동종조혈모세포이식 환자에서 GSTA1 유전적 다형성에 따른 busulfan의 집단약동학

Abstract

Busulfan은 악성 및 비악성 혈액 질환의 치료를 위한 동종조혈모세포이식(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation, alloHSCT)에서 가장 널리 사용되는 전처치 약물이다. Busulfan은 치료역이 매우 좁아 그 노출(exposure)량이 이상반응의 발생률 및 치료실패율과 연관성을 가짐이 기존 연구를 통하여 보고되어 있다. 이에 950–1,500 μM·min의 AUC(area under the concentration-time curve)를 표적으로 한 치료적 약물 농도 모니터링(therapeutic drug monitoring, TDM)을 시행할 것이 권장되고 있다. 그러나 busulfan은 약동학적으로 개인 간 변동(inter-individual variability, IIV) 및 개인 내 변동(intra-individual variability)이 큰 약으로, 그 노출량을 조절하는 데에 어려움이 있다. <br/> 상기 약동학적 변동은 busulfan 대사 효소인 GST(glutathione S-transferase)의 유전적 다형성(genetic polymorphisms)으로 일부 설명이 가능하다. GST superfamily에 속하는 일련의 동종 효소(isozyme), 즉 GSTA1, GSTM1, GSTP1 및 GSTT1은 모두 다형성이 높은 유전자에 코딩되어 있고, GSTA1 *B(*A [-631T, -567T, -69C, –52G]/*B [-631G, -567G, -69T, –52A]), GSTM1과 GSTT1의 결손(deletion), GSTP1 313A>G의 변이는 해당 효소의 발현 감소 또는 결핍을 유발한다. 이러한 유전적 다형성이 busulfan의 약동학과 임상 성과에 미치는 영향에 대하여 몇몇 연구가 수행된 바 있으나 그 결과가 서로 상이하다. 또한 GST의 유전적 다형성 외에 체중, 나이, 질환 상태, 간기능, 약물상호작용 등도 busulfan의 약동학에 영향을 미친다고 보고된 바 있어 이들을 통합적으로 고려한 추가 연구가 필요한 상황이다. <br/> NONMEM(nonlinear mixed-effects modeling)을 이용한 집단약동학(population pharmacokinetics) 분석은 이렇게 다양한 공변량이 약동학적 변동에 미치는 영향을 종합적으로 분석함으로써, 약동학을 수학적으로 설명하고 예측할 수 있는 매우 유용한 방법이다. NONMEM을 이용한 집단약동학 분석은 공변량과 같은 고정 효과(fixed effects) 외에도 개인 간 변동, 잔차 변동(residual variability)과 같은 임의 효과(random effects)를 함께 고려함으로써 산발적이고 적은 자료를 가지고도 약동학에 미치는 다양한 요인의 영향력을 더욱 강력하게 진단할 수 있게 한다.<br/> 이에 본 연구에서는 성인 alloHSCT 환자에서 busulfan의 약동학에 대한 집단약동학 모델을 구축하고 이를 통하여 GST 효소의 유전적 다형성이 busulfan의 약동학에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 더불어, GST 효소의 유전적 다형성과 busulfan의 약동학이 alloHSCT 환자의 임상 성과에 미치는 영향을 함께 분석하였다.<br/> 연구 대상 환자는 2009년부터 2011년까지 서울대학교병원에서 alloHSCT을 받은 성인 환자 중 이식 전처치로 busulfan을 정맥 투여 받은 자로 하였다. Busulfan은 1 회당 0.8 mg/kg의 용량으로 1 일 1 회 또는 1 일 4 회 2 시간에 걸쳐 정맥으로 주입하였다. Busulfan의 혈중 농도와 유전형을 분석하기 위한 혈액은 busulfan 주입 전, 첫 번째 용량 주입 후 2, 4, 6 시간째, 그리고 마지막 용량 주입 후 6 시간째에 중심 정맥으로부터 채취하였다. Busulfan의 혈장 농도는 HPLC/MS/MS(high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry)를 이용하여 분석하였다. 말초 혈액의 림프구에서 추출한 DNA로부터 GSTA1 G-52A(haplotype *A/*B를 결정)를 직접염기서열법(direct sequencing)으로, GSTP1 A313G를 SNaPshot으로, GSTM1과 GSTT1의 결손(deletion)을 PCR(polymerase chain reaction)로 분석하였다. <br/> 집단약동학 분석은 NONMEM®(version 7.2) 소프트웨어를 이용하여 수행하였다. 구조 모델(base model)은 1차 속도 소실의 one compartment open 모델을 사용하였다. 오차 모델(error model)의 경우, 잔차 오차(residual error)에는 combined additive-proportional model을, IIV에는 exponential model을 활용하였다. 