316. 특수병리검사 - 분자병리검사

[바람소리]

특수병리검사

분자병리검사

1. 분자병리검사의 의의

면역병리검사가 환자로부터 채취한 조직 또는 세포가 가지고 있는 단백질의 발현 양상을 분석하는 반면, 분자병리검사는 DNA 또는 RNA 등 핵산을 추출하여 유전자의 변화를 직접 분석합니다.

유전자 검사 등의 분자병리 검사를 하기 위해서는 생명윤리 및 안전에 관한 법률에 의거하여 먼저 환자에게서 유전자 검사 동의서를 받아야 하며, 유전자 검사 동의서가 없는 경우에는 이와 같은 검사를 할 수 없습니다.

세포는 다양한 유전자의 복합작인 변화에 의해 암세포가 되는데, 이때 나타나는 유전자의 변화는 크게 증폭, 결손, 전위, 돌연변이 등이 있습니다. 일부 유전자의 증폭 또는 전위는 그에 의해 과발현된 단백질에 대한 면역병리검사를 통해 간접적으로 추정할 수도 있으나, 많은 경우 유전자의 변화는 분자병리검사를 통해 직접 분석하여야 합니다. 유전자의 변화를 분석하기 위해서도 환자로부터 얻은 조직에서 암세포가 있는 부위만을 선택하여 핵산을 추출하고, 검사 결과를 조직학적 및 세포학적 소견과 비교하여 해석하여야 하므로 분자병리검사의 시행과 판독에도 병리의사의 역할이 매우 중요합니다.

면역병리검사와 마찬가지로 분자병리검사도 환자의 진단과 예후 추정 및 치료 방침의 결정을 위해 시행됩니다. 분자병리검사에는 여러 가지 분자유전학적 기술이 사용되는데, 그중에서 의학적으로 검사의 중요성이 인정되어 우리나라 병원들에서 시행되고 있는 대표적인 검사들과 그 적응증을 살펴보면 다음과 같습니다.

2. 중합효소연쇄반응 검사(PCR)

중합효소연쇄반응(PCR)는 미량의 핵산을 증폭시키는 방법으로, 분자병리검사의 기본이 되는 기술입니다. 민감도가 매우 높아 소량의 핵산에 대한 분석이 가능하므로 감염성균의 존재 여부를 검사하는 데에도 널리 사용됩니다. 중합효소반응을 이용한 흔한 분자병리검사는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1) 결핵균/비결핵성마이코박테리움, 바이러스 등 감염성 질환의 진단

결핵은 우리나라에서 발생률이 높은 감염성 질환입니다. 결핵균이 침범하면 조직은 만성육아종성 염증을 보여주나 결핵균을 직접 증명하기 위해서는 배양 검사, 특수 염색, 중합효소연쇄반응이 필요합니다. 이 중 중합효소연쇄반응법은 이틀이면 검사결과가 나오고, 민감도가 매우 높아갈수록 그 사용이 증가하고 있습니다.

위 그림을 보면 한 환자의 폐에 결절성 병변에 대한 조직검사를 시행하였습니다. 만성육아종성염증이 관찰되어, 생검 조직에서 핵산을 추출하여 결핵균에 대한 중합효소연쇄반응검사를 시행하였습니다. 환자에서 양성대조군과 같은 크기의 띠가 나타나 환자의 조직에 결핵균이 있음을 증명하였습니다.

2) B림프구및 T림프구수용체 재배열 검사

림프구가 증식하는 경우는 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 자체가 암이 되어 증식하는 림프종이고, 다른 하나는 각종 염증성 질환입니다.

대개 조직검사 및 면역병리검사를 통해 림프종과 염증성 질환의 감별이 가능하나, 다양한 세포가 침윤하는 경우 또는 생검 조직이 매우 작은 경우에는 림프종인지 염증성 질환인지 감별이 어렵습니다. 이때 중합효소연쇄반응을 이용한 림프구 수용체 재배열 검사를 시행하면 진단에 도움이 됩니다. 종양성 병변의 경우에는 한 개의 세포가 종양으로 증식한 것이므로 수용체 재배열 검사시 한 개의 분명한 띠가 관찰되나, 염증성 병변인 경우 여러 종류의 세포가 침윤해있으므로 여러 개의 띠로 나타납니다.

