Abstract


As mean age of Korean population is getting older, the prevalence of dementia increases rapidly. To develop new diagnostic tools and therapeutic strategies and to identify prognostic factors, human biospecimens of various types of dementia are needed.
The purpose of this project was (i) to collect biospecimens from Parkinson’s disease (PD) dementia, PD mild cognitive impairment (PD-MCI) and Alzheimer’s disease (AD), (ii) to collect clinical and epidemiological data from these patients and (iii) to perform a pilot study using collected biospecimens.
We accomplished the following. First, we recruited 400 PD and 128 AD patients from 14 clinic centers and obtained 14,935 vials of genomic DNA, serum, plasma, and urine using standardized protocols. Second, we constructed a database of clinical and epidemiological data from these patients. Third, we investigated whether LRRK2 G2385R and APOE ε4 allele.
The National Biobank of Korea will provide these biological samples to researchers who need such dementia biospecimens, clinical data and genotype data.



I. 들어가는 말


  우리나라는 2014년 현재 65세 이상 고령자 비중이 전체 인구의 12.7%로 이미 고령화 사회로 진입하였으며, 2018년이면 14%를 넘어선 고령사회로의 진입이 예상된다[1]. 노인 인구의 증가는 세계적인 현상으로, 현재 우리나라 노인 인구의 비율은 초고령 국가인 일본의 절반 수준이지만 그 증가 속도는 일본, 영국, 프랑스 등 선진국과 비교할 때 매우 빠르게 진행되고 있다. 노령 인구의 급격한 증가에 따라 노인성 질병 또한 급증하고 있으며, 그중에서도 특히 치매질환은 수명 연장과 긴밀하게 증가 추세를 보이고 있다. 2012년 기준 WHO 치매보고서에 의하면 세계 치매인구는 약 3,560만 명에 달하며 2030년에는 두 배로, 2050년에는 3배로 증가할 것으로 추정되고 있다[2]. OECD 주요 국가들인 미국, 영국, 프랑스, 호주, 일본 등은 국가 차원의 치매관리 계획을 수립하여 치매 예방과 치료의 질과 효율성을 강화하는 데 노력을 기울이고 있다. 우리나라는 2012년 보건복지부가 치매관리법을 제정(2012. 2)하고, 국가 치매관리종합계획(2013-2015)을 발표하였다. 이 계획안은 치매 조기발견 및 예방강화, 맞춤형 치료보호 강화, 치매관리 및 전문인력 인프라 확충, 치매케어 상담 등 가족지원 및 사회적 소통 확대 등을 추진하는 내용을 담고 있다.

주로 임상양상을 통한 진단과 질병의 진행과정에 대한 관찰을 통해 행동특징을 연구하는 치매 연구의 특성상 예방이나 치료방법은 제한적인 실정이다. 치매의 진단, 치료, 예방 및 예후판정을 위해 정확하고 객관적인 연구방법을 도입하기 위한 바이오마커를 개발하고, 질환 특이적인 유전적 위험인자를 발굴하는 등의 연구가 필요한 상황이다. 치매에 대한 다양한 검체의 자원화와 연구자 지원 인프라의 구축 필요성과 시급성이 매우 높다고 할 수 있다.

이러한 치매연구 인프라의 확충을 위해 보건복지부에서는 ‘뇌영상 이니셔티브(Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI)사업’의 일환으로 ‘알츠하이머 치매뇌영상 선도센터 사업(K-ADNI)를 지난 2012년부터 추진중에 있다. 500명 이상의 피험자(정상인 100명, 경도인지장애인 100명, 혈관성 경도인지장애인 100명, 알츠하이머성 치매환자 100명, 혈관성 치매환자 100명)를 대상으로 뇌 영상자료, 뇌척수액 샘플, 혈액샘플 등을 추적 수집하여 DB 구축을 목표로 하고 있다. 또한 미래창조과학부에서는 서울대․조선대․삼성서울병원이 공동 참여하는 ‘치매 예측을 위한 뇌지도 구축 및 치매 조기진단 방법 확립 사업’을 2013년 설정하고, 뇌 영상장비(MRI 및 PET)를 활용한 ‘한국인 표준 치매 예측 뇌지도 구축’ 및 혈액이나 유전체 기반의 치매 조기진단 바이오마커의 발굴과 해당 결과의 분석을 통해 2017년부터 대국민 ‘알츠하이머성 치매 조기진단 서비스’를 실시할 예정으로 알려져 있다.

