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Korean J Med > Volume 86(1); 2014 > Article
조혈모세포이식을 위한 최적의 제대혈 선택 지침

Abstract

Umbilical cord blood (CB) has been an alternative hematopoietic stem cell source especially for patients without an appropriate marrow or mobilized peripheral blood donor. Although many studies have shown similar overall survival rates after CB transplantation compared with other donor sources, higher rate of non-relapse mortality is a major obstacle for a successful CB transplantation. Thus, selecting a best appropriate unit is very important to improve the outcome of CB transplantation. Adequate cell dose and better HLA matching (antigen-level for -A, -B, and allele-level for -DRB1) have been considered most important criteria of donor choice for CB transplantation. In recent, other criteria including non-inherited maternal antigens, HLA-C matching, allele-level matching at 8 loci (-A, -B, -C, -DRB1), and anti-HLA antibodies are also suggested as factors that might affect the outcome of CB transplantation. This review will highlight current issues regarding criteria of donor choice for CB transplantation. Finally, I will introduce the algorithm and detailed guideline for CB selection recently developed in Korea, which may help physicians to choose best unit available. (Korean J Med 2014;86:14-19)

서 론

1988년 10월 5세 된 판코니빈혈 환자를 대상으로 세계 최초의 제대혈이식이 성공적으로 이루어진 이후 현재까지 세계적으로 약 3만 건 이상의 제대혈이식이 시행되었다[1]. 국내에서는 1998년 소아 급성림프구성백혈병 환자에게 최초로 제대혈이식이 성공하였고 2003년에 15세 이하의 소아 환자들에게 건강보험이 적용되기 시작하면서 주로 소아 환자를 대상으로 제대혈이식이 활발히 시행되는 계기가 되었다[2].2009년부터는 비로서 성인을 포함한 전 연령을 대상으로 제대혈이식의 건강보험이 적용되기 시작하였으나 아직도 국내에서는 대부분의 제대혈이식이 소아 환자를 대상으로 이루어지고 있는 바, 이는 성인 환자를 치료하는 이식 전문의들이 가지고 있는 제대혈이식에 대한 부정적 시각을 반영한다. 그뿐만 아니라 2004년에 전체 국내 비혈연이식의 24%를 차지하던 제대혈이식이 2011년에는 4.4%로 감소하여 국내에서 제대혈이식이 점점 위축되고 있음을 알 수 있다(personal communication with Korean Marrow Donor Program, February 1, 2013). 반면 이웃 일본의 경우 제대혈이식이 전체 비혈연이식의 40% 이상을 차지할 정도로 활발히 시행되고 있을 뿐만 아니라 성인 환자가 차지하는 비율이 더 많아 국내와는 극명한 대조를 이룬다[3]. 제대혈이식의 가장 큰 한계로 인식되고 있는 높은 비재발성사망률(non-relapse mortality, NRM)이나 이식관련사망률(transplant-related mortality, TRM)을 극복하기 위해서는 이식에 적합한 최적의 제대혈을 선택하는 것이 최우선적인 요건이다. 일반적으로 풍부한 세포 수와 사람백혈구항원(human leukocyte antigen, HLA)의 일치도가 높은 제대혈이 우선적으로 선택된다. 최근에는 세포 수와 HLA 일치도 외에도 다양한 기준들이 성공적인 제대혈이식을 위해 고려되고 있으며 서구의 여러 이식 기관이나 레지스트리에서 나름의 체계적인 제대혈 선택 기준을 마련하여 지침을 주고 있다[4-7]. 한편, 아직까지 국내에서는 제대혈 선택의 표준 지침이 개발되지 않아 초창기에 제대혈이식에 실패를 경험한 이식 전문의들이 제대혈이식을 더욱 꺼리게 되는 현상이 일어나고 있는 것으로 보인다. 이에 저자는 제대혈 선택 지침에 대한 최근의 업데이트된 연구 결과 및 저자 등에 의해 분석된 국내 자료를 소개하고 국내 현실이 고려되어 개발된 실용적인 제대혈 선택 알고리즘과 세부 선택 지침에 대해 제언하고자 한다.