3) MGMT 유전자 메틸화 검사

뇌종양 중 가장 예후가 나쁜 아교모세포종(glioblastoma) 환자에서 테모졸로마이드 등 알킬화 항암 제제의 치료 효과를 예측하기 위해 O-6-메틸구아닌-디옥시리보핵산메틸 전이 효소(MGMT) 유전자가 메틸화되어 있는지를 메틸화특이 중 합효소연쇄반응(methylation-specific PCR, MSP)을 통해 평가합니다. 즉, 아교모세포종에서 MGMT 유전자가 메틸화되어 있으면 알킬화 항암 제제에 치료 효과가 좋으나, 메틸화되어 있지 않으면 이들 약제로 치료해도 효과가 좋지 않다는 보고가 있습니다.

4) 역전사중합효소연쇄반응을 통한 유전자 전위 검사

역전사란 환자의 조직 또는 세포로부터 RNA를 추출하여 DNA로 바꾸어 주는 것을 말합니다. 역전사 후 중합효소연쇄반응을 하면 두 개의 유전자가 전위(translocation) 되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

종양 중 특히 다수의 림프종과 육종에서는 유전자의 전위가 병리기전에 매우 중요하여, 진단에 결정적일 뿐만 아니라 환자의 예후 및 치료방침 결정에도 관여하는 것으로 알려져 있습니다. 유전자의 전위는 역전사중합효소연쇄반응뿐만 아니라 형광동소교잡반응 검사를 통해서도 진단할 수 있습니다.

3. 형광동소교잡반응 검사(Fluorescence In Situ Hybridization, FISH)

형광동소교잡반응(FISH)은 염색체의 특이 위치에 여러 색깔의 형광표지자를 부착하여 형광표지자를 확인할 수 있는 특수 현미경으로 검사하는 방법으로 유전자 증폭이나 결손, 전위 등을 간단하게 확인하는 방법입니다. 다른 분자병리 방법들에 비해 간단하고 빠른 시간 내에 결과를 확인할 수 있어 많이 사용되고 있습니다.

1) 유전자 증폭(amplification) : 유방암에서 HER2

유방암의 전체 유전자의 발현 양상에 따라 크게 세 가지 군(호르몬수용체발현군, HER2 유전자 과발현군, 기저세포유사군)으로 나눌 수 있습니다. 그중 HER2 유전자가 과발현된 군은 예후가 매우 나쁘나, HER2에 대한 단클론치료항체인 허셉틴에 효과가 좋습니다. HER2 유전자 변화는 단백질의 과발현을 면역병리검사를 통해 확인할 수도 있으나, 유전자의 증폭을 FISH를 통해 직접 분석할 수도 있습니다. 특히 면역병리검사에서 단백질 과발현 여부가 불확실한 경우, FISH에서 HER2 유전자의 증폭이 있으면 허셉틴에 효과가 있고 증폭이 없으면 효과가 없습니다. 따라서 유방암 환자에서 허셉틴을 치료제로 사용할지 결정하기 위해서는 수술 또는 생검 조직을 대상으로 한 HER2 FISH 검사가 꼭 필요합니다.

그 외에 신경아세포종에서 N-MYC 유전자의 증폭, 비소세포성폐암에서 EGFR 유전자의 증폭에 대한 FISH 검사가 예후 및 치료방침 결정을 위해 시행되고 있습니다.

다음 그림에서 종양세포의 DNA가 있는 핵을 나타냅니다. 붉은색 점은 HER2 유전자, 녹색 점은 HER2 유전자가 있는 17번 염색체의 개수를 표시합니다. 왼쪽 환자는 HER2 유전자가 2개이므로 증폭이 없는 것으로, 오른쪽 환자는 HER2 유전자의 수가 매우 많으며 17번 염색체 개수와 비교시 2배 이상으로 늘어나 있으므로 HER2 유전자의 증폭이 있는 것으로 진단하였습니다.

