Korean Journal of Biological Psychiatry

Address for correspondence: Tae-Youn Jun, MD, Department of Psychiatry, The Catholic University of Korea College of Medicine, 62 Yeouido-dong, Yeongdeungpo-gu, Seoul 150-713, Korea
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서ㅔㅔ론

ㅔ유전율(heritability)이 80%에 이르는 양극성 장애는 그 동안의 많은 가계, 쌍생아 및 양자 연구를 통하여 질병 감수성(susceptibility)을 결정하는 요인 중 유전적 소인이 매우 중요함이 확인 되었다.¹⁾²⁾ 이러한 명백한 유전적 배경에도 불구하고 양극성 장애의 원인적 복잡성 때문에 정확한 신경생물학적인 병인에 대한 탐구는 여전히 계속되고 있다. 양극성 장애 환자들에서 특히 급성 기분 삽화를 겪는 동안 말초혈액 cytokine이 증가되어 있는 등 염증 반응이 항진되어 있는데 이러한 면역체계의 교란이 양극성 장애의 여러 병인 중 일부를 설명하는 것으로 이해하고 있다.³⁾⁴⁾⁵⁾ 정신과 영역에서 이러한 cytokine이 관여한다는 근거는 정신적으로 건강한 사람에게 cytokine을 투여하였을 때 기분 변화, 인지 기능 장애 그리고 망상 등의 정신과적 증상이 나타난 연구 결과⁶⁾와 일부 항 정신병약물이 cytokine의 생산과 분비를 조절한다는 결과⁷⁾를 통하여 일찍이 확인된 바 있다. 여러 cytokine 중에서도 lymphotoxin alpha(이하 LTA)는 바이러스 감염이나 염증 반응으로부터 세포를 보호하고 다른 cytokine과 상호작용하여 면역반응을 조절하는 기능을 가지고 있다.^8)9)10)
ㅔ양극성 장애와 조현병은 체계적인 가계조사를 통하여 동일 가계 내에서 공존함이 확인되었고¹¹⁾¹²⁾ 질환의 발병에 관여하는 연관 유전자 연구 결과들은 두 질환이 상당한 유전적 배경을 공유하고 있음에 대한 가능성을 시사하고 있다.^13)14)15) 이러한 여러 유전자들 중 LTA 유전자는 양극성 장애와 조현병의 발병 모두에 관여하는 것으로 확인된 6번 염색체에 위치하고 있으며^16)17)18) 기존의 연구를 통해 LTA +252G 대립유전자와 조현병의 연관성이 제시된 바 있다.¹⁹⁾ 또한 조현병의 발병 기전으로 제시되고 있는 태아 감염에 있어 주 역할을 하는 IL-6, IL-10이나 Tumor Necrosis Factor alpha(이하 TNF-α)와 같은 주요 cytokine의 혈장 농도와 유전자 발현에 LTA 유전자가 영향을 미친다는 연구 결과^9)20)21)는 조현병의 병인으로 연구되고 있는 유전자에 대하여 양극성 장애와의 연관성을 확인하는 작업으로서의 의미와 더불어 LTA 유전자에 대한 추가적 탐색의 의의를 제공한다.
ㅔ제1형 양극성 장애는 기분 삽화의 재발이 흔하고 약 3분의 1의 환자에서 만성적인 경과를 보이며 심각한 사회적 기능 손상을 야기한다. 특히 양극성 장애 환자에서 정신병적 증상이 동반되는 경우, 병전 저조한 직업 수행 능력, 알코올 의존, 우울 증상, 그리고 성별이 남성인 경우와 더불어 이 질환의 불량한 예후 인자로 작용하고²²⁾ 조기 발병의 병력과 함께 질병의 가족성, 더 나아가 유전적 성향을 시사한다.²³⁾ 이렇게 정신병적 증상을 동반한 양극성 장애의 경우 특히 정신병적 증상이 mood-incongruent할 때, 양극성 장애 가계 내 군집성을 보이는 점과 조현병의 감수성 유전자좌와의 유의한 연관을 보인 전장유전체 연관분석 결과²⁴⁾는 양극성 장애 중 특히 정신병적 증상을 동반한 양극성 장애와 조현병이 상당한 유전적 배경을 공유하고 있음에 대한 가능성을 시사한다.
ㅔ이에 본 연구에서는 1형 양극성 장애 환자를 대상으로 LTA +252A/G 유전자 단일염기 다형성과 질병 감수성과의 관련성을 평가하고 양극성 장애 환자 중 정신병적 증상을 동반한 환자군과 정신병적 증상을 동반하지 않은 환자군 사이에 유전학적 배경에도 차이가 있는지 평가하고자 하였다.

