KR101358510B1 - 카텝신 d와 매트릭스 메탈로프로틴나제-7의 측정수단을 포함하는 췌장암 진단용 키트 - Google Patents

카텝신 d와 매트릭스 메탈로프로틴나제-7의 측정수단을 포함하는 췌장암 진단용 키트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 수단을 포함하는 췌장암 진단용 시약, 상기 췌장암 진단용 시약을 포함하는 췌장암 진단용 키트 및 상기 췌장암 진단용 키트를 이용하여 췌장암 진단에 필요한 정보제공 방법에 관한 것이다. 본 발명의 췌장암 진단용 키트를 이용하면, 췌장암의 발병을 조기에 진단할 수 있으므로, 보다 효과적인 췌장암의 치료에 널리 활용될 수 있을 것이다.

Description

카텝신 D와 매트릭스 메탈로프로틴나제-7의 측정수단을 포함하는 췌장암 진단용 키트{A Kit for Diagnosing Pancreatic Adenocarcinoma Comprising Measuring Means of Cathepsin D and MMP-7}
본 발명은 카텝신 D와 매트릭스 메탈로프로틴나제-7의 측정수단을 포함하는 췌장 유관 선암 진단용 키트에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 단백질 발현수준을 측정하는 제제를 포함하는 췌장암 진단용 조성물, 상기 췌장암 진단용 조성물을 포함하는 췌장암 진단용 키트 및 상기 췌장암 진단용 키트를 이용하여 췌장암 진단에 필요한 정보제공 방법에 관한 것이다.
췌장암(Pancreatic adenocarcinoma)은 세계적으로 14번째로 다발하는 암으로서, 5년 생존율이 5% 미만이고, 6개월 이내에 진단된 환자의 반 이상이 사망하는 매우 불량한 예후를 가지고 있어, 진단이 어렵고 가장 낮은 생존율을 나타내는 질환으로 알려져 있다(Kern et al., Cancer Biol. Therapy, 1:607-613, 2002). 이러한 췌장 종양의 약 95%는 PDAC(ductal adenocarcinomas, 관선암종)이고, 나머지 5%는 랑게르한스섬세포종양으로 알려져 있는데(Bardeesy, N. & DePinho, R.A., Nat. Rev. Cancer, 2(12):897, 2002), 상기 PDAC는 매우 낮은 평균 생존율을 가지는 매우 공격적인 악성암으로서, 진단성공율이 매우 낮고, 화학적 치료제에 대하여 높은 내성을 나타내는 것으로 알려져 있다(Koliopanos, A. et al., Hepatobiliary Pancreat. Dis. Int., 7(4):345, 2008).
종래의 다양한 악성종양과 유사하게, 췌장암은 획득 돌연변이(acquired mutation)가 직접적인 발병원인인 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 돌연변이에 의한 원암유전자(protooncogenes)의 활성화, 종양 억제유전자(tumor suppressor genes)의 불활성화 및 유지 유전자(maintenance genes)의 기형을 포함한 다중 유전적 및 후생유전적 변화가 "PanINs"(췌장 상피내 종양형성, Pancreatic Intraepithelial Neoplsia) 단계에 발생하면, 이에 의하여 췌장암이 발생, 지속된 성장 및 전이되는 것으로 보고되었다(Hruban et al.(2000) Clin Cancer Res 6:2969-2972; Kern et al.(2002) Cancer Biol Therapy 1:607-613; Li et al.(2004) Lancet 363:1049-1057). 상기 PDAC를 치료하는 거의 유일한 방법인 절제술을 시술하더라도 재발율이 극히 높아 이를 치료할 수 있는 치료제를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되었다. 그 결과, 젬시타빈(gemcitabine)을 비롯한 다양한 항암제가 개발되었으나, 이의 치료효과는 기대에 못미치는 것으로 보고되었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 보다 치료효율이 우수한 치료제를 개발하려는 노력이 계속되고 있으나, 한편으로는 췌장암을 조기에 진단하는 방법을 개발하려는 연구가 진행되고 있다. 상술한 바와 같이 췌장암은 특별한 증상적인 예후가 나타나지 않아 조기진단 성공율이 매우 낮은 것으로 알려져 있으므로, 특정한 바이오마커를 이용하여, 췌장암을 조기진단하는 방법을 개발하려는 연구가 계속되었다. 이러한 바이오마커로는 암세포 특이적인 막단백질이 부각되고 있는데, 그 이유는 막단백질이 암조직에서 체액으로 쉽게 분리되고, 표적 조직을 생검하는 것 보다는 체액을 이용하는 것이 비용 및 시간의 측면에서 유리하기 때문이다. 