골다공증 진단과 치료에서 골표지자 측정과 해석
Assessment and Interpretation of Bone Turnover Markers for the Diagnosis and Treatment of Osteoporosis
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Trans Abstract
Bone turnover markers have gained increasing attention as valuable supplementary tools for the diagnosis and clinical management of osteoporosis. Unlike bone mineral density, which provides a static measure of bone mass, bone turnover markers offer dynamic information regarding the ongoing processes of bone remodeling, including those related to both bone formation and bone resorption. By reflecting the metabolic activity of bone tissue in real time, these biochemical markers complement traditional imaging-based assessments and contribute to a more comprehensive understanding of skeletal health. This article aimed to evaluate the clinical applications and interpretive challenges related to the use of bone turnover markers in osteoporosis care.
서 론
골다공증은 골량 감소와 골 미세구조의 손상으로 인하여 골절 위험이 증가하는 만성 대사성 질환으로 특히 고령 인구에서 삶의 질 저하와 신체 기능의 감소에 직접적인 영향을 미친다. 현재 골다공증의 진단에는 이중 에너지 X선 흡수 계측법(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)을 통한 골밀도 측정이 표준으로 활용되고 있다. 그러나 골밀도는 정적인 지표로 골의 현재 대사 상태나 질적 변화는 반영하지 못한다는 한계가 있다. 이러한 한계를 보완하기 위한 방법으로 주목받는 것이 생화학적 골표지자(biochemical bone turnover markers)이다[1,2]. 골대사는 조골세포에 의한 골형성과 파골세포에 의한 골흡수의 균형에 의해 유지되며 이 과정에서 생성되는 효소 및 기질의 분해 산물은 혈액이나 소변을 통해 측정할 수 있다. 이와 같이 골표지자는 골형성과 골흡수 과정의 활성을 반영하는 생화학적 지표로 골대사의 속도를 간접적으로 평가할 수 있는 수단이다. 골표지자는 골 소실이나 골절 위험도를 예측하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한 골다공증 치료에 대한 환자의 초기 반응을 평가하고 치료 효과를 조기에 파악하는 데도 유용하게 활용될 수 있다[3].
본 론
골표지자의 분류 및 생리학적 기전
임상적으로 사용되는 골표지자는 크게 두 가지로 구분된다. 하나는 골흡수 표지자로 이는 주로 파골세포의 활동을 반영하며 골기질이 분해되는 과정에서 생성되는 물질을 기반으로 한다. 다른 하나는 골형성 표지자로 조골세포에 의해 생성되며 새로운 골이 형성되는 과정에서 나오는 단백질이나 효소 등을 측정한다. 이들은 혈액 또는 소변에서 정량화할 수 있으며 국내에서도 일부 주요 표지자들에 대한 검사가 시행 가능하다.
대표적인 골형성 표지자로는 procollagen type I N-propeptide (P1NP), bone-specific alkaline phosphatase (BALP), osteocalcin이 있다. Type I collagen은 전체 골기질의 약 90%를 차지하며 일부는 피부나 인대 등에서도 형성되지만 순환계에서 측정되는 양은 대부분 골에서 유래한 것으로 간주된다. P1NP는 혈중 농도의 개인 간 변이가 작고 음식 섭취나 일중 생체리듬의 영향을 거의 받지 않으며 상온에서도 안정적인 특성을 갖고 있어 임상적으로 매우 유용한 골형성 지표로 평가된다. 특히 골흡수억제제를 포함한 치료 반응의 조기 평가에 유용하며 민감도 또한 우수하다는 연구들이 보고된 바 있다.
한편 골흡수 표지자로는 제1형 콜라겐 C-terminal telopeptide of type I collagen (CTX), N-terminal telopeptide of type I collagen (NTX), tartrate-resistant acid phosphatase isoform 5b (TRACP-5b) 등이 대표적이다. 파골세포가 활성화되면 산성 환경에서 골 무기질이 용해되고 cathepsin K 등의 효소에 의해 type I collagen이 분해되어 다양한 펩타이드 조각이 생성된다. 이 중 NTX와 CTX는 type I collagen이 아미노기 또는 카르복시기 말단에서 절단되어 형성되는 분절 펩타이드이다. CTX의 경우 β-isomerized 형태(β-CTX-I)가 임상적으로 가장 널리 사용되며 이 지표는 파골세포의 활성을 반영하는 정량적 지표로 활용된다. β-CTX-I는 생체리듬과 식사에 민감하여 새벽 5시경 혈중 농도가 가장 높고 오후 2시경 가장 낮은 값을 보인다. 공복 상태에서는 이러한 리듬이 일정 부분 감소하지만 식사 시 혈중 농도가 최대 40%까지 감소할 수 있다. 따라서 β-CTX-I 측정을 위해서는 오전 7시 30분부터 10시 사이에 공복 상태로 채혈하는 것이 권장된다.
