[기고] 수의학에서의 악성종양 바이오마커/네오딘바이오벳 학술부

등록 : 2020.07.28 14:09:06   수정 : 2020.07.28 14:13:36 데일리벳 관리자

바이오마커(biomarker)란 biological과 marker의 합성어로 1998년 NIH에 의해 “정상적인 생물학적, 병리학적 과정이나 치료 개입에 대한 약리학적 반응을 평가하는 객관적 지표”로 정의되었습니다.1 이들 바이오마커는 종양이나 만성 질환의 위험성을 예측하고 진단한다는 점에서 현재 의학에서 중요한 관심사로 여겨지고 있습니다.

수의학에서도 다양한 바이오마커들이 개발되고 있으며, 특히 악성종양에 대해 다양한 후보 물질들이 연구되고 있습니다.2 이들 중 특히 thymidine kinase 1(TK1)과 다양한 급성기단백질들(acute phase proteins)이 많은 연구를 통해 주목받고 있습니다. 2-9

Thymidine kinase는 포유동물의 세포에 존재하는 인산화 효소의 일종으로 두 가지 isotype이 존재합니다. TK1은 분열 중인 세포의 세포질에 존재하여 세포의 증식(DNA 합성)에 관여하고, Tk2는 휴지기 세포의 미토콘드리아에 존재하며 부족 시 근병증(myopathy)을 유발합니다. TK1은 DNA 합성 경로 중 salvage pathway에 관여하는 효소입니다(그림1). 저분자량의 전구체로부터 purine과 pyrimidine을 합성하는 De novo pathway와는 달리 salvage pathway는 파괴된 DNA로부터 deoxyribonucleosides를 재활용합니다.10

그림1. DNA를 합성하는 두 가지 경로

일반적인 세포에서 Tk1의 활성은 cell cycle 중 DNA 합성이 일어나는 후기 G1-초기 S phase에서 가장 높게 확인되는데, 악성종양세포에서는 DNA의 전사와 분해가 제대로 조절되지 않아 TK1 활성이 G2와 M phase에서도 높습니다. 이것은 세포의 사멸과 괴사의 비정상 조절을 유발합니다.11

이러한 성질을 바탕으로 TK1은 1980년대부터 인의에서 림포마와 백혈병의 바이오마커로 알려졌으며, 현재 의학과 수의학에서 혈액암뿐만 아니라 다양한 solid tumor와 관계있는 것으로 밝혀지고 있습니다. 2-9,12-25

악성종양세포의 세포질에서 세포외액으로 새어 나간 TK1의 활성을 측정하면 종양의 악성도를 평가할 수 있습니다. 하지만 TK1의 경우 특이도는 높으나 민감도가 낮아 검사의 민감도를 높이기 위해 악성종양에서 높은 민감도를 보이는 급성기 단백질인 C-reactive protein (CRP)와 haptoglobin (HPT)의 농도, TK1활성을 로지스틱 회귀분석으로 산출해 0-9.9 사이의 수치로 표현한 neoplastic index (NI)를 이용하는 방법이 2013년 Selting et al.에 의해 제안되었습니다.6

이 NI와 TK1, CRP 수치를 종합적으로 평가하면 종괴의 악성도, 악성종양 환자의 치료반응 및 재발 여부, 악성종양의 발생 가능성을 보다 정확히 평가할 수 있습니다. 또한, 환자가 어떠한 이유로 (특히 마취 및 진정이 불가능한 건강상태) 조직검사를 할 수 없는 경우 비침습적인 screening 검사로 바이오마커 검사를 권장해 볼 수 있습니다.

미국 VDI사에서 개발한 VDI Caner Panel은 위 세 가지 criteria를 적용해 미국 임상에서 악성종양의 가능성 평가 및 진단 후 환자 모니터링을 위해 널리 사용되고 있는 진단 도구입니다(그림2). 다년간의 검사를 바탕으로 수많은 case data를 보유하고 있으며, 이를 바탕으로 다양한 적용 사례를 소개하고 있습니다.

그림2. 개와 고양이에서 TK1과 CRP, HPT: 두 criteria의 교집합에서 악성종양이 진단된다

VDI Cancer Panel은 림포마, anal sac adenosarcoma, hemangiosarcoma, leukemia, histiocytic sarcoma, 종양의 전이, 중등도 이상의 grade (grad 2 이상)의 mast cell tumor, 및 활발하게 증식하는 많은 악성 종양들에 적용 시 유의하게 수치가 상승함을 확인하였습니다.

예를 들어, 악성종양 환자에서 항암 치료나 외과적 절제술이 적절하게 이루어진 경우, 악성종양에 대한 부담이 감소함에 따라 혈중 TK1과 CRP 수치가 감소하는 것이 확인되었으며(그림 3),

재발 시에는 수치가 유의한 수분으로 상승하는 것이 확인되었습니다(그림4).

그림3. 적절한 항암 처치 후 임상증상이 안정화된 환자의 TK1과 CRP 변화 (자료제공: VDI laboratory, Simi Vally, CA, USA)

그림4. 악성종양이 재발한 환자에서 TK1과 CRP 변화 (자료제공: VDI laboratory, Simi Vally, CA, USA)

만약 항암 치료 중에 수치가 상승한다면 이는 종양 세포의 활성이 증가하기 시작했다는 것을 뜻하므로 새로운 약물이나 치료법을 적용해야 하며, 새로 적용된 치료법이 효과적이라면 TK1과 CRP 수치가 즉시 감소하는 것을 확인할 수 있습니다(그림5).