이러한 췌장암 진단용 바이오마커를 이용하여 췌장암을 진단하는 방법으로는, PTH-RP, CYFRA 21-1, kallikrein, pro-gastrin, gastrin G17, gastrin G34, CA19-9, CA72-4, 바소프레신, 가스트린 방출 펩티드, SSC, TK, aFP, p62, 아넥신 I 및 II, Hu, KOC, HPV항원 등을 사용하는 방법(US 2003/0232399), 췌장 질환에서 과발현 되는 단백질인 MBD3L2 및 ACRVl를 사용하는 방법(WO 2010/151789), 췌장암에서 과발현 되는 단백질인 CA125를 이용하는 방법(Br. J. Cancer, 54:897-901, 1986), 췌장암과 췌장염에서 발현이 증가하거나 췌장암 특이적으로 발현되는 카텝신 D, integrin beta-1, plasmiogen, Annexin A2 및 IGFBP-2 을 이용하는 방법(MCP Papers in Press. Published on May 12, 2007 as Manuscript M700072-MCP200), MMP-7 및 FasL 유전자군을 췌장암 진단용 표지자로 사용하는 방법(J. Clin. Invest. 109:1437-1444, 2002) 등이 개발되었다. 그러나, 이들 바이오마커를 사용하더라도 진단성공율이 높지 않다는 단점이 있어, 이를 개선하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
이에, 본 발명자들은 보다 효율적으로 췌장암을 진단할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구노력한 결과, CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7를 조합하여 바이오마커로서 사용할 경우, 췌장암의 진단성공율을 민감도 및 특이성을 현저하게 증가시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 단백질 발현수준을 측정하는 제제를 포함하는 췌장암 진단용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 췌장암 진단용 조성물을 포함하는 췌장암 진단용 키트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 췌장암 진단용 키트를 이용하여 췌장암 진단에 필요한 정보제공 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시양태로서, 본 발명은 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 수단을 포함하는 췌장암 진단용 시약을 제공한다.
본 발명의 용어 "카텝신 D(cathepsin D)"란 세포내 리소좀에 존재하고, 분자량 30 내지 40kDa이며, pH 3-4에서 변성된 헤모글로빈을 가수분해하는 엔도펩티다제(endopeptidase)를 의미한다.
본 발명의 용어 "MMP-7(matrix metalloproteinase-7)"이란 매트릴리신(matrilysin)이라고도 호칭되는 세포외기질의 분해에 관여하는 단백질 분해효소를 의미한다. 상기 MMP-7은 세포외 단백질 분해효소에 의해 절단되는 전구체 단백질의 형태로 분비되고, 프로테오글리칸, 피브로넥틴, 엘라스틴, 카제인 등의 분해 뿐만 아니라 상처의 치유과정에도 관여한다. 한편, 종양과 관련하여서는 MMP-7은 방광암, 위암, 대장결장암 등의 바이오마커로서 사용되고 있다.
본 발명의 용어 "CA19-9(carbohydrate antigen 19-9)"란 루이스(Lewis) 혈액형 항원이 변형된 당지질을 의미한다. 상기 CA19-9는 대장암, 위암, 췌장암의 발병시에 환자의 혈중농도가 증가하기는 하나, 조직특이성이 모자라고 루이스 항원을 발현하지 않는 혈액형에서는 증가하지 않아 선별검사나 진단에는 이용할 수 없다는 단점이 있다. 본 발명에서는 췌장암에 대한 바이오마커로서 활용될 수 있다.
본 발명의 용어 "혈중농도를 측정하는 수단"이란, 목적하는 단백질의 혈중농도를 측정하는 수단을 의미하는데, 특별히 이에 제한되지 않으나, 목적하는 단백질의 항체, 상기 단백질과 결합할 수 있는 앱타머 등을 사용함이 바람직하다.
본 발명자들은, PDAC 환자가 대조군 대상(건강한 사람 및 CP 환자)과 비교하여 현저하게 더 높은 혈청의 카텝신 D 및 MMP-7 농도를 나타내고, 그들의 유용성을 ROC 곡선의 AUC, 민감도, 특이도, 및 컷-오프 레벨을 사용하여 이미 확립된 종양 마커인 CA19-9와 비교한 결과, 상승된 농도의 MMP-7(71.7%)를 지닌 환자의 비율이 다른 종양 마커(CA19-9, 66.4%; CEA, 19.5%)의 상승된 농도를 지닌 환자의 비율보다 높다는 것을 확인하였다.
