대한골다공증학회 추계학술대회

CA유전자다형성 골밀도 영향줘
호르몬 치료후 골밀도에 영향없어

국내폐경여성에서 CA(Calcium sensing receptor)유전자다형성이 일부 골밀도에 영향을 주지만 호르몬치료후에는 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다.

서울대학교의과대학 산부인과학교실 김정구(김진주, 이동윤, 구승엽, 김석현, 최영민, 문신용) 교수팀은 한국폐경여성에서 CA다형성과 골밀도 및 호르몬대체요법에 대한 골 반응도사이의 연관성에 대해 설명했다.

연구팀은 자연폐경여성 502명과 주기적 호르몬대체요법을 1년간 받은 자연폐경여성 352명을 대상으로 CA다형성양상을 전기영동, Genescan, 염기분석으로 분석했다.

또한 요추 및 대퇴 근위부에서 골미도를 호르몬치료전과 치료후 1년에서 DEXA로 혈청, CrossL멘, osteocalcin, bone alkaline phospha-tase, calcitonin, parathyroid hormone (PTH)를 면역측정법으로 칼슘과 인을 원자흡광법으로 측정했다.

호르몬대체요법 효과보여

CA유전자내 다형성양상을 분석한 결과, 크기가 216∼232 bp에 속하는 9종의 대립인자가 관찰되었고, 216bp 51.0%, 228bp 43.1% 등이었다.

216bp 대립인자를 가지지않은 유전자형에 비해 이를 가진 유전자형에서 Ward삼각주에서의 골밀도는 낮았다.

그러나 CA유전자형에 따른 호르몬대체요법 1년후 요추 및 근위대퇴부에서의 골밀도변화양상에 차이가 없었다.

또한 CA 다형성의 각 유전자형에 따른 혈청 calcitonim, PTH, 골교체인자, 칼슘, 인 농도의 차이가 없었고, 호르몬대체요법 6개월 후 이들 인자의 변화양상도 차이가 없었다.

정상골밀도 여성, 골감소증 여성과 골다공증여성사이 및 호르몬대체요법 반응군과 비반응군(연간 골량이 3% 이상 손실)사이에 각 CA다형성의 분포양상에도 차이가 없었다.

골교체율과 골밀도 반비례해
LPR5 유전자 다형성 및 칼슘 섭취등은 영향없어

우리나라 남자대학생에서 체질량지수가 골량에 영향을 미치는 중요한 변수임이 확인됐다.

아주의대,서울의대,숙명여대,DNA Link등은 한국인 남자대학생에서 초음파로 측정한 골량과 LPR5(LDL Receptor related Protein 5)유전자와 SNP(Single Nucleotide Polymorphism)이 골량에 미치는 영향에 대해 설명했다.

아주대남학생 469명 대상 조사

연구팀은 아주대학교 남학생 469명(연령 22.8±2.4세)을 대상으로 설문지를 이용해 영양상태, 생활습관을 조사했다. 또한 초음파기기를 이용하여 골량을 측정하였으며, estimated BMD를 계산하여 구했다.

골대사지표로서 혈중 total alkaline phosphatase, N-mid osteocalcin(Oster-RIACT, CIS bio international, France), ICTP(UniQ ICTP RIA, Orion Diahnostica, Finland)을 측정했다.

LPR5유전자 SNP 부위중 4곳에서 single base parir primer extension방법으로 다형성을 조사했다.

칼슘,알코올 섭취량 등은 상관없어

조사결과 골밀도(BUA)는 75.5±16.7dB/MHz, total alkaline phospha-tase는 80.2±19.1 U/L, N-mid osteocalcin은 24.1±7.3ng/mL, ICTP는 4.54±1.19ng/mL였으며, 체질량지수는 22.6±2.5kg/㎡이었다.

골밀도와 체질량지수는 r=0.194로 양의 상관관계, N-mid osteocalcin은 r=-0.127로 음의 상관관계를 보였다.

TALP와 ICTP는 통계적으로 의미는 없었으나 음의 상관관계를 보였다.

