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1 목 차 아이소발레릭산혈증의신생아선별검사후진단및치료전략 고정민 57 고시트룰린혈증의신생아선별검사후진단알고리즘 홍용희 62 선천성부신과형성증 (21-hydroxylase 결핍) 의신생아선별검사후진단알고리즘 조성윤 70 양성고페닐알라닌혈증환자에대한임상적고찰과유전자분석 이정은 79 고페닐알라닌혈증환아들에게 BH 4 부하검사이전에시행되는페닐알라닌부하의 효과에대한고찰 박영천 86 세명의대한민국제 V 형당원축적근육병 (McArdle 병) 환자들의유전학적및 임상적특성보고 이성희 93 다양한임상경과를보인멜라스 (MELAS, mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, and stroke-like episode) 증후군 2 례 최서열 102 새로운 결핍 CPS1 유전자돌연변이에의한신생아형 carbamoyl phosphate synthetase 1 1 례 서승현 109 Erratum 115

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3 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):57~61 종설 1) 아이소발레릭산혈증의신생아선별검사후진단및치료전략 고정민 1 ㆍ이경아 서울대학교어린이병원소아청소년과 1, 연세대학교강남세브란스병원진단검사의학과 2 2 The Strategy for Diagnosis and Treatment of Isovaleric Acidemia Jung Min Ko 1, Kyung-A Lee 2 Department of Pediatrics 1, Seoul National University Children's Hospital, Seoul, Korea Department of Laboratory Medicine 2, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea Isovaleric acidemia (IVA) is an autosomal recessively inherited organic acid disorder due to a defect of the enzyme isovaleryl-coa dehydrogenase in the leucine metabolic pathway. Deficiency of this enzyme results in the accumulation of derivatives of isovaleryl-coa. In acute illness in IVA, isovaleric acid and its derivatives accumulate and profound metabolic acidosis with ketosis, characteristic pungent body odor, hypoglycemia, and hyperammonemia can be developed. Additionally, recurrent vomiting, failure to thrive, developmental delay, epilepsy and mental retardation are chronic presenting symptoms and signs for IVA. On the result of newborn screening for inherited metabolic disorders, increased levels of isovalerylcarnitine (C5) are shown. However, C5 elevation can be accompanied with short/branched-chain acyl-coa dehydrogenase (SBCAD) and therapy with certain antibiotics containing pivalic acid. Quantitative measurement of organic acids in urine and acylcarnitine profiles in plasma are necessary to differential diagnosis. Molecular genetic analysis of the IVD gene for IVA and ACADSB is also helpful to confirm IVA and SBCAD deficiency, respectively. Considering that IVA can be associated with significant morbidity and mortality at acute presentation of metabolic crisis, early diagnosis prior to the onset of symptoms by newborn screening enable to introduction of early treatment and prevention of acute and chronic complications. Key words: Isovaleric acidemia, Leucine, Metabolic acidosis, Hyperammonemia, Newborn screening 서 아이소발레릭산혈증 (isovaleric acidemia, IVA) * 상기두저자는공동책임저자로서본연구에동일하게기여하였 론 습니다. 책임저자 : 고정민, 서울특별시종로구대학로 101 서울대학교어린이병원소아청소년과 Tel: 02) , Fax: 02) jmko@snu.ac.kr 책임저자 : 이경아, 서울특별시강남구언주로 211 연세대학교강남세브란스병원진단검사의학과 Tel: 02) , Fax: 02) KAL1119@yuhs.ac (OMIM#243500) 은 isovaleryl-coa dehydrogenase 효소의결핍으로인하여 leucine 아미노산의대사에이 상이초래되는질환이다. 이로인하여혈중에 free isovaleric acid, 3-hydroxyisovaleric acid, N-isovale- rylglycine, 및 isovalerylcarnitine (C5) 이비정상적 으로축적된다. IVA 환자는반복적인구토, 의식장애 및혼수상태등특징적이지만비특이적인증상이발 현될수있으며, 심한경우사망으로이어지기도한다. IVA 의증상및징후는효소결핍의정도에따라다양 하여, 신생아시기에급성대사성위기가초래되는급성 신생아형으로부터영아혹은소아기에비특이적인발달

4 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp57~61, 지연및성장지연의증상으로발현되는지발형에이르 기까지넓은임상양상의스펙트럼을보인다 1). IVA는 1999년부터독일에서가장먼저신생아선 별검사의일환으로도입되었으며, C5가신생아선별검 사에서이용되는지표대사물이다. 그러나, 이방법으로 는 isobaric acylcarnitine 들, 즉 2-methylbutyryl- carnitine 및 pivaloylcarnitine 등의감별이불가능하 다. 따라서, C5를지표로이용하는신생아선별검사에 hydrogenase 결핍으로유발되는 서는 IVA 뿐만아니라, 2-methylbutyryl-CoA de- short/branched- chain acyl-coa dehydrogenase (SBCAD) 결핍증 (OMIM#610006) 또한함께선별되므로추후추가적 인다른검사방법들로 IVA와 SBCAD 결핍증을감별 하여야한다 (Fig. 1) 2). IVA의원인유전자는염색체 15q14-15 에위치하 고있는 IVD 유전자이며 3), SBCAD 결핍증의원인유 전자는 10q26.13 에위치하는 ACADSB 유전자이다 4). 두질환모두상염색체열성의형태로유전되며, IVA 는전세계적으로 10만명당 1-9명의빈도를보이는비 교적흔한대사질환인반면 5,6), SBCAD 는현재까지전 세계적으로 30례미만의환자만이보고되어있을정도 로매우드문질환으로국내에서의환자보고는아직 없다 5,6). 본종설에서는신생아선별검사를통해 C5의상승이 확인된신생아들의적절한진단및감별진단과이에따 른치료지침을제시하고자한다. 신생아선별검사상 C5 상승의감별진단및 1. IVA 진단지침 (Fig. 2) 신생아선별검사에서단독으로 C5만이상승한경 우, 기본적인혈당, 전해질, 혈액가스분석, 암모니아수 치검사와더불어진단을위한혈액아실카르니틴정량 검사및소변의유기산검사를시행하여야한다. 혈액 아실카르니틴검사상 C5가지속적으로높게확인되는 경우, 소변유기산분석이감별진단에도움이된다. 소 변유기산분석에서 isovalerylglycine 이상승되어있 으면서, 3-methylbutyrylglycine 과 pivalic acid 수치 가정상인경우생화학적검사로서 IVA으로진단이가 능하며, 추가적인 IVD 유전자검사가확진및유전상 담에도움이될수있다 1,7). 2. SBCAD 결핍증 신생아선별검사및혈액아실카르니틴정량검사에 서단독으로 C5만이지속상승한경우소변의유기산 검사가 IVA와 SBCAD 결핍증의감별진단에필수적 이다. 소변유기산분석에서 3-methylbutyrylglycine 이상승되어있으면서, isovalerylglycine 과 pivalic acid 수치가정상인경우 SBCAD 결핍증으로진단이 가능하며, 추가적으로 ACADSB 유전자검사를시행할 수있다 1,8). 3. Pivalic acid 유래물이포함된항생제치료 Fig. 1. The metabolic pathway of isoleucine and leucine. 신생아혹은모유수유중인산모가 Pivalic acid 유래물이포함된항생제로치료를한경우, IVA 혹은 SBCAD 결핍증의질환이없더라도신생아선별검사 상 C5가위양성으로확인될수있다 9). 이러한경우, 감 별진단에가장중요한검사는소변유기산분석법이다. 소변유기산분석에서 pivalic acid가상승되어있으면 서, isovalerylglycine 과 3-methylbutyrylglycine 수 치가정상인경우에는 IVA 및 SBCAD 결핍증을배제

5 - 고정민ㆍ이경아: 아이소발레릭산혈증의신생아선별검사후진단및치료전략 - 할수있으며, 신생아혹은모유수유중인산모의항생 제치료력을확인하는것이도움이된다. 4. 기타상황 C5가혈액에서지속적으로상승되어있으나소변 유기산분석에서특정유기산혹은 acylglycine 이높게 확인되지않는경우에는 IVA 및 SBCAD 결핍증을배 제할수없다. 이러한경우에는, 질환의가능성을염두 에두고혈액아실카르니틴정량검사및소변의유기산 검사를반복하여시행하거나 IVD 및 ACADSB 유전자 분석을시행하여질환을진단혹은배제하는것이필요 하다. 확진후치료지침 (Table 1) IVA 로확진된이후에는질환에따른맞춤치료가필 수적이다. IVA의치료목표는다음세가지로정리할 수있다. 첫째, 급성대사성위기의발생을예방하고, 둘째, 적절한식이요법으로 isovaleryl-coa 의생성을 Fig. 2. Differential diagnosis for elevated C5 levels detected on newborn screening. Table 1. Therapy for Isovaleric Acidemia Therapy Acute metabolic crisis Maintenance Protein intake restriction for hours Oral or IV hydration ( times maintenance fluid) with high glucose infusion rate (6-8 mg/kg/min) IV lipid supplementation Metabolic acidosis correction with bicarbonate or hemodialysis Hyperammonemia correction with carglumic acid, sodium benzoate, sodium phenylpyruvate, or hemodialysis Protein restriction and low leucine diet Glycine ( mg/kg/d) L-carnitine if plasma free carnitine level is low ( mg/kg/d)

6 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp57~61, 지속적으로억제하며, 셋째, 체내에서생성된독성대사 물질인 isovaleryl-coa 의배설을촉진시키는것이다. 1. 급성대사성위기의치료 1,10-12) 급성대사성위기는보통금식혹은발열등의기타 질병상황에서발생하게되는데, 구토, 기면, 대사성산 증, 및고암모니아혈증등의증상및징후로발현된다. 이때에는체내단백질로부터 이증가되면서 leucine으로의이화작용 isovaleryl-coa 의농도가급격하게상 승된다. 이화작용을최소화하고동화작용을유지하는 것이급성대사성위기때의목표가되며, leucine free 분유의양을늘리는등의 leucine 섭취를평상시유지 량의 50% 이하로제한하고탄수화물및지방등의추 가적인공급으로칼로리를늘려공급하여야한다. 경 구섭취가어려운경우에는정맥으로의포도당공급 (8 mg/kg/min ± IV insulin) 이필요하며, 체내단백동화 작용이정상적으로이루어지기위해서는 24-48시간 이상 leucine 섭취를심하게제한하지않도록해야한 다. 고암모니아혈증이동반된경우에는 carglumic acid 의투여가도움이되며, sodium benzoate 혹은 sodium phenylbutyrate 치료및심한경우혈액투석치료가 필요할수있다. 2. 유지치료 정상적인소아의성장과발달을위해서평상시에는 총단백질및칼로리의유지가필수적인데, 대부분의 소아환자에서 1.5 g/kg의총단백질섭취로적절하지 만잦은급성대사성위기를보이는환자에서는추가적 인총단백질의섭취제한이필요할수있다. Leucine free 분유등의이용이총단백질양을유지하면서 leucine 섭취를제한할수있으므로유용하지만, leucine 이심하게제한되는경우근육의소모등의부작용 이발생할수있으므로주의하여야한다 13,14). Glycine ( mg/kg/d) 의추가적으로투여 하면혈중 isovaleryl-coa 와결합되어 isovalerylglycine 의생성및소변으로의배설을촉진을증가시키므 로유지치료로서중요하다. 그러나 Glycine을 mg/kg/d 의고농도로투여할경우에는오히려 gly- cine에의해 glycine-n-acylase 의활성이억제되어 isovalerylglycine 의배설이억제될수있음에주의하 여야한다 15,16). IVA 환자에서는 2차적인혈중 carnitine 의결핍이 흔히동반되는데, 이러한경우 L-carnitine (100 mg/ kd/d) 의추가적인투여가 isovaleryl-coa 대사물의소 변배설을증가시키므로유지치료로서도움이된다 17). 결 IVA는 leucine 대사의장애로초래되는대표적인 유기산혈증으로, 신생아대사질환선별검사에서 C5 의상승으로의심된다. IVA 이외에도 SBCAD 결핍증 및 pivalic acid 유래물이포함된항생제치료력이있는 경우에 론 C5 의상승이동반되기때문에, 신생아대사질 환선별검사에서 C5의상승을보이는경우추가적인 혈액아실카르니틴정량검사및소변유기산검사가 감별진단에필요하다. 그러나상기검사들에서일치하 지않는결과를보이는경우에는, 확진에이를때까지 환자에준하는치료를유지하면서확진을위한유전자 검사가추가로필요하게된다. 추후신생아대사질환 선별검사와동시에관련대사질환유전자패널검사가 동시에시행된다면, 불필요한치료를최소화하면서보 다빨리질환의확진에이르게될수있어환자의적절 한치료및향후치료계획의수립과고위험가족의유 전상담에도움이될것으로여겨진다. 감사의말 본연구는보건복지부보건의료연구개발사업의지 원에의하여이루어진것임 (A120030). 요 약 IVA는상염색체열성의유전방식을보이는 leucine 대사장애질환이자대표적인유기산혈증이다. IVD 유 전자의돌연변이에의한 isovaleryl-coa dehydroge- nase 효소의결핍이질환발생의원인이다. Isovaleryl

7 - 고정민ㆍ이경아: 아이소발레릭산혈증의신생아선별검사후진단및치료전략 - CoA dehydrogenase 효소가결핍되면 isovaleryl- CoA 의대사물질이비정상적으로체내에축적되어대 사성산증및고암모니아혈증등의급성대사성위기와 발달지연, 성장지연, 및경련성질환등의만성합병증 을초래할수있기때문에, 급성대사성위기및만성 합병증의발생을예방하기위해조기진단에따른적절 한치료의도입이중요하다. 현재 IVA은국내에서시 행되는탠덤매스스크리닝법을이용한신생아대사질 환선별검사항목에포함되어있으며, C5의상승으로 의심할수있다. 그러나 SBCAD 결핍증혹은 pivalic acid 유래물이포함된항생제를투여한경우에도 C5의 상승이동반될수있기때문에, 감별진단및확진을위 한추가적인생화학적, 유전학적검사가필수적이다. 참고문헌 1) Vockley J, Ensenauer R. Isovaleric acidemia: new aspects of genetic and phenotypic heterogeneity. Am J Med Genet C Semin Med Genet 2006;142C: ) Sass JO, Ensenauer R, Roschinger W, Reich H, Steuerwald U, Schirrmacher O, et al. 2-Methylbutyryl-coenzyme A dehydrogenase deficiency: functional and molecular studies on a defect in isoleucine catabolism. Mol Genet Metab 2008;93: ) Parimoo B, Tanaka K. Structural organization of the human isovaleryl-coa dehydrogenase gene. Genomics 1993;15: ) Arden KC, Viars CS, Fu K, Rozen R. Localization of short/branched chain acyl-coa dehydrogenase (ACA DSB) to human chromosome 10. Genomics 1995;25: ) Orphanet. Exp.php?Expert=33. 6) Ensenauer R, Fingerhut R, Maier EM, Polanetz R, Olgemoller B, Roschinger W, et al. Newborn screening for isovaleric acidemia using tandem mass spectrometry: data from 1.6 million newborns. Clin Chem 2011; 57: ) Newborn Screening ACT Sheets and Confirmatory Algorithms /. 8) Andresen BS, Christensen E, Corydon TJ, Bross P, Pilgaard B, Wanders RJ, et al. Isolated 2-methylbutyrylglycinuria caused by short/branched-chain acyl-coa dehydrogenase deficiency: identification of a new enzyme defect, resolution of its molecular basis, and evidence for distinct acyl-coa dehydrogenases in isoleucine and valine metabolism. Am J Hum Genet 2000;67: ) Abdenur JE, Chamoles NA, Guinle AE, Schenone AB, Fuertes AN. Diagnosis of isovaleric acidaemia by tandem mass spectrometry: false positive result due to pivaloylcarnitine in a newborn screening programme. J Inherit Metab Dis 1998;21: ) Dixon MA, Leonard JV. Intercurrent illness in inborn errors of intermediary metabolism. Arch Dis Child 1992;67: ) Morris AA, Leonard JV. Early recognition of metabolic decompensation. Arch Dis Child 1997;76: ) Daniotti M, la Marca G, Fiorini P, Filippi L. New developments in the treatment of hyperammonemia: emerging use of carglumic acid. Int J Gen Med 2011; 4: ) Sweetman L. Newborn screening by tandem mass spectrometry: gaining experience. Clin Chem 2001;47: ) Harris RA, Joshi M, Jeoung NH. Mechanisms responsible for regulation of branched-chain amino acid catabolism. Biochem Biophys Res Commun 2004;313: ) Shigematsu Y, Sudo M, Momoi T, Inoue Y, Suzuki Y, Kameyama J. Changing plasma and urinary organic acid levels in a patient with isovaleric acidemia during an attack. Pediatr Res 1982;16: ) Elsas LJ, 2nd, Naglak M. Acute and chronic-intermittent isovaleric acidemia: diagnosis and glycine therapy. Acta Paediatr Jpn 1988;30: ) Fries MH, Rinaldo P, Schmidt-Sommerfeld E, Jurecki E, Packman S. Isovaleric acidemia: response to a leucine load after three weeks of supplementation with glycine, L-carnitine, and combined glycine-carnitine therapy. J Pediatr 1996;129:

8 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):62~69 종설 2) 고시트룰린혈증의신생아선별검사후진단알고리즘 순천향대학교부천병원소아청소년과 1, 서울대학교어린이병원소아청소년과연세대학교강남세브란스병원진단검사의학과 3 홍용희 1 ㆍ고정민 2* ㆍ이경아 3* 2 A Diagnostic Algorithm of Newborn Screening for Elevated Citrulline Yong Hee Hong 1, Jung Min Ko 2, Kyung-A Lee 3 Department of Pediatrics 1, Soonchunhyang University Hospital, Bucheon, Korea Department of Pediatrics 2, Seoul National University Children's Hospital, Seoul, Korea Department of Laboratory Medicine 3, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea Newborn screening of some urea cycle disorders has little benefits because of early severe symptoms before the result, low sensitivity (especially hypocitrullinemia) and poor prognosis. But in case of citrullinemia, citrin deficiency and argininosuccinic aciduria diagnosed as elevated citrulline, newborn screening is helpful for early diagnosis and treatment before the symptom. Distinction between the clinical forms of these diseases is based on clinical findings and biochemical results, however, they may not be clearcut. Treatment is different from each other, so exact diagnosis is essential. Here, the diagnostic algorithm for elevated citrulline after tandem mass screening has been proposed. Minimizing total process time from sampling to report of the results is important in Korea for diagnosis and treatment of these disorders. Key words: Newborn screening, Citrullinemia, Citrin deficiency, Argininosuccinic aciduria 서 최근광범위신생아선천성대사이상선별검사 ( 탠덤 매스선별검사, Tandem Mass Screening) 가보편화 되면서시트룰린혈증양성례가증가하고있다. Citrul- line이상승되는경우는 Citrullinemia type 1 (CTLN1; * 상기두저자는공동책임저자로서본연구에동일하게기여하였 론 습니다. 책임저자 : 고정민, 서울특별시종로구대학로 101 서울대학교어린이병원소아청소년과 Tel: 02) , Fax: 02) jmko@snu.ac.kr 책임저자 : 이경아, 서울특별시강남구언주로 211 연세대학교강남세브란스병원진단검사의학과 Tel: 02) , Fax: 02) KAL1119@yuhs.ac OMIM ) 이대표적이나, Citrullinemia type 2 (CTLN2; OMIM ), Neonatal intrahepatic cholestasis by citrin deficiency (NICCD; OMIM ), Argininosuccinate lyase deficiency (Argininosuccinic aciduria, OMIM ), Py- ruvate carboxylase deficiency (OMIM ) 등 에서도 citrulline 이상승하므로이에대한감별진단이 필요하다. 체내암모니아는요소회로의해독반응을거 쳐비독성물질인요소로전환되어배설되는데, 요소회 로의여러단계에서작용하는효소의결핍에의해이들 질환이발생하며이들질환외에요소회로계질환으로 Carbamoylphosphate synthetase 1 deficiency (CPS1D; OMIM ), Ornithine transcarbamylase deficiency (OTCD; OMIM ), N

9 - 홍용희외 2 인: 고시트룰린혈증의신생아선별검사후진단알고리즘 - acetylglutamate synthase deficiency (NAGSD; OMIM ), Hyperornithinemia-hyperammonemia-homocitrullinuria (HHH) syndrome (OMIM ) 등이있다. Citrulline 은 carbamoylphosp- hate synthetase 1 (CPS1) 과 ornithine transcarbamylase (OTC) 에의해생성이되므로이질환들은광 범위신생아선천성대사이상선별검사에서 citrulline 이감소되어있을수도있으나민감도와특이도가낮 고, 스크리닝결과가나오기전증상이나타나는경우 도많아고암모니아혈증증상으로진단이되는경우가 많다 1,2). 따라서본종설에서는주로광범위신생아선 천성대사이상선별검사를통해발견가능한질환에중 점을두어다루고자한다. 각질환들은치료방향이상 이하고, 질환에따라치료가지체될경우회복되지않 는장기손상이발생할수있어질환에대한이해와각 각에대한진단및치료지침이필요하지만이에대한 표준화된국내지침은부족한실정이다. 본종설에서는 국내현실을반영하여광범위신생아선천성대사이상 선별검사에서고시트룰린혈증을보인경우의확진을위 한진단및치료지침에대해제시하고자한다. 시트룰린상승시감별진단 1. Citrullinemia type 1 (CTLN1, Argininosuccinate synthetase (ASS) deficiency, Classic Citrulllinemia) 상염색체열성으로유전되며, 9q34.11 염색체에위 치한 ASS1 유전자이상에기인한다 3). 요소회로에서 citrulline 과 aspartate 를 argininosuccinate 로전환하 는데필요한 ASS가결핍되어발생하며효소결핍정 도에따라다양한임상증상을나타낸다. 대개 Severe 또는 neonatal form 을나타나며출생시에는정상이나, 출생수일내에수유곤란, 잦은구토, 보챔, 기면, 의식 저하, 경련, 혼수등의고암모니아혈증의증상이나타난 다. Subacute 또는 mild form 은성장장애, 잦은구토, 발달지연, 건조한모발, 구음장애, 운동실조등의증 상이서서히나타나며감염, 외상, 수술, 고단백섭취 등의 intercurrent catabolic state에고암모니아혈증 이초래될수있다. 혈액검사소견은다른요소회로계 질환과마찬가지로고암모니아혈증을나타내며혈액아 미노산분석에서 citrulline 수치가 1,000 µ mol/l ( 참 고치 <50 µ mol/l) 이상으로매우높게나타난다. 소변 orotic acid 의배설도증가하는데검사방법에따라민 감도는낮을수있다. Alanine, glutamine, glutamate 는증가하고, galactose 는정상범위이고 arginine 과 ornithine 은정상이거나감소한다. 간외여러조직의 ASS 효소활성도가저하되어있으나침습적이고과정 이복잡하며유전자검사로진단이가능하므로현실적 으로시행이불필요하다 4). ASS1 유전자분석을통해 진단이가능하다. 유전자형에따라경한표현형을보일 수있어 5) 치료방침을세우는데도움이된다. 2. Citrin 결핍증에의한시트룰린혈증 Citrin 결핍증은일본을비롯한동아시아에서흔한 질환으로알려져있고, 최근다른국가에서도발견되어 전세계적인질환임이밝혀지고있다 6). Citrin (aspartate-glutamate carrier protein) 은간의사립체막에 존재하며 aspartate 를세포질내로이동시키는작용을 한다. Aspartate 는 citrulline 을 argininosuccinic acid 로변환하는데필요하므로이과정에문제가생기면 citrulline 이축적되게된다. 이경우에도 ASS 활성도 는떨어져있고, 이는 citrin 결핍증이간내 ASS의 messenger RNA의 translation 을방해하기때문인것 으로추정된다 7). ASS1 유전자변이는관찰되지않는 다. 7q21.3 염색체에위치한 SLC25A13 유전자이상 시 citrin 결핍증이발생하며 8) 2 가지의표현형으로나 타나게된다. 첫번째는신생아기지속적인담즙정체성 황달로나타나는 neonatal intrahepatic cholestasis by citrin deficiency 이고, 두번째는성인기에고암모 니아혈증으로나타나는 adult-onset type 2 citrulli- nemia 이다. Citrin 결핍증환자들은대개고단백, 고지 방식이를선호하고고탄수화물식이는싫어하는식이 선호도가있다 9)