이와 같은 대규모 치매연구 인프라의 구축은 관련 연구의 활성화에 크게 기여할 것으로 판단되지만, 아직 사업 진행중으로 일반 연구자의 치매질환 연구용 자원 확보는 아직 어려움을 겪고 있는 것도 사실이다. 본문에서는 지난 2013년 질병관리본부 생물자원은행과의 학술연구용역(정책연구용역사업)으로 진행된 ‘치매환자 패널화 인체자원 플랫폼 개발사업’의 자원 확보 결과와 함께 자원 활용 연구 모델을 간략히 정리하여, 치매질환 연구 활성화에 기여할 수 있는 연구용 치매자원의 활용가능성을 소개하고자 한다.

II. 몸 말


치매환자 패널 선정
  본 사업에서 선정한 치매질환군은 경도인지장애, 알츠하이머성 치매, 파킨슨병 치매를 앓고 있는 환자군으로 구성하였으며, 전국 대학병원 14개 센터의 신경외과 전문의로 구성된 연구자들이 컨소시엄을 구성하여 임상검사를 담당하고 자원수집에 참여하였다.
해당 사업을 통해 확보한 치매질환군 자원은 인지기능 저하가 나타나기 전부터 베타 아밀로이드(β-amyloid), 타우(Tau)가 대뇌피질(cortex) 또는 해마(hippocampus)에 침착되어 발생하는 ‘알츠하이머성 치매환자’와 대뇌 피질에 분포하는 Lewy body pathology가 관여하는 퇴행성 질환인 ‘파킨슨병 치매 환자’ 및 65세 이상의 노인인구 중 20-30%가 앓고 있고 시간이 흐름에 따라 치매환자로 발전할 가능성이 있는 ‘경도인지장애 환자’ 등 총 3개 질환을 대상으로 선정하였다. 이 3개 질환은 서로 병리소견 및 병인기작이 다르고, 유전학적 연구 혹은 바이오마커 연구에서 상호 질환대조군으로 활용이 가능하다고 알려져 있다[3].

자원수집 및 정도관리
  인체자원 확보를 위해 먼저 연구수행을 위한 기관심의위원회의 승인을 받고, 인체유래물 연구동의서와 인체유래물 등의 기증동의서를 구득한 후 치매환자와 전체 임상단계의 총 환자 528명(AD:PD 비율은 128:400)의 검체를 수집하였다(Table 1). 임상정보 항목은 흡연, 커피, 농약노출, 과거 병력 및 뇌졸중 위험인자 정보, 가족력 및 수면장애 여부 등의 환경요인과 질병력을 포함하고 있으며, K-MMSE, K-MOCA 등의 임상척도검사 점수도 함께 제시하였다.

치매환자의 인체자원은 다양한 omics기반 연구(proteomics, genomics, metabolomics 등)에 활용될 수 있도록 동일인의 DNA, Plasma, Serum, Urine을 패널화하여 인체자원을 수집하였다. 국립중앙인체자원은행의 인체자원 기탁․위탁지침 및 정도관리지침에 따라 표준화된 방법으로 자원제작 및 정도관리되었다. DNA 순도는 A260/280 값이 1.7-1.9, A260/230 값이 1.7 이상인지 여부를 확인하였고, 전기영동을 통하여 분해여부를 확인하였으며, 16S rRNA PCR법을 이용하여 박테리아(Bacteria)와 마이코플라즈마(Mycoplasma) 오염여부를 확인하였다.

