항결핵제의최신지견 종설 결핵연구원류우진 The Up-to-date of Anti-Tuberculosis Treatment Lew Woo-Jin Korean lnstitute of Tuberculosis 1. 서론 1970년대에 rifampicin (RFP) 과 pyrazinamide (P- ZA) 이초치료처방에포함되면서치료기간이 6개월까지단축시킬수있었으나, 그후 30여년이지난오늘날까지균양성폐결핵환자의치료기간을더욱짧게단축시킬수있는새로운약제들이개발되지않고있다. 제약회사들이새로운항결핵제개발에관심을덜갖는주된이유는, 기존의항결핵제들만으로도결핵을완치시킬수있으며또한새로운약제의개발로얻을수있는이득이크지않다고생각하기때문이다. 이러한이유외에도결핵균의멸균적치료를방해하는휴면상태로서수년혹은수십년간존재할수있는결핵균의복잡한대사기전에대한지식부족도이문제를해결할수있는새로운화합물질을찾는데어려움을주고있다. 그럼에도불구하고오늘날새로운항결핵제의개발이필요한이유는다음과같이세가지가있다 1. 첫째, 과거에비하여치료기간이 6개월로단축되긴하였지만아직도 6개월이라는기간은환자의불순응 (nonadherence) 이치료결과에영향을줄정도로긴시간이다. 환자의불순응문제의해결책으로직접감독치료 (DOT: Directly Observed Therapy) 를널리권하고있지만, DOT를모든결핵환자에게적용하기에는행정적, 비용적부담이너무크다는걸림돌이있다둘째, 오늘날심각한문제가되고있는다제내성 Address for correspondence : Woojin Lew, M.D., Korean Institute of Tuberculosis 14 Woomyundong, Sochogu, Seoul 137-900, Korea Phone : +82-2-572-0709 Fax : +82-2-573-1914 E-mail : wjlew@hanmail.net 결핵을치료하기위해서는상대적으로덜효과적이고더부작용이많고더비싼소위 2차항결핵제로최소 18-24개월동안장기간치료를해야만한다. 따라서다제내성결핵의치료효율을향상시킬수있는새로운약제개발이절실하다. 마지막으로, 결핵퇴치전략 (elimination strategy) 을위하여잠복결핵을치료할수있는보다효과적이고부작용이적고단기간동안사용할수있는새로운약제의개발도요구되고있다. 희소식은최근에결핵균의 DNA 염기서열이밝혀지면서새로운약제의표적을찾을수있는가능성이열린것이다 2. 본종설에서는표1에나열된약제들중미래의결핵약제로서의가능성은거론되고있으나아직은결핵약제로서의치료효과가검증되지않은새로운약제들과, 결핵균에대한숙주의면역반응을강화하거나반대로면역매개염증반응을하향조절하여결핵의완치를촉진하면서또한조직의손상을줄이고증상도호전시키고자시도된일부면역치료제등을중심으로간략하게살펴보고자한다. 2. 새로운약제 1) Rifamycin rifamycin 계의대표적인약제는 rifampicin으로 1966년에임상에처음으로사용되기시작하면서결핵치료에획기적인발전을가져왔다. 같은계통의약제인 rifabutin (ansamycin) 이 1982년에미국에서소개되면서임상에서사용되기시작하였는데, 현재는주로 HIV양성인결핵환자에서항레트로바이러스약제와의상호작용으로 rifampicin을사용할수없는환자에서대신사용되고있다. 270
Tuberculosis and Respiratory Diseases Vol. 60. No. 3, Mar. 2006 rifampicin에내성을보이는결핵환자의치료에 rifabutin을사용해도치료성적이좋지않는데, 그이유는결핵균이 RNA- 중합효소염색체의돌연변이를통하여내성을획득하는데, 이내성이 rifamycin 계통의모든약제들에게도전달되기때문이다. 그러나약 10% 정도의결핵균에서는 rifampicin에는내성이나 rifabutin에는내성을보이지않는데 3, 우리나라의조사결과는약 20% 정도내외를보이고있어 4 제한적이지만일부다제내성환자에서는 rifabutin을사용할수도있을가능성이있다. rifapentine은 1998년에미국식품의약청에서허가를받았으며, 약동학적으로 rifampicin과 rifabutin에비하여혈청최대농도 (Cmax) 가가장높고, 최소발육저지농도 (MICS) 가가장낮고, 혈청반감기가가장길어 DOT를위한주1회간헐요법에가장널리사용되고있다 5. 2) Fluoroquinolones 이약제들은일반적인광범위항생제로개발되었지만, 오늘날다제내성결핵환자의치료처방에주사제와함께필수적인약제로까지간주될정도로그항결핵작용이널리알려져이제는 2차항결핵약제로당당히포함되게되었다 6. 