연구팀은 “다중회귀분석을 할때 골밀도에 영향을 미치는 요소로서 체질량지수만 의미가 있었다”고 설명했다.

그러나 학생들의 칼슘 섭취량, 우유섭취량, 단백질섭취량, 커피섭취량, 알코올섭취량, 흡연량, 운동시간은 골밀도와 유의한 상관관계를 보이지 않았다.

또한 LRP5 유전자 4개 부위 SNP분석 및 linkage disequilibrium을 보이는 세부위의 조합을 통한 haplotye분석에서 유전자 다형성과 골량은 통계적으로 유의한 결과를 보이지 않았다.

결국 연구팀은 “일부분석한 LPR5 유전자 다형성과 골량은 유의한 관련성을 보이지 않았지만, 골교체율이 높은면 골밀도가 낮은 경향을 보인다”고 설명했다.

골다공증에 복합요법 효과적
대퇴부 골밀도 및 부작용발현 차이없어

Alendronate는 강력한 골흡수 억제작용을 갖고 있고, 골다공증에 있어서 골량감소 억제에 효과적으로 사용된다.

또한 Calcitriol은 장관에서의 칼슘 흡수에 관여하여 혈청 칼슘 농도를 높이고 뼈의 무기질화에 중요한 역할을 한다.

임상적으로도 최근 120명의 폐경후 여성을 대상으로 한 연구에서 두약제의 병합 요법이 단독요법에 비해 골다공증 치료에 더욱 향상되는 임상효과를 보여주었다.

성균관의대, 순천향대, 아주의대, 가톨릭의대, 연세의대 내과학교실에서는 이 두약제의 효과에 대한 비교연구를 했다.

연구를 위해 두약제의 복합제제(alendronate 5mg+calcitrilo 0.5mcg)를 시험군에, calcitrilo 0.5mcg을 대조군에 6개월간 투여한 후 폐경후 골다공증에 대한 효과를 분석했다.

연구팀은 6개 병원에서 선정한 217명의 여성에서 요추 골밀도 치료전후 차이가 시험군(108명)에서 4.11±18.9%로 대조군 (109명)의 0.26±4.73%에 비해 유의하게 높았다. 대퇴부 골밀도에서는 두군간의 차이가 없었다. 

bone specific alkaline phospha-tase의 경우 투여 24주째 시험군에서 -22.04±39.16%로 대조군 -11.42±27.54%보다 유의하게 억제되었다.

NTx의 경우도 치료전후 시험군에서 -25.46±52.7%로, 대조군 1.24±61.5%보다 통계학적으로 유의하게 감소했다. 부작용 발현율은 두군간의 차이가 없었다.

연구팀은 결국 “alendronate의 파골세포에 대한 억제효과에 따른 혈청 칼슘의 감소가 calcitriol의 장관내 칼슘흡수촉진 작용에 의한 혈청중 칼슘농도 상승을 상쇄시켜주는 장점을 가지고 있다. 또한 기존에 calcitriol단독 투여보다 alendro-nate와 calcitriol의 복합제는 골다공증에 대한 유효성과 안정성이 더 우수하다”고 설명했다.

공극·공극률 naphthalene에 비례해

뼈 미네랄의 생물학적 기계적인 기능들은 calcium phospahte 미네랄 결정들의 구조와 성분에 의해 조절된다.

골다공증 같은 신진대사적인 질병에 영향을 미치는 뼈 미네랄 화학과 뼈 흡수는 공공건강에 밀접한 관계가 있다.

서울대학교 병원 진단방사선과 조경구 박사는 solid state NMR을 연구 이용한 뼈 미네랄 결정들의 구조 및 성분연구에 대한 결과와 MRI를 이용한 골다공증 약의 효능평가 실험법과 뼈치료 implant에 사용된 세라믹 공극의 크기와 공극률 연구를 소개했다.