패널자원 활용 연구
  본 사업에서는 수집한 치매환자의 패널자원 품질평가를 겸하여 자원을 활용한 시범연구를 진행하였다. 후기 발현 알츠하이머병의 발생에 주요 위험인자로 제시되면서 생물학적 표지자(biomarker)로 사용되고 있는 Apolipoprotein E(ApoE) 유전형을 Allele-specific PCR법을 이용하여 분석하였으며(Figure1)(Table2)[4], 파킨슨병 환자의 LRRK2 유전형에 따른 인지기능 차이 여부를 조사하였다.

본 시범연구에서는 파킨슨병 환자의 인지기능 장애가 시누클레인(Synuclein)병리와 연관되어 있고, LRRK2 돌연변이가 시누클레인 단백 침착을 유발하는 것으로 알려져 있는 것을 고려해 볼 때[5], 한국인의 파킨슨병 환자에서 유전적 위험인자인 LRRK2 G2385R 유무에 따른 인지기능의 차이가 있을 것으로 예상하고, 수집된 528명 환자의 genomic DNA를 이용한 Taqman assay 방법으로 유전형 분석 연구를 진행하였다. 유전형 분석을 실시하기 전 동일 샘플을 이용하여 LRRK2 유전자 exon48의 PCR 수행 후 Sanger sequencing하는 방법과 Taqman assay 결과에 차이가 없음을 확인하였고, genotyping error를 최소화하기 위해 반복하여 Taqman assay 유전형 분석을 진행하였다 그러나 유전형 여부에 따른 인지기능 차이에 대한 가설은 단변량 분석 결과, LRRK2 G2385R 보인자 여부는 PD환자군에서 dementia 여부와 상관관계를 보이지 않는 것으로 나타났다(Table 2).

치매환자 패널자원의 활용 방안
  치매연구는 유전체 연구와 함께 혈장, 혈청 등 체액을 이용한 metabolomics 또는 proteomics 분석연구가 활발하게 진행되고 있어 동일인으로 구성된 패널자원의 활용도는 단순한 개별 자원에 비해 크게 높을 것으로 예상된다. GWAS(Genom-Wide Association Study) 또는 NGS((Next Generation Sequencing) 분석을 추가하여 자체적으로 바이오마커를 추가 생산하고, 본 사업으로 기 확보된 APOE genotyping data, LRRK2 genotyping data와 함께 유전체정보 형태로 연구자에게 분양하는 것을 고려해볼 수 있다. PD-MCI 환자의 경우 시간이 경과함에 따라 PDD로 변화할 가능성이 매우 높아, 추적 연구 또는 코호트로 확대하여 연구 인프라를 확장할 수도 있을 것이다.

III. 맺는 말


본 사업은 패널화 인체자원 플랫폼 개발을 통해 치매연구에 필요한 자원을 표준 수집절차에 따라 확보하고, 임상정보 항목을 수집하였으며, 패널자원을 활용한 연구모델을 제시하여 치매연구의 활성화를 지원하고자 기획되었다. 향후 치매환자 패널자원은 다양한 오믹스 융합 연구에 활용될 수 있도록 연구자에게 분양할 수 있도록 준비중에 있다. 동일 패널자원을 활용한 다분야의 연구자들이 생산해낸 데이터가 축적되어 유용한 한국인 고유의 치매 질환데이터가 만들어지고, 축적된 데이터는 더 많은 연구자에게 제공되어 연구 활성화가 가능해질 것으로 기대한다.

IV. 참고문헌


1.「2014 고령자 통계」, 통계청, 2014년 10월 발표.
2.「Dementia: a Public Health Priority」, 2012. World Health Organization.
3. Gibb WR, Lees AJ. 1989. The significance of the Lewy body in the diagnosis of idiopathic Parkinson's disease. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 15:27-44.
4. Donohoe GG, Salomäki A, Lehtimäki T, Pulkki K, Kairisto V. 1999. Rapid identification of apolipoprotein E genotypes by multiplex amplification refractory mutation system PCR and capillary gel electrophoresis. Clin Chem. Jan;45(1):143-6.
5. Ross OA, Soto-Ortolaza AI, Heckman MG et al. 2011. LRRK2 exonic variants and susceptibility to Parkinson's disease. Lancet Neurol. Oct;10(10):898-908.