10 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp62~69, ) Neonatal intrahepatic cholestasis by citrin deficiency (NICCD) 생후 1 개월이후까지지속되는담즙정체성황달, 지 방간염그리고여러가지아미노산 (citrulline, methio- nine, tyrosine, threonine) 의상승이특징이다. 일반 적으로 CTLN1 보다 citrulline 의상승정도가경하다. Galactose 상승이동반되며, threonine-to-serine ratio, pancreatic secretory trypsin inhibitor, alpha- fetoprotein 상승도동반될수있다. Arginine 농도는 정상이거나증가한다 10). 간비대, 간섬유화, 간기능이 상, 저단백혈증, 응고인자의저하, 용혈성빈혈, 저혈 당등이나타날수있다. 모든경우에 citrulline 이상승 하지는않으므로광범위신생아선천성대사이상선별 검사에서 citrulline 상승으로진단이되거나영아기의 지속적인담즙정체성황달에의해진단이된다 11). 임 상경과는양호한편으로대부분생후 1년전후에황달 이소실되지만일부에서는간이식을요하는간경화, 간 부전을보일수있다 12). 일부에서 Adult-onset type 2 citrullinemia 로다시발현될수있는데정확한기전 은알려져있지않으나 ASS 효소활성도가점차감소 하면서발현되는것으로추측되고있다 13). 2) Failure to thrive and dyslipidemia caused by citrin deficiency (FTTDCD) 성장장애, 저혈당, 피로감등의증상과함께고단백 / 고지방식이를선호하는 citrin 결핍증의식이선호도에 의해고지혈증, 췌장염, 지방간이동반될수있다. 마찬 가지로일부에서 Adult-onset type 2 citrullinemia 로발현될수있다. 3) Adult-onset type 2 citrullinemia (CTLN2) 대개 10대이후반복되는고암모니아혈증과이와동 반된섬망, 공격성, 과행동, 졸림, 기억력상실, 진전, 발 작등의신경정신과적증상으로나타난다. 뇌부종이있 을경우사망에도이를수있다. 알코올섭취, 약물, 수 술등에의해증상이유발되기도한다. Late-onset CTLN1 에비해일반적으로증상이경미하며더늦은 시기에증상이나타나고 citrulline 상승도덜뚜렷하 다. 임상증상과검사소견으로 Late-onset CTLN1 과의구별은어려울수있다 8,14). 3. Argininosuccinate lyase deficiency (ASL deficiency, Argininosuccinic aciduria) Argininosuccinate lyase deficiency 는간내요소 회로에서 argininosuccinic acid를 arginine 과 fuma- rate로분해하는효소인 argininosuccinate lyase (ASL) 의결핍에의해발생하는상염색체열성유전성 질환이다. 7cenq11.27 염색체에위치한 ASL 유전자 변이에의한다 15). 생후수일- 수개월내에나타나는초 기발병형과 1 세후에나타나는후기발병형이있다. 초기발병형의경우심한고암모니아혈증이특징적으 로, 출생후초기에는사망률이매우높다. 후기발병형 은감염이나스트레스상황에서유발되는고암모니아 혈증으로나타나기도하고, 고암모니아혈증과거력없 이인지장애와이상행동으로나타나기도하는데이는 argininosuccinic acid 의뇌독성을시사한다 16). 정신 지체와발육부전, 간비대, 건조하고잘부서지는모발 ( 결절열모증, trichorrhexis nodosa) 이특징적이며담 석과저칼륨혈증이동반되기도한다. Citrulline 이상승 되어있고, 소변이나혈액내 argininosuccinic acid 증 가로감별진단할수있다. Citrulline 의상승정도는 대개 citrullinemia 에비해덜하다. 소변 orotic acid가 증가되어있고 arginine 은감소되어있다. ASL 활성도 검사는전세계적으로많은나라에서불가능하고 17) 간 편하게시행할수있는 ASL 유전자돌연변이검사로 확진할수있다. 4. Pyruvate carboxylase deficiency Pyruvate carboxylase deficiency 는 11q13.2 염 색체에위치한 PC 유전자돌연변이에의해발생 18) 하는 pyruvate 대사질환이다. Pyruvate carboxylase 는세 포의중심인미토콘드리아에서당을만드는작용을하 고신경세포를보호하는 sheath 를만드는데관여하며 뇌의신경전달물질의생성에도관여한다. Pyruvate carboxylase deficiency 는성장장애, 발달지연, 발

11 - 홍용희외 2 인: 고시트룰린혈증의신생아선별검사후진단알고리즘 - 작, 대사성산증등이특징이다. 다음과같은 3가지 Type 으로나타날수있다 18) ; infantile form, severe neonatal form, intermittent/benign form. Infantile form 은대개영아기나어린소아기에사망하며경도에 서중등도의젖산혈증이있으면서 lactate/pyruvate 는정상비율이다. Severe neonatal form 은간비대, 추체로징후, 이상움직임과사망이생후 3개월이내에 나타난다. Lactate/pyruvate 와 acetoacetate/3-hydroxybutyrate 가상승되어있고고암모니아혈증과 citrulline, proline, lysine 의상승을보인다. Pyruvate partate 가부족해지고이로인해요소회로의 carboxylase 의부족으로인해 citric acid cycle 의 as- metabolic block 이생겨요소회로계질환에서보이는고암 모니아혈증과 citrulline 상승이나타나는것이다. Intermittent/benign form 은정상이거나경한신경발달 지연과대사성산증이간헐적으로나타난다. Citrulline 은정상범위이고 lysine 과 proline 이증가되어있다 19) 다.. 치료를해도신경학적증상이진행하는경우가있 진단지침 광범위신생아선천성대사이상선별검사에서 cit- rulline 상승시즉각적으로식이곤란, 구토, 기면, 저긴 장증, 빈호흡, 발작, 간질환의증상등이있는지아기의 상태를확인하고확진을위한검사를진행하여야한다 20). American College of Medical Genetics (ACMG) 에서는광범위신생아선천성대사이상선별검사에서 citrulline 상승시이에대한진단알고리즘을 Fig. 1과 같이제시하고있다 21). 혈액암모니아수치, 간기능및 전해질검사를포함한생화학검사, 혈액아미노산분 석, 소변유기산분석을시행하여하며, 임상증상과검 사소견에따라각질환에대한유전자분석이필수적 이다. 광범위신생아선천성대사이상선별검사결과가 나오기전증상이발생하는경우와 citrulline 수치상 승이없거나뚜렷하지않아스크리닝에서는정상이었 으나임상증상이발생하여내원하는경우가있을수 있으므로이들질환에대한전반적인이해가필요하다. Fig. 1. ACMG diagnostic algorithm for 'elevated citrulline' 21)

12 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp62~69, 국내상황을고려한진단알고리즘 진단에따른치료방침이매우다르고, CTLN1, ASL deficiency 의일반적인치료로는 citrin 결핍증을 악화시킬수있으므로빠르고정확한진단이필수적이 다. 현실적으로광범위신생아선천성대사이상선별검 사결과가나오기전심한증상을보이는환자가있고, 감별을위해필요한혈액아미노산분석에소요되는시 간이있어진단에어려움이있다. 광범위신생아선천 성대사이상선별검사실시기관과의료기관간의긴 밀한협조와신속한보고체계가요구되며차후신속한 아미노산분석기술에대한연구도필요할것으로사료 된다. 현재국내에서검사가가능한항목을기반으로 광범위신생아대사이상질환스크리닝에서 citrulline 상승시 다. Fig. 2와같은진단알고리즘을제시하고자한 치료지침 1. 급성기고암모니아혈증에대한치료 최고암모니아농도와혼수상태의기간이예후에 매우중요하므로 1) 정확한진단이내려지기전이라도 고암모니아혈증이있을경우즉각적인치료가필요하 다. 단백질섭취를제한하여질소노폐물생산을빠르 게감소시키고, 동화작용을증가시키기위해포도당이 포함된수액을공급하며전해질불균형을교정한다. 단 백질제한은장시간하게될경우질소산물의이차적 상승이일어나므로최대 48시간이내로하고, 암모니 아가 100 µ mol/l 이하로떨어지면단백질공급을 g/kg (50% 는필수아미노산형태) 부터재개한다 2). 패혈증은매우치명적이므로여러가지침습적인시 술을했을경우항생제사용이고려되어야한다. Ammonia scavengers (sodium benzoate, sodium phe- nylbutyrate 또는 sodium phenylacetate) 를 ml/kg의 10% 포도당수액에섞어 250 mg/kg bolus 로 분에걸쳐투여하고 maintenance 로 250 mg/kg/day 를유지한다. 이들약제는 benzoate 와 gly- cine이결합하여 hippurate 를생성하게하고, pheny- lacetate 와 glutamine 이결합하여 phenylacetylglu- tamine 을생성하게한다. Phenylbutyrate 는 phenyla- cetate 의전구물질이다. Hippurate 와 phenylacetyl- glutamine 은소변으로배설된다. Ammonia sca- vengers 를특히첫 24시간이내에다시 bolus 로투여 하게되면, 즉 750 mg/kg/day 이상의용량이투여되 Fig. 2. Suggestion of diagnostic algorithm of 'elevated citrulline' in tandem mass screening

13 - 홍용희외 2 인: 고시트룰린혈증의신생아선별검사후진단알고리즘 - 면구토와기면같은독성이나타나치명적일수있어 이런경우에는투석을고려해야한다 22). 혈중암모니아 가 µ mol/l 인경우뇌증이있거나빠르게혈 중암모니아가조기에상승하면혈액투석을고려해야 하고, 500 µ mol/l 이상시혈액투석을시행한다. Cit- rullinemia type 1, Argininosuccinate lyase defici- ency에서는 L-arginine 투여가도움이된다 mg/kg 를 bolus 로투여하고 maintenance 로 mg/kg/day 를유지한다. L-arginine 은요소회로 를통해암모니아가배설되게하고단백질이화작용을 예방하지만다량을쓰게되면 nitric oxide 를생성시켜 혈관확장을유발하여저혈압이될수있으므로 23) 주 의가필요하다. 2. 질환별장기치료 1) Citrullinemia type 1, Argininosuccinate lyase deficiency (ASL deficiency, Argininosuccinic aciduria) 장기치료의목표는정상발달을하면서고암모니아 혈증을예방해주는것이다. 급성질환시악화될수있 어이에대한관찰이필요하다. 단백을일정량으로제 한하고고탄수화물, 고지방식이를한다. Singh 24) 이제 시한요소회로계질환에서의성별, 연령별단백질, 칼 로리, 에너지, 수분공급량은 Table 1, 2 와같다. Ar- ginine 결핍을방지하고 ornithine transcarbamylase 를활성화시키기위해 경구투여하고 25,26) arginine mg/kg 를 암모니아를제거하기위해경구 sodium benzoate mg/kg/day 또는 sodium phenylbutyrate mg/kg/day 를투여한다. 비타민과미량원소투여가도움이될수있다. 신생아 기에중증으로증상이나타나는환자들중진행성간 질환이있거나치료에도불구하고대사성위기가자주 재발하는경우에비가역적신경학적손상이발생하기 전의 3-12 개월영아에서간이식을고려해볼수있다 1). 2) Citrin 결핍증 NICCD 의치료는대개보존적인치료이다 10,27). 저단 백, 고탄수화물식이같은일반적인고암모니아혈증치 료는오히려해롭다. 탄수화물이해당작용 (glycolysis) 과에너지생산을방해하는 cytosolic NADH 를발생하 게하여요소생성을억제하기때문이다 7). Galactose 상승정도에따라유당제한식이를고려할수도있다. 간이식은매우효과적일수있으나공여자와비용, 면 역억제제를투여해야하는문제가있다. 환자가선호 하는저탄수화물, 고단백, 고지방식이를유지하는것 Table 1. Recommended Daily Nutrient Intakes for Infants with Urea Cycle Disorders 24) Age Protein (g/kg) Kcal (kcal/kg) Energy (kcal/kg) Fluid (ml/kg) 0-3 months 3-6 months 9-12 months Table 2. Recommended Daily Nutrient Intakes for Children and Adults with Urea Cycle Disorders 24) Age Protein (g/day) Kcal (kcal/day) Energy (kcal/day) Fluid (ml/day) 1-4 yr 4-7 yr 7-11 yr Female yr yr 19 yr- Male yr yr 19 yr ,040 1,196-1,435 1,199-1, ,890 1,365-2,415 1,730-3,465 1,575-3,150 1,260-3,150 1,785-2,625 2,100-3,885 2,200-4,095 2,625-3, ,890 1,365-2,445 1,730-3,465 1,575-3,150 1,260-3,150 1,875-2,625 2,100-3,885 2,200-4,095 2,625-3,

14 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp62~69, 이좋다. 혈액내 arginine 농도는정상이거나약간높 지만, arginine 공급이도움이될수있다 7,28). Sodium pyruvate 가 NADH 를산화시키고 oxidative stress 를 감소시키므로도움이될수있다 7). 3) Pyruvate carboxylase deficiency 치료의목표는대체할수있는에너지원을공급하고 pyruvate 를대사시킬수있도록하는것이다. 저지방, 고탄수화물, 고단백식이가필요하다. Thiamine, lipoic acid, dichloroacetate, citrate 는 lactic acid를낮추는 데도움이될수있다. Biotin 은 pyruvate carboxylase 의기능을향상시키기도한다. Triheptanoin 은 acetyl- CoA와 anaplerotic propionyl-coa 의 source 가되며 C5-ketone bodies 를뇌로공급하지만 29,30) 좀더많 은연구가필요하다. 간이식이효과가있었던례도있 다 31). 결 광범위신생아선천성대사이상선별검사에서 cit- rulline 이상승되었을경우 론 citrullinemia type 1, citrullinemia type 2, neonatal intrahepatic cholestasis by citrin deficiency, argininosuccinate lyase deficiency (Argininosuccinic aciduria), pyruvate car- boxylase deficiency 를감별하여야한다. Proximal urea cycle disorder 인 carbamoylphosphate synthetase 1 deficiency, ornithine transcarbamylase deficiency, N-acetylglutamate synthase defici- ency 는 citrulline 이감소되지만특이도와민감도가낮 고, 중증의경우첫증상이생후 시간내에발생 하므로신생아스크리닝의결과가나오기전에이미증 상이악화되어있으며, 정상 citrulline 수치를보이는 late-onset 형태도진단이되지않기때문에현재로서 는신생아스크리닝의효용성이없다고보고있다 32). Distal urea cycle disorder 인 citrullinemia type 1과 argininosuccinate lyase deficiency 도마찬가지로신 생아스크리닝결과가나오기전에이미증상이나타나 는경우도있지만증상이나타나기전의환자를진단할 수있으므로스크리닝의효용성이있다 32). Citrullinemia type 1/argininosuccinate lyase deficiency 와 citrin 결핍증은치료방침이다르고잘못된치료를할 경우오히려환자가악화될수있기때문에빠른시간 내에혈액아미노산분석과유전자분석을시행하여감 별진단을하여야하겠다. 그렇지만특히증상이신생 아기부터나타난경우, 검사와진단과정에서치료가 지연이되지않아야하므로질환의임상적특성과혈액 검사소견의차이점을통해최대한감별진단을하는 것이좋겠다. 또한국내광범위신생아선천성대사이 상선별검사의채혈부터결과보고까지의과정을보다 체계화, 신속화할필요가있겠으며빠른아미노산, 유 전자분석과정을위한연구가필요하겠다. 본내용들 을바탕으로광범위신생아선천성대사이상선별검사 에서 citrulline 이상승된경우감별알고리즘을제시하 는바이다. 감사의말 본연구는보건복지부보건의료연구개발사업의지원 에의하여이루어진것임 (A120030). 참고문헌 1) H berle J, Boddaert N, Burlina A, Chakrapani A, ä Dixon M, Huemer M, et al. Suggested guidelines for the diagnosis and management of urea cycle disorders. Orphanet J Rare Dis 2012;7:32. 2) Auron A, Brophy PD. Hyperammonemia in review: pathophysiology, diagnosis, and treatment. Pediatr Nephrol 2012;27(2): ) Marquis-Nicholson R, Glamuzina E, Prosser D, Wilson C, Love DR. Citrullinemia type I: molecular screening of the ASS1 gene by exonic sequencing and targeted mutation analysis. Genet Mol Res 2010;9(3): ) Quinonez SC, Thoene JG. Citrullinemia Type I. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH, Wallace SE, Amemiya A, Bean LJH, Bird TD, Fong CT, Mefford HC, Smith RJH, Stephens K, editors. GeneReviews Seattle (WA): University of Washington, Seattle; Jul 7 [updated 2014 Jan 23]. 5) H berle J, Pauli S, Schmidt E, Schulze-Eilfing B, ä Berning C, Koch HG. Mild citrullinemia in Caucasians is an allelic variant of argininosuccinate synthetase deficiency (citrullinemia type 1). Mol Genet Metab

15 - 홍용희외 2 인: 고시트룰린혈증의신생아선별검사후진단알고리즘 ;80(3): ) Dimmock D, Kobayashi K, Iijima M, Tabata A, Wong LJ, Saheki T, et al. Citrin deficiency: a novel cause of failure to thrive that responds to a high-protein, low-carbohydrate diet. Pediatrics 2007;119:e773-e7. 7) Saheki T, Inoue K, Tushima A, Mutoh K, Kobayashi K. Citrin deficiency and current treatment concepts. Mol Genet Metab 2010;100:S ) Kim IS, Ki CS, Kim JW, Lee MH, Jin DK, Lee SY. Characterization of late-onset citrullinemia 1 in a Korean patient : Confirmation by argininosuccinate synthetase gene mutation analysis. J Biochem Mol Biol 2006;39(4): ) Fukushima K, Yazaki M, Nakamura M, Tanaka N, Kobayashi K, Saheki T, et al. Conventional diet therapy for hyperammmonia is risky in the treatment of hepatic encephalopathy associated with citrin deficiency. Inter Med 2010;49: ) Kobayashi K, Saheki T, Song YZ. Citrin deficiency. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH, Wallace SE, Amemiya A, Bean LJH, Bird TD, Fong CT, Mefford HC, Smith RJH, Stephens K, editors. GeneReviews. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; Sep 16 [updated 2014 Jul 31]. 11) Chen HW, Chen HL, Ni YH, Lee NC, Chien YH, Hwu WL, et al. Chubby face and the biochemical parameters for the early diagnosis of neonatal intrahepatic cholestasis caused by citrin deficiency. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2008;47(2): ) Ohura T, Kobayashi K, Tazawa Y, Abukawa D, Sakamoto O, Tsuchiya S, et al. Clnical pictures of 75 patients with neonatal intrahepatic cholestasis caused by citrin deficiency. J Inherit Metab Dis 2007;30: ) Saheki T, Kobayashi K. Mitochondrial aspartate glutamate carrier deficiency as the cause of adult-onset type II citrullinemia and idiopathic neonatal hepatitis. J Hum Genet 2002;47: ) Woo HI, Park HD, Lee YW. Molecular genetics of citrullinemia type I and II. Clin Chim Acta 2014;431: ) Tedd S, McGill JR, McCombs JL, Moore CM, Weider I, Naylor SL. cdna sequence, interspecies comparison, and gene mapping analysis of argininosuccinate lyase. Genomics 1989;4: ) Ficicioglu C, Mandell R, Shih VE. Argininosuccinate lyase deficiency: Longterm outcome of 13 patients detected by newborn screening. Mol Genet Metab 2009;98: ) Hwang IO, Lee ES. The first neonatal case of neonatal argininosuccinic aciduria in Korea. J Korean Soc Neonatol 2011;18: ) Robinson BH. Lactic acidemia and mitochondrial disease. Mol Genet Metab 2006;89: ) Wang D, De Vivo D. Pyruvate Carboxylase Deficiency. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH, Wallace SE, Amemiya A, Bean LJH, Bird TD, Fong CT, Mefford HC, Smith RJH, Stephens K, editors. GeneReviews [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; Jun 2 [updated 2015 Jul 30]. 20) Yoo HW. Diagnosis of inherited metabolic disorders based on their diverse clinical features and laboratory tests. Korean J Pediatr 2006;49: ) ms/visio-citrulline.pdf. 22) Summar M. Current strategies for the management of neonatal urea cycle disorders. J Pediatr 2001;138:S30- S9. 23) Brusilow SW. Arginine, an indispensable amino acid for patients with inborn errors of urea synthesis. J Clin Invest 1984;74: ) Singh RH. Nutritional management of patients with urea cycle disorders. J Inherit Metab Dis 2007;30: ) Nagamani SC, Lee B, Erez A. Optimizing therapy for argininosuccinic aciduria. Mol Genet Metab 2012; 107: ) 김숙자전영미유전성대사질환의응급치료대한유전,.. 성대사질환 2011;11(1): ) 이범희김유미김구환유한욱씨트린결핍증에의한,,,. 중증의신생아담즙정체성황달대한유전성대사질. 환 2012;12(1): ) Imamura Y, Kobayashi K, Shibatou T, Aburada S, Tahara K, Kubozono O, et al. Effectiveness of carbohydrate-restricted diet and arginine granules therapy for adult-onset type II citrullinemia: a case report of siblings showing homozygous SLC25A13 mutation with and without the disease. Hepatol Res 2003;26: ) Breen C, White FJ, Scott CA, Heptinstall L, Walter JH, Jones SA, et al. Unsuccessful treatment of severe pyruvate carboxylase deficiency with triheptanoin. Eur J Pediatr 2014;173(3): ) Roe CR, Mochel F. Anaplerotic diet therapy in inherited metabolic disease: therapeutic potential. J Inherit Metab Dis 2006;29: ) Murray KF, Carithers RL Jr. AASLD practice guidelines: Evaluation of the patient for liver transplantation. Hepatology 2005;41(6): ) Veronique R, Johannes H. Mini-Review: Challenges in newborn screening for urea cycle disorders. Int J Neonatal Screen 2015;1:

16 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):70~78 종설 3) 선천성부신과형성증(21-hydroxylase 결핍) 의신생아선별검사후진단알고리즘 성균관대학교의과대학삼성서울병원소아청소년과 1, 서울대학교어린이병원소아청소년과연세대학교강남세브란스병원진단검사의학과 3 조성윤 1 ㆍ고정민ㆍ이경아 A Diagnostic Algorithm after Newborn Screening for 21-hydroxylase Deficiency Sung Yoon Cho 1, Jung Min Ko 2, Kyung-A Lee 3 Department of Pediatrics 1, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul Korea Department of Pediatrics 2, Seoul National University Children s Hospital, Seoul, Korea Department of Laboratory Medicine 3, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea 21-hydroxylase deficiency (21-OHD), most common form of congenial adrenal hyperplasia, is categorized into classical forms, including the salt-wasting (SW) and the simple virilizing (SV) types, and nonclassical (NC) forms based on the severity of the disease. Newborn screening for 21-OHD has been performed in Korea since α-hydroxyprogesterone (17-OHP) is a marker for 21-OHD and is measured using a radioimmunoassay or a fluoroimmunoassay. Premature and low birth weight infants are likely to give false positive 17-OHP findings, therefore, cutoff values for these infants should be determined based on gestational weeks or birth weight. ACTH simulation test is helpful when the 17-OHP shows equivocal increase, and it is gold standard for diagnosis of NC type. Recently, liquid chromatography linked with tandem mass spectrometry was developed for rapid, highly specific, and sensitive analysis of multiple analytes. Molecular analysis of CYP21A2 is useful for confirming diagnosis of mild SV or NC type, predicting prognoses, and genetic counseling. In order to make newborn screening for 21-OHD more efficient, early detection of boy with SW type, early determination of girl with ambiguous genitalia, detection of NC type, and overcoming of false positive in premature and low birth weight infants should be considered. Above all, early treatment should be started when the patient is suspected as having 21- OHD clinically before confirming the diagnosis to prevent adrenal crisis. Here, author reviewed recent articles of guideline and proposed guideline for 21-OHD. Key words: 21-hydroxylase, Congenital adrenal hyperplasia, CYP21A2, Newborn screening * 상기두저자는공동책임저자로서본연구에동일하게기여하였 습니다. 책임저자 : 고정민, 서울특별시종로구대학로 101 서울대학교어린이병원소아청소년과 Tel: 02) , Fax: 02) jmko@snu.ac.kr 책임저자 : 이경아, 서울특별시강남구언주로 211 연세대학교강남세브란스병원진단검사의학과 Tel: 02) , Fax: 02) KAL1119@yuhs.ac 신생아선별검사가 서 론 1985 년국내에도입된이후, 2006 년부터국가지원하에시행하는신생아선별검사 무료검사 6 개질환에는페닐케톤뇨증, 갑상선기능저 하증, 선천성부신과형성증, 단풍당뇨증, 호모시스틴뇨 증이있다. 이중선천성부신과형성증중가장흔한

17 - 조성윤외 2 인: 선천성부신과형성증(21-hydroxylase 결핍) 의신생아선별검사후진단알고리즘 - (95%) 형인 21-hydroxylase deficiency (21-OHD) 는선별검사에서 21-hydroxylase 가부족할때증가 되는전구체인 17-hydroxyprogesterone (17-OHP) 의증가로조기진단이가능하다 1). 우리나라에서는생 명의위협을주는염분소실성탈수를예방하고, 여아 에서조기에바른성결정을하기위해모든신생아에 대해출생후 2-4일에혈액여과지를이용하여 17- OHP 를측정하고있다. 21-OHD 는 CYP21A2 유전자 의돌연변이에의해발생하며상염색체열성으로유전 된다. 임상양상은산전초음파에서외부생식기의남 성화가발견되는여아, 소아기에성조숙증을보이는남 아(simple virilizing, SV 형), 후기발병으로고안드로 겐증상을보이는경우 (Nonclassical, NC 형) 까지다 양하다 2-4). 신생아의 75% 정도에서출생첫주에 mi- neralocorticoid 결핍증상으로극심한탈수, 저나트륨 혈증, 쇼크를보이기도하는데 (Salt-wasting, SW 형), 이러한경우조기에치료를받지않으면치명적일수 있다 5, 6 ). 우리나라의 21-OHD 발병률은신생아 22,700 명당 1 명이다 ( 21 hydroxylase (p450c21) 는 17-OHP 를 11-deo - xycortisol 로, progesterone 을 11-deoxycortisol 로 전환시켜서각각 cortisol 과 aldosterone 을생성하게 되므로, 심각한 21-OHD 환자에서는이들호르몬이 부족하게된다. Cortisol 생성이안되므로 ACTH 로자 극시전구체호르몬이부신안드로겐 pathway 쪽으로 과도하게생성된다. 이로인해 SW형이나 SV형여자 신생아에서외부생식기의남성화를보이는것이가장 특징적인증상이다. 치료되지않으면남녀모두에서신 생아기이후에성장가속화, 성조숙증, 저신장최종키 를보일수있다. NC형은출생후에부신안드로겐이 과도하게생성되지만심각한정도가달라서무증상을 보이기도한다. 대다수의 21-OHD 환아들이피부색 소침착, 여아의경우외부생식기의남성화, 젖병을잘 못빨고체중이잘안느는등의증상을보이나, 매우 경한증상을보이기도한다. SW형남아신생아에서는 부신부전증증상을인지하기가쉽지않으므로심각한 탈수에빠질수있다는점, 외부생식시가남성화된여 아신생아에서는성별결정이잘못될수도있다는점, 심각한 SW형의경우생명을위협할정도의부신위기 에빠질수있다는점, 이러한상황을예방할수있는 치료방법이있다는점, 발병률이아주드물지는않다는 점에서 21-OHD 는신생아선별검사에이질환이포 함될필요가있다 5,7). 이에본종설에는신생아선별검 사에서 17-OHP 증가와관련하여진단및치료, 관리 에대한지침을최근까지보고된문헌들을근거하에 제시하고자한다. 신생아선별검사에서 진단지침 17-OHP 의증가가확인되었 을때외부성기이상이나색소침착, 부신부전증상이 뚜렷하게없더라도자세한진찰이필요하다. 특히재검 에서정상으로회복되지않은경우도마찬가지로자세 한진찰이필요하다. 모유나분유를잘빨지못하거나, 체중감소, 구토등의부신부전증상을보이거나, 저나 트륨혈증, 고칼륨혈증, 대사성산증등을보이는경우 는정확한진단이내려지기전이라할지라도응급처치 가필요하다. 남성화된여아의경우는고환이만져지지 않는다. 21-OHD 여아의반수에서출생직후관찰될 수있는요생식동, 음핵비대, 음순융합등의소견이 있는경우, 신생아선별검사결과가나오기전이라도 21-OHD 의가능성을의심해야한다. 정상외부생식 기를보이는남아가 17-OHP 가증가되었을때, 부신 부전증, 색소침착의증상이없는지자세히관찰해야 한다. SW형과 SV형 21-OHD 남아에서음경이길어 지는등의남성화증상을평가하는것은쉽지않다. 1. 생화학적내분비적검사 외부생식기가남성화되어있는여아나남아의경우 기본적으로염색체검사가필요하며, 혈액의 17-OHP 는 21-OHD 를진단하기위해가장유용한검사방법 이다. 전형적인 21-OHD 의경우는 radioimmunoassay (RIA) 로시행한 basal 17-OHP 가 10,000 ng/dl (300 nmol/l) 이상인반면, 정상신생아에서는 100 ng/dl (3 nmol/l) 이하이다 8). 이외에진단에도움이 되는검사로는혈청전해질, 혈장 ACTH, 혈당, 알도스 테론, 레닌, 혈액가스등이있다 5). 이들검사를통해