한편 ofloxacin을 1차항결핵제로사용하여치료기간을단축시켜보려는연구가시도되었는데, 이약제를기존의 isoniazid, rifampicin, pyrazinamide와함께 3개월의집중치료기를거친후 isoniazid와 rifampicin만의 1 혹은 2개월의유지치료기, 즉전체치료기간을 4 혹은 5개월로했을때 2년재발율이각각 4% 와 2% 라는보고가있어치료기간단축의가능성을보여주었다 7. 이약제들은결핵균의 DNA gyrase 라는유전자전사와복제에관여하는효소를억제하여항결핵제로서의작용을나타내며, 약제내성을보이는주기전은 DNA gyrase의 subunit A (gyra) 의돌연변이가약물의작용을방해하기때문이다 8. 항결핵제로서의임상경험은 ofloxacin과 ciprofloxacin 약제가가장많이축적되었는데, ciproflo xacin의조기살균력은 isoniazid 만큼현저하지못하며 ofloxacin보다도낮은것으로알려져있다. levofloxacin, moxifloxacin, 그리고 gatifloxacin은시험관내에서나생체내에서항결핵제로서탁월한효과를보이고있으며, 그동안의축적된임상경험에근거하여 levofloxacin 약제는장기간의사용에도안전성을보여항결핵제로서우선적으로추천되고있다 5. 최근연구에의하면 moxifloxacin 의조기살균력은 isoniazid와큰차이가없으며전반적인항결핵제로서의작용은 rifampicin에버금간다고한다 9. 그러나 fluoroquinolones 은여러호흡기병원체특히지역사회획득폐렴의치료에도널리사용되는항생제이고동시에결핵환자에서도 fluoroquinolones 단독치료에도불과 3일만에도빠른임상호전을보일수있기때문에결핵을폐렴으로오진할위험성이있다. 이는곧결핵의늦은진단과항생제의내성으로이어져결핵의유병률과사망률을높일수있으며, 또한항결핵제로서의 fluoroquinolones 약제의유용성이제한될수있다. 이를어느정도예방할수있는방법으로폐렴을의심하여치료를시작할때는치료전에반드시결핵균검사및약제감수성검사도시행하도록권하고있다 10. 표 1. 항결핵약제 Isoniazid Rifampicin Pyrazinamide Ethambutol Streptomycin 1 차결핵약제 2 차결핵약제새로운약제 PAS Prothionamide/ Ethionamide Cycloserine Kanamycin/ Amikacin Capreomycin Ofloxacin/ Levofloxacin Clofazimine Amoxicillin/clavulanic acid Clarithromycin/Azithromycin Rifabutin/ Rifapentine Oxazolidinone: - PNU-100480 (eperezolid) - PNU-100766 (linezolid) Nitroimidazopyrans: - PA-824 271
WJ Lew : The up-to-date of anti-tuberculosis treatment 3) Oxazolidinones 이약제는세균의 50S 리보솜과결합하여단백질합성을억제하여항균작용을나타내는항생제로 linezolid와 eperezolid 약제가개발되어있다. 새로운 oxazolidinone인 PNU-100480은결핵균에대한항균력이 isoniazid 및 rifampicin과비슷하다고알려져있으며, eperezolid는결핵균에항균력이거의없지만 linezolid은결핵균에어느정도의항균력이있는것으로알려져있다. 우리나라에서 1차및 2차항결핵약제의치료에도실패한소위만성배균자들을대상으로 linezolid 를포함한처방으로치료를시도하고있는데아직자료가매우제한적이긴하지만도말검사, 흉부엑스선그리고임상상이호전을보이고있다고한다 11. 미래에이계통의항생제에서결핵균에대한항균력이있는항생제가개발되기를희망하고있다. 4) Nitromidazopyrans 과거결핵약제로서의가능성에관하여많은연구가이루어졌던 nitroimidazoles 와관련있는약제이며, 특히 PA-824의항결핵력에대한새로운작용기전과 isoniazid와동등한정도의살균력이있음이알려졌다 12. 게다가증식하지않는균에도항균력이있는것처럼보여치료기간을단축시킬수있는강력한멸균제로서의가능성까지있다. 5) Clofazimine 이약제는나병치료제로 1962년부터사용되고있다. 시험관내에서는배지의 ph에따라 MICs 0.1-10μ g/ml 범위에서항결핵력을가지고있다. 쥐와 guinea pig 결핵치료에서는효과가있었지만 rhesus monkey 시험에서는효과가없었다. 이러한차이는균종간의최고혈청농도의차이에기인하지않나생각하고있다. 사람에서의항결핵력의효과는좀더평가가필요하다. 