의 비율이 정신분열병 환자에서 치료 전에는 유의하게 더 높다가 전형적 항정신병 약물로 치료하면서 정상 수준으로 회복되었다.⁴³⁾
   반면에, 이 연구에서 염증촉진 사이토카인인 IL-12가 항정신병 약물의 치료에 따라 유의한 변화를 보이지 않은 것은 연구 전 우리의 예상을 벗어난 것이었다. 이에 대해서 우리는 두 가지 점을 생각해 볼 수 있었다. 먼저, 8주간의 치료 기간이 실제 IL-12의 변화를 반영하기에 연구 기간으로서 너무 짧았을 가능성이 있다. 실제로 본 연구 결과에서도 IL-12농도는 통계적으로 유의하지는 않으나 감소하는 추세를 보이고 있어, 본 연구에서 시행한 것보다 더 장기간 추적하면 유의한 IL-12의 감소를 관찰했을 가능성도 추측할 수 있다. 이는 위에서 언급한 것처럼 비전형 항정신병 약물로 치료할 때 초기에는 염증촉진 사이토카인이 증가하다가 후에 정상화된 기존 연구 결과들에 의해서도 지지된다고 볼 수 있다.^39)40)41) 두 번째로, 서론에서 언급한 바와 같이 최근의 보고들은 단일 사이토카인 농도의 변화뿐만 아니라 다른 종류의 사이토카인들 사이의 균형을 중시한다는 것이다. 여러 연구자들이 정신분열병 환자들에서 Th1/Th2 균형을 평가하였는데, 결과는 다양하였다.^25)28)31)44) Th1와 Th2 중 어느 편으로 중심이 이동되는지에 대해서는 아직 확정된 바가 없다. 기존의 Schwartz의 연구 집단에서는 투약하지 않은 정신분열병 환자에서 Th2의 활성화로 편향된다고 가정하였으나,⁴⁵⁾ Kim 등의 연구에서는 치료 전에 Th1으로 치우치는 것을 보고하기도 하였다.⁴⁶⁾ 본 연구에서는 Th2 사이토카인을 다루지 않아 결과에 영향을 줄 수 있는 Th1/Th2비와 그 변화를 확인할 수가 없었다. 대신 Th1/Th3 비를 측정하였고, 이는 치료 전후 모두에서 정신분열병 환자군과 정상군 사이에 유의한 차이를 보이지 않고 있었는데, 이를 통해 Th3 사이토카인이 Th1 사이토카인의 변화에 따라 얼마나 민감하게 변화하는가를 추측해 볼 수도 있다.
   Th3 사이토카인인 TGF-β1의 치료 전후 변화가 IL-12와 같은 단일 염증촉진 사이토카인의 변화에 의한 것이든, 아니면 Th1/Th2 비와 같은 여러 사이토카인 사이의 균형의 변화에 의한 것인지 이 연구로는 명확하게 알수는 없지만, 이러한 변화는 정신분열병의 치료로 인한 염증 반응의 변화를 반영하는 중요한 소견으로 생각된다. 앞으로 더욱 세분화된 연구를 통해서 이러한 Th3 사이토카인의 활성 변화의 정확한 특징과 경향을 연구할 필요가 있다.
   본 연구에는 몇몇 제한점들이 있다. 먼저, 혈액 채취를 입원 시와 치료 후 8주에 두 차례만 시행하여 치료 기간 동안의 이들 사이토카인의 역동적 변화들을 확인할 수가 없었다. 둘째로 사이토카인의 기저 농도와 활성화된 전체 혈구에서 분비된 사이토카인의 농도 사이에는 주요한 차이가 있을 수 있다는 점이다. 개개인의 기저 사이토카인 농도가 매우 다양하여 환자군과 정상군 사이의 차이가 희석될 가능성도 충분하다. 셋째, 환자들마다 다양한 항정신병 약물을 투여하고 있어서 연구 결과에 영향을 미쳤을 수 있다. 네 번째 제한점은 비교적 적은 표본수로 인한 통계적 한계이다.
   이러한 제한점들에도 불구하고 본 연구는 정신분열병의 병태생리학에서 염증촉진 사이토카인에 대한 조절 기능을 하는 Th3 사이토카인인 TGF-β1의 역할을 제시하고 있다. 향후 이러한 사이토카인의 역할을 밝혀내고 이에 대한 항정신병 약물의 효과를 검증할만한 더욱 정확한 대규모 연구가 시행될 것이다.

요     약

목  적：
   많은 연구에서 정신분열병에서 염증반응체계의 활성화와 사이토카인의 변화가 병태생리학적 및 원인적 역할을 하는 것으로 보고되어 왔으며, 여기에는 type 1 T helper cell(Th1), type 2 T helper cell(Th2), type 3 T helper cell(Th3)의 조절 이상이 제시되고 있다. 본 연구에서는 정신분열병 환자에서 항정신병 약물 치료 전후로 Th1 사이토카인인 interleukin-12(IL-12), Th3 사이토카인인 transforming growth factor-β1(TGF-β1)의 혈장 농도를 측정하였다.
방  법：
   23명의 정신분열병 환자군과 31명의 정상대조군에서 IL-12와 TGF-β1 농도를 측정하였고 정신분열병 환자군에서는 8주간 항정신병 약물로 치료 후 다시 IL-12와 TGF-β1의 농도를 측정하였다. 또한 정신분열병 환자군에서 치료전과 8주간 치료 후, 2차례에 걸쳐 Brief psychiatric rating scale(BPRS)를 측정하였다.
결  과：
   치료전 IL-12 농도와 TGF-β1 농도 모두 정상대조군보다 환자군에서 유의하게 높게 나타났다. 8주간의 치료 후 TGF-β1 농도는 유의하게 감소하여 정상대조군의 농도와 차이를 보이지 않게 된 반면, IL-12의 농도는 유의하지 않은 감소를 보였다. BPRS 점수의 변화 및 IL-12 및 TGF-β1의 농도의 변화 사이에는 유의한 상관관계가 없었다.
결  론：
   정신분열병의 병태생리학에 사이토카인의 이상이 관여할 수 있으며, TGF-β1이 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다.