18 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp70~78, SW형과 SV형을구분하고진단의신뢰도를높일수있 다. 21-OHD 에서증가될수있는다른호르몬으로는 progesterone, androstenedione, testosterone 등이 있다 9). 21-deoxycortisol 또한증가되는데, 이는이 형접합체보인자를찾아내는데유용하다. 2. ACTH 자극검사 17-OHP 증가가전형적인 21-OHD 의특징이지만, 애매하게증가되는경우에는 NC형환자와이형접합체 보인자를구분하기어렵다 10). 이러한경우에 ACTH 자 극검사가필요하며, 이검사는 NC형 21-OHD 진단 의 gold standard 이다 일수있으므로출생 11). 이검사는위양성결과를보 24시간이내에는시행해서는안 된다. Cortrosyn 0.25 mg/m 2 을정맥주사한다. 다른 선천성부신과형성증과의감별을위해 17-OHP 외에 도 cortisol, deoxycorticosterone, 11-deoxycortisol, 17-OH pregnenolone, DHEA, androstenedi- one을 baseline, 60 분에검사한다. 만약채혈량이체 중에비해과도하게많다고여겨지면 60분째만채혈한 다 9). ACTH 자극검사를통해 21-OHD 질환에대한 진단을하고중증도를파악할수있다. SW형의경우 peak 17-OHP 가 100,000 ng/dl (3,000 nmol/l) 까 지보일수있으며, SV형은 ,000 ng/dl (300-1,000 nmol/l), NC형은 1,500-10,000 ng/dl (50 to 300 nmol/l) 범위로보일수있다 3. 영상검사 복부및골반초음파를통해부신비대를신속하게 발견할수있으나영상의학과의사의숙련된기술이요 구된다. 그러나내분비적검사와염색체검사는결과를 확인할때까지시일이많이걸리므로부신비대이외에 자궁이보인다면 46, XX 여아에서 21-OHD 를진단하 는데는도움이될수있다 9). 4. 분자유전학적진단 21-OHD 환자의약 90% 에서유전자적이상이발 9). 견되며부모검사가진단의정확성을높일수있다. 21-OHD 는앞에서언급된임상증상과생화학적내 분비적검사결과를통해진단을내릴수있으므로 CYP21A2 유전자에대한검사가반드시필요한것은 아니다. 그러나전형적인임상증상이없는경우, 예를 들어남성화가심하지않은여아, 경한 SV형남아나신 생아선별검사에서발견되지않을수있는 NC형환자 의경우, 분자유전학적검사가진단에도움을줄수있 다. 또한분자유전학적검사는산전진단및유전상담 에도움이된다. CYP21A2 유전자와거짓유전자인 CYP21A1P 역시복잡한구조를보이고, 큰결실이나 전환은 있으므로 Sanger sequencing 으로는발견되지않을수 Southern blot 방법이필요할수있다. 그러 나이방법은시간이오래걸리고 chimeric RCCX module 에는한계가있으므로최근에는간편하고신속 하고민감한검사인 multiple ligation-dependent probe amplification (MLPA) 을주로사용한다 12). 이 질환에서유전형( 효소활성도의손실정도) 과표현형 이어느정도상관관계를보이나 5,13,14) 언제나일치하 는것은아니다 15,16). 현재까지 200가지이상의변이가 발견되었으며 ( 90% 가흔 한 10가지변이에속한다 11). 21-OHD 환자의 90% 이 상이유전자전환이나불균형교차로인해발생하며 17-19), 21-OHD 환자의 70-75% 가 CYP21A1P 유전자 가 CYP21A2 유전자에미세전환된경우이다 8,20). 약 20% 는불균형교차로인해 30-kb 가결실된경우이다 19). 나머지 1-2% 는자연발생돌연변이다 21). CYP21A2 의 in vitro 활성도를통해 SW 형, SV 형, NC형을구분 했을때, 각각 0-1%, 1-10%, 20-60% 이었으며, SW 형에서는유전자결실/ 전환, 8bp deletion E3, E6 cluster, F306+t, L307insT, p.q318*, p.r356w 등 이발견되었고, SV형에서는 p.i172n 이, NC형에서는 p.p30l, p.v281l, p.p453s 가발견되었다 들의 8,21,22). 환자 65-75% 가복합이형접합체로돌연변이를가지 고있으며이러한경우에는잔존활성도가더높은경 향을보인다 21). 상당수의환자들이두가지이상의변 이를보이고, 변이마다남아있는효소활성도가다양하 므로환자마다증상의정도는많은차이가있다

19 - 조성윤외 2 인: 선천성부신과형성증(21-hydroxylase 결핍) 의신생아선별검사후진단알고리즘 - 신생아선별검사에서 감별진단 17-OHP 가증가될수있는다 른선천성부신과형성증으로는 P450 oxidoreductase (POR) 결핍증, 3β-hydroxysteroid (3β-HSD) 결 핍증, 11β-hydroxylase 결핍증 (11βOHD) 이있다 (Fig. 1). 1. POR 결핍증 46, XX인 POR 결핍증의경우외부생식기의남성 화를보일수있는반면, 46, XY인 POR 결핍증의경 우불완전한남성화를보이면서조기두개유합증, 특징 적인얼굴, 상완골요골유합증, 관절구축을보일수 있다 23,24). POR 결핍증에서전해질은정상이며, 신생아 부신부전증은매우드물다. 21-OHD 와는소변스테 로이드프로파일을통해감별이가능하다 25). 2. 3β-HSD 결핍증 androstenedione) 을확인하는것이필요하며 21- OHD나 POR 결핍증과달리소변스테로이드프로파일 을통해진단이가능하다 βOHD 11βOHD 는고혈압이특징적인데, 어떤신생아의경 우는고혈압을보이지않을수도있다 1,28). 21-OHD 와 달리혈청레닌농도가감소되어있고, baseline 과 ACTH 자극후 deoxycorticosterone 과 11-deoxy- cortisol 이증가되어있다. 21-OHD 나 POR 결핍증과 달리소변스테로이드프로파일을통해진단이가능하 다. 21-OHD, POR 결핍증, 3β-HSD 결핍증, 11βOHD 는유전자검사를통해감별이가능하다. 그밖에감별 진단으로 17-OHP 가증가로인한부신종양증례가 보고된바있다. 신생아선별검사로는미숙아와저출 생체중아에서위양성을보이는경우가있으므로, 출생 주수나출생후날짜와상관없이소변스테로이드프로 파일이감별진단에도움이될수있다. 3β-HSD 결핍증은 46, XX 여아에서외부생식기의 남성화를보일수있으며, 46, XY 남아에서불완전남 성화를보일수있으며, 부신부전증을일으킬수있다 26,27). 혈청스테로이드대사물 (Pregnenolone/progesterone, 17-OH pregnenolone/17-ohp, DHEA/ 4. 신생아선별검사를통한 NC형과매우경한 SV형의진단 신생아선별검사의주된목적은심각한 SW형과 SV형 21-OHD 를조기에발견하는것이다. 매우경한 Fig. 1. Diagnosis of individuals with increased 17-OHP levels detected by neonatal screening test

20 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp70~78, SV형과안드로겐이뚜렷하지않게올라가는 NC형의 경우도신생아선별검사에서발견되기도한다. 신생아 선별검사에서발견되지않은경우는남성화증상, 성 장가속화, 형제자매중에환자를통해진단된다. 이들 은결국 17-OPH 의증가를확인하는것을통해진단 이된다. 매우경한 SV형이나 NC형의경우 ACTH 자 극검사를통해 17-OHP 가증가되는것을확인하는 것을통해진단된다. 부신호르몬은일중변동을보이 고, NC형의경우종종 random baseline 17-OHP 가 정상을보이기도하므로 baseline 17-OHP 는오전 8 시에측정되어야한다 9). Baseline 17-OPH 증가시 다른선천성부신과형성증과의감별을위해 ACTH 자 극검사를시행하게된다. 남아의경우전형적인형과 매우경미한 SV 형, NC형은내분비적검사나유전자검 사만으로감별하기가쉽지않으므로추적관찰이필요 하다. 성장가속화, 골연령의급한진전등남성화증 상을보일때는치료가필요하며, 치료없이추적관찰 하는경우는부신부전증상이나 SW형에서보일수있 는증상을보이지않는지에대한감시가필요하다. 5. 미숙아와저체중출생아 미숙아와저체중출생아의경우는 17-OHP 가위양 성을보이기쉽다. 특히출생주수 31주미만에서위양 성을보이기쉬운데, 이는부신기능의미성숙, 11- hydroxylase 기능저하, 높은 glucuronic acid과 sul- fate-conjugated steroid 대사물, 17-hydroxypreg- nenolone 과의교차반응으로인한 17-OHP 항체의낮 은특이성등에기인한다 29,30). 이에유럽, 미국, 일본 등지에서는위양성률을낮추기위해출생체중이나출 생주수에따른 cutoff 값을재설정하였다 라에서도신생아의성숙도를고려한 31-35) 17-OPH 의. 우리나 cutoff 값에대한필요성을고려하여 년 3년간단 일검사기관에서시행한신생아선천성대사이상질환 선별검사결과 29만건을바탕으로체중별 17-OPH 결과를분석하여신생아성숙도에따른 cutoff 값에대 한연구를수행한바있다 36). 출생체중과무관하게사 용하였던기존의 cutoff 값 12.0 mg/ml 에비해극소 저체중출생아와저체중출생아에서는 ng/ml 를, 정상체중이상출생아에서는 ng/ml 를적용했을 때선별검사의민감도와특이도가개선되는것을확인 하였다. 그러나신생아성숙도를판단하는지표와기준 이다르고, 검사방법, 시약, 검사자등에따라결과의 변화가있을수있으므로주기적인검증이필요할것을 보인다 년부터 2010 년까지미네소타에서출생한 1,800 g 미만의출생체중을보인 8,739 명신생아대 상으로두가지선별검사를통한위양성률을비교한결 과, 검사방법자체보다는검체를수집한시점이더중 요하다는결론을얻기도하였다 37). 따라서국내에서도 미숙아와저체중출생아에서 17-OPH 의출생후날짜 에따른변화에대한대규모연구가필요하겠다. 정상 출생주수와정상체중출생아의경우도태변흡입, 패 혈증, 가사등의스트레스상황노출시에는 17-OPH 가일시적으로증가될수있다 38). 6. 높은위양성률을극복하기위한노력 신생아선별검사를통해전형적인 21-OHD 환자 를놓치지않기위해서는 17-OHP 의정상범위를낮 게정해야하며이러한경우는양성예측도가 2% 에불 과하다. 위양성률이높게되면선별검사비용을증가 시킬뿐만아니라재검결과를기다리는부모들에게불 필요한정신적스트레스를유발하게된다. 정확한진단 이지연되는경우에는불필요한스테로이드치료를하 게되는경우도생긴다 9). 스테로이드호르몬은 liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC- MS/MS) 에의해정확하게측정이될수있으며세계적 으로많은연구들을통해재검방법으로양성예측도를 높였다고인정되고있다. 그러나 LC-MS/MS 방법에 서도 cutoff value 를제대로설정하는것이중요하며, 이방법은시간이걸리기때문에일차스크리닝방법으 로는적합하지않다 39). LC-MS/MS 를통해측정한 (17-OHP+21-deoxycortisol)/cortisol 비율을확인 하는것이위양성률을낮추는데도움이될수있으며, 경한타입이거나 될수있다 1,40). NC형의환자를찾아내는데도도움이

21 - 조성윤외 2 인: 선천성부신과형성증(21-hydroxylase 결핍) 의신생아선별검사후진단알고리즘 - 1. 치료의기본원칙 치료지침 21-OHD 의치료목표는과도한부신안드로겐생 성을막고정상적인성장과사춘기발달을위해부족한 glucocorticoid 와 mineralocorticoid 를적절하게보충 하는것이다 41). 이러한치료는평생지속되어야하며, 부적절한치료시신체적스트레스를견디지못하여급 성으로심각한부신위기를유발할수있다. 또한골연 령의급속한진행으로최종키가상당히작아질수있 다. 반면, 과도한치료를하는경우저신장, 비만, 고혈 압등을포함한의인성쿠싱증후군을유발할수있다. 본종설에서는신생아시기의초기치료에초점을두 어기술하도록하겠다. 2. Glucocorticoid 전형적인 21-OHD 신생아의초기치료는부신안 드로겐의과도한생성을신속하게감소시키기위해유 지용량보다높은용량의 hydrocortisone (HC) 으로시 작한다. 일본가이드라인에의하면초기용량을고용량 의 HC ( mg/m 2 /d) 로제시하는반면 42), 유 럽과미국가이드라인은 25 mg/m 2 /d으로제시한다 43). 유럽과미국가이드라인용량사용시 17-OHP 가 여아는생후 3 개월, 남아는생후 6개월까지높게유지 되었는데, 이것은부신안드로겐생성을효과적으로막 지못했다는것을시사할수도있으나, 3세경에골연령 의진전없이목표키 SDS에도달했으며장염으로인 한부신부전증을보인한증례이외에는심각한부신 부전증세를보인환자가없었다 44). 그러므로신생아초 기치료에서유럽과미국가이드라인에서제시한용량 으로치료시에부신안드로겐이신속하게감소하지않 더라도임상적인경과에는뚜렷한문제는없을것으로 보인다. 부신위기나그에준한임상증상을보이는경 우에는 HC 50 mg/m 2 을정맥으로 100 mg/m 2 /d으로치료를시작해야한다 증증상이없는환자의경우 5, bolus로투여후에 41). 부신부전 NC형일가능성이있으며 치료를응급으로시작하지않을수있는데이러한경우 에는임상증상과생화학적검사소견에대해주의깊 게추적관찰되어야한다. 초기치료(HC 25 mg/m 2 /d, 하루 2-3 회분복) 를통해부신안드로겐생성이감소 된후에는 5-7일간격으로감량하여생후 3-4주무렵 부터는유지용량 ( 영유아시기: HC mg/m 2 /d 하루 하루 2-3 회분복, 영유아이후: HC mg/m 2 /d 2-3 회분복) 으로치료를한다. 성장기동안은성 장장애의부작용이많은 long acting 약물은피하는 것이좋으며유지치료동안약의용량이부족하거나 과하지않게감시가필요하다. HC 유지용량과최종키 에대한명확한상관관계는밝혀지지않았으나 45) 최종 키의예후를고려했을때는사춘기이전시기까지는가 능한저용량의 HC 를유지하는것이권장된다. 환자개 인마다필요한유지용량이다를수있는데사춘기시기 에는 cortisol clearance 가증가되어서더많은용량이 필요할수있다. 3. Mineralocorticoid 전형적인 SW형의경우는 HC 만으로는치료가불충 분하므로 FC 복용(FC mg/d, 1-2 회분복) 도필요하다. 특히신생아및영아시기에는모유나분 유만으로는나트륨섭취가부족하므로 NaCl ( g/d 수유시기에맞추어서분복) 복용도필요하다 신생아시기에는알도스테론저항성을보일수있으며 알도스테론결핍증은 SW형과일부 SV형에서보일수 있다 46). FC와 NaCl의복용을통해서바소프레신과 ACTH 를낮춤으로써나트륨균형을잘맞추면 HC용 량을줄일수있으므로최종키에도좋은영향을미친 다. 유럽과미국가이드라인은모든환자에게 FC를복 용하라고권고하지만, 모든환자에게이득이된다는증 거는없다. 부족한체중증가, 높은혈장레닌, 저나트 륨혈증과고칼륨혈증등을보이는환아는 5). SW형으로 진단하고 FC 투여를시작해야한다. FC의용량은혈장 레닌, 전해질, 체중증가를관찰하면서조절한다. 약물 부작용으로는고혈압, 부종등이있다. Glucocorticoid 를고용량 (100 mg/m 2 /d HC) 으로시작한경우에는추 후용량감량시에 mineralocorticoid 결핍을보일수

22 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp70~78, 있으므로주의해야한다 42). 결 21-OHD 에대한신생아선별검사는 17-OHP 를 통해이루어지며다음사항들에대한고려가필요하다. 첫째 SW 형남아를조기에발견하고, 둘째여아에서성 별결정을조기에올바르게하고, 셋째 NC형환자를찾 아내고, 넷째미숙아 / 저체중출생아 / 아픈신생아에서 위양성률을낮추어서불필요한재검및경제적 / 심리적 부담을최소화하는것이중요하다. 기존 RIA방법에 비해최근 론 LC-MS/MS 가민감도와특이도를높이는 검사로주목받고있다. ACTH 자극검사는 17-OPH 결과가애매한경우시행되어야하며, 분자유전학적확 진과예후를예측하고유전상담에도움이되기위해서 는 CYP21A2 유전자검사가필요하다. 무엇보다 21- OHD 가임상적으로확실하게의심되는경우에는확진 검사에앞서적절한치료가조기에시작되어야한다. 요 선천성부신과형성증중가장흔한 21-hydroxylase deficiency (21-OHD) 는신생아선별검사에서 17-hydroxyprogesterone (17-OHP) 의증가로조 기진단이가능하다. 17-OHP 가애매하게증가되는 경우에는 ACTH 자극검사가필요하며, 이검사는 nonclassical (NC 형) 21-OHD 진단의 gold standard 이다. 전형적인임상증상이없는경우, 예를들어남성 화가심하지않은여아, 경한 simple virilizing (SV) 형남아나신생아선별검사에서발견되지않을수있 는 NC 형환자의경우, 분자유전학적검사가진단에도 움을줄수있으며, 이는예후에측및유전상담에도 도움이된다. 미숙아와저체중출생아의경우는 17- OHP 가위양성을보이기쉬우므로출생주수나출생체 중에따른 약 cutoff 값설정이필요하다. 높은위양성률을 극복하기위해기존 RIA방법에비해최근 LC-MS/MS 가민감도와특이도를높이는검사로주목받고있다. 21-OHD 신생아선별검사의효율성을높이기위해서 는 SW 형남아를조기에발견하고, 여아에서성별결정 을조기에올바르게하고, NC 형환자를찾아내고, 미숙 아/ 저체중출생아/ 아픈신생아에서위양성률을낮추어 서불필요한재검및경제적/ 심리적부담을최소화하 기위한노력이필요하다. 무엇보다 21-OHD 가임상 적으로확실하게의심되는경우에는확진검사에앞서 적절한치료가조기에시작되어야한다. 저자들은본 종설에서 21-OHD 의신생아선별검사후진단알고 리즘에대해최신문헌들에근거하여가이드라인을제 시하는바이다. Acknowledgement 본연구는보건복지부보건의료연구개발사업의지 원에의하여이루어진것임 (A120030). 참고문헌 1) White PC. Neonatal screening for congenital adrenal hyperplasia. Nat Rev Endocrinol 2009;5: ) Bachega TA, Billerbeck AE, Madureira G, Marcondes JA, Longui CA, Leite MV, et al. Molecular genotyping in Brazilian patients with the classical and nonclassical forms of 21-hydroxylase deficiency. J Clin Endocrinol Metab 1998;83: ) Paulino LC, Araujo M, Guerra G, Jr., Marini SH, De Mello MP. Mutation distribution and CYP21/C4 locus variability in Brazilian families with the classical form of the 21-hydroxylase deficiency. Acta Paediatr 1999;88: ) Torres N, Mello MP, Germano CM, Elias LL, Moreira AC, Castro M. Phenotype and genotype correlation of the microconversion from the CYP21A1P to the CYP21A2 gene in congenital adrenal hyperplasia. Braz J Med Biol Res 2003;36: ) Speiser PW, Azziz R, Baskin LS, Ghizzoni L, Hensle TW, Merke DP, et al. Congenital adrenal hyperplasia due to steroid 21-hydroxylase deficiency: an Endocrine Society clinical practice guideline. J Clin Endocrinol Metab 2010;95: ) Merke DP, Bornstein SR, Avila NA, Chrousos GP. NIH conference. Future directions in the study and management of congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency. Ann Intern Med 2002; 136: ) Grosse SD, Van Vliet G. How many deaths can be prevented by newborn screening for congenital adrenal

23 - 조성윤외 2 인: 선천성부신과형성증(21-hydroxylase 결핍) 의신생아선별검사후진단알고리즘 - hyperplasia? Horm Res 2007;67: ) Speiser PW, White PC. Congenital adrenal hyperplasia. N Engl J Med 2003;349: ) White PC, Bachega TA. Congenital adrenal hyperplasia due to 21 hydroxylase deficiency: from birth to adulthood. Semin Reprod Med 2012;30: ) New MI, Lorenzen F, Lerner AJ, Kohn B, Oberfield SE, Pollack MS, et al. Genotyping steroid 21-hydroxylase deficiency: hormonal reference data. J Clin Endocrinol Metab 1983;57: ) Falhammar H, Wedell A, Nordenstrom A. Biochemical and genetic diagnosis of 21-hydroxylase deficiency. Endocrine 2015;50: ) Concolino P, Mello E, Toscano V, Ameglio F, Zuppi C, Capoluongo E. Multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) assay for the detection of CYP21A2 gene deletions/duplications in congenital adrenal hyperplasia: first technical report. Clin Chim Acta 2009;402: ) Tajima T, Fujieda K, Nakayama K, Fujii-Kuriyama Y. Molecular analysis of patient and carrier genes with congenital steroid 21-hydroxylase deficiency by using polymerase chain reaction and single strand conformation polymorphism. J Clin Invest 1993;92: ) New MI, Abraham M, Gonzalez B, Dumic M, Razzaghy-Azar M, Chitayat D, et al. Genotype-phenotype correlation in 1,507 families with congenital adrenal hyperplasia owing to 21-hydroxylase deficiency. Proc Natl Acad Sci U S A 2013;110: ) Wilson RC, Mercado AB, Cheng KC, New MI. Steroid 21-hydroxylase deficiency: genotype may not predict phenotype. J Clin Endocrinol Metab 1995;80: ) Koyama S, Toyoura T, Saisho S, Shimozawa K, Yata J. Genetic analysis of Japanese patients with 21-hydroxylase deficiency: identification of a patient with a new mutation of a homozygous deletion of adenine at codon 246 and patients without demonstrable mutations within the structural gene for CYP21. J Clin Endocrinol Metab 2002;87: ) White PC, Tusie-Luna MT, New MI, Speiser PW. Mutations in steroid 21-hydroxylase (CYP21). Hum Mutat 1994;3: ) Higashi Y, Tanae A, Inoue H, Fujii-Kuriyama Y. Evidence for frequent gene conversion in the steroid 21-hydroxylase P-450(C21) gene: implications for steroid 21-hydroxylase deficiency. Am J Hum Genet 1988;42: ) White PC, Vitek A, Dupont B, New MI. Characterization of frequent deletions causing steroid 21-hydroxylase deficiency. Proc Natl Acad Sci U S A 1988;85: ) Morel Y, Andre J, Uring-Lambert B, Hauptmann G, Betuel H, Tossi M, et al. Rearrangements and point mutations of P450c21 genes are distinguished by five restriction endonuclease haplotypes identified by a new probing strategy in 57 families with congenital adrenal hyperplasia. J Clin Invest 1989;83: ) Speiser PW, Dupont J, Zhu D, Serrat J, Buegeleisen M, Tusie-Luna MT, et al. Disease expression and molecular genotype in congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency. J Clin Invest 1992; 90: ) Krone N, Arlt W. Genetics of congenital adrenal hyperplasia. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab 2009;23: ) Fluck CE, Tajima T, Pandey AV, Arlt W, Okuhara K, Verge CF, et al. Mutant P450 oxidoreductase causes disordered steroidogenesis with and without Antley- Bixler syndrome. Nat Genet 2004;36: ) Fukami M, Nishimura G, Homma K, Nagai T, Hanaki K, Uematsu A, et al. Cytochrome P450 oxidoreductase deficiency: identification and characterization of biallelic mutations and genotype-phenotype correlations in 35 Japanese patients. J Clin Endocrinol Metab 2009;94: ) Koyama Y, Homma K, Fukami M, Miwa M, Ikeda K, Ogata T, et al. Two-step biochemical differential diagnosis of classic 21-hydroxylase deficiency and cytochrome P450 oxidoreductase deficiency in Japanese infants by GC-MS measurement of urinary pregnanetriolone/tetrahydroxycortisone ratio and 11beta-hydroxyandrosterone. Clin Chem 2012;58: ) Jeandron DD, Sahakitrungruang T. A novel homozygous Q334X mutation in the HSD3B2 gene causing classic 3beta-hydroxysteroid dehydrogenase deficiency: an unexpected diagnosis after a positive newborn screen for 21-hydroxylase deficiency. Horm Res Paediatr 2012;77: ) Nordenstrom A, Forest MG, Wedell A. A case of 3beta-hydroxysteroid dehydrogenase type II (HSD3B2) deficiency picked up by neonatal screening for 21- hydroxylase deficiency: difficulties and delay in etiologic diagnosis. Horm Res 2007;68: ) Valentino R, Tommaselli AP, Rossi R, Lombardi G, Varrone S. A pilot study for neonatal screening of congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase and 11-beta-hydroxylase deficiency in Campania region. J Endocrinol Invest 1990;13: ) Cavarzere P, Samara-Boustani D, Flechtner I, Dechaux M, Elie C, Tardy V, et al. Transient hyper-17-hydroxyprogesteronemia: a clinical subgroup of patients diagnosed at neonatal screening for congenital adrenal hyperplasia. Eur J Endocrinol 2009;161: ) Silveira EL, Elnecave RH, dos Santos EP, Moura V,