뼈에 수산화기 확인안돼

뼈 미네랄에 수산화기 존재여부는 수십년간 논란이 되어 왔다. 여러 그룹에서 수산화기의 존재를 밝히기 위해 다양한 연구를 시도했지만 수산기의 존재여부는 밝히지 못해, 뼈 미네랄에 수산기가 없는 것으로 추정하고 있다.

[그림1]은 hydroxyapatite와 brushite (CaHPO4·2H2O)혼합물 및 쥐와 소의 cortical 뼈의 1H MAS-NMR스펙트럼이다. 혼합물의 스펙트럼에서 hydroxyapatite의 수산화기 피크는 0.2ppm에서 나타나고 물피크는 5.6ppm에서 나타난다.

[그림1] 5kHz에서 얻어진 95% HA / 5% BRU, bovine and rat cotical bone 1H MSA NMR 스펙트럼들.  =  spinning sideband들임
 

혼합물시료에서 나타난 0.2ppm피크는 뼈 시료에서는 보이지않고 선폭이 넓은 피크만 보인다.

이들 선폭이 넓은 피크들은 뼈에 있는 콜라진과 물피크에서 나온 것이다. 따라서 1H MAS-NMR 실험으로부터 뼈의 수산화기의 존재여부는 확인할 수 없다.

수산화기 21% 함유하고 있어

[그림1]에서와 같이 뼈에 수산기가 존재하더라도 강한 콜라진과 물 피크에 숨겨져서 수산화기 피크가 검출이 안될 수도 있다.

만약 콜라진 및 물 피크들이 제거된다면 숨겨져 있는 수산화기의 검출이 가능하다.

따라서 콜라진과 물 피크를 제거하기 위해 2차원  heteronuclear correlation(2D HetCor) NMR실험법을 사용했다.[그림2]

[그림2] 95% HA / 5% BRU 와 bovine corical bone의 2D 1H-31P heteronuclear correlation(HetCor)스펙트럼들. (CT=0.2ms)
 
그림2a의 1H투영체를 보면 1D 1H MAS-NMR스펙트럼에 있는 강한 물피크 정도가 현저히 줄어들고 0.2ppm에서 수산화기 피크가 잘 보인다.

그림2b의 투영체에서는 1D MAS-NMR 스펙트럼에서 나타나는 강한 콜라젠 및 물 피크들은 거의 제거되고 0.2ppm에서 수산기 피크가 나타났다.

따라서 2-D HetCor실험으로부터 뼈에 수산화기의 존재가 확인되었다.

hydroxyapatite와 비교해서 수산화기의 함량은 약 21% 정도였다.

뼈의 이온 함량 측정오차를 줄이기 위해 조 박사는 solid state NMR를 이용하여 HPO42- 이온의 함량을 측정했다.

PO42-와 HPO42-의 31P화학적 이동 상수차이가 약 3ppm 정도여서 solid state NMR로는 두 피크를 분리하여 HPO42-함량 측정은 불가능하다.

PO42-와 P2O74-의 화학적 이동상수 차이가 약 10ppm이므로 solid state NMR로 두피크가 분리된다.

[그림3]에서와 같이 가열전에는 PO42-와 2HPO42-의 화학적 이동상수의 차이가 작아서 분리가 안되었지만, 가열후에는 2HPO42- 이온이 완전히 P2O74- 이온으로 전환되어 HPO42-와 P2O74-피크가 확연히 구분됐다.

[그림3] 24시간 동안 550℃에서 가열 전 후 50% HA  0%BRU 혼합물의 31P 5.0 kHz MAS NMR 스펙트럼들
 

또한 P MAS-NMR을 이용하여 측정된 함량은 저울로 측정된 함량과 비교하여 잘 일치된다.

고해상영상이 중요

골밀도, 뼈강도 및 골다공증으로 인한 골절 진단 예견 등은 주로 dual X-ray absorptometry(DXA)에 의해 평가되고 있다.

Majumdar 그룹에서는 Distal radius의 trabecular bone의 고해상도 MR영상을 이용하여 골밀도, 뼈강도 및 골다공증으로 인한 골절 진단 예견 등 뼈 질병에 관한 연구가능성을 열어놓았다.

