골관절염에서 활막액 VEGF와 총 백혈구 수, 혈액 내 Acute Phase Reactant와의 상관관계

J. of Korean Orthopaedic Research Society Volume 11, Number 2, October, 2008

골관절염에서 활막액 VEGF와 총 백혈구 수, 혈액 내 Acute Phase Reactant와의 상관관계

울산대학교 의과대학 울산대학교병원 정형외과학교실, 울산대학교병원 내과학교실*

최승원*∙정광환∙조성도∙고상훈∙차재룡∙이채칠∙염윤석∙박기봉

= Abstract =

Correlation between VEGF and Total WBC Count in the Synovial Fluid and Acute Phase Reactants in the

Blood in Osteoarthritis

Seung Won Choi*, Kwang-Hwan Jung, Sung-Do Cho, Sang-Hun Ko, Jae-Ryong Cha, Chae-Chil Lee, Yoon-Suk Youm, Ki-Bong Park

Department of Orthopedic Surgery and Internal Medicine*, Ulsan University Hospital, University of Ulsan, College of Medicine, Ulsan, Korea

Purpose: To evaluate correlations between vascular endothelial growth factor (VEGF) which is associated with tissue remodeling and bone repair and systemic and tissue inflammation in osteoarthritis.

Materials and Methods: Sixty patients who were above grade 2 in Kellgren-Lawrence radiologic classifica- tion of osteoarthritis were classified into group 1 (grade 2, 16 patients), group 2 (grade 3, 18 patients) and group 3 (grade 4, 26 patients). All patients were checked C-reactive protein (CRP), erythrocyte sedimentation rate (ESR) and total WBC count in the blood and VEGF and total WBC count in the synovial fluid by ELISA.

Results: The severe in osteoarthritic change in radiographs, the more VEGF in the synovial fluid (mean value; group 1 82.7 pg/ml, group 2 111.6 pg/ml, group 3 152.6 pg/ml). VEGF in the synovial fluid were related with total WBC count in the blood and in the synovial fluid (p=0.012, p=0.028 respectively), but not related with CRP and ESR in the blood.

Conclusion: The severe in osteoarthritic change in radiographs, the more VEGF in the synovial fluid. This facts suggested that there were much neovascularization and bone repair in the synovium of advanced osteoarthritis. Therefore further study elucidating mechanisms of tissue remodeling and its associated factors

※ 통신저자: 정 광 환

울산광역시 동구 전하동 290-3 울산대학교병원 정형외과

TEL: 052) 250-7129 FAX: 052) 250-2823 E-mail: jkh2007@uuh.ulsan.kr

� 본 논문은 2007년 추계 대한정형외과 학술대회에서 발표되었음.

� 본 논문은 2006년-023 울산대학교병원(생의과학연구소 학술연구비)의 지원을 받아 연구되었음.

서 론

골관절염은 세계에서 가장 흔한 관절 질환으 로, 50세 이상 미국인의 약 50% 이상이 앓고 있 으며³⁾, 그 증상은 만성적인 동통과 함께 이환된 관절의 장해를 유발하여 삶의 질을 떨어뜨리는 주 요 원인이 되고 있다. 그러나 많은 연구에도 불구 하고 골관절염의 정확한 병인은 아직까지 알려지 지 않고 있다. 최근 연구들에 따르면 골관절염의 병리학적 변화는 연골, 뼈, 활막 세포에서 생성된 단백질 분해효소(protease)와 사이토카인(cy- tokine)의 국소적인 생성에 의해 유도되어 짐을 알 수 있다. 그 중 혈관 내피 성장인자(vascular endothelial growth factor: VEGF)는 대표적 인 혈관 형성인자로 골관절염에서 혈관 형성과 염 증반응에도 기여를 하는 것으로 알려진다²⁾.

이에 저자들은 골관절염 환자에서 조직 재형성 (tissue remodeling) 및 골 치유(bone repair) 와 관련된 인자인 VEGF와 전신 및 관절 조직 염증 반응과의 관련성을 알아보고자 하였다.

연구 대상 및 방법 1. 연구 대상

2007년 1월부터 2007년 6월까지 슬관절 동통 으로 본원 외래를 방문한 환자 중에 외상 병력이 없고, 통증 이환 기간이 1년 이내인 Kellgren- Lawrence 분류⁷⁾(Table 1)상 grade 2이상인 중 등도 이상의 슬관절 골관절염 환자 60명을 대상 으로 하였다. 환자들의 성비는 남자 11명, 여자 49명이었으며, 내원 당시 나이는 평균 63.8세 (43~82세)였다. 연구 대상의 배제 기준은 류마 토이드성 관절염이나 통풍성 관절염 같은 다른 염 증성 관절염과 외상 후 관절염이나 화농성 관절염 의 후유증으로 인한 이차적인 골관절염, 최근 6개 월 이내에 관절 내 스테로이드 제재의 투여 등으

로 하였다.