24 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp70~78, Pinto EM, van der Linden Nader I, et al. Molecular analysis of CYP21A2 can optimize the follow-up of positive results in newborn screening for congenital adrenal hyperplasia. Clin Genet 2009;76: ) Coulm B, Coste J, Tardy V, Ecosse E, Roussey M, Morel Y, et al. Efficiency of neonatal screening for congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency in children born in mainland France between 1996 and Arch Pediatr Adolesc Med 2012;166: ) Gurian EA, Kinnamon DD, Henry JJ, Waisbren SE. Expanded newborn screening for biochemical disorders: the effect of a false-positive result. Pediatrics 2006;117: ) Matern D, Tortorelli S, Oglesbee D, Gavrilov D, Rinaldo P. Reduction of the false-positive rate in newborn screening by implementation of MS/MSbased second-tier tests: the Mayo Clinic experience ( ). J Inherit Metab Dis 2007;30: ) Janzen N, Peter M, Sander S, Steuerwald U, Terhardt M, Holtkamp U, et al. Newborn screening for congenital adrenal hyperplasia: additional steroid profile using liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J Clin Endocrinol Metab 2007;92: ) Schwarz E, Liu A, Randall H, Haslip C, Keune F, Murray M, et al. Use of steroid profiling by UPLC- MS/MS as a second tier test in newborn screening for congenital adrenal hyperplasia: the Utah experience. Pediatr Res 2009;66: ) Park S, Kwon A, Yang S, Park E, Choi J, Hwang M, et al. Analysis and cut-off adjustment of dried blood spot 17 alpha-hydroxyprogesterone concentration by birth weight. Journal of The Korean Society of Inherited Metabilic Disease 2014;14: ) Sarafoglou K, Gaviglio A, Hietala A, Frogner G, Banks K, McCann M, et al. Comparison of newborn screening protocols for congenital adrenal hyperplasia in preterm infants. J Pediatr 2014;164: ) Chennuri VS, Mithbawkar SM, Mokal RA, Desai MP. Serum 17 alpha hydroxyprogesterone in normal full term and preterm vs sick preterm and full term newborns in a tertiary hospital. Indian J Pediatr 2013; 80: ) Stanczyk FZ, Clarke NJ. Advantages and challenges of mass spectrometry assays for steroid hormones. J Steroid Biochem Mol Biol 2010;121: ) Speiser PW. Improving neonatal screening for congenital adrenal hyperplasia. J Clin Endocrinol Metab 2004;89: ) Mass Screening C, Japanese Society for Pediatric E, Japanese Society for Mass S, Ishii T, Anzo M, Adachi M, et al. Guidelines for diagnosis and treatment of 21-hydroxylase deficiency (2014 revision). Clin Pediatr Endocrinol 2015;24: ) Kusuda S, Tachibana K, Saisho S, Yokota I, Igarashi Y, S S. Guideline for treatment of 21-hydroxylase deficiency. J Jpn Pediatr Soc 1999;103: ) Joint LECAHWG. Consensus statement on 21-hydroxylase deficiency from the Lawson Wilkins Pediatric Endocrine Society and the European Society for Paediatric Endocrinology. J Clin Endocrinol Metab 2002; 87: ) Bonfig W, Schmidt H, Schwarz HP. Growth patterns in the first three years of life in children with classical congenital adrenal hyperplasia diagnosed by newborn screening and treated with low doses of hydrocortisone. Horm Res Paediatr 2011;75: ) Muthusamy K, Elamin MB, Smushkin G, Murad MH, Lampropulos JF, Elamin KB, et al. Clinical review: Adult height in patients with congenital adrenal hyperplasia: a systematic review and metaanalysis. J Clin Endocrinol Metab 2010;95: ) Nimkarn S, Lin-Su K, Berglind N, Wilson RC, New MI. Aldosterone-to-renin ratio as a marker for disease severity in 21-hydroxylase deficiency congenital adrenal hyperplasia. J Clin Endocrinol Metab 2007; 92:

25 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):79~85 원저 4) 양성고페닐알라닌혈증환자에대한임상적고찰과유전자분석 순천향대학교의과대학소아과학교실 이정은ㆍ이정호ㆍ이동환 Clinical Manifestations and Gene Analysis of Patients with Benign Hyperphenylalaninemia Jeongeun Lee, Jeongho Lee, Dong Hwan Lee Department of Pediatrics, Soonchunhyang University Hospital, Seoul, Korea Purpose: This study aimed to analyze genetic mutations, clinical manifestations, and treatment of patients with benign HPA in Korea. Methods: This case series study involved ten HPA patients who were referred to our hospital because of high phenylalanine concentration. We investigated their demographic features, clinical manifestations, and mutations of the PAH gene through direct DNA sequencing. Results: Among ten patients with benign HPA, two pairs of patients were related (father-daughter, motherdaughter relationship) cases, and all of them showed no specific clinical manifestations or notable past history. Their plasma phenylalanine levels ranged between 1.2 and 4.2 mg/dl. In the tetrahydrobiopterin (BH4) loading test, all patients were nonresponsive to BH4. In the confirmation test of PAH mutation analysis, we identified eleven different alleles out of twelve. The most common allele was R53H (c.158g> A). In addition, two novel PAH gene mutations, V423A (c.1268t>c) and V51A (c.152t>c), were identified. Although the patients did not receive any pharmacologic treatment or continuous phenylalanine restriction dietary therapy, their neurocognitive development was normal. Moreover, on serial outpatient follow-up tests, all patients maintained phenylalanine levels below 6 mg/dl. Conclusion: This study is the first in Korea to analyze benign HPA patients. All patients with benign HPA could maintain phenylalanine levels below 6 mg/dl with normal neurocognitive development, without continuous therapy. Therefore, performing mutation analysis and distinguishing benign HPA from phenylketonuria (PKU) are important to help improve life quality in patients with benign HPA by avoiding unnecessary lifelong therapy. Key words: Hyperphenylalaninemia, Phenylalanine 상염색체열성유전을특징으로하는질환으로, 페닐알 서 고페닐알라닌혈증은페닐알라닌수산화효소 (pheny- lalanine hydroxylase, 이하 PAH) 유전자돌연변이의 책임저자 : 이동환, 서울특별시용산구한남동대사관길 22 순천향대학교의과대학소아과학교실 Tel: 02) , Fax: 02) ldh@schmc.ac.kr 론 라닌을타이로신으로대사시키는 PAH의활성도저하 로인해체액과조직내에페닐알라닌이축적되어있는 상태를말한다 1). PAH 유전자는 12 번염색체에위치하며, 현재약 850 개이상의변형이있는것으로알려져있으며(al- lelic heterogeneity) 2) 유전자변형에따라다르다. PAH의효소활성도는이러한

26 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp79~85, 고페닐알라닌혈증은혈장페닐알라닌치에따라전 형적페닐케톤뇨증 (>20 mg/dl), 중등도페닐케톤뇨증 (15-20 mg/dl), 경증페닐케톤뇨증 (10-15 mg/dl) 그리고양성고페닐알라닌혈증 (2-10 mg/dl) 으로구 분할수있다 3). 페닐케톤뇨증의경우치료되지않는경 우페닐알라닌축적에의한증상으로점진적인지능장 애, 습진성발진, 흰피부및담갈색모발, 자폐증, 경련 및운동장애가발생하며, 성장하면서발달장애, 행동 장애, 정신증상등이점점명확해지게된다 1,4). 그러나 양성고페닐알라닌혈증환자들은혈장페닐알라닌치를 유지하기위한제한식사나약물치료가필요하지않은 것으로알려져있다 5). 양성고페닐알라닌혈증의유병률은유럽에서약 1: 10,000, 중동에서는 1:3,500, 아시아에서는 1:10,000 정도인것으로알려져있다 6). 그러나국내에서양성고 페닐알라닌혈증의정확한유병률은현재까지보고된바 가없다. 국내대부분의고페닐알라닌혈증환자는생후 7일 이내에시행하는신생아선별검사로발견된다. 만약선 별검사에서페닐알라닌이상승했을경우아미노산대 사가미성숙할수있음을고려하여야하며, 이후상당 수는정상화되나결국 2% 는환자로남게되기때문에 정확한진단을위하여재채혈을시행한다. 또한위양성 및위음성의가능성을줄이기위해혈장페닐알라닌 / 타 이로신수치비율및적혈구 DHPR 활성도, 소변의테 린분석, 그이상의진단을위하여필요한경우전체아 미노산분석, 뇨유기산분석, PAH 유전자의 DNA 돌 연변이분석과같은진단검사들이시행된다 7). 혈장페닐알라닌치를측정하여 2 mg/dl 를초과하 면고페닐알라닌혈증이있는것으로확진이가능하다. 이러한경우 BH4 부하검사를통해 BH4 결핍증또한 감별하여야한다 8). 비록고페닐알라닌혈증환자중 BH4 결핍은 기에 2% 에불과할정도로상대적으로드물지만, 조 BH4를보충하는치료를하지않으면불량한예후 를보이므로조기감별이중요하기때문이다. 고페닐알라닌혈증환자중페닐케톤뇨증으로진단된 경우, 중추신경계손상등의합병증을예방하기위하 여최대한빠른치료가필요하다. 페닐케톤뇨증이아닌 고페닐알라닌혈증환자의경우, 혈장페닐알라닌치가 6 mg/dl 를초과한다면, 우선식사요법으로치료를시 작하는것이도움이되는것으로알려져있다 9). 페닐알 라닌의적절한유지농도에대해서는확정된것은없으 나, 2001년도미국국립보건원여론발전위원회는신 생아부터 12세까지는혈장페닐알라닌치를 2-6 mg/ dl 으로, 연장아에서는 2-15 mg/dl으로유지하는것 을권장하였다 10). 치료는식사요법과약물치료가포함된다. 식사요 법은신생아및영아에선페닐알라닌이적게함유또는 함유되지않은분유를수유하고, 연장아또한적절한 수준의페닐알라닌치를유지하기위한페닐알라닌제 한식사요법을하는것을말한다. 만약환자가페닐알 라닌제한식사만으로는적절한페닐알라닌치를유지 하기어렵다면, 보조적으로 PAH의조효소인 BH4 경 구투여(10 또는 20 mg/kg) 를병행하는것이도움이 된다. 앞서기술한바와같이양성고페닐알라닌혈증환자 들은혈장페닐알라닌치를유지하기위한제한식사나 약물치료가필요하지않은것으로알려져있으므로, 페닐케톤뇨증과의감별진단이조기에이루어진다면환 자의삶의질을높이는데기여할수있다. 그러므로신 생아선별검사에서양성소견을보이는환자가내원하 였을때그들의임상증상및진찰소견과, 혈장페닐알 라닌치, 유전자검사등을포함한검사실검사결과를 조기시행하는조치가필요하다. 저자가조사한바로는현재까지국내의양성고페닐 알라닌혈증에대한연구는없었다. 따라서본연구에서 는국내양성고페닐알라닌혈증환자의임상양상과치 료를살펴보면서두가지새로운돌연변이형을포함한 유전자분석결과와각대립유전자의페닐알라닌수산 화효소잔여활성도를근거로임상양상과의연관성을 분석하고자한다. 1. 대상 대상및방법 2000년도 3월부터 2015년도 8 월까지, 고페닐알라 닌혈증을주소로본원의유전대사클리닉에내원한환

27 - 이정은외 2 인: 양성고페닐알라닌혈증환자에대한임상적고찰과유전자분석 - 자 211명중 159 명은전형적페닐케톤뇨증, 29명은 BH4 결핍증, 11명은 6-pyruvoyltetrahydropterin synthase (6-PTP) 결핍증, 10명은양성고페닐알라 닌혈증, 1명은 dihydropteridine reductase (DHPR) 결핍증, 1명은 Guanosine triphosphate cyclohydro- lase (GTPCH) 결핍증으로진단되었다. 본연구는이 중 10명의양성고페닐알라닌혈증환자를대상으로하 였고, 이들의진료기록및실험실검사결과를바탕으 로후향적분석을실시하였다. 양성고페닐알라닌혈증환자들의유전자돌연변이 분석을시행하기전에환자또는보호자에게유전자검 사의목적, 방법, 그리고가능한결과에대해설명하였 고, 서면으로동의서를받았다. 2. 방법 열명의환자군의성별, 출생력, 기타과거력, 진단 시연령, 검사실검사소견, 유전자변이, 신경인지발 달, 경련, 진찰소견및치료여부에대하여조사하였 다. 확진을위해서모든환자들에게혈장페닐알라닌 치측정및 PAH 유전자돌연변이분석이시행되었으 며, 그외검사실검사로페닐알라닌 / 타이로신비율측 정, BH4 부하검사, 소변테린분석, DHPR 효소측 정, 전체아미노산분석, 소변유기산분석이시행되었 다. 출생후검사시행일은평균과표준편차로표현되 었다. DNA 는환자의혈액에서채취되었고, 12번염색체 에위치한페닐알라닌수산화효소유전자에대한직접 염기서열분석법으로돌연변이유무를분석하였다. 또 한각돌연변이에대해서는 PAHvdb 라하는 N.blau 의 PAH 유전자자리특이적데이터베이스를참조하여 11), 페닐알라닌수산화효소의잔여활성도를조사하였다. 결 과 열명의환자의특성을조사한결과 10명모두한국 인이었고, 남성과여성의비율은 1:4로여성의빈도가 우세하였다 (Table 1). 가족관계로는 2명은부녀관계 였고, 2 명은모녀관계였다. 본인의출생력을기억하지 못하는성인 1명을제외한 9명의출생력을조사한결 과 9명중 1명이재태연령 36주 6 일의미숙아였으며, 출생당시부당경량아였거나, 자궁내성장지연소견이 있었던환자는없었다. 또한주산기합병증이있었거나 기타내과적과거력이있던환자도없었다. 임상적특징을확인하였을때, 환자들의첫방문부 터추적관찰기간동안에페닐알라닌축적으로인한 증상인구토, 경련등이발생하였거나, 진찰소견상습 진, 흰피부, 담갈색모발소견을보이거나땀과소변에 서쥐오줌냄새가나는소견이있는환자는없었다. 또 한발달지연과지능저하를보이는환자도없었다. 각환자에서최초로측정된페닐알라닌치는신생아 선별검사로측정되었거나, 환자의부모로내원한경우 Table 1. Demographic Characteristics and Laboratory Test Results of 10 Benign Hyperphenylalaninemia Patients Case Sex Age at diagnosis Gestational week Birth weight (kg) Initial Phe level (mg/dl) Plasma Phe level (mg/dl) Phe/Tyr ratio F F F M F F F F F M 19 d 38 d 15 d 13 d 14 d 15 d 14 d 34 yr 16 d 34 yr 40 wks 3 d 37 wks 1 d 40 wks 38 wks 36 wks 6 d 39 wks 2 d 38 wks 40 wks 39 wks 6 d Abbreviations: Phe, Phenylalanine; Tyr, Tyrosine; M, male; F, female; d, days; yr, years; wks, weeks

28 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp79~85, 신생아선별검사를시행하지않은관계로혈장에서측 정되었다. 양성고페닐알라닌혈증환자의부모로 34세 때내원하였다가검사를통해진단된 는생후평균 2명을제외하고 18± 8.3일에내원하여혈액검사를시행 하였고, 그결과혈장페닐알라닌치는 mg/dl 의범위로분포되었다. 이중 1.2 mg/dl, 1.7 mg/dl 로측정되어정상범위에속해있었던 2명은자녀의페 닐알라닌치증가에대한검사를위해본원에내원하였 다가추가로검사를시행하면서유전자검사까지시행 하여확진되었던환자였다. 신생아선별검사를시행 받은 8명의페닐알라닌치는평균 3.25 mg/dl, 성인 2 명까지합한모든환자의최초내원시의평균페닐알 라닌치는 2.89 mg/dl 로증가되어있었으며, 이두개 의수치모두양성고페닐알라닌혈증의범위에속하였 다. 신생아선별검사시행이후본원에내원하여혈장 검체로재측정한 8명의페닐알라닌치의경우 3명을 제외하고 ( 각각 4.2 mg/dl 에서 4.8 mg/dl, 2.3 mg/dl 에서 2.7 mg/dl, 4.2 mg/dl 에서 5.3 mg/dl 로증가) 더낮아진소견을보였으며 8명의평균또한 3.25 mg/dl 에서 2.95 mg/dl 로감소하였다. 페닐알라닌 / 타 이로신비율은측정한환자 9명에서평균 2.51로경도 로상승되어있었으며이중 2 이상으로증가되어있던 환자는 4 명이었다. BH4 부하검사는 10명중 7명의 환자에서시행되었다. BH4 투여(10 mg/kg) 전페닐 알라닌이 6.7 mg/dl 이상상승된상태에서, BH4 투여 후 30% 이상페닐알라닌이감소할경우 BH4에반응 이있는것으로간주하였으며, 그결과 BH4 부하검사 에반응을보인환자는없었다. 모든환자에서유전자돌연변이분석을시행하였다 (Table 2). 앞서언급하였던자녀와함께검사하여발 견된 34세성인 2명을제외한 8명은모두생후 5개월 이내에유전자검사를시행하였고, 동형접합성 2 명, 이형접합성돌연변이인 8명의환자에서각기다른 11 개의대립유전자를확인할수있었다. 그중 9개는이 전에도알려져있던 PAH 유전자돌연변이형이었으며 (R53H, R413P, R241C, V230I, Q419R, IVS10-14C>G, IVS4-1G>A, T380M, Y325*) 다른 2개의 대립유전자는이검사를통하여새롭게발견된돌연변 이였다(V423A, V51A). 이유전자형중 45.5% 에서 효소활성도를알수있었다 (P53H, R413P, R241C, V230I, Q419R). 가장흔한대립유전자는제일높은 효소활성도를보이는 (79%) R53H 로, 총 5명의환자에 서이형접합형으로발견되었다. 이유전자를보유한환 자중혈장페닐알라닌치를측정한환자는 4명이었으 며, 이들의평균페닐알라닌치는 2.2 mg/dl 로환자군 전체의평균보다낮았다. 두번째로흔한대립유전자는 총세개발견된 T380M 이며, 1명은이유전자의동협 접합형, 1 명은이형접합형소견을보였다. 이유전자형 의잔여 PAH 효소활성도는알려진바가없으나, 이 유전자형이발견된 2명중혈액검사를시행받았던 1 Table 2. The Spectrum of Phenylalanine Hydroxylase Gene Mutation Alleles and Residual Enzyme Activity Detected in 10 Benign Hyperphenylalaninemia Patients Case Codon Amino acid PAH activity (%) * c[158g>a];[1238g>c] c[158g>a];[721c>t] c[688g>a];[1256a>g] c[1256a>g];[1268t>c] c[158g>a];[ c>g] c[152t>c] ;[442-1G>A] c[ c>g];[1139c>t] c[1139c>t];[1139c>t] c[158g>a];[975c>g] c[158g>a];[158g>a] [R53H];[R413P] [R53H];[R241C] [V230I];[Q419R] [Q419R];[V423A] [R53H];[IVS10-14C>G] [V51A] ;[IVS4-1G>A] [IVS10-14C>G];[T380M] [T380M];[T380M] [R53H];[Y325*] [R53H];[R53H] 79/35 79/25 63/71 71/- 79/- -/- -/- -/- 79/- 79/79 Abbreviation: PAH, Phenylalanine hydroxylase. * PAH activity is adapted from the database of biopku.org, courtesy of Blau N 11). Noble mutations of benign hyperphenylalaninemia

29 - 이정은외 2 인: 양성고페닐알라닌혈증환자에대한임상적고찰과유전자분석 - 명의혈장페닐알라닌치는 2.6 mg/dl 로마찬가지로 전체환자군의평균보다는낮은소견을보였다. 그러나 잔여효소활성도가 71% 로두번째로높은것으로알려 진 Q419R 를보유한 2명의평균페닐알라닌치는 3.45 mg/dl 로전체환자의평균보다높았다. 환자의임상경과를추적관찰한결과 10명중약 물치료를시행한경우는없었다. 식사요법을확인하 였을때 7 명의환자는정상식사를하였고, 2명의환자 는저페닐알라닌분유와일반분유를혼합수유하다가 각각생후 6개월과 3개월에일반분유로바꾸어수유 후정상식사를하였으며, 1명의환자는초기에페닐알 라닌제한식사를하도록지도받았으나환자의순응도 가떨어지는관계로보호자가제한식사를지키지않 아, 생후 12개월경부터정상식사를하였기때문에결 론적으로환자군모두생후 6개월후에는아무런치료 를하지않았다. 외래에서혈장페닐알라닌치에대한 추적검사를시행한결과모든환자가 6 mg/dl 미만의 적정혈장페닐알라닌치를유지하였고, 연령에맞는 발달과정상적인신경인지발달을하고있는것을확인 하였다. 고 고페닐알라닌혈증은페닐알라닌축적을특징으로하 는유전대사질환이며, 혈중페닐알라닌치에따라전 형적페닐케톤뇨증, 중등도페닐케톤뇨증, 경증페닐케 톤뇨증그리고양성고페닐알라닌혈증으로구분할수 있다. 증상은양성고페닐알라닌혈증의경우대개무증 상이나, 페닐케톤뇨증은치료되지않는경우페닐알라 닌축적에의해피부병변및중추신경계증상이나타 날수있으므로조기에치료가이루어져야한다. 최근 엔 치를 1주일이내부터치료를시작하여혈장페닐알라닌 2주이내에정상화시키는것을목표로할것을 권장하고있다 12). 치료는식사요법과약물치료가포함된다. 식사요 법은페닐알라닌이적게함유또는함유되지않은분유 를수유하는것으로현재상품화되어있는상태이다. 영아및연장아또한적절한수준의페닐알라닌치를 유지하기위한식사요법을해야한다. 그러나페닐알 찰 라닌은체내에서합성되지못하므로지나치게제한하 면결핍증의증상이나타나기때문에, 소량의페닐알라 닌섭취는반드시필요하다. 치료중단시점에관해서도논란이지속되고있다. 정신지체와인지장애가치료중단후에발병할수있으 므로, 현재까지는평생동안치료를지속하는것이권 장되고있다. 만약환자가페닐알라닌제한식사만으로는적절한 페닐알라닌치를유지하기어렵다면, 보조적으로약물 치료를추가하는것이도움이된다. PAH의조효소인 BH4 경구투여(10 또는 20 mg/kg) 가모든고페닐알 라닌혈증환자중 15% 정도에서효과가있다. BH4의 합성물인 Sapropterin dihydrochloride 은미국식품 의약국에서페닐케톤뇨증의치료약물로승인을받았 고, 유럽의약품기구에서는페닐케톤뇨증과 BH4 결핍 의치료약물로승인을받았다. 또한경한형태의고페 닐알라닌혈증에도효과가있는것으로알려져있다 13). 양성고페닐알라닌혈증환자에서치료를시작해야 하는지에대한문제도여전히논의중이다. 페닐케톤뇨 증의경우, 혈장페닐알라닌치는 2-6 mg/dl 사이로 유지하도록권장되나 10), 몇연구들은양성고페닐알라 닌혈증환자가제한식이를하지않고도혈장페닐알라 닌치가절대 10 mg/dl 를넘지않는경우라면 ( 대사적 스트레스상황에서도 ), 정상적인지능및정상신경정 신기능을유지할수있다고기술하였다 14-16). 그러므 로, 선별검사에서양성소견을보이는환자에서그들의 임상양상과, 혈장페닐알라닌치및유전자검사등을 포함한검사실검사결과를통하여페닐케톤뇨증과감 별하여양성고페닐알라닌혈증으로확진할수있다면 평생의불필요한식사요법이나약물치료를피할수 있으므로중요하다. 또한환자의잔여효소활성도를 확인하는것도치료여부를결정하고계획을세우는데 에유용하다. 본연구는국내최초로양성고페닐알라닌혈증환자 를대상으로시행한연구로서, 본원에서양성고페닐알 라닌혈증이진단된 10 명의환자를대상으로, 각환자의 과거력, 임상양상, PAH 유전자돌연변이검사, 치료 유무에대한후향적분석을시행하였다. 조사결과양성고페닐알라닌혈증환자 10명중출

30 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp79~85, 생력이나기타질환력, 증상및진찰소견에서특이사 항이있는경우는없었다. 각환자들이유전자검사로 확진된시기는생후 13일부터 34세까지로다양하였으 며, 확진이전에대부분의환자들이특별한치료없이 정상식사를하고있었음에도불구하고, 페닐케톤뇨증 의증상으로알려진페닐알라닌축적으로인한증상이 나진찰소견을보이는환자는없었다. 이는진단시기 와임상양상의관계가무관하다는점을시사하므로, 이미알려진상기질환의양성경과를본연구를통해 재차확인할수있었다. 돌연변이분석결과본환자군에서총 유전자중 20개의대립 11 개의각기다른대립유전자가있었으며, 이과정에서 2명에서발견된 V423A (c.1268t>c) 과 V51A (c.152t>c) 은이전에보고되지않았던새로운 돌연변이였다. 직접염기서열분석시행을통하여본 연구에서발견된유전자돌연변이들중기존자료를통 하여 였다. PAH의잔여활성도를알수있는경우는 45.5% 이미조사단계에서양성고페닐알라닌혈증으로진 단되었던환자들을선별하였기때문에, 유전자형 -질환 형질형의연관성분석을시행하지는않았다. 대신이형 접합체돌연변이의경우, 효소활성도가높은돌연변이 형이형질을결정하게된다는사항을참고하여 17) PAH 잔여효소활성도와혈장페닐알라닌치의연관성유무 를확인하였을때, 잔여효소활성도가 79% 로가장높 은돌연변이형인 R53H을보유한환자 5명중 4명의 혈장페닐알라닌치의평균이 2.2 mg/dl 으로환자군 전체보다낮은데반해, 두번째로높은잔여효소활성 도를갖는 Q419R 를보유한 2명의경우엔페닐알라닌 치의평균이 3.45 mg/dl 로전체환자군의평균보다 높다. 이러한결과가나오는이유로, 정확히알려지지 않은나머지유전자형의잔여효소활성도가이두유 전자형보다도더높기때문일가능성도배제할수없어 보인다. 따라서, 현자료로본환자군내에서유전자형 의잔여효소활성도와실제페닐알라닌치의연관성 여부를단정짓기는어렵다. 본질환은예후가양호한것으로알려진질환으로, 본연구의환자군에서유전자형의확인시기가환자들 의예후에영향을미치지않았다. 하지만환자들을조 기선별하여돌연변이형과이에따른 PAH의잔여효 소활성도를파악하여양성고페닐알라닌혈증을확인 하여페닐케톤뇨증과감별하는것이, 환자들에게불필 요한특수식사나약물의사용을방지할수있으므로 중요하다하겠다. 본연구는대상환자군수가 10 명으로적으며, 유전 자검사상기존의기록에없던새로운돌연변이 를포함한몇몇유전자형의 2가지 PAH의효소활성도는알 수없었다는제한점이있다. 또한환자들의지능이나 발달을연속적, 객관적으로평가한자료가부족하다는 점도있었다. 따라서향후유전자검사를통해확진되 는양성고페닐알라닌혈증환자수가증가하고 PAH 잔여효소활성도에대한자료가증가한다면더체계적 인연구가가능할것으로보인다. 기존에발표된양성고페닐알라닌혈증환자에관한 연구들은모두국외자료였다. 따라서본연구는국내 양성고페닐알라닌혈증환자를대상으로하는최초의 연구라는의의가있다. 또한본연구를통해 2가지의 새로운돌연변이를발견하였을뿐만아니라, 자녀의페 닐알라닌치증가에대한검사를위해본원에내원한 무증상의성인으로, 검사전엔환자의보인자로생각되 었으나가족유전자검사를시행하면서우연히진단된 2 명의증례에대하여보고하는바이다. 요 목적 : 본연구의목적은국내양성고페닐알라닌혈 증의돌연변이유전자분석, 임상양상, 치료에대해조 사하는것이다. 방법 : 2010년도 4월부터 2015년도 8 월까지, 신생 아선별검사에서페닐알라닌의상승으로본원으로전원 약 되어양성고페닐알라닌혈증으로진단된 10명의환자 를대상으로시행되었다. 조사항목으로는환자들의특 징및임상양상과직접염기서열분석을통한 PAH 유 전자돌연변이형태분석을포함하였다. 결과 : 10명의환자들중 2명은고페닐알라닌혈증으 로진단된자녀의부모였으며, 환자들중특이과거력 이나임상증상이있는경우는없었다. 혈장아미노산 분석에서는페닐알라닌이 1.2 mg/dl부터 4.2 mg/dl

