서 론
헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori, H. pylori)는 사람 위장 점막에 집락화하는 나선형의 그람 음성 미세호기성 간균이다. H. pylori는 위장 점막에서 만성 위축성 위염, 소화성 위궤양, 장상피화생, 위암, 위 림프종 등을 유발한다. H. pylori는 대변 대 구강, 구강 대 구강 경로로 감염되며 사회경제적 수준이나 위생과 밀접하게 관련된다. 대부분의 국가에서는 생활 수준 상승으로 H. pylori 감염 유병률이 점차 감소하고 있지만 한국을 포함한 동아시아의 H. pylori 유병률은 54.7%로 아프리카, 라틴 아메리카에 이어 높은 수준을 유지하고 있다[1]. 국내 H. pylori 치료는 프로톤펌프억제제와 2개의 항생제를 병합하는 삼제 요법이 1차 표준 치료이지만 항생제 내성으로 치료율이 70-80% 수준에 머무르고 있다[2].
H. pylori 선별 검사를 통한 제균 치료는 위, 십이지장궤양 및 위암 예방에 매우 중요하다[3]. 그리고 이를 위해서 H. pylori 감염의 정확한 진단과 제균 판정이 필수적이다. H. pylori 감염 진단은 비침습적 방법으로 요소호기 검사, 혈청 검사, 대변항원 검사, 급속 소변 검사가 있고 침습적 방법으로 내시경을 이용한 조직 검사, 급속 요소분해효소 검사, 배양 검사 및 분자 진단 검사가 있다. 본 종설에서는 각 진단 방법이 가지는 특징을 기술하고 아울러 새롭게 등장한 검사법에 관하여 간략히 소개하고자 한다.
본 론
비침습적 방법
요소호기 검사(urea breath test)
요소호기 검사는 H. pylori 진단에 가장 널리 이용되는 방법이다. H. pylori가 분비하는 요소분해효소(urease)는 위장 내 요소를 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해하여 위 산도를 낮춘다. 요소호기 검사는 검사자가 복용한 13C-labeled 동위원소에 포함된 요소가 H. pylori에 의해 분해되고 이후 발생한 이산화 탄소가 혈액 내로 흡수되어 폐를 통해 배출되는 양을 분광계로 측정하는 방법이다.
요소호기 검사는 편리함과 동시에 민감도, 특이도 역시 95% 이상으로 정확하다(Table 1). 하지만 H. pylori 이외의 균이 만드는 요소분해효소로 위양성이 나올 수 있으며, 위장 내 출혈이 있거나 항생제 또는 양성자펌프억제제 복용 환자에서는 위음성으로 나올 수 있다. 따라서 양성자펌프억제제는 최소 2주 전, 항생제는 4주 전 중단이 권장된다. 제균 치료로 항생제를 복용하게 되기 때문에 효과 판정을 위한 요소호기 검사는 4주 후에 하는 것이 정확하다[4]. 조직을 채취하는 다른 침습적 검사와 비교하여 조직 표본 위치에 따른 위음성 걱정이 없다는 이점도 중요하다. 하지만 항생제 감수성 정보를 얻을 수 없으며, 구강 내 세균의 영향을 받을 수 있다.
요소호기 검사는 호기 검체의 13CO2/12CO2 비율 차이를 delta (δ, ‰)라고 하였을 때 13C 투여 전후의 증가량인 delta over baseline (Δ)을 계산하여 특정 cut-off값 이상을 양성으로 판정한다. 최적 cut-off값은 검사 시간 및 임상 상황에 따라 변하므로 하나의 값으로 정의하는 데 논란이 있다. 일반적인 cut-off값은 2.5‰ 이하로 정하고 있지만 13C의 자연적인 변동성 및 질량분석기의 한계로 2.0-5.0‰를 판정하기 어려운 grey zone이라 말하기도 한다[5]. Cut-off값은 요소 양에 영향을 받는데, 대부분 75 mg 요소를 복용하고 3.5-5.0‰의 cut-off값을 선택한다[6]. 정확한 진단을 위해서는 요소 양에 따른 cut-off값 조정이 필요하다. 제균 치료는 위 내 H. pylori들을 이동시키고 미생물을 감소시키기 때문에 cut-off값을 동일하게 사용하면 민감도가 감소한다. 따라서 요소 양이 감소하였거나 제균 치료 후에는 cut-off값을 낮추는 것이 정확도 유지에 도움이 된다.