카텝신 D가 양호한 특이성(92.9%)을 갖음에도 불구하고, 그의 민감도는 CA19-9의 민감도 만큼 정확하지 않다. CEA는 가장 높은 특이도를 가지고 있으나, 그의 민감도는 단지 19.5 %였다. 이전의 보고에서, CA19-9의 AUC는 0.84였고 CA19-9, MMP-9 및 TIMP-1의 조합은 PDAC 감지를 위한 진단 정확도를 향상하지 않았다(42). 본 발명의 목적이 스크리닝 도구로서 새로운 바이오마커의 성과를 입증하는 것이기 때문에, 본 발명자는 바이오마커의 어떤 조합이 더 양호한 민감도를 나타내는지를 조사하였다. 먼저, 카텝신 D 및 CA19-9의 조합은 단일 마커와 비교하여 탁월한 민감도 및 AUC를 나타내고, CA19-9 및 카텝신 D 조합 후, 민감도는 85.0%로 증가하였으나, 대조군 대상의 오직 15.7%만이 컷-오프 레벨을 초과하였다. 다음으로, CA19-9 및 MMP-7을 조합할 때는, 민감도 및 AUC가 각각 89.4% 및 0.901로 증가되었다. 이들 값은 3개의 바이오마커(CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7)를 조합한 경우의 민감도(92%) 및 AUC(0.907)와 유사하였다.
진단 민감도를 고려할 때, 본 발명자는 혈청에서 CA19-9 및 MMP-7의 측정이 PC를 지닌 환자의 진단을 위한 최상의 스크리닝 도구임을 확인하였다. 카텝신 D 및 MMP-7의 발현 레벨이 PDAC 및 대조군 대상간에 다름에도 불구하고, PDAC 단계에 따른 차이점은 없었다.
임의의 바이오마커 레벨 및 TNM 단계간의 어떠한 연관성도 없었다. 다른 말로 하면, 카텝신 D 및 MMP-7은 PDAC의 초기 단계(I 및 II)동안 발현되고 분비된다. 따라서, 카텝신 D 및 MMP-7은 PDAC의 초기 감지 및 스크리닝에 사용될 수 있다. 대조적으로, CA19-9 발현은 좀 더 후기의 단계에서 일반적으로 증가한다.
본 발명의 다른 실시양태로서, 본 발명은 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 수단을 포함하는 췌장암 진단용 시약을 제공한다.
본 발명자들은 상기 카텝신 D 및 MMP-7에 더하여 CA19-9를 바이오마커로 사용하여, PDAC 환자를 진단한 결과, PDAC 진단에 있어서 민감도와 특이성을 90% 이상으로 증대시킬 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 췌장암 진단용 시약과 2차 항체를 포함하는 췌장암 진단용 키트를 제공한다. 이때, 상기 췌장암 진단용 시약에 포함된 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 수단은 특별히 이에 제한되지 않으나, CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7과 특이적으로 결합할 수 있는 항체, 앱타머 등을 사용함이 바람직하고, 상기 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 수단은 유리기판에 고정된 단백질 칩의 형태로 상기 키트에 포함됨이 바람직하다. 아울러, 상기 2차 항체는 특별히 이에 제한되지 않으나, 상기 단백질 칩에 결합할 수 있는 혈청유래의 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7와 결합할 수 있고 형광물질, 방사선 동위원소 등으로 표지된 것을 사용함이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 췌장암 진단용 키트를 이용하여 췌장암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 췌장암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법은(i) 정상인의 혈액과 검출하고자 하는 개체의 혈액으로부터 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 단계; 및,(ii) 정상인의 혈액으로부터 측정된 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를, 검출하고자 하는 개체의 혈액으로부터 측정된 그것과 비교하여, 검출하고자 하는 개체의 혈액으로부터 측정된 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도가 정상인의 혈액으로부터 측정된 그것보다 유의하게 증가할 경우, 췌장암이 발병한 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 각 혈액으로부터 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 단계는 특별히 이에 제한되지 않으나,(i) 상기 각 혈액으로부터 각각의 혈청을 수득하는 과정;(ii) 상기 수득한 각각의 혈청을 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7과 특이적으로 결합할 수 있는 항체 또는 앱타머가 유리기판에 고정된 단백질 칩에 가하여 반응시킨 후, 표지된 2차 항체를 가하여 반응시킨 후, 상기 단백질 칩에 결합된 표지로부터 발생된 신호를 측정하는 과정; 및,(iii) 상기 단백질 칩에 결합된 표지로부터 발생된 신호를 분석하여, CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 과정을 포함한다.
본 발명의 췌장암 진단용 키트를 이용하면, 췌장암의 발병을 조기에 진단할 수 있으므로, 보다 효과적인 췌장암의 치료에 널리 활용될 수 있을 것이다.
도 1은 건강한 대상(H), 만성 췌장염(CP)을 갖는 환자 및 췌관선암종(PDAC)을 갖는 환자를 포함하는 트레이닝 세트에서 카텝신 D 및 MMP-7의 혈청 레벨에 대한 상자 수염도이다.
도 2는 PDAC 대 대조군 환자 진단을 위한 수신자 조작 특성(ROC) 곡선이다.
도 3은 건강한 대상(H), 만성 췌장염(CP)을 갖는 환자 및 단계 I 또는II의 췌관선암종(PDAC)을 갖는 환자에서 카텝신 D 및 MMP-7의 혈청 레벨에 대한 상자 수염도이다.
도 4는 다양한 단계의 PDAC를 갖는 환자 및 대조군 그룹에서 카텝신 D, MMP-7 및 CA19-9의 혈청 레벨을 나타낸다.