31 - 이정은외 2 인: 양성고페닐알라닌혈증환자에대한임상적고찰과유전자분석 - 까지의범위로측정되었다. BH4 부하검사에서는모든 환자들이 BH4 에무반응이었다. 확진검사로시행한페 닐알라닌수산화효소유전자분석에서는, 총 20개의대 립유전자들중에서 11개의각기다른대립유전자형을 확인할수있었는데, 이중제일흔한대립유전자는 R53H (c.158g>a) 였다. 뿐만아니라, 직접염기서열 분석상에서 2가지의새로운돌연변이형태인 V423A (c.1268t>c) 와 V51A (c.152t>c) 를발견하였다. 본 연구에포함된환자들은약물을복용하거나식사조절 을하지않았음에도, 지속적인외래추적관찰결과모 든환자들의페닐알라닌치는 6 mg/dl 이하로유지되 었으며, 정상적인신경인지발달을하고있는것을확 인하였다. 결론 : 이연구는양성고페닐알라닌혈증환자에대 한분석이며국내에서처음으로시행한것이다. 모든 양성고페닐알라닌혈증환자들은지속적인치료없이 도혈장페닐알라닌치를 6 mg/dl 이하로유지하였고 정상적인신경인지발달을하였다. 그러므로, 돌연변이 검사를시행하여양성고페닐알라닌혈증환자를페닐 케톤뇨증과감별함으로써불필요한식사요법이나약 물투여를줄여환자의삶의질을높일수있다. 참고문헌 1) Blau N, van Spronsen FJ, Levy HL. Phenylketonuria. The Lancet 2010;376: ) Blau N, Shen N, Carducci C. Molecular genetics and diagnosis of phenylketonuria: state of the art. Expert Review of Molecular Diagnostics 2014;14: ) Camp KM, Parisi MA, Acosta PB, Berry GT, Bilder DA, Blau N, et al. Phenylketonuria Scientific Review Conference: state of the science and future research needs. Mol Genet Metab 2014;112: ) Strisciuglio P, Concolino D. New Strategies for the Treatment of Phenylketonuria (PKU). Metabolites 2014;4: ) Camp KM, Parisi MA, Acosta PB, Berry GT, Bilder DA, Blau N, et al. Phenylketonuria Scientific Review Conference: state of the science and future research needs. Mol Genet Metab 2014;112: ) Hanley W. Non-PKU mild hyperphenylalaninemia (MHP)-The dilemma. Molecular Genetics and Metabolism 2011;104: ) Lee DH. Newborn screening of inherited metabolic disease in Korea. Korean Journal of Pediatrics 2006; 49: ) Blau N, Hennermann JB, Langenbeck U, Lichter- Konecki U. Diagnosis, classification, and genetics of phenylketonuria and tetrahydrobiopterin (BH4) deficiencies. Molecular Genetics and Metabolism 2011; 104:S2-S9. 9) Diamond A. Phenylalanine levels of 6-10 mg/dl may not be as benign as once thought. Acta Paediatrica 1994;83(s407): ) Panel NIoHCD. National institutes of health consensus development conference statement: phenylketonuria: screening and management, October 16-18, Pediatrics 2001;108: ) BIOPKU :: International database of patients and mutations causing BH4-responsive HPA/PKU [Internet]. Blau N and Yue W, and Perez B; c [cited 2012 Dec]. Available from: 12) Vockley J, Andersson HC, Antshel KM, Braverman NE, Burton BK, Frazier DM, et al. Phenylalanine hydroxylase deficiency: diagnosis and management guideline. Genetics in medicine : official journal of the American College of Medical Genetics 2014;16: ) Burton B, Grange D, Milanowski A, Vockley G, Feillet F, Crombez E, et al. The response of patients with phenylketonuria and elevated serum phenylalanine to treatment with oral sapropterin dihydrochloride (6Rtetrahydrobiopterin): a phase II, multicentre, openlabel, screening study. Journal of Inherited Metabolic disease 2007;30: ) Levy HL, Shih VE, Karolkewicz V, French WA, Carr JR, Cass V, et al. Persistent mild hyperphenylalaninemia in the untreated state: a prospective study. New England Journal of Medicine 1971;285: ) Lou Smith M, Saltzman J, Klim P, Hanley WB, Feigenbaum A, Clarke JT. Neuropsychological function in mild hyperphenylalaninemia. American Journal on Mental Retardation 2000;105: ) Weglage J, Schmidt E, F nders B, Pietsch M, Ullrich ü K. Sustained attention in untreated non-pku-hyperphenylalaninemia. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology 1996;18: ) Guldberg P, Rey F, Zschocke J, Romano V, Fran ois ç B, Michiels L, et al. A European multicenter study of phenylalanine hydroxylase deficiency: classification of 105 mutations and a general system for genotypebased prediction of metabolic phenotype. The American Journal of Human Genetics 1998;63:

32 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):86~92 원저 5) 고페닐알라닌혈증환아들에게 BH 4 부하검사이전에시행되는페닐알라닌부하의효과에대한고찰 순천향대학교병원소아과학교실 박영천ㆍ김강인ㆍ이정호ㆍ이동환 A Study on Effectiveness of Conventional Phenylalanine Loading before BH 4 Loading Test in Children with Hyperphenylalaninemia Youngcheon Park, M.D., Kang-in Kim, M.D., Jeongho Lee, M.D., Dong Hwan Lee, M.D. Department of Pediatrics, Soonchunhyang University Hospital, Seoul, Korea Purpose: The BH 4 loading test is an important test that distinguishes PKU from BH 4 deficiency and identifies the BH 4 reactivity of PKU patients. Phenylalanine and BH 4 loading tests are useful methods that can shorten the length of hospital stay while improving patients convenience. However, sufficient research on the dose of phenylalanine loading and BH 4 administration time after the loading has not been carried out. The present study investigates the effectiveness of the existing phenylalanine loading method by analyzing the medical records of six patients who underwent the BH 4 loading test after taking 100 mg/kg of phenylalanine patients. Methods: The medical records of six patients who underwent the BH 4 load test after taking 100 mg/kg of phenylalanine were examined out of 207 patients who were followed up in the Genetic Metabolic Clinic in Soonchunhyang University Hospital. All of the six patients had a low phenylalanine diet. First, they were taking 100 mg/kg of phenylalanine. 3 hours later, 20 mg/kg of BH 4 were loaded. The phenylalanine levels in the blood were continuously measured at 1, 2, 4, 6, 8, 12, and 24 hours by setting the time the BH 4 was loaded as the basal. Results: The average of the highest phenylalanine concentrations of six patients was 20.0±11.70 mg/dl. One reached the highest concentration seven hours after taking phenylalanine; another reached it five hours after that, and the remaining three reached it four hours after that. Only one patient reached the highest concentration within three hours. The phenylalanine levels of four out of six patients (66%) rose above 400 μmol/l after being loaded with phenylalanine. The phenylalanine levels of the remaining two were 6.1 mg/dl (366 μmol/l) and 5 mg/dl (300 μmol/l), respectively. Conclusion: One of six patients (16%) reached the highest concentration three hours after taking 100 mg/kg of phenylalanine and four patients (66%) reached 400 μmol/l or higher phenylalanine levels. There were patients whose phenylalanine levels did not rise above 400μmol/L using a commonly known test method; moreover, this method had the disadvantage of reaching the highest concentration after more than three hours. Therefore, it is considered that taking 200 mg/kg or more of phenylalanine and performing BH 4 loading four to six hours after taking phenylalanine are helpful in proper diagnosis. Key words: Hyperphenylalaninemia, Tetrahydrobiopterin, Phenylalanine 책임저자 : 이동환, 서울특별시용산구한남동대사관길 59, 순천향대학교의과대학소아과학교실 Tel: 02) , Fax: 02) , ldh@schmc.ac.kr

33 - 박영천외 3 인: 고페닐알라닌혈증환아들에게 BH 4 부하검사이전에시행되는페닐알라닌부하의효과에대한고찰 - 서 고페닐알라닌혈증은혈청페닐알라닌의지속적인상 승이있는것을말하며여기에는페닐케톤뇨증 (Phenyl- ketonuria: PKU) 과 BH 4 (tetrahydrobiopterin) 결손 증이있다. 고페닐알라닌혈증의가장일반적인형태는 페닐알라닌수산화효소 (phenylalanine hydroxylase: PAH) 의결핍정도에따라발생하며고페닐알라닌혈증 을가진영아의약 론 5% 는 dihydropteridine reductase 의결손또는 biopterin 합성의부전이나타난다 1). 정 상적인 BH 4 대사과정을갖는페닐케톤뇨증이라도 BH 4 투여시반응을보이는경우가있다. 이를 BH 4 반응성 페닐케톤뇨증이라고하며철저한제한식사를하지않 아도 BH 4 복용을통해혈중페닐알라닌농도를조절 할수있어중요하다 2). BH 4 결손증은 BH 4 합성에관여 하는효소인 6-pyruvoyltetrahydropterin synthase (PTPS), dihydropteridin reductase (DHPR), guanosin triphosphate cyclohydrolase (GTPCH), pte- rin-4-alpha-carbinolamine dehydratase (PCD) 그 리고 sepiapterin reductase (SR) 의부족에의해발생 한다. 이중 PTPS 결핍증과 DHPR 결핍증이가장흔한 아형이며우리나라의경우에는 PTPS 결핍증이가장 흔한것으로보고되고있다 3-5). 지난 40년간페닐케톤뇨증은조기에페닐알라닌제 한식사를시행함으로써이러한환자들에게서지적장 애를성공적으로예방하였으나학령기또는청소년기 환아들이단백질제한식이를해야하는점, 식사요법 의좋지못한맛그리고환경적여건등으로환자들에 게어려움을주고있다. Kure 등여러연구에의하여고페닐알라닌혈증및 경한페닐케톤뇨증환아의 70% 에이르기까지페닐알 라닌수산화효소결핍환자에서 BH 4 투여에의해혈중 페닐알라닌농도가감소됨이밝혀졌다 6-10). Kure 등의 연구에의해 BH 4 부하검사방법이제시되었고 6,12) 페 닐케톤뇨증환자의상당수가 BH 4 에반응하여 BH 4 투 여를유지하면제한식사의어려움을경감시켜줄수 있다는점이알려졌다. 더불어 BH 4 결손증중 DHPR 결핍증은고페닐알라닌혈증과함께신경전달물질전구 체인 L-dopa 와 5-hydroxy-tryptophan 의결핍을 야기하여신경학적손상이나사망을야기할수있다는 점에서고페닐알라닌혈증을진단받은모든신생아들에 서적혈구 DHPR, 소변내 pterine 분석, BH 4 부하검 사를통하여 BH4 결손증및 BH 4 반응성이있는지를 선별해야한다. 이러한 BH 4 부하검사에는몇몇프로토콜이알려져 있으며프로토콜은다르더라도일반적으로 BH 4 부하 후에혈중페닐알라닌수치가 30% 이상감소하면임 상적으로 BH 4 에반응성이있다고판단할수있다. 하 지만 BH 4 부하를위해서는페닐알라닌수치가 400 μmol/l 이상으로높아야한다 제한식사를했던환자들은 10). 따라서페닐알라닌 2 일간자유롭게먹거나, 페 닐알라닌을경구로복용한후검사를진행한다. 페닐알 라닌부하용량은 알라닌부하 100 mg/kg 으로알려져있으며, 페닐 3시간후에 BH 4 를복용하는것이지금까 지의일반적인지침이다 11-14). 본연구는 2015년 7월까지고페닐알라닌혈증으로 순천향대학교서울병원에내원한총 207명의환자중 100 mg/kg 의페닐알라닌을복용후 BH 4 부하검사를 시행한 6명의환자들의의무기록을분석하여기존의 페닐알라닌부하방법의효용성에대해알아보고자하 였다. 대상및방법 본연구에서는 2004 년 7월부터 2015 년 7월까지순 천향대학교소아청소년과유전대사클리닉에서추적관 찰하고있는총 207명의환자중 100 mg/kg 의페닐 알라닌을복용후 BH 4 부하검사를시행한 6명환자들 의의무기록을후향적으로분석하였다. 이들 6명모두 페닐케톤뇨증진단하에페닐알라닌제거분유를복용 하고있었다. 이연구의프로토콜은다음과같다. 검사시작전에 혈중페닐알라닌농도는적어도 6.6 mg/dl (400 umol/l) 이상충분히상승되어있어야하며, 다른병 원에서이미 PKU 특수분유를복용하면서본원에방 문하여페닐알라닌수치가충분히높지않으면검사 2 일전부터일반식사를하거나 100 mg/kg 의페닐알라

34 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp86~92, 닌을검사 3 시간전에투여한다. BH 4 부하검사가끝나 기전까지는일반분유를계속복용하며 BH 4 부하용 량은 20 mg/kg 을경구로투여하며 Basal, 1, 2, 4, 6, 8, 12, 24 시간에혈중페닐알라닌수치를연속적으로 측정한다. BH 4 부하후에혈액내페닐알라닌이 30% 이상떨어질경우반응이있다고판단한다. 연구에참 여한 6명의환자들은모두제한식사진행후 100 mg/ kg의페닐알라닌을복용하였으며 3시간뒤에 20 mg/ kg의 BH 4 를경구로투여하였다. 하검사를진행하였으며 BH 4 반응형으로진단받았던 1 명은부하검사 2일전 BH 4 투여를중단하고특수분유 만복용하였다. 6명모두 100 mg/kg 의페닐알라닌을 투여받았으며페닐알라닌과 BH 4 부하(20 mg/kg) 까 지의시간간격은 5명은 3 시간, 나머지한명은 2시간 이었다 (Table 1). 페닐알라닌부하후일반적인프로토콜에서 10-13) 알 려진바와같이 3시간경과후최고농도에도달한환자 는 1 명(16%) 이었다. 또다른세명은 4 시간경과후, 결 과 나머지는각각 5 시간, 7시간경과후최고농도에도달 하였다. 최고농도는 6.6 mg/dl (400 umol/l) 이상오 르는것을목표로하였고 6명중 4 명(66%) 이목표농도 총 6명의환자는모두남자환자였으며이중 5명은 본원및타병원에서고전적페닐케톤뇨증으로진단받 았으며 1명은타병원에서 BH 4 반응형으로진단받고 Kuvan (Sapropterin dhydrochloride) 복용중이었으 나혈중페닐알라닌수치가잘조절되지않아본원에서 다시부하검사를시행한경우였다. 고전적페닐케톤뇨 증으로진단받았던 5명중 1명은타병원에서 BH 4 부 하검사를시행하였으며비반응성이었다. 5명의환자는 모두 1개월이내에진단을받았으나 3번환자는신생 아대사이상선별검사가시행되기이전인 생하여 1987 년에출 18개월째발달저하로본원에내원하여진단되 에도달하였다 (Fig. 1). 6명의최고페닐알라닌농도의 평균은 20.0± mg/dl 이었다. BH 4 에비교적반응을보이는환아는 번환자로각각 1번환자와 6 87%, 86% 의 BH 4 부하후페닐알라닌 수치가감소하였으나두환자모두페닐알리닌최고농 도가각각 6.1 mg/dl (366 μmol/l), 5 mg/dl (300 μmol/l) 로 6.6 mg/dl (400 umol/l) 이상오르지않 았다(Fig. 2). Patient 6의경우 PAH 유전자검사결 과이전의많은보고에서 BH 4 반응성으로확인되었던 부분으로부하검사결과를고려하여 BH 4 반응성으로 진단이바뀌었다. 었다. 이환자이외에는모두타병원진단후본원에 내원하였다. 6명모두 2일간일반식사를진행하지않고 PKU 특 고 찰 수분유로식사를진행하다페닐알라닌복용후 BH 4 부 전형적페닐케톤뇨증은 PAH 유전자의돌연변이에 Table 1. Baseline Characteristic of Patients with Phenylalanine Loading Test Patient 1 Patient 2 Patient 3 Patient 4 Patient 5 Patient 6 Sex Age at first diagnosis (month) Initial Phe level (mg/dl) History of visiting other center Prior therapy before test First diagnosis Phe loading dose Time interva Diagnosis after BH 4 loading test M Y PKU Formula Classical PKU 3 h Classical PKU M Y PKU Formula+ Kuvan BH 4 responsive 3 h BH 4 responsive M M N Y PKU PKU Formula Formula Classical Classical PKU PKU 100 mg/kg 3 h 3 h Classical Classical PKU PKU M Y PKU Formula Classical PKU 3 h Classical PKU M 1 10 Y PKU Formula Classical PKU 2 h BH 4 responsive

35 - 박영천외 3 인: 고페닐알라닌혈증환아들에게 BH 4 부하검사이전에시행되는페닐알라닌부하의효과에대한고찰 - 의해발생하는선천적대사이상질환이다 2). 페닐알라닌 수산화효소는조효소인 tetrahydrobiopterin (BH 4 ) 과 철이함께존재할때페닐알라닌을타이로신으로전환 시킨다. BH 4 부하검사는처음에는 BH 4 합성이상과 PAH 결핍을감별하기위해시행되었지만, 1975 년 Kaufuman 과 Milstein 이페닐알라닌수산화효소결핍 증환자에서 BH 4 복용시페닐알라닌농도가감소하는 것이 BH 4 가남아있는 PAH의활성을자극해효과를 나타내는것일거라고제안하였고, 이후 Kure 등이페 닐알라닌수산화효소결핍시에정상적인 BH 4 대사과 정을갖더라도 BH4에반응을보이는경우가있다는것 을발표하였으며, 이후로이에대한활발한연구가이 루어지고있다 6,15-17). BH 4 반응형페닐케톤뇨증에서 BH 4 의약리기전은 BH 4 가분자적샤페론(molecular chaperone) 역할을 함으로서잘못접힌 PAH 단백질 (misfolded protein) 의안정성을증가시키며, 기능을하는페닐알라닌수산 화효소의농도를높이는것으로알려지고있다 18). Fig. 1. Peak phenylalanine level and peak level access time after phenylalanine loading. Fig. 2. BH 4 loading test results. * Three hour after phenylalanine loading

36 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp86~92, BH 4 에반응을보이는환자대부분은경한고페닐알 라닌혈증과경한페닐케톤뇨증표현형이었으나 19), 이 전까지의보고와는달리경증, 증등증페닐케톤뇨증뿐 아니라전형적페닐케톤뇨증의경우도 BH 4 에반응할 수있고환자의 40% 에서 50% 에이르기까지치료에 도움이될수있다고알려져있다 11,20). 페닐케톤뇨증환자에서 BH 4 부하검사를시행하는데 있어일반식사를 2일간진행후검사를하는것은환 자나보호자에게있어기존진행하던식사를바꾸어야 하고일반식사를하는동안입원을하거나재내원하 여검사를하는불편함이있다. 일부연구에서는일반 식사를시행한후 BH 4 부하검사를하는것보다페닐 알라닌부하후 BH 4 부하검사를하는것이효과적임을 보고하기도하였다 21). 이연구에서는기존에알려진바와같이 100 mg/ kg의페닐알라닌복용후에 3시간째에최고농도에도 달한환자들은 6명중 1 명(16%) 이고 400 μmol/l 이 상페닐알라닌수치가올라간환자는 4 명(66%) 이었 다. 100 mg/kg 의페닐알라닌을경구복용한것으로는 페닐알라닌농도가 400 μmol/l 이상으로상승하지않 은환자가있었고 84% 는 3시간이후에최고농도에 도달하는제한점이있었다. Nalin 등 13) 이브라질환자 18명을대상으로시행한 페닐알라닌단독부하및 1주뒤페닐알라닌부하 3시 간뒤시행한 BH 4 부하검사를보면페닐알라닌단독 부하검사에서부하 3 시간, 8시간그리고 27시간에혈 중페닐알라닌농도를측정하였으며 3시간에최고치를 보인경우는 BH 4 반응성환자 6명중 3 명, 비반응성환 자 12명중 9 명이었다. 8시간경과후최고농도를보 인경우는반응성그룹은 3 명, 비반응성그룹은 2명으 로 BH 4 반응성으로진단받게된환자의 50% 가 3시간 이후에최고농도에도달하였다. 단독페닐알라닌부하 검사에서 3시간페닐알라닌평균농도는 730± 221 μmol/l 이었다. 모두 400 μmol/l 으로상승되었으나이 연구에서는연구대상군이연구시작전 페닐알라닌이 12개월연속 360 μmol/l이상측정된환자만포함하 였으며따라서페닐알라닌부하전평균농도는 255± 138 μmol/l 이었다. Desviat 등이스페인환자 23명 을대상으로한연구에서도페닐알라닌단독부하검사 에서혈중페닐알라닌이최고농도에도달한시간은페 닐알라닌부하후평균 4시간이었다 19). BH 4 부하검사시혈중페닐알라닌농도가충분히상 승되어야 PAH 활성도를증가시켜 BH 4 의효과를배가 시킬수있다. 기존연구에서페닐알라닌복용후 3시 간뒤 BH 4 부하를시작하는것은페닐알라닌의흡수시 간을감안한것이며이시간이임상적으로적절한지에 대하여는적절한연구가이루어지지않았다. 또한환자 들의평균혈중페닐알라닌농도의차이가크고복용 후증가되는수치도다양하다. PAH 활성도를충분히 끌어올리기위해 400 μmol/l이라는최고농도설정이 적절한지와알려진페닐알라닌부하용량이이에합당 한지대하여좀더많은연구가이루어져야할것으로 보이며적어도 BH 4 투여시간은페닐알라닌부하후 4-6 시간, 부하용량은 200 mg/kg으로증가시키는것이 합당하다고생각된다. 요 목적 : BH 4 부하검사는 PKU와 BH 4 결핍증을감별하 고, PKU 환자중 BH 4 반응성을확인할수있는중요 한검사이다. 일반적으로알려진프로토콜로페닐알라 닌부하와 BH 4 부하검사는환자의편의및입원기간을 단축시킬수있는유용한검사방법이다. 하지만페닐알 라닌부하의용량이나부하후 BH 4 투여시간이임상적 으로적절한지에대하여는충분한연구가이루어지지 않았다. 본연구는순천향대학교소아청소년과유전대 사클리닉에내원한환자중 약 을복용후 BH 4 부하검사를시행한 100 mg/kg 의페닐알라닌 6명환자들의의무 기록을분석하여기존의페닐알라닌부하방법의효용 성을연구하였다. 방법 : 2004 년 7월부터 2015년 7월까지순천향대학 교유전대사클리닉에서추적관찰하고있는총 의환자중 부하검사를시행한 207명 100 mg/kg 의페닐알라닌을복용후 BH 4 6명환자들을대상으로의무기록을 분석하였다. 이들은모두제한식사를시행하고있었으 며 100 mg/kg 의페닐알라닌을복용후 3시간뒤 20 mg/kg 의 BH 4 를부하하였다. BH 4 를부하한시점을 Basal 로하여 1, 2, 4, 6, 8, 12, 24시간에혈중페닐알