위절제술 환자는 담즙, 음식물 역류로 위장 내 산도가 감소하고 위산 분비 저하가 동반되어 non-H. pylori urease-positive 미생물의 과성장과 집락화로 위양성이 나타날 수 있다. 위절제술 환자는 urea가 충분히 도포되지 않고 위 내 미생물이 적다. 위 내 저류를 촉진시키는 citric acid 복용은 δ값을 증가시켜 H. pylori 식별 능력에 도움을 주므로 위절제술 환자에서 위양성을 낮추는 데 도움이 된다[7].
혈청 검사(serology test)
혈청 검사는 채취한 혈액에서 항H. pylori항체(immunoglobulin G [IgG] anti-H. pylori antibody) 역가를 측정한다. 빠르고 안전하며 저렴한 가격, 높은 특이도가 장점으로 선별 검사로서 유용하다. 다른 검사와 비교하였을 때 출혈성 위궤양 환자, 항생제 또는 양성자펌프억제제 복용 환자군에서 위음성이 적어 H. pylori 감염 첫 진단 검사로 유용하다. 혈청 검사 방법은 세균의 응집 반응, 보체 결합, 간접면역형광, 효소결합면역흡착법(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA) 등이 있지만 일반적으로 ELISA 방법을 가장 많이 사용하고 있다. ELISA는 민감도 및 특이도가 80-95%이지만 항원 종류와 지역 유병률에 따라 달라질 수 있다[8]. 다만 혈청 검사 cut-off값이 국가 간, 국가 내 차이를 보일 수 있으므로 효과가 검증된 검사 장비가 필요하다. 혈청 검사는 감염 3주가 지나면 양성으로 나타나기 시작한다. 제균 이후 IgG 항체가 사라지거나 역가가 감소할 때까지 1년 혹은 그 이상의 시간이 걸릴 수 있다. 그 결과 과거 감염자 역시 양성일 수 있기 때문에 활동성 감염자와 구분하지 못한다. 따라서 과거 감염자와 현성 감염자를 구분하지 못하는 한계점이 있다. 또한 전신 항체 형성이 양성 판정 기준치 미만으로 낮거나 다른 균주로 인한 항체와의 교차 반응으로 민감도, 특이도가 낮아질 수 있다.
대변항원 검사(stool antigen tests)
대변항원 검사는 요소호기 검사, 혈청 검사보다 나중에 등장한 검사법으로 대변에서 H. pylori 항원을 탐지한다. 이 방법에는 크게 2가지가 있는데 항H. pylori 다클론항체를 이용하는 효소면역분석법(enzyme immunoassay, EIA)과 제균 이후 위양성으로 단클론항체를 사용한 면역크로마토그래피법(immunochromatographic assay, ICA)이다. EIA는 민감도와 특이도가 각각 83%, 96%이며, ICA는 각각 94%, 96%이다[9]. ICA는 가격이 저렴하며, 5분 이내로 신속한 검사가 가능하다. 하지만 프로톤펌프억제제는 민감도를 95.2%에서 88.9%로 낮추므로 검사 2주 전 중단하고, 항생제는 4주 전에 중단하는 것이 좋다. 묽거나 형태가 나쁜 대변 검체는 정확도가 낮고, 위장관 출혈 검사자에서는 민감도가 감소하므로 피하는 것이 좋다. H. pylori의 항원성은 다른 지역 및 국가별로 차이가 있기 때문에 각 집단에서 사용 이전에 민감도, 특이도 테스트가 필요하다. 이 밖에도 대변 검체 채취 간격, 온도(-20℃ 이하) 등의 영향을 받는다. 무른 변 혹은 설사변은 검체가 적어도 100 µL 이상이어야 하며, 검사 과정에서 과도하게 희석되지 않도록 주의해야 한다[10].