이하, 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: CA19 -9, 카텝신 D 및 MMP -7의 췌장암 진단용 바이오마커로서의 임상학적 유용성 확인
실시예 1-1: 환자
PDAC를 갖는 249명의 환자와 218명의 대조군 대상을 모집하여 트레이닝 세트와 평가 세트로 구분하였다. 상기 트레이닝 세트는 109명의 PDAC 환자 및 40명의 정상인과 30명의 CP를 갖는 환자를 포함하는 70명의 대조군을 포함하고, 상기 평가 세트는 140명의 PDAC환자 및 74명의 정상인과 74명의 CP를 갖는 환자를 포함하는 148명의 대조군을 포함하도록 하였다.
PDAC 환자는 4그룹으로 분류하였다: 단계 I을 가진 2명의 환자, 단계 II을 가진 59명의 환자, 단계 III을 가진 47명의 환자, 단계 IV을 가진 141명의 환자. 이때, 상기 정상인은 건강 증진 센터에 방문한 자들로부터 모집했으며 임의의 질병의 임상학적 또는 생화학적 증거를 보이지 않았다.
췌장암의 후보 혈청 마커를 평가할 목적으로 2008년 6월 및 2010년 3월 사이에 외과술, 화학요법 및 방사선요법을 포함하는 임의의 치료적 절차 전에 PDAC 또는 CP를 갖는 환자 및 건강한 대상으로부터 수거한 혈액으로부터 혈청을 수득하였다. 이때, PDAC 또는 CP의 진단은 조직병리학적 절제, 미세침 흡인 세포검사 또는 내시경 검사(임상학적 정보와 더불어, 역행성 췌담관조영 및/또는 내시경 초음파 촬영술)에 의해 유래된다. 모든 혈청은 2,330g로 5분간 원심분리하여 회수하였고, 분석시까지 ?80°C에서 보관하였다.
본 연구는 윤리 위원회의 승인을 받았다. PDAC는 악성 종양의 TNM 분류에 따라 등급이 매겨졌다: 단계 I: 선에 제한된 종양; 단계 II: 진행된 구역 확장, 결절 관여 없음; 단계 III: 구역의 림프 결절 관여; 단계 VI: 원거리 전이.
실시예 1-2: 생화학적 분석
본 발명자들은 Bioplex luminex 분석기(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA) 및 멀티플렉스 키트(fluorokine MAP)를 사용하여 상기 실시예 1-1에서 준비된 각 피검자의 혈청으로부터 카텝신 D(Millipore, Billerica, 메사추세츠, 미국), TIMPs(-1, -3 및 -4; R&D Systems, Minneapolis, 미네소타, 미국) 및 MMPs(-1, -7, -8 및 -9; R&D Systems)를 포함하는 바이오마커의 혈청 발현 레벨을 분석하였다. 이때, 혈청 샘플은 약 10 내지 50배로 희석하여 사용하였다.
상기 멀티플렉스 키트를 이용하여, 특이적 항체를 사용하고 이중 레이져 법칙, 유동-기반 솔팅 및 감지 플랫폼에 기반한 Bioplex 서스펜션 어레이 분석법을 수행하였는데, 상기 분석법은 낮은 샘플 부피에서 복수의 단백질을 측정할 수 있는 기술이다.
구체적으로, 분석 완충액(웰 당 200㎕)을 마이크로타이터 플레이트에 첨가하고 실온에서 10분간 진탕시킨 다음, 상기 분석 완충액을 제거하고 25㎕ 표준 또는 대조군을 해당 웰에 첨가하였다. 이어, 분석 완충액(25㎕)을 각 웰에 첨가하고, 해당 매트릭스 25㎕를 백그라운드, 표준 및 대조군 웰에 각각 첨가하였다. 그런 다음, 샘플(25㎕)을 샘플 웰에 가하고 25㎕ 비드를 각 웰에 첨가하였다.
그런 다음, 상기 플레이트를 진탕조건으로 4℃에서 하룻밤동안 항온처리하여 반응시키고, 반응이 종료된 후에, 반응액을 제거한 다음, 각 웰을 200㎕ 세척 완충액으로 세척하였다. 감지 항체를 웰당 25㎕ 부피에 첨가하였고 실온에서 1시간동안 항온처리하였다. 그런 다음, 스트렙타비딘-피코이리스린(25㎕)을 각 웰에 첨가하였고 상기 플레이트를 30분동안 항온반응시켰고, 반응이 종료된 후, 반응액을 진공으로 흡입하여 제거하였으며, 그 후에 각 웰을 200㎕ 세척 완충액으로 3회 세척하였다. 상기 각 웰에 웰당 100㎕ 쉬스(sheath) 액체를 가한 후, 플레이트를 루미넥스 상에서 판독하였다. 이때, 두개의 레이져를 사용하는데, 하나의 레이져는 마이크로입자-특이적이며 어떤 분석물이 감지되는지를 결정하는데 사용하고, 다른 하나의 레이져는 결합된 분석물의 양에 직접 비례하는 피코이리스린-유래 신호의 크기를 결정하는데 사용하였다. 이때, 사용된 혈청 샘플로는 각 환자로부터 수득한 혈청을 검사 완충액으로 10-50배 희석한 것을 사용하였다.