37 - 박영천외 3 인: 고페닐알라닌혈증환아들에게 BH 4 부하검사이전에시행되는페닐알라닌부하의효과에대한고찰 - 라닌수치를연속적으로측정하였다. 결과 : 6명의최고페닐알라닌농도의평균은 20.0± mg/dl 이었다. 1명은페닐알라닌복용후 7시 간째, 다른 1명은 5 시간째, 나머지 3명은 4시간째에 최고농도에도달하였다. 3시간만에최고농도에도달 한환자는 1 명이었다. 페닐알라닌부하후페닐알라닌 수치가 400 μmol/l 이상으로상승한환자는 6명중 4 명(66%) 이었다. 나머지 2명의환자는페닐알라닌수 치가각각 6.1 mg/dl (366 μmol/l), 5 mg/dl (300 μmol/l) 이었다. 결론 : 본연구에서기존에알려진바와같이 100 mg/kg 의페닐알라닌복용후에 3시간째에최고농도 에도달한환자들은 6명중 1 명(16%) 이고 400 μmol/ L 이상페닐알라닌수치가올라간환자는 4 명(66%) 이 었다. 일반적으로알려진검사방법으로페닐알라닌농 도가 었고 400 μmol/l 이상으로상승하지않은환자가있 3시간보다더늦게최고농도에도달하는단점이 있었다. 따라서페닐알라닌은 200 mg/kg이상증량하 여복용하고적어도페닐알라닌복용 BH 4 4-6시간후에 loading 을하는것이적절한진단에도움이될것 으로사료된다. 참고문헌 1) Lee DH. Diagnosis and treatment guidelines for phenylketonuria. J Korean Soc Inher Metab Dis 2012; 12:1-4. 2) Rhee MH, Kim JW, Lee JH, Lee DH. Clinical findings and gene analysis of BH4 responsive PKU Patients in Korea. J Korean Soc Inher Metab 2013;13: ) O'Neil CA, Eisensmith RC, Croke DT, Naughten ER, Cahalane SF, Woo SL. Molecular analysis of PKU in Ireland. Acta Paediatr 1994:407: ) Jun-ichi T. Central tegmental tract involvement in an infant with 6-pyruvoyltetrahydropterin synthetase deficiency. AJNR 2006;27: ) Park YJ, Hong YH, Suh ES. 13 cases of BH4 deficiency with neurologic symptoms. Program and Abstract, the 59th Annual Fall Meeting of the Korean Pediatric Society; 2009 Oct 23-24; Seoul, Seoul: Korean Pediatric Society, ) DC Hou SK, Ohura T, Iwamoto H, Suzuki S, Sugiyama N, et al. Tetrahydrobiopterin-responsive phenylalanine hydroxylase deficiency. J Pediatr 1999;135: ) Muntau AC, Roschinger W, Habich M, Demmelmair H, HoVmann B, SommerhoV CP, Roscher AA et al. Tetrahydrobiopterin as an alternative treatment for mild phenylketonuria. N Engl J Med 2002;347: ) Spaapen LJ, Bakker JA, Velter C, Loots W, Rubio- Gozalbo ME, et al. Tetrahydrobiopterin-responsive phenylalanine hydroxylase dewciency in Dutch neonates. J Inherit. Metab Dis 2001;24: ) Lassker U, Zschocke J, Blau N, Santer R. Tetrahydrobiopterin responsiveness in phenylketonuria. Two new cases and a review of molecular genetic endings. J Inherit Metab 2002: ) Steinfeld R, Kohlschutter A, Zschocke J, Lindner M, Ullrich K, Lukacs Z. Tetrahydrobiopterin monotherapy for phenylketonuria patients with common mild mutations. Eur J Pediatr 2002;161: ) Iraj Rezvani, Can H. Ficicioglu. Defect in metabolism of amino acids. In : Behrman RE, Kliegman RM, Schor NF, ST Geme JW, editors. Nelson Textbook of Pediatrics. 20th ed. Philadephia : W.B. Saunders Co, 2016: ) Blau N, Fiege B, Trefz F. Tetrahydrobiopterin-responsive phenylalanine hydroxylase deficiency : diagnosis, treatment, genetics, and international BIOPKU database. In : N. Blau, B. Thfny editors. Pterins, Folates and Neurotransmitters in Molecular Medicine. Heilbronn: Verlagsgesellschaft mbh 2004: ) Tati le Nalin, Ingrid Dalira Schweigert Perry, Angela é Sitta, Carmen Regla Vargas, Maria Luiza Saraiva- Pereira, et al. Optimized loading test to evaluate responsiveness to tetrahydrobiopterin (BH4) in Brazilian patients with phenylalanine hydroxylase deficiency. Molecular Genetics and Metabolism 2011;104: ) John J. Mitchell, Bridget Wilcken, Ian Alexander, Carolyn Ellaway, Helen O Grady, Veronica Wiley, et al. Tetrahydrobiopterin-responsive phenylketonuria : The New South Wales experience. Molecular Genetics and Metabolism 2005;86: ) Polak E, Ficek A, Radvanszky J, Soltysova A, Urge O, Cmelova E, et al. Phenylalanine hydroxylase deficiency in the Slovak population: Genotypephenotype correlations and genotype-based predictions of BH4-responsiveness. Gene 2013;526: ) Levy H, Burton B, Cederbaum S, Scriver C. Recommendations for evaluation of responsiveness to tetrahydrobiopterin (BH4) in phenylketonuria and its use in treatment. Mol Genet Metab 2007;92: ) Cerone R, Andria G, Giovannini M, Leuzzi V, Riva E, Burlina A. Testing for tetrahydrobiopterin responsiveness in patients with hyperphenylalaninemia due

38 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp86~92, to Phenylalanine Hydroxylase Deficiency. Adv Ther 2013;30: ) Jarl underhaug, Oscar Aubi, Aurora Mrtinez. Phenylalanine hydroxylase misfolding and pharmacological chaperones. Curr Top Med Chem. 2012;12: ) Desviat LR, Perez B, Belanger-Quintana A, Castro M, Aguado C, Sanchez A, Garcia MJ, et al. Tetrahydrobiopterin responsiveness : results of the BH4 loading test in 31 Spanish PKU patients and correlation with their genotype. Mol Genet Metab 2004;83: ) Keil S, Anjema K, van Spronsen FJ, Lambruschini N, Burlina A, B langer-quintana A. Long-term followé up and outcome of phenylketonuria patients on sapropterin: a retrospective study. Pediatrics 2013;131: ) Spaapen LJ, Rubio-Gozalbo ME. Tetrahydrobiopterinresponsive phenylalanine hydroxylase deficiency. Mol Genet Metab 2003:

39 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):93~101 원저 6) 세명의대한민국제 V 형당원축적근육병 (McArdle 병) 환자들의유전학적및임상적특성보고 울산대학교의과대학서울아산병원소아청소년과 1, 의학유전학센터 1 1 이성희 1 ㆍ강은구ㆍ김윤명ㆍ이범희ㆍ김구환ㆍ유한욱 ,2 The Clinical and Genetic Characteristics of Three Korean Patients with Glycogen Storage Disease Type V (McArdle Disease) Sunghee Lee 1, Eungu Kang 1, Yoonmyung Kim 1, Beom Hee Lee 1 Gu Hwan Kim 2, Han Wook Yoo 1,2 Department of Pediatrics 1, Medical Genetics Center 2, Asan Medical Center Children s Hospital, University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Korea Purpose: McArdle disease, glycogen storage disease type V (GSD V), is one of the most common adolescent-onset glycogen storage diseases. It is caused by recessive mutations in PYGM encoding myophosphorylase, which is critical to glycogen metabolism. Since only a few korean patients have been reported, we will observe the clinical and genetic features of three korean patients with McArdle disease. Methods: We retrospectively reviewed the medical records of three patients with genetically confirmed McArdle disease, including the results of forearm ischemic exercise test, electromyogram, nerve conduction velocity, muscle biopsy, and PYGM analysis in peripheral leukocytes. Results: All three cases were males and their age of symptom onset was 12, 5, 14 years old, respectively. A high basal level of serum creatine kinase was noted in all three patients. They experienced the recurrent episodes of rhabdomyolysis, but second wind phenomenon was not definite. In muscle biopsy, subsarcolemmal space vacuoles including periodic acid schiff stained materials were found in two patients, while no evidence of glycogen storage disease was found in the other. A total of five different mutations, p.arg50*, p.trp798arg, p.arg50*, p.glu779del, p.asp511thrfs*28 and p.phe710del, were found in three patients. Avoidance of isometric exercise, aerobic exercise and glucose intake before each exercise were recommended for all patients. Conclusion: The three Korean patients with McArdle disease showed the typical manifestations of the condition. The most mutations were private. Therefore, identification of more cases with long-term follow-up will be required to understand the clinical and genetic features of this disease among Korean population. Key words: Glycogen storage disease V (McArdle disease), Korea, PYGM * This study was supported in part by a grant from the National Research Foundation of Korea, funded by the Ministry of Education, Science, and Technology (NRF ). 책임저자 : 유한욱, 서울시송파구올림픽로 43길 88 울산의대서울아산병원소아청소년과 Tel: 02) , Fax: 02) hwyoo@amc.seoul.kr 서 McArdle 병은 1951년처음기술된당원축적증질 환의하나로, 근육인산분해효소 (myophosphorylase) 론

40 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp93~101, 를부호화하는 PYGM 유전자변형에의한골격근탄수 화물대사장애질환으로, 제 V 형당원축적병 (Glycogen storage disease V) 으로도알려져있다 1). 근육인산분해효소 (muscle isoform of glycogen phosphorylase) 기능장애는당원에서 glucose-1- phosphate 으로의전환을막아적절한에너지공급을 저해함으로써, McArdle 병에특징적인운동초기근력 쇠약감, 근육강직및수축, 횡문근융해증을유발하여 기저혈중크레아틴키나아제 (creatine kinase) 농도를 높이고운동후혈증크레아틴키나아제활성을급격하 게증가시키며, 마이오글로빈뇨증 (myoglobinuria), 나 아가급성신부전까지이어질수있다 1). McArdle 병은염색체 11q13 에위치하는 PYGM 유 전자의이상으로발생하여상염색체열성유전방식을 따르며 2), 현재까지 150여개의돌연변이가알려져있 다 ( 이에본논문은한국환자에서발견된 PYGM 돌연 변이및임상증상을밝힘으로써대한민국소아청소년 McArdle 병에대한진단및치료에대한이해를높이 고, 한국인에게나타나는 PYGM 돌연변이에대하여고 찰해보고자한다. 1. 환자 대상및방법 3 명의환자는임상증상과근생검, 유전자검사를통 하여 년부터 McArdle 병으로진단하였고, 자료조사는 년까지후향적으로시행하였으며, 연구는 울산대학교의과대학서울아산병원임상연구심의위원 회(International Review Board) 의승인하에진행되 었다. 증례 2는이전에보고된바있다 3). 2. PGYM 유전자돌연변이분석 (Mutational analysis of the PGYM ) 과조직병리학적소견 (histopathologic findings) 1) DNA 추출및 PCR DNA는말초혈액에서 QIAmp DNA blood kit (Qiagen, Hilden, Germany) 를이용해 Genomic DNA 를분리한후, 20개 primer 를이용한 PCR로 PYGM 의 20개 exon과 intronic flanking 배열을증폭하였다 (Table 1). 2) DNA 서열분석 PCR 결과물의순도( 단일특정서열여부 ) 를확인한 후, 제조사의지침에따라 PCR에사용된 primer 와 Big Dye Terminator V3.0 Cycle Sequencing Ready reaction kit (Applied Biosystems, Foster city, CA, USA) 를이용해 DNA 염기서열을분석하였다. 전기영 동은 ABI 3130xl Genetic Analyzer (Applied Bio- systems) 를사용하였다. 1. 증례임상기술 1) 증례 1 결 17세남자로특이질환없는부모에서 1남 2녀중막 과 Table 1. Sequences of Primers using PCR Reaction Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6 Exon 7 Exon 8 Exon 9 Exon 10 Exon 11 Exon 12 Exon 13 Exon 14 Exon 15 Exon 16 Exon 17 Exon 18 Exon 19 Exon 20 Sense (5 -to-3 ) Antisense (5 -to-3 ) ctggggagctccactcctt gaaacaaattggggacaggg ctaccaggtgtgtgtggggt taagaagacagggccgtgag ccacctcagagctcctgacttat acaaggacaagagcctgggt gtgagttcatccactggtagcc acacccaccgcagctttag ccacagcccagtcacagaac agagggaccgtcctggaac agagctctgggggtgtgg agcaagacaccagggtaggg gaaatggccccttctgtgtt atcctcctggggctgactg gttcgagtcaggcctacggt cccagctgagttgcaggata gggccagcctaatctgagag ggcatgggacttctcagctt tctaggtccccggctgtc gttggcagggctttggtg gccacttaagtcaagatcgcc caatttcctccagctcctcc atagcgaatcccgtagccat gaccacctgtttcaggggc acactgggtcctgcttcctc actgagggacaaaagtgggg gatgcacaaggccagcaata aactgaccctcccacactcc cctcaggctctgatcccttc gactcccaggcccagact agagtggtcggtgaagggc aggagggatttcagccttca cttcccaccacagactccag aaaggagatgttggttgggc ggctgtgacgagtctgatga gcattgccctctccagattc tggaccagtctttccagacg tggctccaactaccaggacc agaacttgccagaggtggct ctccagtaccccaccctctg Primers were designed with primer3 cgi v.2.0 served from Whitehead Institute (Untergasser A, Cutcutache I, Koressaar T, Ye J, Faircloth BC, Remm M. Rosen SG. Priemr3- New capabilities and interface. Nucleic Acid Research 2012;40:e115.) using sequences from GenBank accession number of NT_

41 - 이성희외 5 인: 세명의대한민국제 V 형당원축적근육병(McArdle 병) 환자들의유전학적및임상적특성보고 - 내로출생하여 10세에 C형간염진단받고인터페론복 약지도받은병력이있었다. 12세부터운동을할때마 다동반된잦은근육경련과 14 세, 15세에발생한반복 적인횡문근융해증, 17 세부터오전운동후, 당일저녁 부터나타난일주일동안의앉아있기힘든양상의근육 통과근육부종을동반한진한소변을주소로내원하였 다. 시행한검진결과뇌신경과반사검사정상, 근육위축 이나떨림, 가워증후 (gower sign), 거짓비대 (pseudo- hypertrophy), 타진근육긴장증 (percussion myotonia) 없었고, 상, 하지근력강도정상, 간비비대 (hepatosp- lenomegaly) 없었다. 성장은키 50 백분위수, 체중 백분위수로정상이었다. 일반혈액검사및생화학검사결과, 크레아틴키나 아제(creatine kinase) 4,193 IU/L ( 정상범위 IU/L), 마이오글로빈 (myoglobin) 1,326 ng/ml ( 정상범위 <110 ng/ml), 암모니아 97 umol/l ( 정상 범위 umol/l) 로상승소견보였고, 갑상선기능 검사, 혈액응고검사, 소변검사및대사이상선별검사모 두정상이었다. 아래팔허혈운동부하검사 (forearm ischemic exer- cise test) 에서운동시작 40초후근육경련을동반한 근육통, 손가락신전장애호소하며, 운동시작 1분후 암모니아 332 umol/l, 젖산 2.5 mmol/l ( 정상범위 mmol/l) 로상승소견을보였다. 근전도 (electromyogram) 및신경전도속도검사 (nerve con- duction velocity) 결과국소근병증 (focal myopathy) 소견보였고, 운동신경유발전위 (motor evoked po- tential) 결과는정상이었다 (Table 2). Table 2. Clinical Characteristics of Patients with McArdle Disease Patient number Case 1 Case 2 Case 3 Age (at onset) Age (at diagnosis) Gender Chief complaints Serum total creatine kinase (normal range IU/L) Myoglobin (normal range <110 ng/ml) Ammonia (normal range umol/l) Forearm ischemic exercise test Electromyogram Nerve conduction velocity Muscle biopsy PYGM analysis 12 yr 17 yr Male Recurrent muscle cramps and rhabdomyolysis with muscle pain 4,193 IU/L 1,326 ng/ml 97 umol/l Positive Focal myopathy Focal myopathy Normal exon 1, 20 c.[148c>t];[2392t>c] (p.[arg50*];[trp798arg]) Abbreviation: PAS,: periodic acid schiff stained. 5 yr 16 yr Male Recurrent rhabdomyolysis and muscle weakness 4,748 IU/L - - Positive - - Glycogen storage disease (red fiber necrosis and glycogen deposit in subsarcolemmal space) exon 1, 19 c.[148c>t];[2337_2339del] (p.[arg50*];[glu779del]) 14 yr 19 yr Male Recurrent rhabdomyolysis 1,809 IU/L 155 ng/ml 34 umol/l Positive Normal Normal Glycogen storage disease (vacuoles including PAS stained materials) exon 13, 17 c.[1531del];[2128_2130del] (p.[asp511thrfs*28];[phe710del])

42 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp93~101, ) 증례 2 16세남자로 5세경부터운동후발생한반복적인운 동근위약감으로경과관찰하던중, 일반혈액및생화 학검사결과, 크레아틴키나아제 4,748 IU/L, 아스파르 테이트아미노전이효소 54 IU/L ( 정상범위 <40 IU/ L), 알라닌아미노전이효소 55 IU/L ( 정상범위 <40 IU/L), 아래팔허혈운동부하검사결과양성이었고, 생화 학효소검사결과혈중인산화효소농도는 0.1 nmol of substrate utilized/min/mg protein 으로정상범위 nmol of substrate utilized/min/mg protein 에비해현저히낮은수치를보였다 3) (Table 2). 3) 증례 3 19세남아로 14 세, 17세때각각 1회씩운동후발 생한갈색뇨와근육통증에대해횡문근융해증진단받 고치료받아온환아로, 19세때입대훈련중동일소 견발생하여시행한일반혈액및생화학검사결과크 레아틴키나아제 1,809 IU/L, 마이오글로빈 155 ng/ mg 으로상승해있어, 대사성근병증에대하여 fatty acid oxidation defect 와당원축적증감별위해하룻밤금식 ( 자정부터 16 시간) 후시행한검사결과크레아틴키나 아제 1,086 IU/L, 암모니아 34 umol/l, 젖산 1.7 mmol/l, 피부르산 1.1 mg/dl ( 정상범위 mg/dl), 혈중케톤음성, 소변케톤 3+, 소변마이오 글로빈 3 의소견확인하였다. 혈중아미노산및요유 기산, 대사이상선별검사는모두정상이었다. 허혈운동 부하검사결과운동시작 3분후암모니아는기저 32 umol/l 에서 3,533 umol/l 로증가했으나, 젖산은기저 3.3 mmol/l에서 3.4 mmol/l, 피루브산은기저농도 1.7 mg/dl 에서 1.6 mg/dl 로큰변화없었고, 근전도 및신경전도속도검사, 허벅지 MRI (magnetic reso- nance imaging), 심장초음파결과는모두정상이었다 (Table 2). 위근인왼팔삼각근을생검했을때, oil-red-o 염색 및전자현미경모두정상소견이었으나, 증례 2는 sub- sarcolemmal 공간내당원침착과적색열의퇴행및괴 사를보여당원축적증에합당한소견을보였고, 증례 3 역시하지근위근에해당하는왼쪽허벅지에서근생검 을시행했을때, 포르말린고정검체에서 periodic acid Schiff stain 에염색되는물질을포함한공포와내핵을 가진근섬유소견이보여당원축적증을진단할수있었 다 (Fig. 1, 2) (Table 2). 3. PGYM 유전자분석결과 세증례모두말초혈액에서 DNA 추출후, PYGM 의 Fig. 1. presence of vacuoles in myocytes. Hematoxylin and eosin (H&E) staining of muscle biopsy of case number 병리소견 근생검은증상호소부위를상, 하지로분류하여해당 근육의근위부에서시행하였다. 증례 1 의경우, 상지근 Fig. 2. Positive PAS stain suggesting accumulation of glycogen. Periodic acid-schiff (PAS) stain of muscle biopsy of case number

43 - 이성희외 5 인: 세명의대한민국제 V 형당원축적근육병(McArdle 병) 환자들의유전학적및임상적특성보고 - 20개 exon 및 exon-intron boundary 염기서열을분 석하였다. 증례 1은 CPT2 결핍을감별하기위해, 말초 혈액에서분리한 DNA로 CPT2 유전자의모든 exon 과 exon-intron boundary 염기서열을분석하여 CPT2 돌연변이를배제한후, PYGM 염기서열을분석한결 과, exon 1, 20에서각각 c.[148c>t];[2392t>c] (p.[arg50*];[trp798arg]) 이형접합자소견보여, 기 존 McArdle 병의유발돌연변이로알려진 p.arg50* 4) 와 p.trp798arg 5) 이형접합자에의한 McArdle 병으 로진단하였다. 또증례 2는 exon 1, 19에서각각 c. [148C>T];[2337_2339del] (p.[arg50*];[glu779 del]) 변이를확인하여기존에알려진 p.arg50* 4) 와 p.glu779del 3) 이형접합체돌연변이에의한 McArdle 병임을확인할수있었고, 증례 3은 exon 13, 17에서 각각기존당원축적병 V의돌연변이로알려진 p.asp 511Thrfs*28 6), p.phe710del 7) 가확인되어 c.[1531 del];[2128_2130del] (p.[asp511thrfs*28];[phe 710del]) 복합이형접합체돌연변이에의한 McArdle 병으로확진할수있었다 (Table 2) 6,7). 4. 임상경과및치료와예후(clinical outcome, management, and prognosis) 3 례모두아령과같은무거운물건을들거나철봉에 매달려오래버티기등의동적등척성운동을회피할 것과유산소운동독려및운동전당분섭취를권고하 였다. 증례 1은가족중누나가무거운물건을들때잦 은상지근위근통증을호소하여가족구성원에대한 유전상담을권유하였으나, 환자가족의사에따라시행 하지않았고, 환자는 Vitamin B6, B12 복용및운동 지도하에경과관찰중이다. 증례 2 역시가족구성원 유전상담을시행하기로하고, 유산소운동수행및강 도높은등척성운동회피, 운동전당분섭취를엄수하 며경과관찰중으로, 지난 6년동안횡문근융해증에 의한응급상황발생없이경과관찰중이다. 증례3은동 적등척성운동회피와운동전당분섭취를시행하며 5 년의추적관찰기간동안, 한차례강도높은등척성운 동후횡문근융해증발생하여수액치료받은병력이외 특이소견없이외래경과관찰중이다 (Table 2). 고 McArdle 병[ 제 V 형당원축적병 (glycogen storage disease V)] 이란, 근육인산분해효소 (myophsophorylase) 의전사유전자돌연변이로골격근의탄수화물대 사속도조절단계인당원인산화 ( 당원에서 glucose-1- phosphate 으로의분해) 가정지혹은저해되어당원이 찰 용도가떨어지고 TCA (tricarboxylic acid) cycle 의 원료가되는 acetyl CoA 생산이저해됨으로써세포내 당분항상성유지에불균형이생기는질환이다 1,8,9). Phosphorylase, glycogen, muscle, 축약하여 PYGM 의대립유전자 (both copies of PYGM ) 는상 염색체열성유전을따르며 10), 해당돌연변이는효소의 활성을저하혹은소실시켜질환을야기한다 8). 근육세포내당원을이용한해당작용의결함은 ATP 공급을저하시키고 ADP, Pi 축적을야기하여근 수축력저하와조기피로를일으키고, 이러한당원축적 에의한구조부실화는반복적인횡문근융해증을유발 하여만성근력약화 (fixed weakness) 11), 근위근위축 (proximal muscle atrophy), 그리고높은혈청크레 아틴키나아제 ( 보통> 10,000 U/L) 와마이오글로빈수 치를나타낸다 12). 그럼에도불구하고혈중포도당을이용한해당작용 은정상으로, glucose 6 phosphate 이하해당작용의 효소장애인 VII 형, IX 형, X 형, XIII형당원축적병에비 12) 해, 근육내해당작용이유지될수있어 에서특징적인 McArdle 병 second wind phenomenon 이나타나게 된다. 즉, 운동초기에는근육산화인산화에필요한당 원부족으로심한근육피로가유발되나, hepatic glucose utilization 과맥박수증가를통한심박출량증가 로당원을대체할유리지방산과포도당조달이활성화 되면, glucose-6-phosphate 이하의해당작용으로 근육세포에 ATP 가제공되어, 운동을지속할때증상이 호전됨을경험할수있는것이다 13). 본논문의세증례는공통적으로뚜렷한고농도의 혈중크레아틴키나아제와심한근육통, 근육부종을동 반한횡문근융해증을나타냈으나, second wind phe- nomenon 은명확하지않았다. 비록 second wind phe

44 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp93~101, nomenon 이 McArdle 병의특징적인증상이기는하나 14), 개인마다당원부족에대한반응으로나타나는혈 류증가및유리지방산대사정도가다를수있으며, 지 금까지보고된우리나라 McArdle 병환자의경우에서 도, 20세 15), 23세 16) 에각각유전자검사없이일반혈 액검사를포함한임상양상및근생검결과로 McArdle 병을진단받았던여자 15), 남자환자는 16) 저명한 second wind phenomenon 을보이지않았으나, 32세에 c. [1531delG];[2128_2130delTTC] (p.[asp510fs]; [Phe710del] 복합이형접합체변이에의한 McArdle 병을진단받은여자환자는 17) 특징적인 second wind phenomenon 을보여, 증례별 second wind pheno- menon 발현유무가다르고 3,15-17), 개인, 나아가인종 에따른증상발현률이다를수있음을시사하였다. McArdle 병진단은지금까지임상양상, 아래팔허혈 운동부하검사, 근전도, 신경전도속도, 그리고근생검과 근육의효소분석을종합하여시행하였으나, 최근에는 유전자검사를통해근생검없이도확진에이르고있다. PYGM 분석은 20개의 exon을모두선별하여시행하 는데, 특정인구집단의경우호발돌연변이, 예를들어 caucasian 의경우는, p.arg50* 여부를우선적으로확 인하여신속한진단에이르고있다. 현재전세계적으로보고된 PYGM 돌연변이는총 150 여개로 8) ( variants PYGM ), 과오돌연변이 (missense mutation) 가 50.3%, 결실변이 (deletion mutation) 가 17.7%, 무의 미돌연변이 (nonsense mutation) 가 12.9%, RNA spli- cing 변이가 10.9%, duplication 및 missing start가 나머지를차지한다 8). 20개의 exon 중, 아시아인을제 외한인종, 특히 caucasian 에서가장흔히나타난 p.arg50* 가위치한 exon 1이유전자변이최다밀집 exon 이고, 일본인에게호발하는 p.phe710del 이위치 한 exon 17이두번째유전자변이밀집지역으로 같은결실변이는주로일본에서보고되어왔다 3). 8), 이 현재까지한국인 McArdle 병환자에게나타났던 PYGM 돌연변이는무의미돌연변이 p.arg50* 1례 3), exon 13 틀이동변이 (frameshift mutation) p.asp 510fs 1례 17), exon 17 결실변이 p.phe710del 1례 17), 단일코돈결실변이 (single codon deletion mutation) p.glu779del 1례 3) 가알려져있다. 는 본논문에서확인한 exon 1의 p.arg50* 돌연변이 anglo-saxon, german 에서는흔히알려진 PYGM 돌연변이이나 5,8), 한국, 일본을포함한아시아에서는드 물었던돌연변이로 6), 본논문의세증례중, 두증례에 서 exon 1의 p.arg50* 변이가나타났다는점은인류 학적, 유전학적으로흥미로운사실이다. 또한세증례 중, 두증례에서각각 PYGM exon 17의 p.phe710del 과 exon 19의 p.glu779del 단일코돈결실돌연변이 가나타났다는점은, 다른인종에서는흔하지않는단 일코돈결실변이가일본에서 18) 주로발견되었던점과 더불어, PYGM 단일코돈결실돌연변이의아시아민 족연관성 (asian ethnicity link) 을생각해볼수있다. 나아가증상의다양성에있어, 2013 년가족력없이저 명한 second wind phenomenon 을보인 32세여자환 자와 17) 본논문의세번째증례가동일한 exon 13, 17 의 p.[asp511thrfs*28];[phe710del] 복합이합체돌 연변이를보였던점은, McArdle 병에서매우특징적이 라고 14) 알려진 second wind phenomenon 이라할지 라도증상발현의비균질성 (heterogeneity) 이존재하 고, 이는증상발현에아미노산변형에의한구조와기 능장애이외에증상투과도(penetrance) 를결정하는 유전적조절인자혹은숙주인자 (host factor) 가존재 할수있을수있음을시사했다. 그러나본논문의증례 에서확인한 second wind phenomenon 유무는문진 을통해확인했던정보로써판단이부정확했을가능성 이커, 앞으로는진단적운동부하검사 (diagnostic cycle test) 14) 를도입하여운동에따른맥박감소로 second wind phenomenon 의여부를명확히하는진단기법 의적용이필요하다. 이와같은증상의객관적인확인및돌연변이규명 은, 앞서언급한개인과인종에따른증상의다양성, 특 정유전자와증상의상관관계, 나아가돌연변이에서증 상발현까지에관여하는조절인자에대한연구를보다 활성화할기반이될것이라고생각한다. 그럼에도불구하고유전자분석에수반되는고비용 을감안할때, 의심되는모든환자에게초기부터유전 자검사를시행할수는없으므로임상적으로의심되는 환자에게근육효소분석을시행하는것이필요하지만,