방ㅔㅔ법

연구 대상
ㅔ가톨릭대학교 여의도 성모병원에 입원한 환자들 중 정신건강의학과 전문의에 의한 임상 면담과 경과 관찰 그리고 가족이 제공한 임상 정보를 바탕으로 정신장애 진단 및 통계편람 4판²³⁾의 진단기준(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders-4th edition)에 준하여 1형 양극성 장애로 진단받은 환자를 대상으로 하였다. 입원 당시의 기분 삽화에 동반된 정신병적 증상 유무를 기준으로 하여 정신병적 증상이 동반되거나 동반되지 않은 경우 모두를 포함하였다. 환청과 환시, 망상 중 한 가지 이상의 증상을 보일 경우 정신병적 증상이 있는 것으로 간주하였다. 이들 중 신경계 질환이나 내분비 장애, 자가 면역 질환, 동반 정신 질환이나 성격 장애 및 약물 남용의 병력이 있는 환자를 제외한 114명을 환자군으로 선정하였다.
ㅔ정상 대조군은 가톨릭 조혈모세포 정보은행에서 보유하고 있는 정신과적 질환의 병력이 없는 정상 한국인 202명의 자료를 이용하였다. 모든 대상자들은 본 연구의 목적과 과정에 대한 전반적인 설명을 들은 후 서면 동의를 하였다. 본 연구는 가톨릭대학교 여의도 성모병원 생명윤리심의위원회(Institutional review board)의 허가를 받아서 진행하였다.

실험 방법

DNA 추출
ㅔ대상 환자와 정상 대조군의 전주정맥에서 헤파린 처리된 진공시험관(Becton Dickinson Vacutainer Systems, Rutherford, NJ, USA)을 사용하여 10 mL의 말초정맥혈을 채취하였다. 임파구는 Ficoll-Paque(Pharmacia, Uppsala, Sweden) 비등차용액에서 분리하여 1 × 10⁶개/mL 밀도가 되도록 완충용액에 현탁하였다. 임파구 현탁액 중 0.15 mL를 취하여 원심분리 후 상층액을 버리고 pellet을 얻었다. 이 pellet에 단백질 분해효소(Proteinase K)가 포함된 말초혈액 백혈구 분해용액(Proteinase K 0.07 mg/mL, Nonidet P40 4.5 µL/mL, Tween-20 4.5 µL/mL를 포함한 pH 8.0 100 mM Tris-HCl, 500 mM KCl, 17 mM MgCl₂ 완충용액)을 0.15 mL 첨가 후 55℃에서 60분 처리하여 DNA를 추출하고, 95℃에서 30분간 단백질 분해효소(proteinase K)를 불활성화시켜 이를 바로 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, 이하 PCR)의 주형(template) DNA로 사용하였다.²⁵⁾

LTA 유전자형 분석 : PCR-restriction fragment length polymorphism(이하 RFLP)
ㅔTNF-β라는 다른 이름으로도 불리는 LTA의 유전자는 6번 염색체의 단완에 위치(6p21.1-6p21.3, position = 31648072-31650077, genomic size = 2006 RefSeq = NM_000595)하고 있으며 유전자의 이대립형질 다형성(biallelic polymorphism)이 보고되어 있다. 그 변이는 LTA 유전자의 첫번째 intron부위에 해당하는 +252번째 염기에 위치하고 있으며 이 부분이 NcoI 제한 효소에 의해 인식된다. LTA 유전자 부위 중 Messer 등이 고안한대로 NcoI 제한 효소에 절단 부위를 포함하는 primer(forward primer : 5-CCGTGCTTCGTGCTTTGG ACTA-3, reverse primer : 5-AGAGCTGGTGGGACATG TCTG-3)를 사용하였다.⁸⁾²⁶⁾ 추출된 DNA 2 µL에 10 × PCR buffer(100 mM Tris-HCl pH 8.3, 500 mM KCl, 15 mM MgCl2) 2 µL, 2 mM dNTP 2 µL, primer 20 ng 각 2 µL, Taq DNA polymerase(Boehringer Mannheim, Hilden, Germany) 0.2 µL (5 U/µL), 그리고 10 µL의 2차 증류수가 추가된 혼합액 18 µL를 가하여 총 20 µL로 만들었다. 이 혼합액을 thermal cycler(GeneAmp PCR System 9600, Perkin Elmer, Norwalk, Conn.)로 93.5℃에서 1분간 denaturation, 65℃에서 30초간 annealing, 72℃에서 2분간 extension시키는 과정을 10회 반복한 후, 93.5℃에서 1분간 denaturation, 62℃에서 30초간 annealing, 72℃에서 2분간 extension시키는 과정을 다시 25회 반복하여 유전자 증폭을 시행하였다. 증폭된 DNA(PCR product) 5 µL와 NcoI(Boehringer Mannheim, Germany) 0.5 U을 37℃에서 2시간 반응시킨 후 ethidium bromide가 포함된 1.5% agarose gel에서 전기 영동하여 DNA 띠의 위치를 관찰하였다.¹⁹⁾