제조사에 따라, 카텝신 D에 대해서 검사내 정확도는 4.7%였고 검사간 정확도는 13.5%인 반면, TIMPs인 경우, 검사내 정확도는 2.1 내지 10%였고 검사간 정확도는 8.3 내지 15.6%였다. 또한, MMPs의 경우, 검사내 정확도는 4.2 내지 11.1%였고 검사간 정확도는 5.9 내지 16.8%였다. 아울러, 탄수화물 항원 19-9(CA 19-9) 및 태아성 암항원(CEA) 레벨은 ADVIA Centaur XP Immunoassay Systems(Siemens, Germany)로 측정하였다.
후보 바이오미커를 선택한 후에, 본 발명자들은 PDAC를 지닌 환자 140명 및 대조군 환자 148명(정상인 74명 및 CP를 지닌 환자 74명)의 독립적인 평가 세트에서 임상학적 유용성을 확인하고자 패널 마커를 재검사하였다.
실시예 1-3: 통계분석
모든 통계 분석은 MedCalc version 11.3(MedCalc Software, Mariakerke, Belgium)을 사용하여 실시하였다.
먼저, Mann-Whitney U 검사를 사용하여 대조군 환자 및 CP를 지닌 환자를 비교하였으며, P < 0.05의 값은 통계학적으로 유의한것으로 판단하였다.
또한, 다변수 논리 회귀 분석을 실시하였고, 아울러, ROC 곡선을 사용하여 진단 성질을 평가하였다.
상기 통계분석시에, 각 마커의 역치는 최대 민감성 및 특이성을 얻기 위한 목적으로 정의하였다.
실시예 1-4: 결과
전체 179명의 대상, 109명의 케이스 및 70명의 대조군이 트레이닝 세트에 포함되었다. PDAC를 지닌 환자, CP를 지닌 환자 및 건강한 대조군 중에서 카텝신 D, TIMPs 및 MMPs의 혈청 레벨을 비교하였다(표 1).
PDAC를 지닌 환자 및 대조군 대상의 특성
PDAC 환자 정상인 CP 환자 P 값*
트레이닝 세트
환자의 수(%) 109 40 30
성비(남:여) 74:35 25:15 20:10 0.6732/0.9255
평균연령(범위) 63(35-84) 60(38-83) 61(36-81) 0.3459/0.6541
카텝신 D(ng/mL),
중앙값(95% CI)
346
(268-397)
216
(191-226)
206
(170-251)
0.0007/0.0085
TIMP-1(ng/mL), 중앙값(95% CI) 191
(172-225)
141
(138-149)
126
(104-151)
<0.0001/<0.0001
TIMP-3(ng/mL), 중앙값(95% CI) 4500
(3887-5099)
6440
(5395-7559)
3955
(3630-5005)
0.0016/0.5492
TIMP-4(ng/mL), 중앙값(95% CI) 1570
(1430-1710)
1440
(1310-1547)
1430
(1194-1784)
0.0780/0.1798
MMP-1(pg/mL),
중앙값(95% CI)
4550
(4017-5405)
3280
(2227-4161)
2815
(1516-4446)
0.0058/0.0028
MMP-7(pg/mL),
중앙값(95% CI)
3550
(2684-4965)
1270
(1160-1489)
1450
(1310-2044)
<0.0001/<0.0001
MMP-8(pg/mL),
중앙값(95% CI)
15100
(12179-20046)
11700
(9204-14730)
6880
(4058-12180)
0.0737/0.0001
MMP-9(pg/mL),
중앙값(95% CI)
198000
(152373-219418)
163000
(126711-204661)
133500
(57622-168850)
0.3141/0.0124
CA19-9(U/mL),
중앙값(95% CI)
121.2
(84.8-249.3)
6.2
(4.4-8.3)
11.6
(6.4-23.4)
<0.0001/<0.0001
CEA(ng/mL),
중앙값(95% CI)
2.16
(1.85-2.5)
1.10
(0.90-1.20)
2.41
(1.00-11.2)
<0.0001/0.6029
평가 세트
환자의 수(%) 140 74 74
성비(남:여) 90:50 49:25 59:15 0.8958/0.0292
평균연령(범위) 61(30-83) 61(34-83) 60(31-83) 0.7285/0.2264
카텝신 D(ng/mL),
중앙값(95% CI)
299
(269-327)
238
(207-258)
226
(202-258)
0.0002/0.0005
MMP-7(pg/mL),
중앙값(95% CI)
2825
(2344-3511)
1340
(1193-1608)
1145
(948-1359)
<0.0001/<0.0001
CA19-9(U/mL),
중앙값(95% CI)
159.1
(74.7-329.4)
3.62
(1.90-5.36)
12.5
(10.8-16.1)
<0.0001/<0.0001
CEA(ng/mL),
중앙값(95% CI)
2.71
(2.16-3.21)
1.10
(1.00-1.20)
1.92
(1.67-2.54)
<0.0001/0.0170
*P 값은 정상인과 PDAC 환자 또는 PDAC 환자와 CP 환자 사이의 관련성으로부터 산출하였다.