45 - 이성희외 5 인: 세명의대한민국제 V 형당원축적근육병(McArdle 병) 환자들의유전학적및임상적특성보고 - 아직국내에는이를측정할수있는검사실이없다. 또 한태아기근육은간형과뇌형의동질효소 (liver and brain isoenzymes) 를발현하고, 근육인산화효소는근 육이성숙할때에나타나며 19), 효소는근육에서만선택 적으로발현하기때문에, 신생아 new born screening DBS (dry blood spot) 로 McArdle 병을선별해내기 는어려울것이다. 그러나말초백혈구에서효소가발 현함이알려진바있어 DBS기반의효소분석이나유전 자분석에기반한새로운스크리닝방법의고안도고려 해볼수있을것이다. 이와같이근육조직에서의효소분석과특정호발 돌연변이검사를통한빠르고정확한진단이가능해진 다면, 현재까지증례보고수준에그쳤던한국인의 McArdle 병유병률도, 마치스페인에서 2010년까지 유전학적으로진단한 McArdle 병증례가 239명에못 미쳤으나, 2015년차세대염기서열분석을시작한이 후 100명이추가되어실제 McArdle 병유병률이 1/ 140,000 까지높아졌던것처럼 20), 우리나라도 DBS를 이용한차세대염기서열분석을통해더포괄적으로 McArdle 병을진단함으로향후본질환에대하여더 많은연구, 보다효과적인치료방안모색이가능해질 것이라고본다. 현재까지알려진 McArdle 병치료에는당원인산화 를우회한 acetyl CoA 의공급과운동제한이있는데, 첫째, 당원인산화우회를통한 acetyl CoA 공급에서 아미노산식, 고단백식, 지방산보충식이를제시했던경 우 21), 분지아미노산 22), depot glucagon 23), D-ribose 24) 의효과는유의미하지않았으나, 저농도 creatine 25), 비타민 B6 26), 운동전고탄수화물식이는 12) 운동능력 을증가시킴을보고한바있다. 둘째, 운동의경우역시 지나친운동제한은오히려 type 2 당뇨와같은성인 병발생위험을높이고, 비당원에의한근육해당작용 을방해하여근육역량을제한함으로 12) 치료에적합하 지않음이밝혀져, 오히려전문인감독하에탄수화물을 섭취하고꾸준히유산소 27) 및중간강도의등척성운동 27) 을시행하는것이, 더효과적인혈청크레아틴키나아 제의저하와운동능력상승 28), 그리고질환의심각성을 줄이는데필요할것이라본다 12,27). 본논문의환자들은비타민 B6와운동전탄수화물 식이교육을받고, 유산소운동을시행하며경과관찰 중으로, 진단전과비교하여확연한횡문근융해증에의 한입원감소를보였다. 그러나앞선보고와같이매주 2 회, 최고강도 65-70% 강도의등척성운동을추가한 다면, 운동내성증가를 29) 포함하여더좋은예후를예 상할수있으므로, 이에대한향후광범위예후수집연 구가필요할것으로보인다. 나아가 II형당원축적증인폼페병에서효소보충요법 이예후향상을보여주었던것처럼 30), McArdle 병환 자들에게도효소보충요법이가능해진다면보다근원적 인치료에접근할수있을것이라고본다. 본논문을통해한국인 McArdle 병환자군에나타 난 PYGM 돌연변이와한국, 나아가아시아인종특이 성을갖는단일코돈돌연변이의가능성을살펴보았다. 또한증상으로 선별검사로서 second wind phenomenon 의가변성, DBS를이용한차세대염기분석으로유전 성대사질환엑솜분석의도입필요성, 그리고치료로서 적정근력운동과효소요법연구의필요성을살펴보았다. 향후기저질환없던환아가반복적으로운동후운 동근위약감과횡문근융해증을보인다면대사성근육질 환(metabolic myopathy) 감별을위해기본혈액검사 로크레아틴키나아제와마이오글로빈의상승여부를확 인하고탠덤매스검사로지방산산화대사장애를감별 해야할것이다. 그리고근병증과신경병증을감별하기 위해아래팔허혈운동부하검사, 근전도, 신경전도속도검 사, 운동신경유발전위, 해당운동근에대한영상검사를 시행한후, 당원축적증이의심될때근육조직생검과 PYGM 유전자분석을통해제 V형당원축적증을진단 할수있을것이다. 이처럼앞으로지속적인 PYGM 유 전자분석을통해한국인에게호발하는 McArdle 병돌 연변이를규명한다면, 침습적인근육조직생검없이 McArdle 병을진단하고치료함으로써의학발전에기 여할수있을것이라고기대한다. 결 본논문에서보고한 PYGM 돌연변이는일본을포함 한아시아지역에서흔하지않던 론 P.Arg50* 를포함함으 로역학적으로흥미로운결과를보였고, 일본을제외한

46 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp93~101, 타지역에서는호발하지않던 p.phe710del, p.glu779 del 단일코돈결실돌연변이가한국인환자에서발견 됨으로써, 단일코돈결실변이의아시아특이가능성 을내포하였다. 증상의다양성에있어 second wind phenomenon 를포함한임상양상의개별화는개인에따 라증상발현의차이가있을수있음을나타내며개인, 나아가인종집단에따른발현증상및호발돌연변이 를밝히는연구가필요함을의미했다. 진단측면에서는 DBS 를이용한조기선별진단방법개발의필요성을 밝히고, 치료의경우또한, 운동제한요법대신전문 감독하에탄수화물을섭취하고꾸준한유산소및중간 강도의등척성운동을시행하는것이오히려운동능력 상승에도움이되며, 나아가폼페병에서조기효소보충 요법이예후의호전을가져왔던것과같이 McArdle 병 에서도효소보충요법이개발된다면보다효과적인치 료에접근할수있을것이라보았다. 향후연구를통해 보다많은한국 McArdle 병환자를규명하고이들에 대한장기적인경과관찰을통해돌연변이와임상양상, 그리고치료를밝힐때, 보다나은의학발전에기여할 수있을것이다. 요 목적 : McArdle 병은당원분해의주요속도조절단 계인당원인산화의장애로운동초기에적절한에너지 공급이이루어지지않아운동내성및근력약화가발생 하는상염색체열성근육병으로, 저자의관점하에현 재까지보고된대한민국 McArdle 병은 4 례로, 본논문 은대한민국 McArdle 병환자를추가보고하고이들의 약 임상증상및유전학적변이를밝히고자한다. 방법 : 2006년부터 2011년까지임상증상과일반혈 액및생화학검사, 그리고 PYGM 유전자검사로확진 된총 3명의 McArdle 병환자의전자차트를후향적 으로검토하여, 검사소견, 시행된운동요법과약물치 료, 그리고예후를확인하였다. 돌연변이분석은말초 혈액에서분리한 DNA에서 genomic DNA 를분리하고, primer 를이용해 PYGM 의 20개 exon 과 intronic flan- king 배열을증폭한후전기영동으로 DNA 염기서열을 분석하였다. 결과 : 세증례의증상발생평균연령은 ± 4.73 세로, 공통적으로심한근육통, 근육부종을동반한잦 은횡문근융해증, 높은기저혈청크레아틴키나아제과 마이오글로빈농도, 뚜렷하지않은 second wind phe- nomenon 을보였다. 근육생검결과, 증례 1은정상소 견을보였으나, 증례 2는 subsarcolemmal 공간내당 원침착과적색열의퇴행및괴사, 증례 3은 periodic acid Schiff stain 에염색되는물질을갖는공포와내핵 을포함한근섬유소견을보여당원축적증에합당한양 상을보였다. 결론 : PYGM 염기서열분석결과에서는증례 1에서 p.arg 50*;p.Trp798Arg, 증례 2에서 p.arg50*;p.glu 779 del, 증례 3에서 p.asp511thrfs*28;p.phe710 del 복합이형접합자돌연변이를보였다. 참고문헌 1) Nogales-Gadea G, Santalla A, Brull A, de Luna N, Lucia A, Pinos T. The pathogenomics of McArdle disease--genes, enzymes, models, and therapeutic implications. J Inherit Metab Dis 2015;38: ) Lebo RV, Gorin F, Fletterick RJ, Kao FT, Cheung MC, Bruce BD, et al. High-resolution chromosome sorting and DNA spot-blot analysis assign McArdle's syndrome to chromosome 11. Science 1984;225: ) Sohn EH, Kim HS, Lee AY, Fukuda T, Sugie H, Kim DS. A novel PYGM mutation in a Korean patient with McArdle disease: the role of nonsense-mediated mrna decay. Neuromuscul Disord 2008;18: ) Tsujino S, Shanske S, DiMauro S. Molecular genetic heterogeneity of myophosphorylase deficiency (Mc- Ardle's disease). N Engl J Med 1993;329: ) Rubio JC, Martin MA, Campos Y, Auciello R, Cabello A, Arenas J. A missense mutation W797R in the myophosphorylase gene in a Spanish patient with Mc- Ardle's disease. Muscle Nerve 2000;23: ) Tsujino S, Shanske S, Goto Y, Nonaka I, DiMauro S. Two mutations, one novel and one frequently observed, in Japanese patients with McArdle's disease. Hum Mol Genet 1994;3: ) Tsujino S, Shanske S, Nonaka I, Eto Y, Mendell JR, Fenichel GM, et al. Three new mutations in patients with myophosphorylase deficiency (McArdle disease). Am J Hum Genet 1994;54: ) Nogales-Gadea G, Brull A, Santalla A, Andreu AL, Arenas J, Martin MA, et al. McArdle Disease: Update

47 - 이성희외 5 인: 세명의대한민국제 V 형당원축적근육병(McArdle 병) 환자들의유전학적및임상적특성보고 - of Reported Mutations and Polymorphisms in the PYGM Gene. Hum Mutat 2015;36: ) Angelini C. State of the art in muscle glycogenoses. Acta Myol 2010;29: ) Nogales-Gadea G, Arenas J, Andreu AL. Molecular genetics of McArdle's disease. Curr Neurol Neurosci Rep 2007;7: ) Wolfe GI, Baker NS, Haller RG, Burns DK, Barohn RJ. McArdle's disease presenting with asymmetric, late-onset arm weakness. Muscle Nerve 2000;23: ) Nogales-Gadea G, Godfrey R, Santalla A, Coll-Canti J, Pintos-Morell G, Pinos T, et al. Genes and exercise intolerance: insights from McArdle disease. Physiol Genomics 2016;48: ) Braakhekke JP, de Bruin MI, Stegeman DF, Wevers RA, Binkhorst RA, Joosten EM. The second wind phenomenon in McArdle's disease. Brain 1986;109(Pt 6): ) Vissing J, Haller RG. A diagnostic cycle test for McArdle's disease. Ann Neurol 2003;54: ) Shin JH, Kim DG, Shin JY, Lee SHPW. A Case of Adult Onset Glycogen Storage Myopathy. Korean J Clin Neurophysiol 2014;16: ) Lee SI, Song CW, Park KH, Kim SW. A Case of McArdle's Disease. J Korean neurol Assoc 1992;10: ) Park HJ, Shin HY, Cho YN, Kim SM, Choi YC. The significance of clinical and laboratory features in the diagnosis of glycogen storage disease type v: a case report. J Korean Med Sci 2014;29: ) Sugie H, Sugie Y, Ito M, Fukuda T, Nonaka I, Igarashi Y. Genetic analysis of Japanese patients with myophosphorylase deficiency (McArdle's disease): single-codon deletion in exon 17 is the predominant mutation. Clin Chim Acta 1995;236: ) Andreu AL, Nogales-Gadea G, Cassandrini D, Arenas J, Bruno C. McArdle disease: molecular genetic update. Acta Myol 2007;26: ) Lucia A, Ruiz JR, Santalla A, Nogales-Gadea G, Rubio JC, Garcia-Consuegra I, et al. Genotypic and phenotypic features of McArdle disease: insights from the Spanish national registry. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2012;83: ) Quinlivan R, Martinuzzi A, Schoser B. Pharmacological and nutritional treatment for McArdle disease (Glycogen Storage Disease type V). Cochrane Database Syst Rev 2014;11:Cd ) MacLean D, Vissing J, Vissing SF, Haller RG. Oral branched-chain amino acids do not improve exercise capacity in McArdle disease. Neurology 1998;51: ) Day TJ, Mastaglia FL. Depot-glucagon in the treatment of McArdle's disease. Aust N Z J Med 1985;15: ) Steele IC, Patterson VH, Nicholls DP. A double blind, placebo controlled, crossover trial of D-ribose in McArdle's disease. J Neurol Sci 1996;136: ) Vorgerd M, Grehl T, Jager M, Muller K, Freitag G, Patzold T, et al. Creatine therapy in myophosphorylase deficiency (McArdle disease): a placebo-controlled crossover trial. Arch Neurol 2000;57: ) Phoenix J, Hopkins P, Bartram C, Beynon RJ, Quinlivan RC, Edwards RH. Effect of vitamin B6 supplementation in McArdle's disease: a strategic case study. Neuromuscul Disord 1998;8: ) Quinlivan R, Vissing J, Hilton-Jones D, Buckley J. Physical training for McArdle disease. Cochrane Database Syst Rev 2011:Cd ) Mate-Munoz JL, Moran M, Perez M, Chamorro- Vina C, Gomez-Gallego F, Santiago C, et al. Favorable responses to acute and chronic exercise in Mc- Ardle patients. Clin J Sport Med 2007;17: ) Garcia-Benitez S, Fleck SJ, Naclerio F, Martin MA, Lucia A. Resistance (weight lifting) training in an adolescent with McArdle disease. J Child Neurol 2013;28: ) Dasouki M, Jawdat O, Almadhoun O, Pasnoor M, McVey AL, Abuzinadah A, et al. Pompe disease: literature review and case series. Neurol Clin 2014;32: , ix

48 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):102~108 증례 7) 다양한임상경과를보인멜라스 (MELAS, mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, and stroke-like episode) 증후군 2례 단국대학교의과대학단국대학교병원소아청소년과 1, 병리과 2, 영상의학과 1 최서열 1 ㆍ이승호ㆍ명나혜ㆍ이영석ㆍ유지숙 Two Cases of MELAS Syndrome Manifesting Variable Clinical Courses Seo Yeol Choi 1, Seung-Ho Lee 1, Na-Hye Myung 2, Young-Seok Lee 3, Jeesuk Yu 1 Department of Pediatrics 1, Pathology 2, Radiology 3, Dankook University Hospital, Dankook University College of Medicine, Cheonan, Korea Mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, and stroke-like episode (MELAS) syndrome is one of mitochondrial encephalopathy. As the early clinical manifestations can be variable, it is important to suspect the disease, especially in patients with multiple organ dysfunctions. A boy was diagnosed with epilepsy when he was 9 years old. Two years later, severe headache and blurred vision developed suddenly. On examination, left homonymous hemianopsia was detected with corresponding cerebral parenchymal lesions in right temporo-occipito-parietal areas. MELAS syndrome was confirmed by genetic test, which showed m.3243 A>G mitochondrial DNA mutation. Multivitamins including coenzyme Q10 were added to anticonvulsant. He experienced 4 more events of stroke-like episodes over 5 years, but he is able to perform normal daily activities. A 13-year-old boy was brought to the hospital due to suddenly developed respiratory arrest and asystole associated with pneumonia. Past medical history revealed that he had multiple medical problems such as epilepsy, failure-to-thrive, optic atrophy, and deafness. He has been on valproic acid as an anticonvulsant which was prescribed from local clinic. He recovered after the resuscitation, but his cognition and motor function were severely damaged. He became bed-ridden. He was diagnosed with MELAS syndrome by brain MRI, muscle biopsy, and clinical features. Genetic test did not reveal any mitochondrial gene mutation. Four years later, he expired due to suddenly developed severe metabolic acidosis combined with hyperglycemic hyperosmolar nonketotic coma. The clinical features of MELAS syndrome are variable. Early diagnosis before the presentation to the grave clinical course may be important for the better clinical outcome. Key words: MELAS syndrome, Seizure, Hyperglycemic hyperosmolar nonketotic coma 서 사립체는세포내에너지대사에중요한역할을하 론 책임저자 : 유지숙, 충청남도천안시동남구망향로 201 단국대학교의과대학단국대학교병원소아청소년과 Tel: 041) , Fax: 041) dryujs@dankook.ac.kr 는세포내소기관으로, 여러유전자의돌연변이에의 해사립체의호흡연쇄반응에결함이생기면사립체 질환이발생할수있다. 멜라스(MELAS, mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, and stroke- like episodes) 증후군은이러한사립체질환중의하 나이며, 초기임상양상은신경계, 근육계, 내분비계,

49 - 최서열외 4 인: 다양한임상경과를보인멜라스증후군 2례 - 위장관계등다양한장기의기능이상으로나타날수 있는데, 경련, 반복되는두통, 뇌졸중유사증상, 근력 저하, 저신장, 의식변화, 청력이상, 당뇨병등이초기 임상증상으로가장흔하게나타난다고보고되고있다 1-3). 따라서의심을하지않으면진단이늦어지는경우 가많기때문에여러장기의기능이상을나타내는경 우에는특히나이질환을의심하여보는것이중요하다 고하겠다. 저자들은임상증상, 근육생검, 영상검사 등을통하여각각 11 세, 13세에멜라스증후군으로진 단받고본원에서추적관찰하였던서로다른임상경 과를보인두명의증례를경험하였기에보고하는바이 다. 증 례 보이지않았으나, 전자현미경검사에서사립체들의크 기가다양하고모양이기괴하였으며위축성근섬유의 산재및근원섬유사이의염색성이증가되어있어사립 체성근병증을시사하였다 (Fig. 3a). 가족력 : 부모와한명의누나가있으며, 환아의어머 니와외할머니는청력장애가있다고하였고, 환아의어 머니는당뇨합병증으로투석중이라고하였다. 환아가 멜라스증후군으로진단당시어머니는 37 세였는데, 이 때시행한유전자검사에서환아와동일한돌연변이를 보여환아의어머니도멜라스증후군으로진단할수있 었다. 진찰소견: 환아는멜라스증후군진단당시인 11 세에키 cm, 몸무게 34.7 kg으로각각 25에서 증례 1 환아: 최, 11세남아 주소: 갑작스럽게발생한두통및시야흐림 과거력및현병력 : 상기남아는출생체중 3.4 kg, 임신주수 38 주, 제왕절개로태어났다. 특별한주산기 문제는없었으며발달지연도보이지않았다. 멜라스증 후군의진단이이루어지기 2년전인 9세에처음경련 이발생하였고, 당시촬영한뇌자기공명영상에서는우 측두정엽의지주막낭종이외에뇌실질에서이상소견 은관찰되지않았다. 1년뒤추적관찰한뇌자기공명 영상에서지주막낭종의크기변화는없었으며, 새로운 병변도보이지않았다. 항경련제 ( 라모트리진 ) 를복용하 며경과관찰하던중 11세에 3일간의심한두통및시 야흐려짐과한차례경련을보여본원에재입원하였 다. 이때촬영한뇌자기공명영상에서우측측두엽, 두 정엽, 후두엽을전반적으로침범하는뇌졸중유사피질 병변이관찰되었고, 안과소견으로는좌측반맹을호소 하였다 (Fig. 1A). 뇌자기공명영상소견과임상증상이 멜라스증후군을시사하였기때문에사립체유전자분 석이시행되었고 m.3243 A>G 돌연변이가발견됨으로 써사립체유전자돌연변이에의한멜라스증후군을확 진할수있었다 (Fig. 2). 진단 9개월후왼쪽허벅지의 근육생검을시행하였고, 특징적인 ragged red fiber 는 Fig. 1. (A) T2 weighted images of brain MR of case 1 showed multifocal high signal intensity lesions in right temporo-occipito-parietal areas with edema (a, b). (B) In case 2, initial T2 weighted images of brain MR revealed multifocal high signal intensity lesions in left occipital area (a, b), and follow-up images after 1 year showed aggravated lesions in left temporo-occipital area (c), and improvement in both basal galglia and thalamus (d)

50 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp102~108, 백분위수사이에분포하였으며 Z-score는각각 , 였다. 당시운동능력은정상이었고, 근육강도및근긴장도도정상이었으며그외에다른 신경학적이상소견은없었다. 검사실소견: 진단당시말초혈액검사에서혈색소 12.5 mg/dl, 백혈구 /L 이었으며, 혈소판은 /L 이었다. 혈당은 87 mg/dl, 혈액요소질소 12.9 mg/dl, 크레아티닌 0.49 mg/dl 이었다. 전해질 검사에서나트륨 137 mmol/l, 칼륨 4.4 mmol/l, 염 소 103 mmol/l 였다. 혈중가스분석검사는 ph 7.427, bicarbonate 19.8 meq/l 였고, 젖산은 2.6 mmol/l ( 참고치: mmol/l) 로약간상승되어있었으 며(Fig. 4), HbA1c 5.4% 였고, 소변케톤은음성이었 다 (Table 1). 치료및경과: 멜라스증후군으로진단된후, 종합 비타민제를포함한약물( 올비틸시럽, L- 카르니틴, 코 엔자임 Q10, 치옥틴산, 아르기닌등) 을경구복용하였 고, 항경련제 ( 라모트리진, 옥스카바제핀 ) 도계속복용 Fig. 2. Mitochondrial DNA sequence analysis showed m.3243 A>G mitochondrial DNA mutation. Fig. 3. Electron microscopy of case 1 showed that a part of sarcoplasm revealed highly pleomorphic size and shape of mitochondria, with many big bizarre-shaped ones (a). Gomori trichrome stains of case 2 showed frequently scattered ragged red fibers (b). Fig. 4. These showed initial and follow-up serum lactate levels (mmol/l) of case 1 (left) and case 2 (right), which were elevated with fluctuations

51 - 최서열외 4 인: 다양한임상경과를보인멜라스증후군 2례 - 하였다. 진단당시심전도및심장초음파는정상소견 이었고, 추적관찰동안시력및청력의저하는보이지 않았다. 진단이후 4차례의뇌졸중유사피질병변으로 본원에입원하였지만, 진단후 5년이경과하여 16세가 된최근까지전신상태는나쁘지않으며뚜렷한신경학 적변화없이정상적인일상생활을잘영위하고있다. 증례 2 환아: 전, 13세남아 주소: 호흡부전및심정지 과거력및현병력 : 상기남아는출생체중 2.6 kg, 임 신주수 36 주, 제왕절개로태어났으며주산기에특별 한문제는없었다. 7세에청력소실로이비인후과진료 받았으며 10 세부터보청기를착용하였고, 9세부터 1년 에 1-2회정도의경련을보여근처신경과에서항경련 제( 오르필 ) 를처방받아복용하고있었다. 11세에시야 가흐려지는증상으로안과진료후시신경위축으로진 단받았으며, 같은해에성장부전으로진료를받은병 력이있었다. 12세에안과에서촬영한뇌자기공명영상 에서왼쪽후두엽에백질연화성변화를보인다고들었 으나더이상의추가적인검사는시행하지않고지내던 중, 13세에폐렴을앓던증갑자기발생한호흡부전및 심정지로본원응급실로이송되었다. 5분간의심폐소생 술이후호흡및심박수는회복되었으나이후부터인지 및운동기능에심각한손상이남았다. 당시시행한뇌 자기공명영상에서후두엽의병변외에시상과피질의 저산소성손상도관찰되었다 (Fig. 1B). 기도확보를위 하여기관절개술을시행하면서채취한근육생검에서 는특징적인 ragged red fiber가다수관찰되어사립 체근병증을시사하였다 (Fig. 3b). 근육생검및뇌자 기공명영상소견, 그리고동반된다양한임상증상들을 토대로멜라스증후군을진단할수있었지만, 멜라스 증후군의주요돌연변이로알려진사립체유전자부위 에대한염기서열분석검사에서는돌연변이가발견되지 않았다. 가족력: 부모와여동생이있으며, 특별한가족력은 없었다. Table 1. Clinical and Laboratory Characteristics of Two Cases Case 1 Case 2 Age of diagnosis Gender Initial presentation AST (U/L) * ALT (U/L) * Lactate (mmol/l) * Spot urine protein/creatinine ratio HbA1C (%) * Cholesterol (mg/dl) * Triglyceride(mg/dL) * HDL-cholesterol (mg/dl) * LDL-cholesterol (mg/dl) * Muscle biopsy Mitochondrial DNA mutation study 11 years male Headache Visual disturbance Seizure 23.37± 4.59 (17-35) 12.09± 2.62 (7-20) 3.29± 1.86 ( ) Not assessed 5.43± 0.05 ( ) ± ( ) Not assessed Not assessed Not assessed No ragged red fibers, but with increased intermyofibrillar stainability on the modified Gomori stain m A>G mitochondrial DNA mutation was found. 13 years male Failure to thrive Deafness Visual disturbance Seizure 80.47± (24-165) 70.99± 31.5 (19-151) 5.76± 1.73 ( ) 3.17± 1.91 ( ) 6.48± 0.71 ( ) ± (88-389) ± (98-537) 40.21± (28-62) ± 9.42 ( ) Primary myopathy with ragged red fibers on modified Gomori staining No mutation was found * Data are expressed as mean± SD (range)