통계분석방법
ㅔ유전자형 분석은 SNPalyze version 4.1을 이용하였고 하디-와인버그 평형(Hardy-Weinberg Equilibrium)도 본 프로그램을 이용하여 분석되었다. 통계적 처리는 SPSS version 18을 이용하여 전산 분석하였다. 1형 양극성 장애 환자와 정상 대조군 사이의 LTA +252A/G 다형태의 유전자형과 대립유전자 빈도 차이를 분석하기 위하여 χ² 검정을 이용하였고 χ² 검정의 기준이 충족되지 않는 경우에는 Fisher's exact test를 이용하였다. 유전자형과 대립유전자와 질환과의 관련 정도는 교차비(odds ratio, 이하 OR)와 95%의 confidence interval (이하 CI)을 사용하여 평가하였다. 모든 통계학적 유의수준은 p < 0.05로 하였다. 두 대립 유전자 사이의 차이를 알아내기 위한 표본 검증력은 알파 값 0.05 양측검정을 사용하여 계산하였다. 본 연구의 표본은 검증력 분석 상 OR = 2.09, 그리고 대립 유전자간 16% 정도의 차이에 상응하는 effect size(w = 0.17)를 감지할 수 있는 검증력(power = 0.80)을 보이는 것으로 나타났다.

결ㅔㅔ과

ㅔ114명의 1형 양극성 장애 환자군에서 남성이 63명(55.26%), 여성이 51명(44.74%)이었으며 이들의 평균 연령은 31.5 ± 11.2세였다. 그리고 202명의 대조군에서 남성은 111명(55.0%), 여성은 91명(45.0%)이었고 이들의 평균 연령은 31.2 ± 8.7세였다. 성별과 연령의 분포에 있어 1형 양극성 장애 환자군과 대조군 사이에 유의한 차이는 없었다.

LTA 유전자 단일염기 다형성과 질병 감수성
ㅔ대상자들의 LTA +252A/G 유전자 단일염기 다형성 분석 결과, 1형 양극성 장애 환자군에서 LTA +252A/A 유전자형, LTA +252A/G 유전자형, LTA +252G/G 유전자형은 각각 19명(16.7%), 59명(51.7%), 36명(31.6%)으로 구성되어 있었다. 대조군에서 LTA +252A/A 유전자형, LTA +252A/G 유전자형, LTA +252G/G 유전자형은 각각 44명(21.8%), 95명(47%), 63명(31.2%)이었다(Table 1). 본 연구에 참여한 1형 양극성 장애 환자군(p = 0.531)과 대조군(p = 0.468)에서 LTA +252A/G 유전자 단일염기 다형성의 유전자형 분포는 하디-와인버그 평형 상태에 있었다.
ㅔLTA +252A/G 유전자 단일염기 다형성과 질병 감수성의 관련성 평가 결과 양극성 장애 환자군과 정상군에서 유전자형 및 대립유전자 분포에 있어서 유의한 차이가 없었다(Table 1).

