영남의대학술지제24권제2호 Yeungnam Univ. J. of Med. Vol.24 No.2 p322-328, Dec. 2007 증례 분자유전학적검사로진단된 Ornithine Transcarbamylase Deficiency 1 예 이은실 영남대학교의과대학소아과학교실 A Case of Molecular Diagnosis of Ornithine Transcarbamylase Deficiency Eun-Sil Lee Department of Pediatrics, College of Medicine, Yeungnam University, Daegu, Korea -Abstract- Ornithine transcarbamylase (OTC) deficiency is the most common inborn error of urea cycle metabolism; it is inherited in an X-linked manner. The OTC catalyzes the third step of the urea cycle, the conversion of ornithine and carbamyl phosphate to citrulline. Deficiency of OTC leads to the accumulation of ammonia, causing neurological deficits. In most affected hemizygote males, OTC deficiency manifests as hyperammonemic coma that often leads to death in the newborn period, and those who recover from the coma may be neurologically impaired due to the sequelae of the hyperammonemic encephalopathy. In some, late-onset manifestations develop. We report a male neonate with early onset OT deficiency that had apnea and was comatous. On mutation analysis using DNA sequencing after polymerase chain reaction (PCR) amplification of the 10 exons, deletions of 10 bases in codon 285, causing a frame shift was detected in exon 8. The mother and a sister were diagnosed as female carriers. Therefore, genetic counseling and the risk assessment could be provided to the family. 1) Key Words: Ornithine transcarbamylase deficiency, Heterozygote male, Mutation analysis 책임저자 : 이은실, 대구광역시남구대명5동 317-1, 영남대학교의과대학소아과학교실 Tel: (053) 620-3534, Fax: (053) 629-2252, E-mail: les2055@ynu.ac.kr 322
- 분자유전학적검사로진단된 Ornithine transcarbamylase deficiency 1 예 - 서론요소회로 (urea cycle) 는단백섭취나다른물질이대사되면서형성된독성이있는질소를독성이없고수용성인요소 (urea) 로만들어우리몸으로부터제거하는유일한경로이며, 필수아미노산인 arginine을생합성하고분해하는중요한역할을한다. 1) 요소회로효소병 (urea cycle enzymopathy) 을일으키는결핍효소에는 carbamyl phosphate synthetase, Ornithine transcarbamylase(otc), arginosuccinate synthetase, arginosuccinate lyase, arginase 등이있다. 일본에서의요소회로효소병의빈도는출생아 46,000명당 1명이며, 2) 그중에서, Ornithine transcarbamylase deficiency(otcd) 가가장흔하며, 3-5) 이는 80,000명당 1명꼴로발생한다. 6) OTC는요소회로의 3번째단계인 ornithine 과 carbamyl phosphate 가 citrulline으로대사되는데필요한효소이며, 이효소가부족하면암모니아의축적되어신경학적으로치명적으로작용한다. OTCD는 X-연관성열성유전형태를취하며, 전형적인경우에서는반접합체 (hemizygote) 인남아가출생후수일이내에고암모니아혈증을보이며의식변화가생기는데만약진단이늦어적절한치료를하지않으면치명률이 80% 이상이며, 생존하는경우에도고암모니아뇌증의후유증으로인해정신운동발달장애를동반하게된다. 