세포수(cell dose)와 HLA 일치도

제한적인 세포수는 제대혈의 근본적인 단점이지만 제대혈의 조혈모세포는 클론원성 잠재력(clonogenic potential)이 다른 공급원에 비해 우수해 상대적으로 적은 수로도 수혜자의 골수에 생착이 가능하다. 그러나 환자의 체중이 많을수록 상대적으로 체중당 세포수는 줄어들 수밖에 없으므로 체중이 많이 나가는 청소년이나 성인에서는 적은 세포수로 인한 생착 지연과 생착 부전이 성공적 이식을 위한 큰 장애물로 작용한다. 따라서 세포 수는 제대혈을 선택함에 있어서 가장 우선적으로 고려되는 기준이다. 대개 총 유핵세포수(total nucleated cells, TNC)를 기준으로 하며 최소 2.5-3.0 × 107/kg 이상이 되는 제대혈을 선택할 것이 권장되고 있다[8]. 골수와 가동화된 말초혈액의 경우처럼 제대혈이식에서도 CD34 양성세포수를 선택 기준으로 삼는 경우도 있지만 CD34양성세포 수 측정법의 표준화 문제로 제대혈이식에서만큼은 아직 TNC의 기준이 더 보편적으로 이용되고 있다. 그러나 이론적으로 TNC보다는 CD34양성세포수가 기능적인 조혈모세포의 함량을 더 잘 반영하는 것이 사실이므로 이에 대한 고려도 함께 이루어지고 있으며 일반적으로 해동 전 1.5 × 105/kg 이상이 되는 제대혈을 선택할 것이 권장된다[8].
환자와 공여 제대혈간 HLA 일치도에 대한 현재의 표준은 A, B는 항원 수준(antigen level; low or intermediate resolution), DRB1은 유전자 수준(allele level; high resolution)으로 하여 총 6자리에서의 일치도를 기준으로 하고 있다. 이 중 최소 4자리 이상이 일치하는 제대혈을 사용해야 하며 불일치 수가 늘어날수록 더 많은 세포 수가 요구된다[9]. 또한 비악성질환의 경우 이식편을 거부할 수 있는 힘이 상대적으로 더 강하기 때문에 성공적인 생착을 위해서는 악성질환에 비해 더 많은 세포를 이식해 주어야 한다[8]. 따라서 환자의 질환과 HLA 일치도를 함께 고려하여 제대혈이식에 필요한 최소 세포 수를 제시하는 지침이 필요하다.

HLA 일치도 개념의 발전

비혈연 골수이식에 있어서는 HLA-C의 불일치가 A, B, DRB1 등과 마찬가지로 이식 결과에 악영향을 미침이 이미 2004년에 보고되었고[10] 현재는 공여자 선택 기준에 HLA-C 일치 여부도 보편적 기준으로 포함되어 있다. 한편 제대혈이식에서는 HLA-C 일치 여부의 중요성은 최근에야 제시된 바, 불일치 시 더 높은 TRM과 낮은 무사건생존율을 보임이 보고되었다[11]. 그러나 이 보고 이후에는 HLA-C 자체의 의미를 검증한 연구가 없는데, 이는 기존에 6자리를 기준으로 한 표준 HLA 일치도에서 단순히 HLA-C 일치 여부의 의미를 추가로 보는 것에서 나아가 총 8자리(HLA-A, B, C, DRB1) 모두 유전자 수준, 즉 고해상도 HLA 분석법에 의거한 결과로 제대혈과 환자 간의 HLA 일치도를 고려하려는 시도 때문인 것으로 보인다. Eapen 등[12]은 최근 제대혈이식에서 8 자리에서 유전자 수준의 일치도가 이식 결과에 미치는 영향에 대해 보고하였다. 1,568예의 단단위(single unit) 제대혈이식을 후향적으로 분석하였는데, 이 중 8/8 일치는 7%에 불과하였고 7/8 일치 15%, 6/8 일치 26%, 5/8 일치 30%, 4/8 일치 16%이었으며 3/8 일치인 경우도 5%에 달했다. 1-2 allele 불일치의 경우 allele 일치 이식과 생착 속도에 차이를 보이지 않았으나, 3-5 allele 불일치 이식에서는 각각 allele 일치 이식에 비해 유의하게 호중구 생착이 지연되었다. 3-5 allele 불일치 시 1-2 allele 불일치와 비교해도 유의하게 생착 지연을 보였다. 또한 모든 allele 일치 시 NRM이 9%에 불과하였음에 비해 1-2 allele 불일치 26%, 3 allele 불일치 34%, 4 allele 불일치 37%, 5 allele 불일치 41% 등으로 allele 불일치도가 증가할수록 NRM이 증가하는 경향을 보였다. 생존율은 모든 allele 일치 시 52%로 가장 좋았고 1-4 allele 불일치군 간에는 41-47%로 비슷하였으며 5 allele 불일치 시 34%로 가장 저조하였다. 이 결과는 1-2 allele 불일치 시 3-4 allele 불일치에 비해 환자의 합병증이 적으며 5 allele 불일치 제대혈은 사용하지 않아야 한다는 것을 보여준다. 이러한 배경에서 현재 유럽 그룹에서는 가능하면 6/8 allele 일치도 이상을 보이는 제대혈을 선택하려는 추세이다(personal communication with Dr. Rocha, November 23, 2013).