상기 표 1에서 보듯이, PDAC 환자 및 대조군 대상 사이의 카셉신 D, TIMP-1 및 MMP-1,-7의 혈청 레벨에서 현저한 차이가 있었다.
그러나, cathepsin D 및 MMP-7을 제외한 모든 바이오마커의 레벨은 다변수 논리 회귀 분석에서 PDAC 환자 및 대조군 그룹 간에 현저한 차이를 보이지 않았다(도 1). 도 1은 건강한 대상(H), 만성 췌장염(CP)을 갖는 환자 및 췌관선암종(PDAC)을 갖는 환자를 포함하는 트레이닝 세트에서 카텝신 D 및 MMP-7의 혈청 레벨에 대한 상자 수염도이다. 도 1에서 보듯이, PDAC 환자에서, 카셉신 D 및 MMP-7의 농도는 건강한 대상 및 CP를 갖는 환자와 비교하여 현저하게 높음을 알 수 있었다(중간 레벨, 카셉신 D에 대해 346 vs. 212 ng/mL, p=0.0001; 중간 레벨, MMP-7에 대해 3550 vs. 1350 pg/mL, p<0.0001)
한편, 본 발명자는 ROC 곡선 분석을 사용하여 카텝신 D, CA19-9 및 MMP-7에 대한 민감도, 특이성, 곡선하면적(AUC)을 확립하였다. 카텝신 D에 대해, 88.6%의 특이성을 갖는 49.5%의 민감도는 대조군 대상으로부터 환자를 분별하는데 349 ng/mL의 컷-오프를 제공하면서 최적의 분별능을 나타내었다. MMP-7에 대한 ROC 곡선은 71.6%의 민감도 및 80.0%의 특이성에서 최적(최고의 민감도 및 특이성)을 보여주었고, 이것은 2,050 pg/mL의 컷-오프 레벨을 나타내었다. 본 발명자는 흔하게 동의되는 CA19-9에 대해 37 U/mL의 컷-오프 값 및 CEA에 대해 5 ng/mL의 컷-오프 값을 사용한다고 결정하였다.
중간 CA19-9 레벨은 대조군과 비교하여 환자들중에서 현저하게 높았다(121.2 대 7.8 U/mL, P<0.0001). CA19-9는 카텝신 D(AUC=0.672, 95% CI: 0.598-0.740) 또는 MMP-7(AUC=0.805, 95% CI: 0.739-0.860)과 비교하여 우월한 민감도(곡선하면적(AUC) =0.835, 95% CI: 0.772-0.886)를 가지고 있었다. 그러나, CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 조합은 트레이닝 및 밸리데이션 세트에서 CA19-9 홀로와 비교하여 AUC를 증가시켰다(도 2). 도 2는 PDAC 대 대조군 환자 진단을 위한 수신자 조작 특성(ROC) 곡선이다. PDAC에 대한 진단 민감도는 ROC 곡선하에서 카텝신 D 및 MMP-7의 조합에 의해 향상되었다.
CA19-9 홀로만의 면적과 CA19-9 및 MMP-7의 조합 면적간에 현저한 차이가 있었다(AUC=0.899, 95% CI: 0.848-0.940, P=0.0056). 뿐만 아니라, CA19-9 홀로만의 면적과 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 조합 면적간에 현저한 차이도 있었다(AUC=0.910, 95% CI: 0.858-0.947, P<0.0001). 음성 예측도는 각 바이오마커에 대해 53.0% 내지 66.7%에 분포되어 있으나, CA19-9 및 MMP-7 조합 후에 81.3%까지 향상되었다(표 2).