지발형인경우에는부분적인효소활성이남아있는경우로임상양상이덜심하게나타나며그정도는다양하다. OTCD의확진은 OTC의결핍을증명하는것이나이효소는간조직에주로존재하기때문에생존아에서효소의활성도를직접측정하기는어려워혈청및소변의아미노산분석 으로간접적으로진단해왔다. 그러나 OTC 유전자가 1984년 Horwich 등 6) 에의해 cloning 되었고, 1988년 Hata 등 7, 8) 에의해 genomic DNA의구조가 73 kb이고 10개의 exon과 9개의 intron 으로구성되어있다는것이알려지면서현재는분자유전학적진단이가능하게되었다. 본저자는전형적인 OTC 환아로서 OTC 유전자의결함을알아내고환아의어머니와누나가보인자임을진단하여유전상담이가능했던증례를보고하고자한다. 증례환아 : 생후 4일, 남아주소 : 자발호흡과의식소실주산기병력및가족력 : 특별한주산기병력도없었고특이한가족력도없었다. 환아의누나 1명이건강하게자라고있었다. 현병력 : 재태기간 39주 6일에정상질식분만된남아로 Apgar 점수는 1분에 8점, 5분에 10 점이었다. 출생후첫째날과둘째날은잘지내다 3일째부터수유곤란과기면, 끙끙거림이관찰되었고내원당일은자발호흡이약해지고의식혼미가나타나기관지삽관후전원되었다. 전원도중자발호흡은없어졌으며의식은혼수상태가되어양압환기를하는상태로입원하였다. 이학적소견 : 입원당시체중은 2,790 g (10~25 백분위수 ), 신장은 50 cm (25~50 백분위수 ), 두위는 32.8 cm (25~50 백분위수 ), 흉위는 32 cm (25~50 백분위수 ) 였다. 활력징후로혈압은 26/13 mmhg, 맥박수 40회 / 분, 자발호흡은없는상태였다. 환아는외견상기형은없었고전반적인상태는매우위중하였고창백해보였다. 두 323
- 이은실 - 경부나흉부진찰에서는이상소견은없었고복부에서는만져지는장기나종물은없었다. 신경학적검사에서는혼수상태였고근육긴장도는심하게감소되어있었동공반사는미미하였고정상반사들도나타나지않았다. 검사소견 : 입원당시말초혈액검사에서는백혈구는 10,900/mm 3 ( 호중구 66%, 림프구 34%), 혈색소는 12.1 g/dl, 혈소판은 126,100/mm 3 이었다. 동맥혈가스분석에서 ph 7.191 PaCO 2 25.6 mmhg, PaO 2 52 mmhg, Base excess -16.8 이었다. 혈청나트륨과칼륨은 105/6.3 meq/l, 혈당 320 mg/dl, Blood urea nitrogen(bun)/ Creatinine 3.7/1.4 mg/dl, glutamic oxaloacetic transaminase(got)/glutamic pyruvic transaminase(gpt) 122/39 mg/dl였다. 암모니아치는 1,845 mg/dl이었고, 혈장에는 citrulline은관찰되지않았고소변에서는 orotic acid가증가되어있었으며 lactic acid, pyruvic acid, 3-hydroxybutyric acid, acetoacetic acid도증가되어있었다. OTC 유전자의돌연변이여부를조사하기위해 10개의 exon을각각중합효 소연쇄반응을시행하여 SSPS 분석을하여대조군과상이한 exon 중 8번의염기서열분석을하여 exon 8의 coding sequence 중 10개의염기가결실된것이관찰되었다 (Fig. 1). 10 개의염기의결실에의한돌연변이로인해 frame shift 돌연변이가야기되면서 285번째 codon이종결 codon이되어나머지 exon 9, 10에해당되는아미노산의합성이저해되는것이다. 이환아의엄마와누나, 그리고 2명의이모에대해서도발견된돌연변이에관한검사를시행하여엄마와누나가보인자임을진단하였다 (Fig. 2). 임상경과및치료입원당일고암모니아혈증을치료하기위해복막투석을시행하였고역시암모니아배설을촉진시키기위해 sodium benzoate (250 mg/kg/day) 을정맥주사하였다. 입원제 2병일에는암모니아가 365 mg/dl로감소하였고의식상태도약간씩호전을보였다. 입원제 3 병일에는의식상태가반혼수상태로호전을보였고자발호흡이가능하였다. 혈장암모니아가 1 2 3 ATAAGCATGG Fig. 1. Identification of the mutation in exon 7, 8 of the OTC gene in patient by PCR products (lane 1 : DNA marker -500, 400, 300 bp, Lane 2, 3 : PCR product for OTC exon 7 & 8 of normal control and patient, respectively) (left) and 10 bp deletion sequence of OTC gene (right). 324