급속 소변 검사(rapid urine test)
H. pylori의 점막 감염은 국소적으로 그리고 전신적으로 면역 반응을 유발하고, 따라서 소변에서도 면역글로불린이 검출된다. 하지만 H. pylori 소변 항체 형성은 혈청보다 농도가 낮으므로 검출을 위해 고도의 검사법이 요구된다. 소변 H. pylori 항체 검출에는 ELISA kit (URINELISA®; Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd., Tokyo, Japan)와 immunochromatography assay (RAPIRUN®; Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd.)의 2가지 방법이 있다. 이 중 ELISA kit의 민감도와 특이도는 각각 86.3-99.0%, 91.5-100.0%로 보고되었지만[11,12], 유럽 다기관 연구에서는 민감도, 특이도를 각각 82.4%, 83.3%로, 국내 검사에서도 77.4%, 86.7%로 낮게 보고하였다[13,14]. 이것은 H. pylori 항원 양과 지역에 따른 균주 차이일 것으로 해석된다. 따라서 Maastricht III consensus report에서는 민감도가 낮아 더 이상 권고하지 않았으며, 역학 연구의 보조적 도구로서 언급된 적은 있지만 더 이상 진단 방법으로는 권고되지 않고 있다. 소변 검체는 즉시 검사하거나 냉동고에 짧은 시간 동안 보관되어야 하며, 얼린 검체는 특히 낮은 정확도를 보이기 때문에 부적합하다. 또한 소변 내 IgG 항체가 높거나 단백뇨 환자에서는 위양성이 나오기 때문에 주의해야 한다. H. pylori 감염 후 언제까지 양성이 나타나는지 정확히 알려진 바가 없기 때문에 제균 치료 평가 방법으로는 부적절하다[15].
침습적 방법
조직 검사(biopsy)
내시경을 이용한 조직 검사는 H. pylori 진단의 표준 검사 중 하나이다. 조직 검사는 각각 95%, 99%의 높은 민감도와 특이도를 가진다[16]. 조직 검사는 감염 이외에도 만성 위염, 장상피화생 등의 추가적인 위장 점막의 병리 정보를 제공한다. 하지만 H. pylori를 확인하기 위해서는 조직에 Giemsa, Warthin-Starry와 같은 특수 염색을 해야 하며, 이 중 Giemsa 염색법이 민감도가 높아서 가장 많이 사용된다.
조직 채취는 적절한 위치에서 진행되어야 표본 채취 오류에서 벗어날 수 있다. 일반적으로 전정부, 체부에서 각각 2개씩 총 4개를 채취하는 것이 추천된다. 전정부에 주로 위축성 위염, 장상피화생이 분포하는데, 조직 검사는 이런 부위를 피할 것이 권고된다. H. pylori 조직 검사는 시간이 소요되고 내시경 비용이 추가되는 단점이 있지만 저렴하고 단순하며, 항생제 내성 여부를 알 수 있어서 항생제 및 프로톤펌프억제제 복용, 위장관 출혈 상황에서도 진단이 가능하다는 장점이 있다.
급속 요소분해효소 검사(rapid urease test)
급속 요소분해효소 검사는 환자의 위장 점막을 요소 기질에 넣어 진단한다. 채취한 조직에 H. pylori가 있다면(> 105) H. pylori가 분비하는 요소분해효소가 요소를 암모니아로 분해하기 때문에 산도가 상승하며, 이 때의 분홍색 색조 변화로 확인한다. 급속 요소분해효소 검사는 민감도, 특이도가 각각 85-95%, 95-100%이다[8]. 정확한 진단을 위해 전정부, 체부에서 각각 1개 이상 조직 채취를 권장하며, H. pylori 첫 진단 검사로 권고되고 있다[4].
급속 요소분해효소 검사는 기질 특성과 H. pylori 양에 따라 최종 결과까지 소요되는 시간과 정확도가 변한다. 권장 시간보다 반응 시간이 짧으면 위음성으로 나올 수 있다. 상용화된 급속 요소분해효소 검사 키트는 기질 종류에 따라 건식과 습식 2가지 방식이 있다. 건식 기질에는 종이가 대표적이며 검사 결과까지 1시간으로 신속하지만 특이도가 낮다. 반면, 습식 기질에는 액체가 있으며 검사 결과까지 5분에서 1시간으로 신속하고 적은 양에도 반응할 수 있다. Clarithromycin 내성 지역에서는 동시에 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR) 검사를 진행하여 항생제 치료를 선택하는 데 도움이 된다. 또한 특이도가 높아 위절제술 이후 환자에서도 적용 가능하다[17]. 급속 요소분해효소 검사는 조직의 H. pylori 양과 키트의 온도에 따라 진단되기까지 시간이 상이할 수 있다. 하지만 24시간 이후 확인되는 양성은 위양성 확률이 높기 때문에 결과에 반영하지 않아야 한다. 위양성은 Proteus mirabilis, Citrobactor freundii, Klebsiella pneumonia, Enterobactor cloacae, Staphylococcus aureus 균들로 인하여 발생할 수 있다. 반면 위음성은 주로 H2 receptor차단제, 프로톤펌프억제제, 항생제, 비스무스 포함 제제 복용 또는 장상피화생 조직, 혈액이 포함된 조직, 포르말린에 오염된 조직으로 인해 발생한다. 따라서 검사 전 프로톤펌프억제제는 2주 이상, 비스무스 제제나 항생제는 4주 이상 중단해야 한다.