비유전된 어머니 항원

HLA 항원은 부모로부터 태아에게 각각 일배체형(haplotype)으로 유전된다. 부모로부터 유전된 항원은 각각 유전된 아버지 항원(inherited paternal antigen, IPA)과 유전된 어머니 항원(inherited maternal antigen, IMA)으로 명명된다. 반면 유전되지 않은 부모의 항원을 각각 비유전된 아버지 항원(non-inherited paternal antigen, NIPA)과 비유전된 어머니 항원(non-inherited maternal antigen, NIMA)으로 칭한다. 태아는 경태반 이동(transplacental trafficking)을 통해 어머니의 세포에 노출되어 NIMA에 대한 조절 T 세포(regulatory T cells)를 형성하게 된다[13]. 예를 들어 환자와 제대혈의 HLA가 A 항원에서 한 자리 불일치라고 가정하자(e.g. 환자 A1, A2; 제대혈 A1, A3). 이 경우 만일 제대혈의 어머니가 A2 항원을 가지고 있다면 비록 제대혈에는 환자가 가지고 있는 A2 항원이 없지만 제대혈 내에는 NIMA에 해당하는 A2 항원에 대한 조절 T 세포가 있을 것이므로 환자의 A2 항원에 대해 어느 정도의 관용(tolerance)을 갖게 됨으로써 이식 후의 면역학적 갈등이 적어질 수 있다는 개념이다. 이러한 NIMA 효과는 이미 검증되어 HLA 불일치 제대혈이식에서 NIMA 일치인 경우 TRM이 낮고 생착이 빠르며 더 높은 생존율을 보이고 있다[14,15].

항 HLA 항체

제대혈이식에서 항 HLA 항체(anti-HLA antibody)의 역할은 최근 크게 주목 받고 있는 이슈이다. 2010년 일본 그룹이 최초로 보고하였는데[16], 이식 전 시행한 검사에서 환자가 항 HLA 항체를 가지고 있는 경우에 그렇지 않은 경우에 비해 호중구와 혈소판의 생착이 지연되고 생존율도 낮은 경향을 보였다. 특히, 항 HLA 항체가 제대혈의 HLA에 특이적이었던 경우 그 차이가 더욱 현저하였다. 이렇게 제대혈 HLA에 특이적인 환자의 항 HLA 항체를 공여자 특이적 항 HLA 항체(donor-specific anti-HLA antibody, DSA)라고 하는데, DSA가 미치는 악영향은 이단위(double unit) 제대혈이식에서도 증명이 되었다. Culter 등[17]의 보고에 의하면 DSA가 없을 때, 1개의 제대혈에 대해서만 있을 때, 두 개의 제대혈에 대해 모두 있을 때 등의 생착부전율이 각각 5.5%, 18.2%, 57.1% 등으로 큰 차이를 보였다. 두 개의 제대혈에 대해서 모두 DSA가 있을 경우는 사망하거나 재발할 가능성도 71.4%여서 1개에 대해 DSA를 가지는 경우의 36.4%와 DSA가 없을 때의 23.6%에 비해 현저하게 높았다. 최근까지도 DSA의 존재가 생착 및 생존율에 악영향을 끼치는 것이 일관적으로 보고되고 있는 바[18], 환자에게 존재하는 항 HLA 항체에 특이적인 HLA 항원을 가지는 제대혈은 선택에서 배제되어야 한다.