현재 International Osteoporosis Foundation (IOF) 및 International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (IFCC)은 혈청 P1NP와 ethylene-diaminetetraacetic acid (EDTA) 혈장 β-CTX-I를 골다공증 관리에 있어 표준 골표지자로 권고하고 있다. 이 두 지표는 표준화된 자동화 분석법이 가능하며 치료 반응 감시 및 질환 진행 평가에 있어 신뢰도와 재현성이 높아 임상에서 폭넓게 활용되고 있다[1].
골표지자의 임상적 활용
골다공증 진단 보조
골표지자는 다양한 해부학적 부위에서의 골 손실 속도와 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 실제로 척추, 대퇴골, 대퇴경부, 요골 등의 부위에서 골소실이 빠르게 진행되는 환자일수록 골표지자 수치가 상대적으로 높게 나타나는 경향이 있다. 이러한 특성에 기반하여 일부 연구에서는 골소실 속도가 빠른 여성을 조기에 선별하여 치료 시기를 결정하는 데 골표지자의 활용 가능성을 제안해 왔다[4]. 특히 골다공증 초기 평가 시골표지자 수치가 참조 범위 상위 절반에 위치하는 경향이 있음이 보고된 바 있으며 이는 일부 환자에서 골대사 항진 상태를 시사할 수 있다[5].
그러나 골밀도 변화와 골표지자 수치 간의 관계를 해석할 때에는 측정 부위, 추적 관찰 기간, 분석의 정밀도, 반복 측정 횟수 등 여러 요소를 고려해야 한다. 일반적으로 골표지자는 해면골보다 피질골 소실과 더 밀접한 상관관계를 보이는 것으로 알려져 있으며 이는 나이와 관련된 척추의 퇴행성 변화가 골밀도 변화율에 영향을 미칠 수 있기 때문이다[6]. 특히 연속적인 골표지자 측정을 통해 이러한 상관관계를 더욱 명확히 하고 추적 결과의 정밀도를 높일 수 있는 방법도 제시되고 있다.
현재까지의 연구들에서는 골표지자가 대퇴골 부위의 골밀도 감소와는 상당한 상관관계를 보이지만 척추 부위에서는 상대적으로 그 연관성이 낮은 경향을 보인다. 또한 골표지자 수치가 평균적으로 골다공증 환자에서 대조군보다 높게 나타나는 경향이 있는 것이지, 개별 환자의 골다공증 진단에 있어서는 단독으로 유용한 지표가 되지 못한다는 것이 일반적인 견해이다. 특히 DXA를 통한 골밀도 평가를 대체하거나 보완할 수 있는 독립적인 진단 도구로서의 근거는 아직 부족한 상황이다.
결과적으로 골표지자는 현재 개별 환자에 대한 골다공증 진단보다는 골소실 위험이 높은 환자군의 선별 및 초기 골대사 상태 평가를 위한 보조 지표로 활용되는 것이 현실적이며 골밀도 및 임상적 위험 인자들과 병합적으로 해석될 때 그 유용성이 더욱 증가할 수 있다.
골절 위험 예측
폐경기 전후로 관찰되는 골표지자 수치의 증가는 이 시기에 골재형성이 활발해지고 골손실이 가속화됨을 반영하는 것으로 해석되며 이러한 변화는 이후 삶의 시기에 골절 위험 증가와 연관이 있는 것으로 보고되고 있다. 그러나 인구 기반 연구에서 관찰된 이러한 연관성은 개별 환자 수준에서 골소실이나 골절을 예측하기에는 충분히 강하지 않으며 실제 임상에서 골표지자를 골절 위험 예측 목적으로 활용하기에는 한계가 있다.
골표지자가 임상적으로 의미 있는 골절 예측 도구로 활용되기 위해서는 골밀도와는 독립적인 예측력을 보여야 하지만 지금까지 발표된 모든 연구에서 이를 일관되게 입증하지는 못하고 있다. 더욱이 다수의 연구들이 여성 환자군에 국한되어 있으며 다양한 인종 및 국가를 대표하지 못하는 경우가 많아 일반화 가능성에도 제한이 존재한다. 이러한 이유로 인하여 현재까지 골절 위험 예측 도구인 Fracture Risk Assessment Tool (FRAX) 등에는 골표지자가 공식적인 예측 변수로 포함되어 있지 않다.
그럼에도 불구하고 일부 연구에서는 골표지자 수치가 높은 경우 향후 골절 발생 위험이 증가할 가능성이 있음을 보고하고 있으며 골밀도 수치와 함께 병행하여 고려할 경우 예측력이 향상될 가능성이 제시되고 있다[7,8]. 다만 골표지자 수치를 바탕으로 특정 골다공증 치료제를 선택하는 데에는 아직까지 명확한 근거가 부족하다. 현재 골표지자는 개별 환자에서 골절 위험을 예측하는 데 제한적인 역할을 하고 있으며 권고된 지표들을 표준화된 방법으로 활용하여 평가하는 추가적인 대규모 연구가 필요하다.