배양 검사(culture)
H. pylori는 배양 속도가 느리고 오염이 잘 되기 때문에 일차 진단 검사로는 적합하지 않다. 배양 검사는 높은 민감도(85-95%)와 특이도(100%)를 보이지만[8] H. pylori 항생제 감수성을 제공하고, 다제 내성 균주 진단의 중요성이 커지고 있다. 배양 검사는 일차 제균 치료에 실패한 H. pylori 균주의 2차 혹은 3차 치료 결정에 핵심 근거를 제공할 수 있다. 하지만 균이 위점막에 균일하게 분포하지 않으며, 만성 위축성 위염이나 장상피화생이 동반된 곳에서는 없다는 제한점이 있다. 또한 위장 출혈과 함께 양성자펌프억제제, 항생제 등은 균의 배양을 저해하므로 최소 2주, 4주의 약물 중단이 필요하다.
분자진단 검사
PCR 검사
국내에서 H. pylori 항생제 내성률은 높아지고 있다. H. pylori의 clarithromycin 항생제 내성이 그 원인으로 제균 치료 효율이 감소하고 있다. 이러한 상황을 고려하였을 때, 1차 항생제의 적절한 선택을 위해서는 clarithromycin의 지역 내성률과 제균율에 대한 고려가 필요하다. 위 조직을 이용한 PCR 검사를 통해 UreA, glmM, UreC, 16S rRNA, 23S rRNA, HSP60, VacA 유전자를 표적하여 H. pylori 균주를 확인하고 clarithromycin 내성 관련 특정 변이 여부 및 병원성 유전자 확인이 동시에 가능하다[18]. PCR 검사는 소량의 미생물 검출이 가능하고 처리 및 운송이 불필요하지만 가격이 비싸고, 장비 전문성에 의존하는 단점이 있다.
이 중 real time-PCR은 기존 agar dilution 방법보다 민감하고 빠르다. 또한 23S rRNA 점성 돌연변이로 발생하는 clarithromycin 내성에 관한 정보를 제공한다. 최근 등장한 이중 프라이머 올리고뉴클레오타이드 중합효소연쇄반응(dual-priming oligonucleotide PCR, DPO-PCR)은 H. pylori의 23s rRNA 중에서 가장 흔한 돌연변이인 A2142G와 A2143G를 탐지하는 방법으로 민감도 87.5%, 91.3%를 보고하였다[19]. DPO-PCR은 기존 PCR보다 저렴하고 신속하여 이 검사법을 기반으로 한 맞춤 치료가 기대된다.
기타
Biosensor는 H. pylori의 항원 UreA, UreB, CagA, VacA 또는 HspB를 혈청 혹은 대변에서 감지하는 장치로 민감도와 선택성이 좋고 다루기 쉬우며 검사가 빠르다. 형광 강도를 이용하여 1시간 이내로 비침습적 진단이 가능하고, 색 변환 센서로 제작하면 H. pylori를 민감하게 감지할 수 있다. 전기화학 biosensor는 형광 표지자 없이 더 적은 샘플만으로도 진단할 수 있어 실용적이고 저렴하다[24].
마이크로 유체 디바이스(microfluidic devices)는 미세 가공 기술을 이용하여 기판에 형성한 미소 유로(microchannel)에서 다양한 바이오 분석이나 화학 반응 등을 실행하는 디바이스를 말한다. 하나의 칩 안에서 H. pylori 관련 특정 핵산 추출, PCR 이용 표적 유전자 증폭, 형광 표지자를 이용하여 H. pylori 항생제 내성 정보 확인이 가능하다[25]. 자동화된 방법을 이용하는 마이크로 유체 디바이스는 빠르고 시간과 비용이 절감되어 point-of-care를 가능하게 한다.
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