2) 유전자 결손(deletion) : 뇌종양에서 염색체1번단완(1p)/19번장완(19q)

뇌종양 환자 중 희돌기교세포종에서는 특징적으로 염색체 1p 와 19q의 결손이 동시에 흔히 나타나나, 다른 뇌종양에서는 잘 나타나지 않습니다. 또한 희돌기교세포종 환자 중 염색체 1p와 19q의 결손이 있는 경우 PCV 및 테모졸라마이드 항암 치료에 효과가 좋습니다. 따라서 희돌기교세포종과 다른 뇌종양의 감별 진단 및 치료반응 예측을 위해 수술 또는 생검 조직을 대상으로 한 염색체 1p와 19q FISH 검사가 필요합니다.

3) 유전자 전위(translocation) : 림프종 및 육종

• C-MYC: 악성 림프종 중 버킷 림프종은 다른 고등급 B세포 림프종과 치료 방침이 다르므로 정확한 감별 진단이 중요합니다. 모든 버킷 림프종은 C-MYC 유전자의 전위가 나타나므로 확진을 위해 C-MYC 유전자의 전위를 검사합니다.
• MALT1: 위에 발생하는 저등급 림프절 외 경계성 B세포 림프종(점막관련림프조직림프종, Maltoma) 환자의 일부는 헬리코박터 치료시 종양이 사라집니다. 그러나 MALT1 유전자의 전위가 있는 경우 헬리코박터 치료를 하여도 종양이 사라지지 않아 다른 치료법이 필요합니다. 따라서 위의 Maltoma에서 헬리코박터 치료에 대한 반응성을 예측하기 생검 조직을 대상으로 MALT1 유전자의 전위를 확인합니다.
• CCND1(cyclinD1): 외투세포 림프종은 CCND1 유전자의 전위가 특징입니다.
• ALK: 역형성대세포 림프종 또는 염증성 근섬유세포 종양 환자의 일부에서 ALK 유전자의 전위가 나타납니다. ALK 유전자의 전위가 있는 역형성대세포 림프종 환자는 전위가 없는 환자들보다 예후가 더 좋습니다.
• BCL2: 악성 림프종 중 여포성 림프종 환자의 일부에서 BCL2 유전자의 전위가 특징적으로 나타납니다. 따라서 여포성 림프종rhk 반응성 여포증식을 감별하기 위해 BCL2 유전자의 전위를 검사합니다.
• SYT: 악성 육종 중 활막 육종에서 SYT 유전자의 전위가 특징적으로 나타납니다. 따라서 방추형세포로 이루어진 육종에서 활막육종이 의심될 때 SYT 유전자의 전위 유무를 검사합니다.
• EWS: 악성 육종 중 유잉육종, 투명세포육종, desmoplastic small round cell tumor, 골격외점액성연골육종 등에서 EWS 유전자의 전위가 나타납니다. 따라서 육종의 정확한 감별 진단을 위해 EWS 유전자의 전위를 확인합니다.

위 그림을 보면 조직검사(좌상)에서 종양은 작고 동그란 세포로 이루어져 있으며 로젯을 만드는 것을 알 수 있습니다. 면역병리검사(우상)에서 CD99가 세포막에 강하게 염색되어 유잉육종을 의심하고, EWS 유전자의 전위가 있는지 FISH를 시행하였습니다(좌하). 붉은 점과 녹색 점이 겹쳐져 보이는 것은 EWS 유전자의 전위가 없는 것을, 화살표처럼 떨어져 있는 전위가 있는 것을 의미합니다. 이 환자는 EWS 유전자의 전위가 있으므로, EWS/Fli1 의 전위인지를 추가로 역전사중합효소연쇄반응으로 확인하였습니다. 양성대조군과 함께 분명한 띠가 나타나서 유잉육종으로 확진하였습니다(우하).

4. 염기서열분석 검사(Sequencing) 또는 돌연변이(mutation) 검사

DNA는 유전정보를 담고 있는 기본 골격입니다. DNA는 A, T, G, C 네 가지의 염기로 구성되어 있으며, 이들의 조합에 따라 유전정보가 달라지고, 세포는 이 유전정보에 따라 특정 단백질을 생산합니다.