국내 제대혈 선택의 현실

국내에서 제대혈이식이 과거에 비해 위축되어 있는 현실과 관련해서는 몇 가지 이슈들이 있다. 높은 생착 실패율, 기대보다 높은 이식편대숙주병(graft-versus-host disease, GVHD) 빈도와 중증도 그리고 골수나 가동화 말초혈액을 이용한 이식보다 대체적으로 낮은 생존율 등이 그것이다. Yoo 등[2]이 국내 소아 환자를 대상으로 한 236예의 제대혈이식 결과를 2011년 보고한 바에 의하면 호중구의 회복률은 90.7%, 급성 및 만성 GVHD 빈도가 각각 41.1%와 36.1%, 5년 생존율이 47.5%이었다. 단단위 이식에서 HLA 불일치도를 보면 1자리 불일치가 73.5%로 가장 많았으나 이는 6자리 모두 항원 수준을 기준으로 한 것으로, 전술한 현재의 세계적 표준(A, B 는 항원 수준, DRB1은 유전자 수준)과는 차이가 있다. 즉, 현재의 표준 기준을 적용할 경우 불일치도가 더 높아질 것임을 의미한다. 서구의 보고들에 비해 상대적으로 GVHD의 빈도가 높은 것도 실제적인 HLA 불일치도가 높을 것임을 추정하면 설명이 가능하다. 따라서 제대혈 선택 기준을 강화하여 더 좋은 제대혈을 선택하도록 하는 정책으로 제대혈이식의 성적을 어느 정도 향상시킬 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 최근에는 국내에서도 많은 기관에서 HLA 일치도를 세계적 표준 기준에 따르고 있다. HLA 8개 자리 모두 유전자 수준을 고려하여 제대혈의 선택 기준으로 삼기에는 아직 국내 공여 제대혈의 pool이 제한적이고 비용과 시간의 측면을 고려할 때 현실적인 제약이 있다. 한편 NIMA와 항 HLA 항체의 경우도 국내의 현실적 제약 때문에 아직 제대혈 선택을 위한 실질적 기준에 고려되지 못하고 있다. NIMA에 대한 정보를 확보하기 위해서는 제대혈은행에 공여 제대혈의 산모 혈액이 보관되어 있어야 하며 이에 대한 검사를 위한 비용이 확보되어야 하는 문제가 있다. 항 HLA 항체 검사는 현재 시행이 가능한 일부 기관뿐 아니라 제대혈이식이 가능한 모든 기관의 검사실에서 시행 가능하게 되도록 적극 독려할 필요성이 충분하다.