공변량으로 busulfan의 청소율(clearance, CL)에 대하여 나이, 성별, 키, 체중, 체표면적, 혈청 creatinine, 사구체 여과율, 혈청 albumin, total bilirubin, 혈청 ALP(alkaline phosphatase), 혈청 AST(aspartate transaminase), 혈청 ALT(alanine transaminase), 약물상호작용, 그리고 GSTA1, GSTP1, GSTM1, GSTT1의 유전 변이의 영향을 평가하였다. Stepwise procedure에 따라 약동학 모델의 목적 함수(minimum objective function, MOF) 값이 전진 선택법(forward selection)에서 3.84(P value < 0.05에 상응)를 초과한 감소 폭을 보이거나 후진 제거법(backward elimination)에서 3.84를 초과한 증가 폭을 보이는 경우 해당 공변량이 유의미한 것으로 평가하였다. 모델의 파라미터는 FOCE(first-order conditional estimation) 방법으로 추정하였다. 개발된 모델은 bootstrap과 시각적 예측 점검(visual predictive check, VPC)방법으로 검증하였다. <br/> GST의 유전적 다형성과 busulfan AUC 및 임상 성과 간의 관계를 t-test, Chi square test와 Fisher exact test, linear by linear association test로 분석하였다. 전체 생존률(overall survival, OS) 및 무질환 생존률(disease-free survival, DFS)은 Kaplan-Meier method로 추정하고 그 군 간 차이를 log-rank test로 비교하였다. 임상 성과 분석 시 교란 요인을 보정하기 위한 다중회귀분석과 다변량 Cox 회귀분석을 시행하였다. 모든 통계 분석은 SPSS version 21.0을 이용하였고 P value < 0.05일 때 유의한 것으로 평가하였다.<br/> 결과적으로 총 36 명의 환자에서 101 건의 busulfan 혈중 농도 자료를 수집하였다. 모든 환자는 혈액 질환에 대하여 조직적합항원(human leukocyte antigen, HLA) 일치 공여자로부터 말초 혈액의 조혈모세포를 이식 받았다. GSTA1과 GSTP1의 유전형 빈도는 HWE(Hardy-Weinberg equilibrium)에 따르는 것을 확인하였다. Bootstrap과 VPC 시뮬레이션 결과는 본 최종 모델이 내적으로 타당함을 확인하였다. 기초 모델의 CL 추정치는 10.6 L/h, V 추정치는 41.7 L였다. CL는 GSTA1 유전형 및 체중과 유의한 상관성을 보였다. 최종 모델의 파라미터 추정 결과, 체중이 60 kg이며 GSTA1 유전 변이가 없는 전형적인 환자의 집단약동학 파라미터 추정치는 CL 11.0 L/h, V 42.4 L였다. CL 및 V의 IIV(변동 계수 %)는 각각 14.7%, 25.6%였다. <br/> Busulfan의 CL는 체중이 10 kg 증가할 때 약 1.4배씩 증가하였고 GSTA1 유전 변이가 없는 환자에 비하여 있는 환자에서 15% 감소하였다(P value = 0.001). T-test 결과, busulfan의 AUC는 GSTA1 wild-type 군에 비하여 변이 군에서 유의하게 높았다(1,031 μM·min vs. 1,232 μM·min, P value = 0.001). AUC가 표적 범위를 초과한 환자 2 명 모두 GSTA1 변이를 가지고 있었다. 반면, AUC가 표적 범위에 미달된 환자 9 명 중 GSTA1 유전형이 결측인 1 명을 제외하고는 모두 GSTA1 wild-type의 환자였다. <br/> 임상 성과 분석 결과, AUC가 표적에 비해 낮은 환자군에서는 급성 및 만성 GVHD와 치료관련사망(treatment related mortality, TRM)이 감소하고 생착 실패 또는 거부반응이 증가하는 경향이 있었다. 생존률 분석 결과, OS의 중간값은 35.2 개월, 추적관찰기간의 중간값은 47.6 개월이었다. 예후 인자 보정 시 OS는 표적 AUC에 도달한 군에 비해 이를 벗어난 군에서 감소하는 경향을 보였다(adjusted hazard ratio 3.642, P value = 0.061). 그러나 기존 연구에서 보고되었던 GSTA1 유전형이나 busulfan AUC에 따른 임상 성과 및 생존률의 유의한 차이는 본 연구에서 관찰되지 않았다. <br/> 본 연구는 GSTA1의 유전적 다형성이 성인 환자에서 busulfan의 약동학에 관여함을 규명한 첫 번째 집단약동학 연구로, GSTA1의 유전 변이가 있을 때에 busulfan의 CL가 15% 감소하며 AUC가 증가함을 확인하였다. 동 집단약동학 모델은 성인 alloHSCT 환자에서 GSTA1의 유전형에 따라 busulfan 노출량을 예측 및 조절하는 데에 활용할 수 있겠다.