52 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp102~108, 진찰소견 : 입원시키 130 cm, 몸무게 18 kg으로모 두 3 백분위수미만이었으며, Z-score 는각각 -5.26, 으로현저한성장부전을보이고있었다. 당시사 지근력은 않았다. 색소 grade I 이었으며, 경직및강직은보이지 검사실소견: 입원하여시행한말초혈액검사에서혈 12.2 mg/dl, 백혈구 /L, 혈소판 /L 였다. 혈당은 132 mg/dl 이었고혈액요소질소 6.6 mg/dl, 크레아티닌 0.37 mg/dl 이었다. 전해질 검사에서나트륨 134 mmol/l, 칼륨 2.7 mmol/l, 염 소 99 mmol/l 였다. 혈중가스검사는 ph 7.47, 중탄 산염 30.6 meq/l 이었고, 젖산은 4.3 mmol/l 로상 승되어있었다 (Fig. 4). 소변케톤은음성이었으며 HbA1c 5.5%, 혈청인슐린 5.5 uiu/ml, C-펩타이드 1.5 ng/ml 이었다 (Table 1). 치료및경과: 첫입원이후환아는병상에누운상 태로지내게되었으며기관절개부위를통한가정용인 공호흡기, 관급식등지지적인치료를받았다. 진단후 종합비타민제를포함한경구약물( 올비틸시럽, L-카 르니틴, 코엔자임 Q, 치옥틴산, 아르기닌등) 을복용하 였고, 경련은두가지항경련제 ( 라모트리진, 레베티라 세탐) 로비교적잘조절되었다. 첫입원하여 3병일부터 단백뇨를보여안지오텐신전환효소억제제를복용하 였고, 물리치료를시행받았다. 이후후두연화증및후두 육아종으로인한호흡곤란증세를보였으며, 기도확보 를위해기관절개부위에 T 캐뉼라대신기관내관을유 지해야했다. 생체징후는악화소견없이안정적이어서 기존의경구치료및가정용인공호흡기를유지하며통 원치료하기로하였다. 추적관찰동안심전도및심장 초음파는정상소견이었고, 기존에관찰되었던시신경 위축이외에노출성각막염이추가로생겼으나다른안 과적합병증은보이지않았다. 퇴원후 4-8주마다기 관내관을교체하며경과관찰하던중, 멜라스증후군으 로진단받고 4년후인 17세에내원전일부터발생한 중증의호흡곤란및심한복부팽만을주소로입원하였 으며, 입원당일심한대사성산증및고혈당성고삼투 성비케톤성혼수 (hyperglycemic hypperosmolar nonketotic coma) 가회복되지않아사망하였다. 고 멜라스증후군은 1984년 Pavlakis 등이처음명명 한사립체근질환의하나이다 4). 사립체의유전자돌연 변이에의하여발생하며, 주로에너지요구량이많은 장기에서먼저증상이나타나서, 골격근, 중추신경계, 심장, 신세뇨관, 췌장등의기능이상을보이게되는데, 보통초기에는정상발달을보일수있으며, 이후성장 지연, 경련, 젖산혈증, 편마비, 편측시야결손, 피질맹 등의뇌졸중양증상이반복된다. 또한, 근육생검조직 trichrome) 에서 ragged red fibers 가관찰되는것이 멜라스증후군의특징적인소견이라할수있다 5,6). 멜라스증후군의원인으로는 A3243G 미토콘드리아 유전자돌연변이가가장흔하게나타나고, 이는전체 멜라스증후군환자의 찰 80% 에해당한다고한다 1,7). 멜 라스증후군의유병률은일본에서 10만명당 0.2명으로 추정되었고 8), 당뇨병, 간질, 뇌졸중등특정한환자군들 을대상으로북부핀란드지역에서시행한연구에서는 이지역의 m.3243a>g 미토콘드리아유전자돌연변이 의유병률이 10만명당 16.3명으로추정되었다 9). 멜라스증후군의증상발현시기및임상양상은매 우다양하여의심하지않으면진단이늦어지는경우가 많다. 18세미만의발병연령을가진 58명의환아로분 석한연구결과에서는평균진단나이가 9.0± 4.7세로 나타났고, 초기증상으로는경련(62%), 저신장(60.3 %), 뇌졸중유사증상(50%), 두통(46.6%), 성장부전 (39.7%) 등이가장빈번하게나타났는데 서는증례 8), 본증례에 1 의경우두통과시야흐림, 경련등이, 증례 2 의경우성장장애, 난청, 시야흐림, 경련등이초기증 상으로나타났다. 이러한다양한임상양상은사립체 의변형고모리- 트리크롬염색(modified Gomori- 유전자의이종조직성 (heteroplasmy) 과역치효과 (threshold effect) 로설명할수있는데 10), 때로는이종조직 성과환자의증상정도가명확한상관관계를보이지않 은경우도있었다 11). 환자들은유년기에반복적인편두 통유사두통과구토등을보일수있다. 멜라스증후군 환자의 99% 에서볼수있는신경학적인증상인뇌졸 중유사발작을보일수있으며, 의식소실, 시야장애,

53 - 최서열외 4 인: 다양한임상경과를보인멜라스증후군 2례 - 청각장애, 반신마비, 경련등다양한중추신경계증상 의형태로나타날수있고, 일반적으로 40대의환자들 에게서발생하지만사춘기환아들에서발현하기도한 다. 이러한뇌졸중유사발작은뇌자기공명영상에서의 허혈성병변이혈관영역과정확히일치하지않는것을 특징으로하며 12,13), 그발병기전으로허혈성 -혈관성 기전 (ischemic vascular mechanism; mitochondrial angiopathy), 신경세포의대사기전(neuronal meta- bolic mechanism; mitochondrial cytopathy), 비허혈 성신경혈관성세포성기전 (non-ischemic neurovascular cellular mechanism; neuronal hyperexcita- bility) 등의세가지이론이제시되고있다 14,15). 멜라스증후군의진단을위해서는자세한병력청취 와신체진찰이선행되어야하고, 의심이되면, 혈액과 뇌척수액으로젖산을측정해보는것이좋다 1,16). 영상 검사로는뇌전산화단층검사에서혈관영역과상관없 이관찰되는저밀도병변, 뇌자기공명영상의 T2 강조 영상에서관찰되는회백질또는피질하백질영역의고 신호강도병변등이진단에도움이된다 13). 그외사립 체유전자검사, 근육생검, 뇌파, 심전도, 근전도및신 경전도검사등이시행될수있다 년 Yatsuga 등 이제시한구체적인진단기준에의하면, 구토를동반 한두통, 경련, 편마비, 편측시야결손, 뇌영상에서관 찰되는국소적인급성병변을 분류 A 의항목으로, 뇌 척수액이나혈액의높은젖산수치, 근생검에서보이는 사립체기능이상, 멜라스와연관된유전자돌연변이를 분류 B 의항목으로하였을때, 분류 A와분류 B에서 각각 2개항목이상을만족할경우를확정적인멜라스 증후군진단으로정의하였다 8). 본증례모두진단기준 에합당한소견을보였는데, 증례 1은구토를동반한 두통과경련이초기증상으로나타났고, 뇌자기공명영 상에서특징적인뇌졸중유사병변을보였으며, 진단시 젖산이 5.7 mmol/l 로의미있게상승하였고멜라스와 연관된유전자돌연변이를보였다. 증례 2 에서도경련, 난청, 시야흐림등이초기증상으로나타났고, 뇌자기 공명영상에서특징적인국소병변을보였으며, 젖산이 8.8 mmol/l 로의미있게상승하였고근육생검결과 ragged red fiber 가다수발견되어멜라스증후군으로 진단할수있었다. 치료는대증적으로이루어지게되며, 다양한계통 ( 신경계, 심혈관계, 내분비계, 눈, 귀등) 과협진을통 해여러장기의침범여부를알아보는것이필요하다 1). 약물적인치료로몇가지가실험적으로시도되었고몇 몇연구에서는임상적으로성공적인결과를얻기도하 였는데, 그예로는코엔자임 Q10, L-아르지닌등이있 다 17,18). 또한다이클로로아세테이트를사용하는것은 피루브산염탈수소효소를활성화시킴으로써혈액내젖 산과피루브산염을감소시키는효과를보이며, 장기적 으로는두통, 복통, 근력저하, 뇌졸중유사증상등의 발생을개선시키는효과를보이지만 19,20), 오히려말초 신경독성을유발할수있기때문에사용을피해야한 다는연구결과도있었다 21). 멜라스증후군환자에서는 경련에대해적극적으로조절해주어야하지만, 발프로 익산(valproic acid) 은사용하지않는것이좋다 22). 멜라스증후군은일반적으로점차적으로진행하며, 때때로재발과완화가반복되는신경학적인증상을나 타내게된다. 증례 1 환아의어머니처럼, 내과적인합 병증에의하여 40대전후로사망하는경우가대부분이 나, 60 대까지생존하는경우도존재한다. 합병증역시 전신적으로발생할수있고, 그예로부정맥이나심부 전과같은심장합병증, 폐색전증, 신부전, 경련또는 의식소실로인한흡인성폐렴, 당뇨병등이있고응급 치료를필요로하는경우가많다. 본증례들처럼멜라스증후군의임상양상은매우 다양하며초기에는비특이적인경우가많으므로관심과 의심을통하여조기진단하는것이매우중요하다고할 수있다. 조기진단, 적절한교육및지지적인치료를 통해임상경과를좋게만들수있도록노력하는것이 예후에중요하다고할수있겠다. 요 멜라스증후군은사립체질환중의하나로서, 증상 발현시기및임상양상이매우다양하여의심하지않 으면진단이늦어지는경우가있을수있다. 연구자들 은임상경과를달리하는두증례를경험하였기에보고 하는바이다. 증례 1 에서는두통과시야흐림, 경련등 이, 증례 2 에서는성장장애, 난청, 시야흐림, 경련등 약

54 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp102~108, 이초기증상으로나타났으며, 증례 1은현재도일상 생활이가능한정상적인활동도를보이는반면에, 증례 2 의경우에는심각한뇌손상을받은후에진단되어예 후가불량하였다. 멜라스증후군의치료는대증적으로 이루어지게되며, 약물적인치료중코엔자임 Q10, L- 아르지닌등을사용하였을때성공적인결과를얻을수 있다. 질환의초기에는비특이적인경우가많음으로관 심과의심을통하여멜라스증후군을조기진단하는것 이매우중요하다고할수있으며, 조기진단과적절한 교육및지지적인치료를통해임상경과를좋게만들 수있도록노력하는것이예후에중요하다고할수있 겠다. 참고문헌 1) El-Hattab AW, Adesina AM, Jones J, Scaglia F. MELAS syndrome: Clinical manifestations, pathogenesis, and treatment options. Mol Genet Metab 2015; 116: ) Bindoff LA, Engelsen BA. Mitochondrial diseases and epilepsy. Epilepsia 2012;4: ) Finsterer J. Cognitive decline as a manifestation of mitochondrial disorders (mitochondrial dementia). J Neurol Sci 2008;272: ) Pavlakis SG, Phillips PC, DiMauro S, De Vivo DC, Rowland LP. Mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis, and stroke like episodes: A distinctive clinical syndrome. Ann Neurol 1984;16: ) Shoffner JM, Lott MT, Lezza AM, Seibel P, Ballinger SW, Wallace DC. Myoclonic epilepsy and ragged-red fiber disease (MERRF) is associated with a mitochondrial DNA trna(lys) mutation. Cell 1990;15;61: ) 박경란, 박혜원, 고태성, 정해일, 양세원, 황용승. MELAS 증후군환아에서발생한인슐린의존성당뇨병 1 례. 소아과 1996;39: ) Goto Y, Nonaka I, Horai S. A mutation in the trna (Leu) (UUR) gene associated with the MELAS subgroup of mitochondrial encephalomyopathies. Nature 1990;348: ) Yatsuga S, Povalko N, Nishioka J, Katayama K, Kakimoto N, Matsuishi T. MELAS: a nationwide prospective cohort study of 96 patients in Japan. Biochim Biophys Acta 2012;1820: ) Majamaa K, Moilanen JS, Uimonen S, Remes AM, Salmela PI, Kärpp ä M, et al. Epidemiology of A3243G, themutation for mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and strokelike episodes: prevalence of the mutation in an adult population, Am J Hum Genet 1998;63: ) 정찬현, 노은, 안창호, 김이경, 임수, 장학철, 등. 제 1형당뇨병이발생하여진단된 MELAS 증후군 1 예. 대한내과학회지 2015;88: ) Mehrazin M, Shanske S, Kaufmann P, Wei Y, Coku J, Engelstad K, et al. Longitudinal changes of mtdna A3243G mutation load and level of functioning in MELAS. Am J Med Genet A 2009;149A: ) Gropman AL. Neuroimaging in mitochondrial disorders. Neurotherapeutics 2013;10: ) Ito H, Mori K, Kagami S. Neuroimaging of strokelike episodes in MELAS. Brain Dev 2011;33: ) Minobe S, Matsuda A, Mitsuhashi T, Ishikawa M, Nishimura Y, Shibata K, et al. Vasodilatation of multiple cerebral arteries in early stage of stroke-like episode with MELAS. J Clin Neurosci 2015;22: ) Iizuka T, Sakai F. Pathophysiology of stroke-like episodes in MELAS: neuron-astrocyte uncoupling in neuronal hyperexcitability. Future Neurol 2010;5: ) Lorenzoni PJ, Werneck LC, Kay CS, Silvado CE, Scola RH. When should MELAS (Mitochondrial myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes) be the diagnosis?. Arq Neuropsiquiatr 2015;73: ) Koga Y, Akita Y, Nishioka J, Yatsuga S, Povalko N, Katayama K, et al. MELAS and L-arginine therapy. Mitochondrion 2007;7: ) Chen RS, Huang CC, Chu NS. Coenzyme Q10 treatment in mitochondrial encephalomyopathies. Eur Neurol 1997;37: ) Saitoh S, Momoi MY, Yamagata T, Mori Y, Imai M. Effects of dichloroacetate in three patients with MELAS. Neurology 1998;50: ) Mori M, Yamagata T, Goto T, Saito S, Momoi MY. Dichloroacetate treatment for mitochondrial cytopathy: long-term effects in MELAS. Brain Dev 2004;26: ) Kaufmann P, Engelstad K, Wei Y, Jhung S, Sano MC, Shungu DC, et al. Dichloroacetate causes toxic neuropathy in MELAS: a randomized, controlled clinical trial. Neurology 2006;66: ) Lin CM, Thajeb P. Valproic acid aggravates epilepsy due to MELAS in a patient with an A3243G mutation of mitochondrial DNA. Metab Brain Dis 2007;22:

55 대한유전성대사질환 : 2016;16(2):109~114 증례 8) 새로운 CPS1 유전자돌연변이에의한신생아형 carbamoyl phosphate synthetase 1 결핍 1례 부산대학교의과대학부산대학교어린이병원소아과학교실 1, 흉부외과교실서울아산병원의학유전학센터 서승현 1 ㆍ김유미ㆍ변신연ㆍ손승국ㆍ김성헌ㆍ김형태ㆍ김구환ㆍ유한욱 A Case of Lethal Neonatal Type Carbamoyl Phosphate Synthetase 1 Deficiency with Novel Mutation of CPS1 Seung-hyun Suh 1, Yoo-Mi Kim 1, Shin Yun Byun 1, Seung Kook Son 1 Seong Heon Kim 1, Hyung Tae Kim 2, Gu-Hwan Kim 3, Han-Wook Yoo 3 Department of Pediatrics 1, Department of Cardiosurgery 2, College of Medicine, Pusan National University Children's Hospital, Yangsan Medical Genetics Center 3, Asan Medical Center Children s Hospital, University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Korea Carbamoyl phosphate synthetase 1 (CPS1) deficiency is an autosomal recessive urea cycle disorder which causes hyperammonemia. CPS1 is the first enzyme step in the urea cycle and almost patients present their symptoms during neonatal period. We report a case of CPS1 deficiency in a boy who developed symptoms including lethargy and seizure at 3 days of age. The ammonia level was up to 2,325 μmol/l, sodium benzoate (250 mg/kg/d) and high calories of both dextrose and lipid was promptly administered. Central access by experienced pediatric surgeon and emergent continuous hemodialysis by pediatric nephrologist was performed within 3 hours and ammonia was less than 100 μmol/l at 5 days of age. Currently, he has showed excellent response to treatments including sca- venging drugs and a low-protein diet. Despite of diffuse increasing signal intensity on cerebral white matters and basal ganglia on brain MRI, his development and weight gain were good at the last followup at 11 months of age. Molecular assay of the CPS1 gene demonstrated that patient had compound heterozygous for c.1529del (p.gly510alafs*5) in exon 14 and c g>c (IVS25(-1)G>C) in intron 25 and exon 26 boundary. The splicing mutation was novel mutation and inherited from patient s mother. Here, we report a neonatal lethal type CPS1 deficiency patient having novel mutation. Key words: Urea cycle disorder, Carbamoyl phosphate synthetase 1 deficiency, CPS1, Hyperammonemia 서 CPS1 결핍(MIM# ) 은 2q35 염색체에존 재하는 CPS1 유전자변이로발생되는상염색체열성 론 책임저자 : 김유미, 경남양산시물금읍범어리부산대학교어린이병원소아청소년과 Tel: 055) , Fax: 055) ymk@pusan.ac.kr 질환으로요소회로대사질환중하나이다 1-3). 요소회 로이상은미국과일본의통계에따르면 35,000-50,000 명의출생아당 1명의빈도를보이며그중 CPS1 결핍은 800,000-1,300,000 명의출생아당 1 명의매우드문유병율을보인다 1,2). Carbamoyl phosphate synthetase 1 (CPS1; MIM# ) 은요 소회로의첫번째효소로 CPS1의완전한결핍을가 진경우신생아시기에빠르게진행하는고암모니아혈

56 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp109~114, 증으로발현한다 4,5). 신생아시기의심한고암모니아혈 증은즉각적인치료를받지않을시심각한뇌손상, 혼 수, 사망에이르기에진단시응급투석과체계적인집 중치료가필요하다 4-6). 저자들은생후 3일째신생아 실에서경련으로발견된고암모니아혈증환아에서응 급투석및집중치료를통해심각한뇌손상을예방하 고새로운 CPS1 돌연변이를발견하여이에대해보고 하는바이다. 증 환아는재태연령 39주 3 일, 출생체중 3,670g, 제왕 절개로분만하여아프가점수 1분 7 점, 5분 8점으로출 생하였다. 산전진찰에서수신증및후부요도판막증 후군의증으로본원신생아실에입원하였고진찰상특 이소견없으며호흡및식이는양호하였다. 생후 3일 에전신강직간대형경련 례 15초간발생후기면상태 의의식저하를보이며심박수, 산소포화도감소하여 신생아중환자실로옮겨기관삽관및기계호흡을적 용하였다. 시행한일반혈액검사는백혈구 30,960/mm 3, 헤모글로빈 12.2 g/dl, 혈소판 146,000/mm 3 이었고 생화학검사에서알라닌전이효소 / 아스파테이트전이효 소 67/26 IU/L, 요소질소 / 크레아티닌 4.3/0.96 mg/dl, 나트륨 144 mm/l, 칼륨 6.2 mm/l, 알부민 3.2 mg/ dl, 칼슘 7.0 mg/dl, 인 9.5 mg/dl, C-반응단백 0.07 mg/dl 이었으며, 동맥혈가스분석은 ph 7.45, pco mmhg, po mmhg, HCO mmol 이었다. 암모니아는 2,146 μmol/l ( 정상범위, <100 μmol/l) 로고암모니아혈증이확인되었다. 혈액 배양검사, 소변배양검사시행하여음성으로확인되 었다. 고암모니아혈증에대하여 sodium phenylbuty- rate, sodium benzoate 각각 250 mg/kg 를비위관을 통해즉시복용하였고대퇴정맥에중심정맥관삽입후 포도당주입속도는 8-10 mg/kg/min 로증량하였다. 흉부외과협진하에투석을위한중심정맥관삽입이 경정맥에이루어졌고지속적신대체요법 (CRRT: continuous renal replacement therapy) 이고암모니아혈 증확인된지 4 시간만에시작되었다. 지속적신대체 요법 12시간에암모니아는 858 μmol/l 로감소되었으 나심한혈압강하로 dopamine, dobutamine, epine- phrine 등의심근수축제사용이필요하였고총 2일간 지속하여생후 5일째암모니아 114 μmol/l 로감소하 여지속적신대체요법은중단하여경구약물요법 (sodium benzoate 250 mg/kg/d, sodium phenylbutyrate 250 mg/kg/d, arginine 150 mg/kg/d) 으로 변경하였고저단백식이는금식 부터시작하여서서히 아는 48시간에 0.25 g/kg/d 1.5 g/kg/d 로증량하였고암모니 100 μmol/l 미만으로유지되었다. 고암모니아혈 증발생시시행한혈장아미노산분석결과는글루타 민 2,861 μmol/l ( 정상범위, 246-1,182), 알라닌 2,385.4 μmol/l ( 정상범위, ) 로높았고시 트룰린 7.3 μmol/l ( 정상범위, 10-45) 로감소, 아르 기닌 43.6 μmol/l ( 정상범위, 6-140) 로정상이었다 (Table 1). 소변 orotic acid는 0.61 mmol/mmolcr ( 정상범위, ) 로정상이었다. CPS1 결핍증을 분자유전학적으로확진하기위해보호자동의하에말 초혈액에서채취한 DNA를중합효소연쇄반응을시행 후 CPS1 유전자의 38개 exon 및 exon-intron boun- dary 의염기서열을분석하였고 exon 14에서 c.1529 del (p.gly510alafs*5) 과 intron25-exon26 boun- dary에서 c g>c (IVS25(-)G>C) 돌연변이 를각각확인하였다 (Fig. 1). c g>c (IVS25 (-)G>C) 변이는이전에보고된적이없는새로운돌 연변이였다. 부모유전자분석을시행하였고 c.1529 del 변이는아버지로부터유래하였고, c g>c 변이는어머니가가진것을확인하였다. 생후 17일에고암모니아혈증의재발없이약물과저 단백식이 (1.5 g/kg/d) 를모두경구수유가능하여퇴원 하였다. 이후외래추적중생후 3개월경에 Escherechia coli 요로감염을동반, 고암모니아혈증 (111 μmol/ L) 발생으로 7일간항생제치료및입원치료를시행하 였고역류검사에서양측방광요도역류 되어예방적항생제복용하며생후 4단계로확인 6개월에양측방광 요도역류에대해교정술을시행받았다. 생후 6개월에 시행한덴버발달검사에서조대운동, 미세운동각각 5 개월수준으로경도지연외에는정상범위를보였다. 생후 8개월에시행한뇌자기공명영상에서는기저핵과 뇌백질에 T2에서고신호강도소견이관찰되었으나

57 - 서승현외 7 인: 새로운 CPS1 유전자돌연변이에의한신생아형 carbamoyl phosphate synthetase 1 결핍 1례 - 뇌실확장이나그외뚜렷한이상소견은관찰되지않 았다(Fig. 2). 현재생후 10개월에체중 8.9 kg (25 백분위수 ), 신장 67.2 cm (3 백분위수 ), 머리둘레 42.2 cm (3 백분위수 ) 이었고부모중간키는 168 cm (10-25 백분위수 ) 이었다. 외래에서추적한최근혈액 검사는암모니아 24 μmol/l ( 정상범위, <60 μmol/l), 알라닌아미노전이효소 / 아스파테이트아미노전이효소 52/35 IU/L, 요소질소 / 크레아티닌 3.2/0.36 mg/dl, 혈장아미노산분석은글루타민 μmol/l, 아르기 닌 99.4 μmol/l, 이소루신 52.5 μmol/l, 루신 99.2 μmol/l, 발린 μmol/l 로치료범위내에안정적 인경과를보이고있으며 (Table 1) 대운동지연에대 Fig. 1. A partial sequencing of CPS1 in patient showing compound heterozygous for c.1529del (plgly 510Alafs*5) in exon 14 and c g>c (IVS25(-1)G>C) in intron 25 and exon 26 boundary (A). Segregation analysis demonstrates each mutation inherited from patient s parent (B). Table 1. Change of Biochemical Finding and Growth Parameter in Patient with Carbamoylphosphate Synthetase (CPS) 1 Deficiency Parameter (unit, reference range) At diagnosis (3 rd days of age) At latest visit (10 months of age) Ammonia ( μmol/l, <100) Citrulline ( μmol/l, 10-45) Arginine ( μmol/l, 6-140) Glutamine ( μmol/l, 246-1,182) Alanine ( μmol/l, ) Valine ( μmol/l, ) Isoleucine( μmol/l, 26-91) Leucine ( μmol/l, ) Urine orotic acid (mmol/mol Cr, ) Height (cm) Weight (kg) Head circumference (cm) 2, ,861 2, (50-75 th percentile) 3.5 (25-50 th percentile) 35 (10-25 th percentile) Not done 67.2 (3 rd percentile) 8.9 (25 th percentile) 42.2 (3 rd percentile)

58 - 대한유전성대사질환 : 제 16권제 2 호, pp109~114, 해재활치료유지중이다. 환아 7개월에부모의두번 째임신이확인되어임신 10주에융모막검사를통해 CPS1 유전자분석을시행하였고정상결과를확인하 였다. Fig. 2. A axial T2-image of brain magnetic resonance image (MRI) of patient with carbamoylphosphate synthetase 1 (CPS1) deficiency showing increasing signal intensity diffusely on bilateral cerebral white matter, basal ganglia and thalamus. 고 CPS 1 결핍증에서발견된돌연변이에대한분석은 현재 찰 220여개가알려져있으며대부분점돌연변이 (~61%) 가차지하는데반해, 결실(~14%), 중복(~7 %), nonsense (~7%), 삽입/ 결실(indel) (~2%) 은드 물다 3,4,7). 본증례의 CPS1 결핍증환아는 CPS1 유전 자는 이인 c.1529del (p.gly510alafs*5) 와새로운돌연변 c g>c (IVS25(-1)G>C) 로심한 frame shift, splicing 돌연변이를보유해신생아형고암모니 아혈증으로발현한것으로여겨진다. 요소회로대사이 상은효소활성도의잔존유무에따라증상의발생시 기를신생아기와후기로나눌수있는데신생아기에서 요소회로질환의증상은주로의식저하, 저체온증, 근긴장저하, 경련, 구토등으로생후 4일내에 56%, 생후 1주내에 67% 에서발생한다 5-9). 요소회로의상 위단계효소인 CPS1 결핍이나 ornithine transcarbamylase (OTC) deficiency 의경우정상또는낮은 citrulline 수치를보이기에탄뎀매스(tandem MS/MS) 를이용한신생아선별검사에서찾아내지못하고상당 수가생후 1주내에급격히증상이발생하기에수유곤 란, 구토, 기면, 경련등의신경학적증상을보이는신 생아에서요소회로대사이상질환에서의심하고암모 Fig. 3. Clinical course and serum ammonia levels of the patient with carbamoylphosphate synthetase 1 (CPS1) deficiency in acute phase and chronic phase