트레이닝 세트에서 PDAC에 대한 다양한 바이오마커의 민감도, 특이성, 양성 예측도 및 음성 예측도
컷-오프 민감도
(%)
특이성
(%)
PPV
(%)
NPV
(%)
AUC P값*
카텝신 D 349ng/ 49.5 88.6 87.1 53.0 0.672
MMP-7 2050pg/ 71.6 80.0 84.8 64.4 0.805
TIMP-1 167ng/ 60.6 90.0 90.4 59.4 0.768
CA19-9 37U/ 70.6 91.4 91.4 66.7 0.835
CEA 5ng/ 17.3 96.4 96.4 37.8 0.721
CA19-9+카텝신 D NA 89.0 64.3 64.3 78.9 0.880 0.106
CA19-9+MMP-7 NA 89.0 74.3 74.3 81.3 0.899 0.019
CA19-9+TIMP-1 NA 86.2 81.4 81.4 79.2 0.893 0.051
CA19-9+카텝신 D+MMP-7 NA 94.5 57.1 77.4 87.0 0.910 0.006
CA19-9+TIMP-1+MMP-7 NA 92.7 68.6 82.1 85.7 0.915 0.006
PPV, 양성 예측도; NPV, 음성 예측도 ; AUC, 곡선하면적
NA, 적합하지 않음
* P 값은 각 바이오마커 패널 및 CA19-9 사이의 유의수준을 의미한다
PDAC 환자의 약 89%는 CA19-9 및 카텝신 D의 조합에 의해 확인되었지만, 대조군 대상의 35.7%는 상기 컷-오프 레벨을 넘어섰다. 본 발명자가 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7을 포함하는 3개의 바이오마커 조합을 사용한다면, 민감도는 94.5%였지만, 대조군 대상의 42.9%가 거짓 긍정(false positive)으로 포함되었다. 뿐만 아니라, 288명의 대상, 140명의 PDAC 환자 및 148명의 대조군이 밸리데이션 세트에 포함되어있다. 카텝신 D 및 MMP-7에 대한 밸리데이션 세트에서, PDAC 환자 및 대조군 대상사이에서 현저한 차이가 있었다.
PDAC 환자에서, 카텝신 D 및 MMP-7의 농도는 건강한 대조군 및 CP를 갖는 환자와 비교하여 더 높음이 관찰되었다(중간 레벨, 카텝신 D에 대해 299 vs. 230 ng/mL, p<0.0001; 중간 레벨, MMP-7에 대해 2825 vs. 1275 pg/mL, p<0.0001). CA19-9, MMP-7 및 카텝신 D의 패널에서 민감도 및 특이성은 밸리데이션 세트에서 90.7% 및 65.5%였다(표 3).
평가 세트에서 PDAC에 대한 다양한 바이오마커의 민감도, 특이성, 양성 예측도 및 음성 예측도
컷-오프 민감도
(%)
특이성
(%)
PPV
(%)
NPV
(%)
카텝신 D 349ng/ 37.9 86.5 72.6 59.5
MMP-7 2050pg/ 64.3 79.7 75.0 70.2
CA19-9 37U/ 67.9 91.9 88.8 75.1
CA19-9+카텝신 D NA 80.7 81.1 80.1 81.6
CA19-9+MMP-7 NA 85.0 73.0 74.8 83.7
CA19-9+카텝신 D+MMP-7 NA 90.7 65.5 71.3 88.2
PPV, 양성 예측도; NPV, 음성 예측도
NA, 적합하지 않음
상기 표 3에서 보듯이 CA19-9, MMP-7 및 카셉신 D의 패널에서 민감도 및 특이성은 평가 세트에서 90.7% 및 65.5%였다.
초기 단계의 PDAC 환자에서 카텝신 D 및 MMP-7의 혈청 농도는 대조군의 농도보다 현저하게 높았다(표 4 및 도 3).
트레이닝 세트 및 평가 세트에서 췌장암(단계 I 및 II), 만성 췌장염, 건강한 대조군 대상으로 진단된 환자의 특징 및 빈도
PDAC 환자
(단계 I 및 II)
정상인 CP 환자 P value*
트레이닝 세트
환자수(%) 27 40 30 -
성별(남자:여자) 13:14 25:15 20:10 0.3167/0.1871
진단시 중간 나이,
년(범위)
65(35-81) 60(38-83) 61(36-81) 0.2605/0.4769
카텝신 D(ng/mL),
중간(95% CI)
368(207-533) 216(191-226) 206(170-251) 0.0062/0.0205
MMP-7(pg/mL),
중간(95% CI)
3670(1940-7596) 1270(1160-1489) 1450(1310-2044) <0.0001/0.0013
CA19-9(U/mL),
중간(95% CI)
40.0(14.2-69.7) 6.2(4.4-8.3) 11.6(6.4-23.4) <0.0001/0.0572
평가 세트
환자수(%) 34 74 74 -
성별(남자:여자) 18:16 50:24 58:16 0.119/0.231
진단시 중간 나이,
년(범위)
63(30-77) 61(34-83) 60(31-83) 0.0994/0.0422
카텝신 D(ng/mL),
중간(95% CI)
317(284-434) 238(207-258) 226(202-258) <0.0001/0.0001
MMP-7(pg/mL),
중간(95% CI)
2045(1654-3932) 1340(1193-1608) 1145(948-1359) 0.0007/<0.0001
CA19-9(U/mL),
중간(95% CI)
85.4(34.4-227.0) 3.7(1.9-5.4) 12.6(10.9-16.2) <0.0001/<0.0001
도 3은 건강한 대상(H), 만성 췌장염(CP)을 갖는 환자 및 단계 I 또는II의 췌관선암종(PDAC)을 갖는 환자에서 카텝신 D 및 MMP-7의 혈청 레벨에 대한 상자 수염도이다.