6) Macrolides Clarithromycin은생체내와시험관내에서 MICs 2 μg/ml 미만으로 M. kansasii, M. fortuitum, M. chelonae, M. leprae, 그리고 M. avium complex 에효 과가있으며, 특히 AIDS환자의파종성 M. avium complex 감염의치료에효과가좋다. 결핵치료제로서는추천되지않고있지만 2차항결핵약제가충분치않은상태에서시도되고있다 6. Azithromycin과 roxithromycin도비슷하다. 7) Beta-Lactams Amoxicillin/clavulanate 는시험관내에서는결핵균에항균력이있다고보고되었으나쥐실험에서는임상적효과가증명되지못했다. 이약제도 2차항결핵약제가충분치않은상태에서보조적인약제로시도되고있다 6. 3. 면역요법 (immunotherapy) 일반적으로결핵균항원에대한숙주의면역반응은두가지종류가있는것으로알려져있다 : 하나는격렬하게염증반응을일으키면서조직파괴를초래하는데관여하고있는소위 조직파괴면역반응 (tissue-damaging immune response) 이라고도불리우는지연과민 (delayed-type hypersensitivity: DTH) 반응이고, 다른하나는염증반응을덜일으키면서결핵균의증식과생존을억제하는데관여하는소위 ' 획득세포저항 (acquired cellular resistance)' 이라고도불리우는세포매개면역 (cell-mediated immunity: C- MI) 반응이다. 따라서면역요법을시도하는기본목적은이와같은두종류의면역반응을조절하여, 즉 CMI를증강시켜결핵의완치를촉진하고, 다른한편으로는 DTH를하향조절하여조직의손상을최대한방지함과동시에환자의증상을호전시키는데있다 13. 1) 면역증강요법숙주의면역반응을증강시켜치료효과를기대하는치료의대표적인것이사이토카인요법이다. 단독으로시행하기보다는항결핵제를투여하면서보조적인면역증강효과를기대하면서병용투여하는것이보통이며대상이되는사이토카인은당연히 Th1 경로에관여하는사이토카인들이다 14. 272
Tuberculosis and Respiratory Diseases Vol. 60. No. 3, Mar. 2006 (1) Interferon-γ(IFN-γ) 다제내성결핵환자들을대상으로흡입혹은피하로주입하여일시적인균음전과방사선학적인호전등이있었다는보고들이있으나 15-7, 결론적으로결핵을완치시킬수있는치료방법이라기보다는제한적이나마환자를호전시킬수있는보조적인요법으로서는유용한것으로인정되고있다. (2) Interferon-α(IFN-α) 많은연구가 IFN-γ 에관심을두고있지만 IFN-α 에관한연구도있다. 이연구결과에의하면객담내균수의감소와방사선학적병변의호전이빠르게나타나고증상 ( 발열 ) 도빠르게좋아져 IFN-α 도 IFN-γ 에못지않게부작용도많지않으면서특히 TH1 경로에서 T세포기능을증강시킨다는것을보여주었다 18. (3) Mycobacterium vaccae: 이비결핵성미코박테륨의항원은결핵균과는달리숙주의 Th1 경로의면역반응을주로일으키거나또는활동성결핵으로인한 Th2 경로의면역반응을 Th1으로전환시킨다는고유의면역학적특성을이용하여보다더세포면역의방어적면역반응을증강시켜서결핵치료의효과를꾀하는방법이다. 약제감수성결핵환자에서항결핵약제와 M. vaccae를함께접종하여숙주의면역반응을증강시켜특히반휴면상태로있는결핵지속균 (persisters) 을조기에멸균시켜치료기간을단축시켜보려는시도도있었으며, 일부연구자에서는균음전과방사선학적인병변의호전시기를단축시켰다는보고도있었으나임상대조시험에서는이치료법의효과를증명하지못했다 19. (4) 기타상기이외에 Interleukin-12, Granulocyte-Macrophage Colony-Stimulating Factor (GM-CSF), Transfer Factor (TF). Inhibitors of Transforming Growth Factor-β(TGF-β) 등도면역증강효과로미코박테리아에대한항균력이있는지에대한연구들이시행되고있다. 2) 면역하향조절요법결핵균은다른병원성세균과는달리내독소, 외독소, 혹은파괴성효소를분비하기보다는세포내로침범하여집요하게증식하기때문에이러한균자체를제거하기위한숙주의방어기전이균이침범한조직의파괴로나타나게된다. 이러한면역반응으로인하여조직이나장기가손상되면서고열, 심한발한, 탈진, 식욕부진, 그리고체중감소등의증상들이나타난다. 이러한증상등을완화시키는요법들에관하여간략하게살펴본다. (1) Thalidomide 이약을복용한임산부의태아에서단지증이나팔다리변형을초래하는것으로악명이높았으마최근에 TNF-α를억제하는효과가있다는것이알려지면서다시관심을끌고있다. TNF-α는육아종형성에관여하는필수사이토카인으로미코박테리아침범에대한숙주의방어면역에매우중요한역할을하고있다. 