돌연변이란 DNA 염기서열이 정상과 달라지는 것을 말합니다. 특정 유전자의 돌연변이가 일어난 세포는 정상과 다른 성질을 갖는 단백질을 생산하게 됩니다. 암세포에서는 다양한 유전자의 돌연변이가 발생하는데 이 중 일부 유전자의 돌연변이는 진단, 예후 추정 및 치료 반응 결정에 중요합니다. 환자로부터 얻은 조직 또는 세포 검체에서 암세포 부위에서 핵산을 추출하여 검사하고자 하는 유전자를 중합효소연쇄반응을 통해 선택세포 부증폭시킨 후, 염기서열분석기로 분석을 하면 암세포의 DNA 유전정보를 알 수 있습니다.

1) 표피성장인자수용체 (Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR)

EGFR 타이로신카이나제 억제제인 이레사 또는 타세바가 일부 비소세포폐암 환자의 치료에 사용되고 있습니다. 그런데 이 약은 모든 비소세포폐암 환자에서 효과가 있는 것이 아니라, EGFR 유전자의 타이로신카이나제 결합 부위에 돌연변이가 있을 때 효과가 있고, 돌연변이가 없을 때는 효과가 적습니다.

이 돌연변이는 비소세포폐암에서만 주로 나타나며, 특히 동양인, 선암(종), 비흡연자, 여자에서 더 흔하게 발견됩니다. 한편 EGFR 타이로신카이나제 억제제로 치료를 받은 일부 환자가 더 이상 이 약에 반응을 하지 않는 경우가 있는데, 그 원인 중에 하나가 EGFR 유전자의 약제 저항성 추가 돌연변이 발생입니다. 따라서 비소세포폐암 환자에서 타이로신카이나제 억제제에 대한 치료 반응을 예측하기 위해 EGFR 유전자의 돌연변이 분석이 필요합니다.

2) K-RAS

K-RAS 유전자의 돌연변이는 대장직장암, 폐암, 췌장암에서 발견됩니다. 최근 대장직장암 환자 비소세포성폐암 환자에서 EGFR을 표적으로 하는 단클론치료항체와 타이로신카이나제 억제제의 사용이 증가하고 있습니다.

이러한 표적 항암제는 종양의 특성에 따라 치료반응이 다르며 고가이고 부작용이 있을 수 있으므로, 환자의 치료 반응을 예측하는 것이 매우 중요합니다. K-RAS는 EGFR의 하부에 존재하는 물질인데, K-RAS에 발암성 돌연변이가 있을 경우 상부신호와 상관없이 비정상적으로 활성화되어 EGFR 표적치료를 하여도 잘 반응하지 않습니다. 따라서 EGFR 표적치료 항암제에 대한 치료반응을 예측하여 환자에서 약제의 처방 여부를 판단하기 위하여 K-RAS 유전자의 돌연변이 분석이 필요합니다. 또한 K-RAS 돌연변이는 췌장암에서 흔하게 나타나므로 K-RAS 돌연변이 검사가 췌장암의 진단에도 도움을 줄 수도 있습니다.

3) BRAF

최근 한국인에서 갑상선암의 빈도가 급격하게 증가하고 있습니다. 갑상선은 장기의 특성상 조직 생검이 쉽지 않아 갑상선에서 결절이 발견되면 주로 세침흡입 검사를 시행합니다. 그런데 갑상선 결절의 세침흡입 검체 중 약 10-30%는 양성인지 악성인지 판독이 불가능한 ‘불명확함’으로 진단됩니다.

한국에서 대부분의 갑상선암은 전형적인 유두암종이며, 유두암종에서 BRAF 유전자의 돌연변이가 매우 높은 빈도로 발견됩니다. 따라서 분자병리검사를 통해 갑상선 세침흡입 검체에서 BRAF 돌연변이를 검사하면 양성 결절인지 악성 유두암종인지 감별하는데 큰 도움이 됩니다.