- 분자유전학적검사로진단된 Ornithine transcarbamylase deficiency 1 예 - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Fig. 2. Identification of the mutation (heterozygote type) in exon 8 of the OTC gene. Lane 1-6; the first and nested PCR products of normal control, patient, mother, older sister, maternal aunt 1, maternal aunt 2, respectively. Lane 7 is a DNA marker - 100 bp ladder. Lane 8-13; NlaIII-digested products from the first PCR products of normal control, patient, mother, older sister, maternal aunt 1, maternal aunt 2. Lane 3, 4 and 10, 11 were seen with heteroduplex effect. 150 mg/dl로감소하였으며복막투석은지속하였다. 입원제 5병일에는혈장암모니아가 100~200 mg/dl로유지되어복막투석은중단하였다. 입원제 6병일에는의식이명료해졌으며, 요소회로대사질환이있는환아에게필수아미노산공급을위해만들어진 UCD formula R ( 매일유업 ) 으로수유를시작하였고 L-carnitine 150 mg/kg/day, arginine 200 mg/day 을투여하였다. 입원제 22병일에는수유곤란과구토가발생하였으며자발호흡이약해지면서혈장 암모니아가 1,300 mg/dl으로급격히증가하여다시복막투석을시작하였다. 4일간복막투석을시행한후암모니아치의감소로투석을중단하였으며이후 sodium benzoate, carnitine, arginine을경구복용하고특수분유를수유하면서제 45병일째퇴원하였다. 이후바이러스감염과동반되어고암모니아혈증이간헐적으로있어오다가생후 4개월째호흡기감염증상이있으면서갑작스런의식소실후사망하였다. 325
- 이은실 - 고 Ornithine transcarbamylase 결손증 (OTCD) 은요소회로이상을일으키는 5가지질환중에서는가장많은빈도를보이는질환으로, 전체요소회로장애중에서 61% 를차지한다. 6) OTC 는요소회로의두번째효소로, 사립체내에존재하여 carbamylphosphate와 ornithine 의결합을촉매하여 citrulline을형성하는데관여하며, OTC 유전자는 X 염색체의단완 (Xp21) 에위치하므로 9) OTCD을일으키는질환중유일하게 X-연관성유전형식을취한다. 이효소부족에의해 OTCD에이환된남아의경우증상의발현시기가여아보다더빠르고심한경과를보인다. 3-5) 반접합자 (hemizygote) 인남아는대개신생아기부터치명적이고난치성인고암모니아혈증의전형적인경과를취하게되는데, 보통수유후 24~48 시간후에기면, 구토를보이고저체온증, 무호흡, 경련등패혈증유사소견을보이며혼수에이르러사망하게 2, 10) 된다. 하지만최근남아에서도효소의부분결핍으로인해증상이경하고발현시기도늦은경우가보고되고있다. 11) 부분적인효소활성이남아있어증상이늦게나타나는지발형인경우에도고단백식이나감염, 스트레스, 외상등과관련되어증상이발현되는경우가많다. OTCD로진단된경우의 60% 정도가 1개월 2, 12) 이상의유아나소아기에진단된다고한다. 본증례는이전의가족에서대사질환을의심할만한가족력은없는상태로생후 72시간경에의식소실과무호흡증상이발생한것과심한고암모니아혈증소견이발견되어초기부터요소회로효소병임을강력하게의심하였다. 이질환의진단은의료진들이환자를본후 찰 먼저이질환을염두에두는것이가장중요하다. 뚜렷한감염의원인없이패혈증소견을나타내는신생아나어느연령에서든지설명할수없는간헐적인구토와신경학적이상, 운동실조등을나타내는경우에는대사질환의가능성을염두에두고혈장암모니아를검사해야 13, 14) 한다. 신생아시기에앞서말한증상을나타내면서고암모니아혈증을나타내는질환이몇가지있어혈장의아미노산과소변의유기산분석을시행하여이들질환과감별해야한다. 3-5) 생화학검사에서는고암모니아, 고글루타민, 저아르기닌, 저시트룰린혈증과요중 orotic acid의배설증가를특징으로한다. OTC 유전자는간과장의점막에서만발현되므로사실이질환의확진은간조직에서 OTC의활성도를측정하는것이다. 신생아기에심한증상이발현된경우의 OTC 활성도는정상의 1% 미만이나지발형인경우에는 OTC의활성도가다양하여진단이애매해지는경우가많아서 2) 최근에는 OTC 유전자의 DNA를직접분석하여돌연변이를확인하는방법이이루어지고있다. 본환아에서는전형적인생화학소견을보여 OTCD로진단하는데어려움은없었으나, 유전자돌연변이를확인하였다. 유전자의돌연변이를확인하게되면다음아기를갖게되는경우산전진단을함으로써출생후즉시진단과치료를함으로써고암모니아혈증으로인한뇌증을사전에예방할수있다. OTCD는유전학적으로이질적인질환으로 OTC 유전자에대해유전자결실, 점상돌연변이등이많이밝혀져있으며신생아기에증상이발현된남아의경우 15% 가유전자결실에의한것이며 nonsense mutation 이여아에비해많이발견된다. 7) 이환아의유전자분석에서는 326