그러나이사이토카인이과잉생산되면결핵환자에서볼수있는고열, 쇠약감, 피로, 야간발한, 체중감소와폐조직괴사등의바람직하지않은병적인증상들이초래된다. Thalidomide (α-n-phthalimidoglutarimide) 는시험관내에서 IL-1, IL-6, GM-CSF와같은타사이토카인의생산을방해하지않으면서선택적으로단핵세포로부터의 TNF-α생산을억제하고, 생체내에서는증가된혈청내 TNF-α농도를정상화시킨다는것이알려졌다. Jane 등의 20 대조임상연구에의하면결핵약과함께 thalidomide를투여했을때, 환자의체중이증가하였으며 TNF-α 생산을억제시키면서다른한편으로는 IFN-γ 생산을증가시키고 PPD에대한 D- TH의반응도방해하지않음이밝혀졌다. 이약제는태아장애의부작용등으로일부사용의제한은있겠지만 TNF-α를억제하는작용은향후연구대상으로서관심을끌고있다. (2) Pentoxifylline 이약제도생체내와시험관내에서 TNF-α 생산을 273
WJ Lew : The up-to-date of anti-tuberculosis treatment 억제한다는것이알려졌으며 AIDS환자에서 HIV복제를방해하는효과가있음이밝혀졌으나 21, 결핵과관련하여그임상적유용성에대하여는연구는아직이루어지지않았다. 4. 새로운백신새로운백신으로는크게다음과같은 4종류가시도되고있다. 1) DNA vaccine 항원성을갖는단백대신에그단백을합성하는결핵균의유전자을부호화 (encoding) 하는 DNA를 plasmid에실어서근육에직접주사하는방법이 DNA vaccine이다. 오늘날 DNA백신은세균을제거하는데필수적으로관여하는 Th1 면역체계를효율적으로유도할수있기때문에결핵을예방하는유망한전략으로서많은연구가시도되고있다. 최근에 Ag85A 와 PstS-3 두가지유전자로구성된이중-유전자 DNA vaccine을화학치료와함께투여했을때치료후의재발 (endogenous reactivation) 과재감염 (exogenous reinfection) 을예방할수있다는보고가있었다 22. 2) Live attenuated M. tuberculosis vaccines 결핵균의유전자변형을시도하여숙주내에서의생존시간을증가시켜항원성을더유지시키고, 이미약독화된생균을더약독화시킴으로서 HIV 감염자나기타면역억제상태에서도안전하게결핵예방에사용할수있는여러 vaccines 개발시도가활발하게진행되고있다. 3) Recombinant BCG vaccines BCG를살아있는 vaccine vector로이용하여 Th1 면역체계를보다더효율적으로유도하기위하여유전자를재조합하여만든백신이다. 방법으로는특정항원 ( 예, Ag85B) 이나특정사이토카인예, IL-12) 에관련된유전자를외부에서삽입하거나, 또는내부의관련된유전자를더욱과발현시킴으로서방어면역을더잘유도하도록하여결핵을예방하고 자하는시도이다. 최근에 DNA 염기서열이밝혀지면서이러한시도에많은도움이되고있다 2. guinea pig 시험에서이러한 recombinant vaccine이전체적으로병변을줄이고병의파종성전파를방지하는데탁월한효과가있음을보여주었다 23. 4) Subunits Th1 면역체계를더잘유도할수있는결핵균의특정단백질 (subunits) 에대한연구가또한활발한데이특정단백질을실험실에서합성한후에근육에주사하고있다. 이러한 subunit vaccines은종특이적이고안전한것이장점이나, 단점은숙주내에서의생존기간이짧아항원성을충분히유지하지못하는것이다. 5. 결론의학이발전하면서결핵의발병기전과숙주의방어기전에대한우리의이해가넓어지면질수록우리는결핵의예방이나치료분야의발전을가져올수있을것이다. 현재의 6개월처방보다도더짧은소위초단기처방 (ultra-short-course regimens) 과다제내성결핵문제를해결할수있는신약제의개발은절대적으로필요한상황이며, 다른한편으로는면역매개염증반응을억제하여임상증상을완화하고장기의손상을최소화하여결핵완치와함께그후유증 ( 예, 폐기능감소, 작업능력감소, 척추변형, 신장기능장애 ) 을최소화시켜육체적정신적으로건강한상태로사회로복귀시는것도향후결핵치료약제의개발목적의하나가되어야할것이다. 아직까지는결핵치료제로서의새로운화합물이발견되지않고있지만, 기존항생제의변경혹은기존화학물질의검색, 자연물질의평가등을통하거나, 분자생물학적인방법을이용하여특정한생화학적경로를표적으로한새로운약제가개발될가능성이있다. 현재 quinolones계항생제가항결핵약제로서가장가능성이높으며, 생체내에서의지속적인감염균 (persisters) 을목표로하는신약이개발되면기존의치료기간을획기적으로줄일수있을것이다. 최 274