제대혈 선택 알고리즘 및 지침 개발

최적의 제대혈을 선택하는 것은 제대혈이식의 성패를 좌우하는 가장 중요한 요건이다. 저자 등은 국내 현실에 맞는 제대혈 선택 알고리즘 및 지침을 개발하고자 하는 목적으로 문헌 고찰과 함께 국내 3개의 이식기관(삼성서울병원, 서울대학교어린이병원, 전남대학교화순병원)에서 2002년부터 2011년까지 시행된 189예의 소아 제대혈이식에 대해 분석하였다(미출판 자료). 제대혈의 냉동 전과 해동 후의 세포 수를 비교하였을 때 TNC와 CD34양성 세포 수는 각각 평균 80.4%와 66.7%의 회복률을 보였다(Table 1). 따라서 이식기관에서는 제대혈의 해동 후 세포수의 소실을 감안하여 실제 주입될 세포수를 추정해야 한다. 실제 주입된 세포 수에 따른 생착 속도를 비교해 보았을 때 TNC는 상관관계를 보이지 않았으며 CD34양성세포수가 1.0 × 105/kg 이상일 때 그 이하였던 군에 비해 유의하게 빠른 생착을 보였다(p = 0.0044). 반면, CD34양성세포수가 2.0 × 105/kg 이상이어도 1.0-2.0 × 105/kg 이었던 경우와 통계적 차이는 없었다. 이는 실제 해동 후 주입된 CD34양성세포수 1.0 × 105/kg가 빠른 생착을 위한 최소 요구량의 기준으로 사용될 수 있음을 시사한다. 이 기준은 해동 전 CD34양성세포수의 일반적인 최소 권장치인 1.5 × 105/kg에서 해동 후 33.3%의 소실을 감안하여 계산된 수치와 정확히 일치한다.
단단위 제대혈이식 85예 중 40예만이 HLA 일치도 표준기준(A, B는 항원 수준, DRB1은 유전자 수준)으로 분석이 가능했는데, 모두 항원 수준에서 평가하였을 때는 HLA 일치도에 따른 생존율의 차이가 없었으나 표준 기준으로 적용하였을 때 극명한 차이를 보여주었다(Fig. 1). 또한, 1-2 자리 불일치 이식 중에서 HLA-C 정보가 확인 가능했던 24예 중에는 HLA-C가 일치하였던 경우(n = 5)와 불일치하였던 경우(n = 19)의 생존율이 각각 100%와 46.8%로 유의한 차이를 보였다(p = 0.025). 전체 5년 생존율은 56.8%, 무사건생존율은 48.6%였고 이단위 이식(n = 104)이 단단위 이식에 비해 생존율이 다소 높은 경향(60.7% vs. 52.6%)이 있었으나 통계적으로 유의하지는 않았다(p = 0.293).
본 분석은 비교적 대상 환자수가 적은 점, HLA-DRB1에 대한 고해상도 검사가 대상 환자군 중에 제한적으로 이루어져 있다는 것 그리고 NIMA 및 항 HLA 항체에 대한 자료가 전무한 점 등의 한계를 가지고 있다. 따라서 현재로서는 국내의 자료에만 근거를 둔 제대혈 선택 지침을 마련하는 것은 불가능해 보인다. 이에 검증된 해외 자료들을 참고하여 국내 현실을 반영한 간단하고 실용적인 제대혈 선택 알고리즘과 세부 지침을 개발하였다(Fig. 2). 주목할 것은 세포수의 기준을 TNC 대신 CD34양성세포수로 정한 것인데, 이는 앞서 소개한 국내 자료 분석 결과를 반영한 것이다. 본 지침에는 NIMA가 배제되어 있는 것은 현실적으로 선택 기준으로 삼기가 불가능하기 때문이다. 그러나 공공 제대혈은행에서 공여 제대혈 어머니의 혈액을 적극적으로 유치하고 이에 대한 HLA 검사를 시행할 수 있도록 안정적인 재원이 마련된다면 향후 국내에서도 NIMA 일치 여부가 제대혈 선택 지침에 포함될 수 있을 것으로 사료된다.

결 론

제대혈은 HLA 일치 혈연 공여자가 없는 환자에게 골수나 가동화된 말초혈액과 마찬가지로 유용한 비혈연이식의 공여원으로 사용할 수 있다. 다만 제대혈이 가지고 있는 근본적 단점을 극복하기 위해 각 환자의 상황에 따른 최적의 제대혈을 선택하는 것이 매우 중요하다. 이러한 시대적 요구를 반영하여 국내에서 최초로 소아와 성인 환자 모두에게 두루 적용 가능한 제대혈 선택 알고리즘과 지침을 개발하였다. 본 지침의 적극적 활용으로 최적의 제대혈 선택에 도움이 되고 나아가 국내 제대혈이식 활성화와 성적의 향상으로 이어지길 기대하는 바이다.

Acknowledgements

This work was supported by a grant of the Research Project, Seoul Metropolitan Public Cord Blood Bank (2012-002).

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Overall survival according to HLA discrepancy between donor and recipient. (A) 6-antigen level; (B) 4-antigen and 2-allele level. MM, mismatch.
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Figure 1.
Cord blood selection algorithm and guidelines.
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Figure 2.
Table 1
Pre- and post-thaw cell recovery rates
At freezing Post-thaw p value Yield
TNC ± SE (× 107/kg) 5.40 ± 4.12 4.34 ± 3.13 < 0.0005 80.4%
CD34+ cells ± SE (× 105/kg) 2.73 ± 3.07 1.82 ± 1.63 < 0.0005 66.7%

TNC, total nucleated cells; SE, standard error.

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Autoimmune Diseases after Autologous Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Patients with Non-Hodgkin’s Lymphoma  2013 October;85(4)
Endobronchial Relapse of Acute Myeloid Leukemia after Allogeneic Stem Cell Transplantation  2013 September;85(3)
Two Cases of Hodgkin’s Lymphoma after Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation  2013 June;84(6)
Common Infectious Diseases in Hematopoietic Stem Cell Transplant Recipients  2013 February;84(2)
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