이 그룹에서는 Distal radius  MR영상들을 1.5T에서 얻었다. Slice thickness는 0.3mm와 0.9mm이고, pixel size는 0.153X0.152mm2이다.

보다 정확한 뼈의 파라미터를 얻기위해 고해상도 영상이 필수적인데 환자에게 MR영상을 얻을 때 환자가 MR magnet에서 참을 수 있는 시간이 약 30분 정도로 알려져 있다.

이에 따라 조박사는 고해상도 뼈의 MR영상을 얻기위해 고자장 MR(3T 및 7T)를 사용하고, 감도를 높이기 위해 특수 코일을 제작했다.

3T와 7T에서 얻은 영상들은 voxel size 0.2X0.2X0.2mm였다. 영상을 얻기 위해 사용한 시간은 약 25분이었다.[그림4]

[그림4] 3T(a)와 7T(b, c)에서 얻은 53세 남자 (a), 양(b) 및 송아지(c)의 trabecular bone에서 얻은 MRI 영상
 

MRI이용 implant 공극 연구

조 박사는 implant와 뼈조직의 적합성은 implant ceramic의 공극의 크기와 공극률에 의해 결정되는 만큼 비파괴 방법인 MRI를 이용하여 implant 공극에 대한 연구를 했다.

이를 위해 tri-calcium phosphate로 implant ceramic을 만들 때 naphthalene를 바인더로 사용했다.

Proton MRI와 T2 MRI를 이용하여 implant ceramic의 공극률과 공극의 크기를 측정했다.

결국 공극률은 naphthalene 입자크기와는 상관없이 사용된 naphthalene부피보다 크게 나타났으며, 같은 함량의 naphthalene을 사용할 때 입자크기가 작을수록 공극률이 크게 나타났다.

조 박사는 “공극률은 naphthalene 함량이 증가할수록 선형적으로 증가하고, 공극의 크기는 입자의 크기가 클수록 크고 naphthalene 함량이 증가할수록 증가한 것으로 나타났다”고 설명했다.

심장판막 석회화 환자 골밀도 낮아

심장판막의 석회화가 관찰되는 환자가 그렇지 않은 군에 비해 골밀도가 낮고, ALP값도 높은 것으로 나타났다.

한양대학교 의과대학 내과학교실 최웅한(홍상모, 강준구, 신진호, 이창범, 박용수, 김동선, 안유현, 김태화)교수팀은 골다공증과 심장 판막 석회화와 간의 상호연관성에 대해 설명했다.

연구팀은 2003년 3월부터 2004년 9월까지 한양대학교 병원에 내원한 60세 이상의 환자중(신부전과 골대사 질환의 과거력 환자배제)심초음파와 골밀도검사를 한 164명을 대상으로 선별했다.

이들은 다시 심초음파에서 후음향 음영이 있는 13명(Group A)과 판막에 특이소견이 없는 68세이상의 19명(Group B)의 BMD와 혈중칼슘, 인, 알부민, ALP(alkaline phosphate), 총콜레스테롤을 independent sample T test를 이용해 비교했다.

Group A와 B의 평균연령은 각각 70.7세와 73.8세였다. 각군의 칼륨, 인, 알부민 평균수치는차이가 없었으나 ALP의 평균값이 Group B(70.9±19.2)에 비해 Group A(111.3±41.3)가 높았다.

대퇴골 경부의 골밀도가 Group B(0.60±0.11 VS 0.42±0.09)에서 의미있게 높았지만 요추에서는 의미있는 차이가 나타나지 않았다.

그러나 대퇴골 경부와 요추의 골밀도 차가 큰 3명을 제외하고 비교하였을때는 Group B가 A에 비해 의미있게 요추의 Z값이 높았다.

연구팀은 “결국 심장판막석회가 있는 환자에게는 골다공증 검사를 해야하고, 향후 심혈관계 석회화와 3골다공증의 연관관계를 보기위한 전향적인 연구가 필요하다”고 설명했다.