LTA 유전자 단일염기 다형성과 정신병적 증상
ㅔ1형 양극성 장애 환자군 114명을 입원 당시 정신병적 증상을 동반한 군(n = 16)과 정신병적 증상을 동반하지 않은 군(n = 98)으로 재분류한 뒤 LTA +252A/G 유전자형 분포를 확인하였고 두 아형에서 나타난 유전자형 분포도 하디-와인버그 평형 상태에 있었다(정신병적 증상이 동반된 환자군 : p = 0.182, 정신병적 증상이 동반되지 않는 환자군 : p = 0.191). 양극성 장애의 두 아군에서 유전자형 분포는 통계적으로 유의한 차이(p = 0.016)가 확인되었지만 세가지 유전자형과 정신병적 증상의 관련 정도를 LTA +252A 대립유전자를 기준으로 교차비와 95% CI로 평가해 보았을 때(LTA +252A/A vs. LTA +252A/G, LTA +252A/A vs. LTA +252G/G) LTA +252A/G 유전자형(OR = 0.618, 95% CI = 0.104-3.674)이나 LTA +252G/G 유전자형(OR = 3.269, 95% CI = 0.636-16.797)이 LTA +252A/A 유전자형 보다 정신병적 증상과 통계적으로 더 유의한 관련성을 보이지 않았다. 즉, 1형 양극성 장애 환자에서 정신병적 증상의 동반 유무와 특정 LTA 유전자형의 관련성은 확인되지 않았다(Table 2).
ㅔ다음으로 정신병적 증상의 동반 유무를 기준으로 분류한 두 아군에서 LTA 대립유전자 빈도를 비교하였고 LTA +252A와 LTA +252G 사이에 통계적으로 유의한 분포 차이를 보였다(Table 2). 정신병적 증상을 동반하는 환자군이 정신병적 증상을 동반하지 않는 환자군보다 LTA +252G 대립유전자와의 관련성이 더 높게 나타났다(p = 0.034, OR = 2.495, 95% CI = 1.069-5.827). 또한 정신병적 증상을 동반하는 1형 양극성 장애 환자군을 정상 대조군과 비교하였을 때, 두 군에서 유전자형(χ² = 6.53, p = 0.038)과 대립유전자(χ² = 4.96, p = 0.026)의 분포는 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 정신병적 증상을 동반하지 않는 1형 양극성 장애 환자군과 정상 대조군을 비교하였을 때, 유전자형(χ² = 2.21, p = 0.331) 및 대립유전자(χ² = 0.001, p = 0.980)의 분포는 유의한 차이가 없었다(Table 2).