Tuberculosis and Respiratory Diseases Vol. 60. No. 3, Mar. 2006 근인간및결핵균의유전체 (genome) 가밝혀지면서숙주의감수성에관여하는인자와결핵균의다양한단백질합성에관여하는유전자에근거한신약개발의가능성이높아지고있다. 면역요법에대하여많은연구들이시행되고있으며일부결과는흥미를끌기에충분하나아직은그효과에대하여회의적이며더많은연구가필요한상태이다. 참고문헌 1. O'Brien RJ, Nunn PP. The need for new drugs against tuberculosis: obstacles, opportunities, and next steps. Am J Respir Crit Care Med 2001; 163: 1055-58 2. Cole ST, Brosch R, Parkhill J, Garnier T, Churcher C, Harris D, et al. Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence. Nature 1998; 393: 537-44 3. Telenti A. Genetics of drug resistance in tuberculosis. In: Iseman MD, Huitt GA, eds. Clinics in chest medicine. Philadelphia: WB Saunders, 1997: 55-64] 4. Lew WJ, Park YK, Kim HJ, Chang CH, Bai GH, Kim SK. The proportion of rifabutin-susceptible strains among rifampicin-resistant isolates and its specific rpob mutations. Tuberc Respir Dis 2005; 59(3): 257-265 5. American Thoracic Society/Centers for Disease Control and Prevention/Infectious Diseases Society of A- merica: Treatment of Tuberculosis. Am J Respir Crit Care Med 2003; 167: 603-62 6. Joia SM, Michael LR, Adrienne RS, J Keith J, Felix AV, Sonya SS, et al. Programmes and principles in treatment of multidrug-resistant tuberculosis. Lancet 2004; 363: 474-81 7. Tuberculosis Research Centre. Shortening short course chemotherapy: A randomised clinical trial for treatment of smear positive pulmonary tuberculosis with regimens using ofloxacin in the intensive phase. Ind J Tub 2002; 49: 27-38 8. Cambau E, Jarlier V. Resistance to quinolones in mycobacteria. Res Microbiol 1996; 147: 52-9 9. Gosling RD, Uiso LO, Sam NE, et al. The bactericidal activity of moxifloxacin in patients with pulmonary tuberculosis. Am J Respir Crit Care Med 2003; 168: 1342-5 10. T.R. Sterling. The WHO/IUATLD diagnostic algorithm for tuberculosis and empiric fluoroquinolone use: potential pitfalls. Int J Tuberc Lung Dis 2004; 8(12): 1396-1400 11. Shim TS, Seoul Asan Medical Center (personal communication) 12. Stover CK, Warrener P, VanDevanter DR, Sherman DR, Arain TM, Langhorne MH, et al. A small-molecule