2. 연구 방법

Kellgren-Lawrence 분류상 grade 2를 제 1 군(16명), grade 3를 제 2군(18명), grade 4를 제 3군(26명)으로 나누어, 각각 환자에서 혈액을 채취하여 혈청 내 C 활성 단백질(C reactive protein), 적혈구 침강속도(ESR) 및 총 백혈구 수치를 측정하였고, 동시에 활막액을 채취하여 plain tube에 모은 후 4℃에서 1500×g로 15분 간 원심 분리한 후 상층액을 측정 때까지 -70℃에 얼려 보관한 후 활막액의 총 백혈구 수치 및 VEGF를 Quantikine ELISA (enzyme-linked immunoabsorbent assay) kit (R & D Sys- tems, USA)를 이용하여 측정하였다. VEGF는 Quantikine^� Human VEGF Immunoassay를 이용하여 정량적인 sandwich enzyme im- munoassay technique을 사용하여 측정하였으 며, 민감도는 5.0 pg/ml였다.

통계적 분석은 SPSS 14.0 버전을 사용하여 Kruskal-Wallis 검정으로 하였으며, 유의수준은 p<0.05로 하였다.

will be needed.

Key Words: Osteoarthritis, VEGF, C-reactive protein, ESR, WBC

Table 1. Kellgren-Lawrence radiologic classification

Grade Features

I Minute osteophyte

Joint space still appears normal II Definite osteophytes on tibia and patella

Joint space asymmetrically narrowed III Moderate multiple osteophytes

Definite joint space narrowing (<3 mm) Some subchondral sclerosis

IV Large osteophyte

Marked narrowing and oblitering of joint space Severe subchondral sclerosis

결 과

혈청 내 C 활성 단백질은 제 1군, 2군, 3군에 서 각각 0.15±0.13 mg/dl, 0.34±0.49 mg/dl, 0.36±0.67 mg/dl였으며, 적혈구 침강 속도(ESR)은 제 1군, 2군, 3군에서 각각 20.3±

13.5 mm/hr, 16.0±5.0 mm/hr, 16.8±9.1 mm/hr였고, 혈청 내 총 백혈구 수치는 제 1군, 2군, 3군에서 각각 6483.6±2014.7/ul, 8216.9

±3101.2/ul, 7865.7±3041.2/ul였다. 활막액 총 백혈구 수치는 제 1군, 2군, 3군에서 각각 329.2±270.3/ul, 473.7±894.7/ul, 1177.6±

2903.6/ul였으며, 활막액 VEGF는 제 1군, 2 군, 3군에서 각각 82.7±25.8 pg/m, 111.6±

65.7 pg/ml, 152.6±167.0 pg/ml로 측정되어 (Fig. 1) 골관절염의 정도가 심할수록 높아지는 양상을 보였다. Kruskal-Wallis 검정 상 활막액 VEGF는 활막액 및 혈액 내 총백혈구 수와 상관 관계를 가졌으나(p=0.012, p=0.028), 혈액 내 C 활성 단백질, 적혈구 침강속도(ESR)과는 관련이 없었다(Table 2).

고 찰

골관절염의 병태 생리는 아직까지 정확하게 알 려지지 않고 있으나, 혈관 생성이 염증 반응과 골 관절염의 진행에 영향을 미친다는 연구 결과들이 보고되고 있다. 여러 저자들은^5,8,11) 골관절염에서 VEGF의 역할에 대한 가설로 기계적 부하 (mechanical stress), 조직 저산소증(hypox- ia), 염증성 사이토카인(inflammatory cy- tokines)에 인해 골관절염 연골세포(chondro- Table 2. Correlation between VEGF, total WBC count in the synovial fluid and acute phase reactants in the blood in

osteoarthritis

Synovial fluid VEGF

Synovial fluid VEGF 상관계수 1.000

유의확률(양측) ∙

N 1.060

ESR 상관계수 0.107

유의확률(양측) 0.268

N 1.060

CRP 상관계수 0.044

유의확률(양측) 0.635

N 1.060

Synovial WBC 상관계수 *0.282*

유의확률(양측) 0.012

N 1.060

Blood WBC 상관계수 *0.186*

유의확률(양측) 0.028

N 1.060

*: 상관계수는0.05 수준(양측)에서 유의합니다.