4) C-KIT

C-KIT 유전자의 타이로신카이나제 부위의 활성화 돌연변이는 위장관간질종양의 중요한 발병 기전입니다. 최근 만성골수성백혈병의 치료제로 쓰이고 있는 글리벡이 위장관간질종양의 치료에도 매우 유용하다는 것이 밝혀졌습니다. 특히 위장관간질종양에서 C-KIT 유전자의 돌연변이 상태가 글리벡에 대한 치료반응을 예측하는데 중요합니다.

5. 현미부수체불안정성 검사(Microsatellite instability test, MSI)

가족성 암을 일으키는 질환 중 하나인 유전성비용종증대장암 (HNPCC)은 DNA의 이상을 복구하는 유전자인 hMSH와 hMLH1의 돌연변이에 의해 일어납니다.

세포는 분열하면서 유전정보인 DNA를 복사합니다. 즉, 똑같은 가닥의 DNA를 합성하여 분열 후 세포에게 넘겨주는 것입니다. 그런데 DNA 합성 중 실수로 잘못된 염기가 합성되어 원래 DNA와 불일치하면 복구 유전자인 hMSH2와 hMLH1이 작동하여 잘못된 부위를 잘라내고 재합성을 유도합니다. 따라서 이 유전자의 돌연변이가 있으면 DNA 합성 중 발생한 실수가 교정되지 않고 계속 남아 있게 됩니다.

인간의 전체 유전자 중 짧은(10개 미만) 염기서열이 여러 번 반복되는 부위가 있는데, 이를 현미부수체(microsatellite)라고 부릅니다. hMSH2와 hMLH1이 제대로 기능을 하지 못하면 현미부수체의 반복 횟수가 일정하게 유지 되지 않고 비정상적으로 늘어나거나 줄어들게 됩니다. 이런 현상을 현미부수체가 불안정하다고 말합니다. 분자병리검사를 통해 여러 현미부수체 중 5군데인 BAT25, BAT26, D5S346(APC), D17S250(Mfd15CA), D2S123의 반복 횟수를 정상세포와 암세포에서 비교하면 현미부수체 불안정성이 있는지 알 수 있습니다. 현미부수체 불안정성은 hMSH2와 hMLH1의 돌연변이가 원인인 HNPCC 환자뿐만 아니라, 산발적으로 발생하는 대장암 환자에서도 hMSH2와 hMLH1 유전자의 메틸화에 의해 나타날 수 있으므로, 현미부수체 불안정성을 보이는 환자에서는 HNPCC인지 산발성 대장암인지 감별을 위해 hMSH2와 hMLH1에 대한 메틸화 및 돌연변이 유무에 대한 검사를 추가로 하여야 합니다.

현미부수체 불안정성을 확인하는 이유는 불안정성이 확인되면, 종양의 재발이나 다른 장기에의 새로운 종양 발생의 가능성이 높게 되고 이를 예측할 수 있어 환자의 치료에 도움이 되기 때문입니다.

6. 인간유두종바이러스(Human papilloma virus, HPV) DNA chip 검사

HPV는 자궁경부암을 일으키는 바이러스입니다. 그러나 많은 HPV 바이러스 아형 중 암을 일으키는 바이러스는 고위험군 일부이며, 고위험군에 감염되었더라 하더라도 대부분 자연적으로 바이러스가 치유됩니다. 그런데 매우 일부 여성에서 고위험군의 바이러스가 사라지지 않고 계속 남아 세포의 유전자에 추가 손상을 주게 되면 자궁경부암이 발생합니다.

자궁경부암은 과거 여성암의 수위를 달렸으나, 자궁세포도말 검사에 의한 선별검사가 대중화되면서 그 유병률 및 사망률이 크게 감소하였습니다. 그러나 자궁세포도말검사는 검사의 민감도와 특이도가 낮은 단점이 있습니다.

HPV DNA chip은 자궁경부세포 검사시 채취한 세포 표본에서 DNA를 추출하여 바이러스의 감염 여부와 바이러스의 아형을 분석하는 분자병리검사입니다. HPV 아형 검사와 세포검사를 병용하여 시행하면 환자의 추적 관찰 방법과 자궁경부암의 조기 진단에 큰 도움이 됩니다.

[대구신사]

좋은 정보 감사합니다.

[아무인어]

좋은 정보 감사합니다^^