고ㅔㅔ찰

ㅔLTA 유전자 다형성은 심근경색증, 건선성 관절염(psoriatic arthritis), 나병, 그리고 전신성 홍반성 루푸스나 갑상선 질환 등과 같이 정신과적 증상을 종종 동반하는 면역 질환의 유전적 위험인자로 제시된 바 있으며 TNF와 LTA와 같은 cytokine은 여러 염증질환의 발병 기전과 disease activity에 관여한다.^27)28)29)30) LTA는 활성화된 림프구에서 분비되어 바이러스 감염이나 염증 반응으로부터 세포를 보호하는 면역조절 기능을 가지고 있으며⁸⁾ 다른 cytokine과 상호작용하여 면역반응을 조절한다. 특히 LTA는 TNF-α와 동일한 수용체에 작용하며 IL-6, IL-10, TNF-α의 혈장 농도와 유전자 발현을 조절한다고 보고되었다.^9)10)20)21) LTA는 저혈당 손상과 흥분성 아미노산 독성으로부터 해마, 중격, 피질의 신경세포를 보호하며 특히 TNF-α 보다 glutamate와 NMDA 독성으로부터 더욱 효과적으로 신경세포를 보호하는 것으로 보고되었다. LTA 전처치를 통해 성공적으로 glutamate에 대한 칼슘 반응을 약화시켜 칼슘 항상성이 유지된 연구 결과는 조현병의 발병에 관여할 것으로 추측되는 일련의 세포독성 과정을 LTA가 조절할 수 있을 것이라는 가능성을 시사한다.³¹⁾³²⁾ 질병의 발병 기전으로서의 면역 반응 조절에 관여하는 LTA의 기능 외에도 National Institute of Mental Health(이하 NIMH) Genetics Initiative group에 의해 시행된 전장유전체 연관 분석 결과 17번과 6번 염색체(17q25.3, 6q16.3-22.1)가 양극성 장애와 연관성을 가짐이 시사된 점과³³⁾ 6번 염색체의 장완(6q16.3-22.1)과 그동안 조현병과의 연관성만이 확인되었던 6번 염색체의 단완(6p22.2)의 유전자좌 사이에 유의미한 상호작용이 있음을 보여준 Schulze 등¹⁶⁾의 연구는 LTA 유전자가 위치한 6번 염색체 단완에 대한 추가적 탐색의 의의를 제공했다고 할 수 있겠다.
ㅔLTA +252A/G 유전자 단일염기 다형성은 인종 간 차이가 보고 되었다.²⁶⁾ LTA +252G 대립형질은 유럽의 백인에서 보다 한국인에서 빈도가 더 높게 나타나는데 이는 인종마다 면역유전학적 배경의 차이가 존재함을 시사한다.³⁴⁾ LTA +252A/G 유전자 다형성과 LTA 유전자 발현과의 관계는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 흔히 LTA +252A/A는 TNF hyperproducer, LTA +252A/G는 TNF moderate producer, LTA +252G는 TNF normoproducer로 알려져 있지만³⁵⁾ 이와 상반되는 결과가 보고되기도 하였다.³⁶⁾ 앞에서 언급한 바와 같이, LTA 유전자 발현과 LTA +252A/G 유전자 다형성에 대한 분자생물학적 수준의 관련성에 대한 더 많은 정보가 요구되고 있다.
ㅔ본 연구를 통해 LTA 유전자 다형성 중 LTA +252G 대립형질이 1형 양극성 장애의 질병 이환 그 자체에는 영향을 주지 않지만 정신병적 증상을 동반하는 1형 양극성 장애 환자들의 취약성(vulnerability)에 관여할 가능성을 시사하였다. 이러한 연구 결과는 dysbindin 유전자(이하 DTNBP1) 다형성이 양극성 장애 자체에 대한 감수성과는 관련이 없지만 기분 삽화 중 대략 절반에서 발생하는 정신병적 증상에 대한 취약성에는 영향을 미칠 수 있다는 기존의 연구³⁷⁾ 결과와도 같은 맥락이라 하겠다. DTNBP1 외에도 조현병의 감수성 유전자이면서 정신병적 증상을 동반하는 양극성 장애와 연관성을 보이는 것으로 나타난 유전자는 Neuregulin(이하 NRG1), Disrupted in Schizophrenia 1(이하 DISC1), 그리고 d-amino acid oxidase inhibitor(이하 DAOA) 등이 있다.^{38)39)40)41)42)43)44)} LTA +252G 대립유전자는 기존의 연구를 통해 조현병과의 연관성에 대한 가능성이 제시¹⁹⁾ 되었고 본 연구의 결과를 통해 정신병적 증상을 동반한 양극성 장애와의 관련성이 제시되면서 정신병적 증상을 동반한 양극성 장애와 조현병이 부분적으로 유전적 배경을 공유할 가능성을 시사하였다.
ㅔ다른 여러 정신 질환의 경우와 같이 양극성 장애의 병인은 매우 다원적이며 복잡하다. 이러한 질병의 원인을 하나의 단일염기 다형성으로 설명하는 것은 불가능할 것이며 이는 본 연구의 근원적인 한계이다. 다른 제한점으로는 환자군에서 과거의 정신병적 증상 동반 여부를 조사하여 포함하지 못하고 입원 당시의 정신병적 증상 동반 유무만을 고려한 점이다. 정신병적 증상을 동반한 기분 삽화는 임상적으로 비교적 흔하지만 본 연구의 표본에서는 정신병적 증상을 동반한 1형 양극성 장애 환자의 수(16/114명)가 적었다는 점도 결과를 일반화하는데 있어 제한점으로 작용하였다. 그 외에도 정신병적 증상이 동반된 삽화를 우울 삽화와 조증 삽화로 구분하지 않았다는 점과 정신병적 증상을 mood-congruent한 증상과 mood-incongruent한 증상으로 분류하여 평가하지 않았다는 점이 본 연구의 제한점이다. Mood-congruent한 정신병 증상은 기분장애를 시사하는 반면 mood-incongruent한 정신병 증상은 분열정동장애나 조현병의 가능성을 시사 한다고 알려져 있다.²³⁾ 특히 mood-incongruent 한 정신병적 증상을 동반하는 경우, 양극성 장애 가계 내 군집성을 보이는 점과 조현병의 감수성 유전자좌와의 유의한 연관을 보인 연구 결과²⁴⁾는 mood-incongruent한 정신병적 증상을 동반한 양극성 장애와 조현병 사이의 접점의 가능성을 시사한다. 일반화할 수 있는 더욱 확실한 결론에 도달하기 위해서는 더 큰 표본과 인구 층화를 고려한 발전된 형태의 환자-대조군 유전 연관 연구를 고려해야 할 것이다. 또한, 1형 양극성 장애의 가계 내 유전적 군집성을 감안하면 가계연구가 보다 확실한 결과를 제시할 수 있을 것이다.
ㅔ결론적으로 본 연구에서는 LTA +252A/G 유전자 단일염기 다형성 중 LTA +252G 대립유전자와 1형 양극성 장애 자체에 대한 관련성은 확인하지 못하였으나 정신병적 증상을 동반한 양극성 장애 아형과 관련 가능성을 제시하였고 이는 후속 연구에서 추가적으로 평가해야 할 것으로 사료된다.