그림 5. 항암 치료 중 TK1 활성 증가 및 증상 악화가 확인된 환자에서 치료법 변경 후 TK1과 CRP 감소 (자료제공: VDI laboratory, Simi Vally, CA, USA)

항암 치료가 실패하는 경우 TK1은 계속 유의한 상태로 증가되어 있는 것 역시 증명되었습니다(그림6).

그림 6. 치료에 실패한 경우 (자료제공: VDI laboratory, Simi Vally, CA, USA)

이들 바이오마커는 노령 동물의 건강검진 시에도 적용할 수 있습니다. 2013년 건강한 노령의 개 약 360마리에서 TK1과 CRP 수치를 측정한 뒤 4~6개월 뒤 이들을 재평가했을 때, 재평가 시점에서 악성종양이 확인된 환자의 100%가 4개월 전 이미 NI값이 유의하게 상승되어 있었으며, 82%가 6개월 전부터 높은 NI 값을 보였습니다(그림 7). 6

이는 건강검진 시 건강한 개체가 NI 수치의 상승을 보인다면 추후 정밀한 건강검진이 주기적으로 이루어져야 할 필요성을 알 수 있는 결과입니다.

그림 7. 악성종양이 진단된 4마리의 개에서 처음 검사 시점 (무증상)과 악성종양이 진단된 시점에서의 TK1과 CRP 비교

고양이에서는 IBD와 alimentary lymphoma를 감별하는 보조 도구로서 NI가 주목되고 있습니다.26

VDI사의 관계자에 따르면 상당히 높은 수준의 정확성을 보였으며 다년간 의뢰된 환자를 바탕으로 정리한 data가 곧 공개될 예정이라고 합니다. 고양이의 alimentary lymphoma에서는 검사에 이용되는 급성기 단백질로 HPT를 선택하였습니다.

이들 바이오마커 검사는 정확성이 100%가 아니므로 악성종양을 확진하는 검사는 아닙니다. 하지만 만약 조직검사에서 악성종양이 진단되었고 혈액검사상 유의한 NI, TK1, CRP, HPT 수치의 상승이 확인되는 환자라면, 추후 간편하고 비침습적인 혈액검사(바이오마커 검사)를 통해 상태를 모니터링 할 수 있습니다(표1). 특히, 실제 종괴가 재발하고 육안이나 영상검사상 종대되는 시점보다 혈청 중 이 수치들의 증가가 먼저 관찰되는 것이 연구를 통해 밝혀지고 있습니다. 27

(자료제공: Henry Yoo, DVM, MSc, MBA, Executive Consultant, Infinity Medical Consulting & Co., Santa Monica, CA, USA)

VDI Cancer Panel은 현재 네오딘 바이오벳을 통해 검사를 의뢰하실 수 있습니다.

본 검사 결과의 안정성을 위해 특수 kit에 혈청을 분주해야 하므로 검사를 원하시는 분들은 네오딘 1661-4036이나 네오딘 카카오톡 채널을 이용해 kit를 주문해주시기 바랍니다. 수거된 검체는 미국으로 배송되고 2~3주 이내 네오딘 홈페이지를 통해 결과를 확인하실 수 있습니다. (COVID-19 관계로 검체 전송이 늦어지고 있는 점 양해 부탁드립니다.)

TK1과 CRP는 스테로이드, NSAIDs 등과 같은 소염제 사용이나, 감염, 염증, 최근 수술이나 외상, Vitamin B12 결핍, IMHA 등과 같은 질병 상태에 영향을 받을 수 있으니 반드시 수술이나 치료 전 검사를 의뢰해야 하며,28,29 검사 의뢰지에 명시된 항목을 꼼꼼히 체크해주시면 결과 해석 시 도움이 됩니다.

네오딘에서 고안한 VDI Cancer Panel 결과 해석 algorithm (개)

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Reference

1. Strimbu K, Tavel JA: What are biomarkers? Curr Opin HIV AIDS 5:463-466, 2010.

2. Henry CJ: Biomarkers in veterinary cancer screening: Applications, limitations and expectations. Vet J 185:10-14, 2010.

3. Von Euler HP, Rivera P, Aronsson AC, et al: Monitoring therapy in canine malignant lymphoma and leukemia with serum thymidine kinase 1 activity–evaluation of a new, fully automated non-radiometric assay. Int J Oncol 34:505-510, 2009.

4. Sharif H, von Euler H, Westberg S, et al: A sensitive and kinetically defined radiochemical assay for canine and human serum thymidine kinase 1 (TK1) to monitor canine malignant lymphoma. Vet J 194:40-47, 2012.

5. Jagarlamudi KK, Westberg S, Ronnberg H, et al: Properties of cellular and serum forms of thymidine kinase 1 (TK1) in dogs with acute lymphocytic leukemia (ALL) and canine mammary tumors (CMTs): implications for TK1 as a proliferation biomarker. BMC Vet Res 10:228, 2014.

6. Selting KA, Sharp CR, Ringold R, et al: Serum thymidine kinase 1 and C-reactive protein as biomarkers for screening clinically healthy dogs for occult disease. Vet Comp Oncol 13:373-384, 2015.

7. Jagarlamudi KK, Moreau L, Westberg S, et al: A New Sandwich ELISA for Quantification of Thymidine Kinase 1 Protein Levels in Sera from Dogs with Different Malignancies Can Aid in Disease Management. PLoS One 10:e0137871, 2015.

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