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크로이츠펠트-야콥병(CJD) 실험실 진단에서 tau 단백질의 지표물질 효용성 분석
- 작성일2015-07-16
- 최종수정일2015-07-16
- 담당부서인수공통감염과
- 연락처043-719-7166
크로이츠펠트-야콥병(CJD) 실험실 진단에서 tau 단백질의 지표물질 효용성 분석
Analysis for Efficiency of Tau Protein in Laboratory Diagnosis of CJD
Analysis for Efficiency of Tau Protein in Laboratory Diagnosis of CJD
질병관리본부 국립보건연구원 면역병리센터 인수공통감염과
현재욱, 김수연, 이영선
Abstract
The 14-3-3 protein has been used as a biomarker for the diagnosis of sporadic Creutzfeldt-Jakob Disease (sCJD). There are three criteria for its diagnosis: positive, weakly positive, and negative. In a few incidents, weakly positive for 14-3-3 protein led to false positive results and an incorrect diagnosis. Thus, in order to provide an accurate diagnosis, we attempted to compare the quantitative data between 14-3-3 protein and tau protein, which was well-known and important biomarker in neurodegerative diseases. Sixty-two patients with sCJD, including pathologically confirmed, clinically definite, and probable cases, and 89 non-CJD patients were investigated. Among them, 20 sCJD and 14 non-CJD showed weakly positive results for 14-3-3 protein. The levels of total tau (t-tau) and phosphorylated tau (p-tau) proteins were measured by ELISA, and the p-tau to t-tau ratio (p/t ratio) was calculated. The combined use of the 14-3-3 protein assay, t-tau levels, and p/t ratio improved the specificity of diagnosis in comparison with 14-3-3 protein assay alone. In addition, 18 out of 20 sCJD and 12 out of 14 non-CJD cases, which were weakly positive for 14-3-3, were positive and negative for the p/t ratio, respectively. Therefore, the use of combined assay of 14-3-3 protein and tau proteins could be considered as biomarkers for the precise diagnosis of sCJD.
Ⅰ. 들어가는 말
프리온 질병은 치명적인 퇴행성뇌질환 중 하나로 뇌에서 프리온 단백질의 비정상적인 접힘과 축적에 의해 발병하며, 크로이츠펠트-야콥병(Creutzfeldt-Jacob Disease, CJD)은 사람에서 나타나는 프리온 질환 중 하나이다. CJD는 95% 이상이 산발적 CJD (sporadic CJD, sCJD)이며 World Health Organization (WHO) 가이드라인에서 sCJD에 대한 실험실 진단 기준으로 뇌척수액 내 14-3-3 단백질 검출(정상인 대비 증가) 항목이 포함되어 있다[1, 2].
하지만 14-3-3 단백질 검출법은 몇 가지 보완해야 할 부분이 있다. 각 나라마다 항체의 선정, 관련 장비 및 시약 등 다소 상이한 SOP (Standard Operating Procedure)를 적용하고 있다[3]. 또한 평균적으로 민감도는 90%에 가깝게 산출되지만 특이도는 43%에서 97%까지 다양하게 보고되고 있고 정성적 또는 반정량적 실험 방법이기 때문에 실험자의 주관적인 판단으로 인한 오류와 실험실마다 대조군 기준에 차이가 있을 수 있다.
이러한 보완점을 해결하기 위해 원인 병원체 증폭 후 직접 검출하는 실험법의 개선과 다른 바이오마커 발굴에 대한 연구가 광범위하게 진행 중이다. 그 중 tau 단백질은 알츠하이머병 등 치매 관련 질병에서 사용되는 바이오마커로써 알려져 있지만 CJD 환자에서도 특이적으로 발현되는 특징을 갖는다고 보고되어 왔다[5]. 따라서 본 연구에서는 sCJD 의심환자에서 tau 단백질의 두 가지 타입(total tau, t-tau; phospho-tau, p-tau)과 p-tau/t-tau ratio (p/t ratio)를 측정하고 14-3-3 결과와 비교, 분석하여 CJD 실험실 진단에 유용한 마커로써 사용될 수 있다고 판단하여 그 결과를 소개하고자 한다.
Ⅱ. 몸 말
CJD 진단 기준을 충족하는 62명의 환자군과 CJD가 아닌 89명의 대조군을 선택하여 뇌척수액에서 각각의 바이오마커를 측정하였다. 14-3-3 단백질은 환자군 62명 중 61명에서 양성이었고 대조군 89명 중 45명에서 음성이었다. 이것은 민감도는 높지만 특이도는 낮다는 것을 의미한다. Tau 단백질을 살펴보면 t-tau는 환자군에서 33건이 양성이고 대조군에서 80건이 음성이었다. 민감도는 떨어지지만 특이도가 상당히 높은 것을 알 수 있다. p/t ratio는 환자군에서 42건이 양성, 대조군에서 65건이 음성이었다. 요약하면 14-3-3은 민감도가 높은 반면 특이도가 낮으며 t-tau는 민감도는 낮지만 특이도는 높게 나타났다. 또한 p/t ratio는 민감도 및 특이도가 평균의 수준을 나타냈다. p-tau의 경우는 두 군에서 유의적인 차이점을 나타내지 못했다. 자세한 결과는 Figure 1과 Table 1과 같다.