한편, 초기 단계(I 및 II)의 PDAC에 대한 CA19-9의 민감도는 59.0%였지만, CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 패널에서 86.9%으로 증가되었다(표 5).
초기단계의 PDAC환자에 대한 바이오마커의 민감도, 특이성, 양성 예측도 및 음성 예측도
민감도(%) 특이성(%) PPV NPV
CA19-9
카텝신 D
MMP-7
CA19-9+MMP-7
CA19-9+카텝신 D
CA19-9+카텝신 D+ MMP-7
59.0
49.2
57.4
75.4
82.0
86.9
91.7
87.2
79.8
73.4
75.7
62.8
66.7
51.7
44.3
44.2
48.5
39.6
88.9
86.0
87.0
91.4
93.8
94.5
PPV, 양성 예측도; NPV, 음성 예측도
뿐만 아니라, 본 발명자는 췌장암의 초기 단계(I 및 II)에서 민감도에서 차이가 있는지 여부를 조사하였다. CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7를 포함하는 패널의 민감도 및 특이성은 각각 86.9% 및 62.8%였다. 그러나, 61명의 환자 중 36명(59.0%)만이 증가된 CA19-9를 보여주었다. PDAC 환자 중에서 암 단계에 따른 진단 민감도에서의 현저한 차이는 없었다(도 4). 도 4는 다양한 단계의 PDAC를 갖는 환자 및 대조군 그룹에서 카텝신 D, MMP-7 및 CA19-9의 혈청 레벨을 나타낸다.
이와 같은 결과는 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7이 췌장암의 유용한 바이오마커로 사용할 수 있음을 뒷받침하는 것이다.

Claims (10)

  1. CA19-9(carbohydrate antigen 19-9), 카텝신 D 및 MMP-7(matrix metalloproteinase-7)의 단백질 발현수준을 측정하는 제제를 포함하는, 85% 이상의민감도를 갖는 췌장암 진단용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단백질 발현수준을 측정하는 제제는 상기 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7와 특이적으로 결합할 수 있는 항체 또는 앱타머인 것인 췌장암 진단용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단백질은 환자의 혈청시료에서 측정하는 것인 췌장암 진단용 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 췌장암 진단용 조성물을 포함하는 췌장암 진단용 키트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 키트에 포함된 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7의 단백질 발현수준을 측정하는 제제는 유리기판에 고정된 단백질 칩의 형태인 것인 췌장암 진단용 키트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 키트는 2차 항체를 추가로 포함하는 것인 췌장암 진단용 키트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2차 항체는 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7와 결합할 수 있고, 형광물질 또는 방사선 동위원소로 표지된 것인 췌장암 진단용 키트.
  8. (i) 정상인의 생물학적 시료와 검출하고자 하는 개체의 생물학적 시료로부터 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 단백질 발현수준을 측정하는 단계; 및,
    (ii) 정상인의 생물학적 시료로부터 측정된 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 단백질 발현수준을, 검출하고자 하는 개체의 생물학적 시료로부터 측정된 그것과 비교하여, 검출하고자 하는 개체의 생물학적 시료로부터 측정된 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 단백질 발현수준이 정상인의 생물학적 시료로부터 측정된 그것보다 증가할 경우, 췌장암이 발병한 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 85% 이상의 민감도를 갖는 췌장암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시료는 혈청인 것인 췌장암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 단백질 발현수준을 측정하는 단계는(i) 정상인 및 검출하고자 하는 개체의 혈액으로부터 각각의 혈청을 수득하는 과정;(ii) 상기 수득한 각각의 혈청을 CA19-9, 카텝신 D 또는 MMP-7과 특이적으로 결합할 수 있는 항체 또는 앱타머가 유리기판에 고정된 단백질 칩에 가하여 반응시킨 후, 표지된 2차 항체를 가하여 반응시킨 후, 상기 단백질 칩에 결합된 표지로부터 발생된 신호를 측정하는 과정; 및,(iii) 상기 단백질 칩에 결합된 표지로부터 발생된 신호를 분석하여, CA19-9, 카텝신 D 및 MMP-7의 혈중농도를 측정하는 과정을 포함하는 것인 췌장암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
KR1020110098548A 2011-09-28 2011-09-28 카텝신 d와 매트릭스 메탈로프로틴나제-7의 측정수단을 포함하는 췌장암 진단용 키트 KR101358510B1 (ko)

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KR1020110098548A KR101358510B1 (ko) 2011-09-28 2011-09-28 카텝신 d와 매트릭스 메탈로프로틴나제-7의 측정수단을 포함하는 췌장암 진단용 키트
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