nitroimidazopyran drug candidate for the treatment of tuberculosis. Nature 2000; 405: 962-66 13. Chapter 13. Vaccination to prevent tuberculosis and immunomodulatory therapy for persons with active disease. In: Iseman MD. A Clinician's guide to tuberculosis. Lippincott Williams & Wilkins, 2000: 417-25 14. Han SK. The up-to-date of tuberculosis treatment. The annual course for respiratology 2002, Hanyang Medical School. 15. Kim EK, Shim TS, Lee JY, Oh YM, Lim CM, Lee SD, et al. The adjuvant effect of subcutaneous Interferon-gamma in the treatment of refractory multidrug-resistant pulmonary tuberculosis. Tuberc Respir Dis 2004; 57: 226-33 16. Park SK, Jun DS, Lee Y H, Lee DH. Treatment of multidrug-resistant pulmonary tuberculosis with Interferon-gamma subcutaneous injection. Tuberc Respir Dis 2003; 55 (suppl, 2): 84 17. Koh WJ, Ahn CH, Kim CH, Ahn YM, Lim SY, Seo JY. The therapeutic effect of 6-month inhaled Interferon-gamma treatment in intractible multi-drug resisdtant pulmonary tuberculosis. Tuberc Respir Dis 2001; 51 (suppl, 2): 116 18.Giosue S, Casarini M, Alemanno L, et al. Effects of aerosolized interferon-αin patients with pulmonary tuberculosis. Am J Respir Crit Care Med 1998; 158: 1156-62 19. Onyebujoh PC, Levin JB, Fourie PB, et al. Immunotherapy with Mycobacterium vaccae in patients with newly diagnosed pulmonary tuberculosis: a randomised controlled trial. Lancet 1999; 354: 116-9 20. Jane MT, Utaiwan U, Anthomy M, Pasakorn A, Margaret B, Sanit M, et al. Thalidomide treatment reduces TNF-α production and enhances weight gain in patients with pulmonary tuberculosis. Molecular Medicine 1995; 1(4): 384-97 21. Wallis RS, Nsubuga P, Whalen C, Mugerwa RD. Pentoxifylline therapy in HIV-seropositive persons with tuberculosis: a randomized, controlled trial. J Inf Dis 1996; 174: 727-33 22.Ha SJ, Jeon BY, Youn JI, Kim SC, Cho SN, Sung YC. Protective effect of DNA vaccine during chemotherapy on reactivation and reinfection of Mycobacterium tuberculosis. Gene Therapy 2005: 1-5 23. Horwitz MA, Harth G, Dillon BJ, Maslesa-Galic S. Recombinant bacillus Calmette-Guerin (BCG) 275
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