- 분자유전학적검사로진단된 Ornithine transcarbamylase deficiency 1 예 - 결실에의한것으로진단되었고엄마와누나가보인자임을진단하였기때문에다음임신시융모막세포나양막세포를이용한 DNA 분석에의한산전진단이이루어질수있을것이다. 산전에진단된환아가분만되면즉시치료를시작하여고암모니아에의한뇌증을예방하여장기적인신경발달에관한예후를향상시킬수있다. 요소회로효소병의치료목표는고암모니아혈증이나고글루타민혈증에의한뇌손상을막으면서성장과발달에필요한에너지와단백질과필수아미노산등을충분히공급하는데있다. 2) 그리고암모니아의축적을막기위한저단백식이와암모니아의배설을증가시키기위한약물을사용하는데이러한약물은안식향산, phenylbutyrate, phenylacetate가있으며, 필수아미노산인 arginine의보충이치료의핵심이된다. 특히증상이심한신생아의경우에는이러한약물들을정맥으로투여하고투석을시행하는등적극적인조치로최대한독성물질의빠른배출을원칙으로한다. 그러나병이잘조절이되고있는환아라하더라도감염이나스트레스, 외상을입거나고단백식이를하는경우급작스런증상의재발이일어나게되어치료에어려움이있고, 최근에국내에서도신생아기에발현한심한환아에게간이식을시행하여좋은결과를얻고있다. 9) 신생아기에심한증상이있었던 OTCD 환아들은사망하거나생존하는경우에도심한신 3-5, 12) 경학적후유증을가지게되므로, 유전자검사를통해결함된유전자를인지하여산전진단을통한예방이필수적이다. 그리고최근한국인의 OTCD의유전학적결함에따라표현형도다르게나타남이보고되고있어 15) 향후 임상증상의다양성도유전자의결함형태에따라달리보고될것이다. 본증례도결국환아는사망을하였으나그환아를통해분자유전학적검사를통해결함된유전자를찾아가족들에게다음임신의계획을세우고이환된신생아의출생후즉각적인조치를시행할수있도록유전상담을할수있게되었다. 참고문헌 1. Brusilow SW, Horwich AL. Urea cycle enzymes. In: Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, editors. The metabolic and molecular bases of Inherited disease. 8th ed. New York: McGraw- Hill; 2001. p. 1909-63. 2. Horwich AL, Fenton WA, Williams KR, Kalousek F, Kraus JP, Doolittle RF, et al. Structure and expression of a complementary DNA for the nuclear coded precursor of human mitochondrial ornithine transcarbamylase. Science 1984 Jun 8;224(4653):1068-74. 3. Wilcox WR, Cederbaum SD. Amino acid metabolism. In: Rimom DL, Conner JM, Pyeritz RE, Korf BR, editors. Principle and practice of medical genetics. 4th ed. New York: Churchill Livingstone; 2002. p.2429-35. 4. Rezani I. Urea cycle and hyperammonemia. In: Kliegman RM, Behrman RE, Jenson HB, Stanton BF, editors. Nelson textbook of Pediatrics. 18th ed. Philadelphia: WB Sounders Co.; 2007. p.555-612. 5. Summar M, Tuchman M. Proceedings of a consensus conference for the management of patients with urea cycle disorders. J Pediatr 2001 Jan 138(Suppl 1):S6-10. 6. Nagata N, Matsuda I, Oyanagi K. Estimated frequency of urea cycle enzymopathies in 327
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