Fig. 1. VEGF, total WBC count in the synovial fluid and acute phase reactants in the blood in osteoarthri- tis.

cyte)에서 증가된 VEGF는 첫째, 혈관 생성으로 관절주위 골극 형성에 기여하며, 둘째, matrix metalloproteinases (MMPs), interleukin- 1(IL-1), IL-6와 같은 이화 작용 매개체(cata- bolic mediators)를 통해 matrix degradation 을 일으켜 골관절염을 진행시킬 수 있음을 주장하 였다. Stephens 등¹⁰⁾에 의하면 신생 혈관 생성을 억제하는 단백질 분해 효소 억제제(protease inhibitor)를 연골에서 생성하지 못하여 기계적 부하에 대한 연골의 소실이 시작됨을 주장하였다.

Brown과 Weiss에⁴⁾ 따르면 신생 혈관 생성이 골 관절염 병인의 3가지 과정인 연골하 판(sub- chondral plate)의 변화, 관절 재형성(joint remodelling)과 골극 형성에 중요한 영향을 미치 며, 연골하 골(subchondral bone)이 골관절염 의 병인에 중요함을 보고하였다. 골관절염에서 연 골하 골(subchondral bone)의 변화로는 혈액 공급의 재분배, 골수 압력 증가, 미세괴사 (micronecrosis), 미세골절(microfracture) 등 이 있으며, 골절 치유의 근본적인 요소인 혈관 침 윤은 관절 가장자리에서 진행하는 골절 치유를 반 영한다. 관절 연골(articular cartilage)은 독특 한 생역학적인 특성(biomechanical property)을 유지하기 위하여 혈관, 신경, 림프가 없으며, 정 상적으로 혈관 침윤에 저항성을 가지며, VEGF는 정상 연골세포에서는 생성되지 않으나 골관절염이 있을 때는 VEGF를 생성하여 결국은 골관절염 연 골의 항 혈관생성 성질의 소실을 초래하여 연골내 혈관 생성으로 골극(osteophyte) 및 섬유성 연골 (fibrocartilage) 형성에 기여한다⁹⁾. Haywood 등⁶⁾에 의하면 70명의 고관절 및 슬관절 골관절염 환자의 활막을 채취하여 분석한 결과 조직학적 염 증 정도가 심할수록 VEGF의 농도도 증가하여 활막 거대세포(macrophage)에서 생성된 VEGF 가 골관절염에서 활막 혈관 생성과 염증 반응을 악화시킬 수 있음을 보고하였다. Ballara 등¹⁾은 류마토이드성 관절염 환자 122명, 골관절염 환자 32명, 다발성 관절통 환자 17명, 정상 대조군 31 명을 대상으로 혈청 VEGF, C 활성 단백질, 적 혈구 침강속도 등을 조사하여 발표하였는데, 류마 토이드성 관절염 환자에서 혈청 VEGF는 C 활성 단백질과는 연관성이 있으나 적혈구 침강속도와는

연관이 없음을 보고하였고, 골관절염 환자에서 VEGF 농도가 정상 대조군에 비해서 통계학적으 로 의미있게 증가하였음을 보고하였다. 그리고 Wolfe¹²⁾에 따르면 골관절염 환자에서 임상적 정 도와 C 활성 단백질과는 연관이 있으나, 적혈구 침강속도와는 연관이 없는 것으로 보고하였다. 본 연구에서는 골관절염의 정도가 심할수록 활막액 VEGF는 증가하였으나, 앞선 연구 결과와는 달 리 통계학적인 의의는 없었으며, 활막액 VEGF 는 활막액 및 혈액 내 총백혈구 수와 상관관계를 가졌으나, 혈액 내 C 활성 단백질, 적혈구 침강 속도(ESR)와는 관련이 없는 것으로 나타났다.

본 연구의 제한점으로는 정상 대조군이 없어 비 교를 할 수 없었다는 것과 연구 대상의 크기가 적 다는 점 그리고 선택 편견(selection bias)의 존 재 가능성과 임상 증상이 평가에서 제외된 점을 들 수 있겠다.

결 론

대표적인 혈관 형성 인자인 VEGF는 골관절염 이 진행될 수록 관절액에서 농도가 증가하는 양상 을 보였다. 이는 진행된 말기 골관절염 활막에서 활발한 신생혈관 형성(neovascularization) 및 골 치유(bone repair)작용이 있음을 시사한다.

이에 말기 골관절염에서 나타나는 조직 재형성 (tissue remodelling)의 기전 및 이와 관련된 인 자들의 역할을 규명하는 연구가 앞으로 필요할 것 이라 생각한다.

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