이러한 측정값을 토대로 민감도 및 특이도 등 통계적 데이터를 구하기 위해 Receiver operating characteristic (ROC) curves를 구하였다. 민감도(sensitivity, Se)와 특이도(specificity, Sp)는 Youden Index J (Se+Sp-1)를 적용하여 최적의 값을 산출했다. Tau 단백질 분석과 14-3-3 단백질 검사결과를 적용하여 양성과 음성을 재분류한 결과, Area under the ROC curve (AUC)의 면적이 p-tau에서는 a와 b가 차이가 없는 것을 알 수 있었다(Figure 2). 반면에 t-tau와 p/t ratio는 AUC의 면적이 14-3-3을 추가로 적용한 b에서 더 증가한 것을 알 수 있었다. AUC 면적이 증가한 만큼 정확도가 더 증가된 것을 의미한다. Table 2와 3을 보면 좀 더 자세한 데이터들이 통계적 근거에 의해서 산출되었다. Tau와 14-3-3 단백질을 조합하여 적용한 결과 t-tau와 p/t ratio를 14-3-3과 함께 적용하였을 때 민감도 및 특이도가 크게 향상되는 것을 알 수 있었으며 특히 p/t ratio를 적용한 것의 정확도가 더 증가하였다.
Weak 14-3-3 positive 판정 가운데 false positive의 오류를 일으킬 수 있는 경우가 있어 특이도 향상에 대한 검토가 있어 왔다. 몇 개월 후 환자 검체를 다시 채취하여 확인해 보면 좀 더 정확히 알 수 있는 경우도 있지만 이것은 현실적으로 어렵다. 따라서 weak 14-3-3 positive로 판정된 의심환자 CSF를 대상으로 위에 기술했던 방법과 동일한 cut-off를 적용하여 재분류해 보았다. 총 34건의 weak 14-3-3 positive 검체를 선정 후 두 군으로 나누고 각각의 tau 값들을 나열하여 양성 또는 음성으로 판정하였다. 그 결과, p/t ratio 판정 결과가 환자군에서 대부분 양성이었으며(18/20) 대조군에서 대부분 음성이었다 (12/14) (Table 4). p/t raio는 CJD 환자를 구별하는 데 중요한 지표근거가 될 수 있다는 것을 확인하였다
Ⅲ. 맺는말
CJD 의심환자 판정은 임상의에 의한 환자의 임상 증상 및 뇌영상 측정 소견과 실험실에서의 생화학적 검사결과를 종합하여 CJD 특이적인 특징을 나타내는지 결정한다. 질병관리본부 국립보건연구원 인수공통감염과에서는 2005년부터 현재까지 CJD 실험실 진단을 수행하고 있으며 진단업무 효율화를 위한 진단법 개선 및 새로운 진단법 개발을 목표로 업무를 수행하고 있다. 14-3-3 단백질은 중추신경계에 이상이 생길 경우 뇌척수액으로 과량 분비되어 의심환자의 뇌척수액에서 증가된 양을 간단하게 측정할 수 있다. 하지만 반드시 CJD가 아니더라도 다른 중추신경 이상반응에서도 14-3-3의 양이 증가되기 때문에 14-3-3 단백질 검출 진단법의 특이도 지적은 계속되어 왔다. 특히, 국내에서는 CJD 확진판정에서 요구되는 조직 부검 검사가 어렵기 때문에 체액을 이용한 감별 진단법 개발이 꾸준히 요구되어 왔다. Tau 단백질은 그 자체만으로는 CJD 특이적이지 않으며 알츠하이머병에서 주로 사용되는 바이오마커이지만 total tau와 phosphorylated tau를 각각 측정하여 이 둘의 상대적인 비율을 계산한 값(p/t ratio)은 CJD 특이적인 패턴을 보이고 있다[6]. 따라서 14-3-3 단백질과 tau 단백질의 검출을 동시에 수행하여 실험실 진단 결과로 적용한다면 CJD 의심환자의 판정에 좀 더 신뢰할 만한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
Ⅳ. 참고문헌
1. Zerr, I. et al. 2009. Updated clinical diagnostic criteria for sporadic Creutzfeldt-Jakob disease. Brain 132, 2659-68.
2. 크로이츠펠트-야콥병 및 변종 크로이츠펠트-야콥병 관리지침. 2012. 질병관리본부.
3. Gmitterova, K. et al. 2009. 14-3-3 CSF levels in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease differ across molecular subtypes. Neurobiol Aging 30, 1842-50.
4. Geschwind, M.D. et al. 2003. Challenging the clinical utility of the 14-3-3 protein for the diagnosis of sporadic Creutzfeldt-Jakob disease. Arch Neurol 60, 813-6.
5. Hamlin, C. et al. 2012. A comparison of tau and 14-3-3 protein in the diagnosis of Creutzfeldt-Jakob disease. Neurology 79, 547-52.
6. Satoh, K et al. 2006. 14-3-3 protein, total tau and phosphorylated tau in cerebrospinal fluid of patients with Creutzfeldt-Jakob disease and neurodegenerative disease in Japan Cel lMol Neurobiol 26, 45-52.
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