치료 반응 모니터링
골다공증 치료는 일반적으로 골흡수를 억제하는 항흡수제 또는 골형성을 자극하는 골형성제로 구분된다. 이론적으로 골표지자 수치가 높은 환자는 항흡수제 치료에 더 잘 반응하고 골표지자 수치가 낮은 환자는 골형성제 치료에 더 잘 반응할 것이라는 가정이 가능하다. 실제로 일부 연구에서는 이러한 경향이 관찰되었다. 예를 들어 Fracture Intervention Trial에서는 P1NP 수치가 높은 여성에서 alendronate 사용 시 비척추 골절 발생이 더 적었다[9]. 그러나 이러한 결과는 연구에 따라 일관되지 않으며 골표지자 수치를 기반으로 치료 방침을 결정하거나 치료 반응을 예측하는 데에는 아직 불충분한 근거만 존재한다. 현재까지의 임상적 증거에 따르면 골표지자는 치료 시작 전 결정 근거로는 제한적이지만 치료 시작 후 변화 추이를 통해 반응 여부를 조기에 확인하는 데 유용하다[10]. 예를 들어 bisphosphonate, denosumab과 같은 항흡수제를 사용할 경우 β-CTX-I 수치가 유의하게 감소하며 teriparatide와 같은 골형성제를 사용할 경우에는 P1NP 수치가 상승하는 것이 일반적이다.
약물 치료 전 골표지자 수치를 확인할 수 있는 경우 치료 반응은 치료 전후의 변화량을 기준으로 평가할 수 있다. 골다공증 약물 치료 전 골표지자를 측정하고 골흡수억제제 치료 시에는 골흡수 표지자를 투여 3-6개월 후에, 골형성 표지자를 치료 6개월 후에 측정하여 치료 전 수치와 비교한다. 현행 요양 급여 기준에 따르면 골다공증 약물 치료 시작 전 1회, 치료 후 약제 효과 판정을 위한 검사로 연 2회 이내에서 골흡수 표지자와 골형성 표지자 각각 1종씩의 검사가 급여 대상으로 인정된다. Bisphosphonate를 투여한 뒤 골표지자의 유의미한 감소 여부는 치료 효과 판정에 있어 중요한 지표가 된다. 이때 통계적으로 의미 있는 변화(least significant change, LSC)는 일반적으로 2.8 × (분석 정밀도 오차)의 공식으로 산출할 수 있으며 임상적으로는 혈청 CTX의 경우 약 30%, P1NP는 약 20% 이상의 감소를 보일 때 치료 반응이 있는 것으로 간주된다.
한편 골형성촉진제를 사용하는 경우에는 치료 후 P1NP 수치의 절대 상승량이 치료 반응을 평가하는 데 사용된다. 예를 들어 teriparatide 등 골형성제 투여 후 기저치 대비 P1NP가 10 μg/L 이상 증가하면 치료 효과가 충분하다고 판단할 수 있다. 만약 치료 시작 전에 측정한 골표지자 수치가 없는 경우 비교 기준으로 폐경 전 여성의 정상 중앙값 이하로 골표지자가 감소하였는지를 확인하는 것이 일반적인 접근이다. 이 기준을 활용하면 치료 반응의 유무를 간접적으로 판단할 수 있다. 국내에서 보고된 참고치를 적용할 경우 혈청 CTX는 0.250-0.279 ng/mL, P1NP는 40 μg/L 이하로 유지되는 것이 목표 수치로 권장된다. 이러한 수치를 달성한 경우 치료가 효과적으로 이루어지고 있다고 평가할 수 있다[11].
결 론
골표지자는 골다공증 환자의 관리에 있어 유용한 보조 도구로 평가되고 있으며 특히 P1NP나 CTX와 같은 표준화된 지표를 중심으로 치료 모니터링에 활용할 수 있다. 현재까지의 근거에 따르면 골표지자는 골소실 및 골절 위험 예측에 있어 임상적으로 제한적인 가치를 가지며 골다공증 치료 여부 결정이나 치료 반응 예측에도 충분한 데이터를 확보하고 있지 않다. 그러나 치료 중 반응 모니터링이나 약물 중단 이후의 골대사 변화 감시에 있어서는 점차 그 활용도를 인정받고 있으며 향후 표준화된 프로토콜과 추가 연구를 통해 임상에서의 골표지자 활용은 더욱 정교화될 가능성이 있다.
Notes
CONFLICTS OF INTEREST
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
FUNDING
None.
AUTHOR CONTRIBUTIONS
The author confirms sole responsibility for the conception and writing of the manuscript.
ACKNOWLEDGEMENTS
None.