단백질(Protein) 측정법 및 임상적 의의

A. Amino acid의 구조 및 특성, 분류법

 

- 아미노산: 탄소(C)를 중심으로 하는 아미노기(-NH2)와 카르복실기(-COOH)의 공통 구조를 가지며, 각각의 아미노산마다 곁사슬(side-chain) 종류가 다름

 

곁사슬 전하에 따른 분류

- Positive (basic): Arginine, Histidine(10%), Lysine

- Negative (acidic): Aspartic acid, Glutamic acid, Histidine(90%)

- Neutral: Alanine, Asparagin, Cysteine, Glutamine, Glycine, Isoleucine, Leucine, Methionine, Phenylalanine, Proline, Serine, Threonine, Tryptophan, Tyrosine, Valine

 

B. 혈청 단백의 검사법 정리

1) 표준법

- 질소량 측정 (Kjeldahl법)

- 다양한 단백질을 함유한 검체에서 단백질 농도 정확히 측정하기에는 제한적

2) 굴절률법

- 단백질 2.5 g/dL 이상 시 이용 가능

- 용혈, 황달, 고지혈증 시 검사 오차 발생

- 다양한 성분이 고농도로 농축되어 있는 소변 검체에서는 이용 불가

3) 비중법(Copper sulfate solution 법, 유산동법)

- 황산구리 용액에 전혈/혈청 섞어 단백질-구리 덩어리의 비중을 통해 단백질 농도 계산.

4) Biuret법

구리-단백질 킬레이트 결합의 청자색 착염 측정 (Total Protein 정량법)

5) 색소결합법

bromphenol blue, Ponceau S, amidoblack 10B, lissamine green, Coomassie blue (Albumin 정량법)

 

C. 단백의 분리법 정리

1) 전기영동

- 약칼리성(pH 8.6), 낮은 이온세기(low ionic strength) 완충액 하 30분 정도 실시

- 전압을 높이면 분리시간을 줄이고 단백질의 확산을 막을 수 있다.

- 지지체: agarose, cellulose acetate

2) 침전

- sodium sulfate, disodium sulfite, ammonium sulfate, methanol 등으로 글로불린을 침전시켜 A/G ratio 계산 (alpha-globulin은 침전이 되지 않아 알부민 과량으로 오차 있음)

- 미량의 단백질을 측정해야 할 때 측정 시 방해가 되는 주요 단백질 제거에 이용된다.

3) 여과

- 지지체 = 고정상, 완충액 = 이동상 à 분리하고자 하는 검체를 완충액에 희석시켜 지지체(column)를 통과시킨다.

- 겔 여과: bead 내 소공의 크기에 따라 완충액에 희석된 검체가 분리

- Ion exchange chromatography: 고정된 하전된 합성수지 입자, pH 8.6의 완충액에서 단백질은 음전하를 띤다. 알부민처럼 전하량을 많이 띤 단백질은 가장 나중에 용출되며, 전하량 작은 단백질이 가장 먼저 용출된다.

- Affinity chromatography: 측정하고자 하는 단백질과 잘 결합하는 화합물이 column에 채워져 있음

(factor VIII 측정 시, factor VIII가 vWF와 결합한 상태로 존재한다는 사실을 이용하여, anti-vWF Ab를 부착한 column을 활용하여 factor VIII를 분리할 수 있다.)

- Capillary electrophoresis: 모세관 효과, 분자 크기, 소수성, 입체특이성 차이를 이용해 분리 (Sebia Capillarys2)

4) 질량분석기

검체 속에 존재하는 분자들을 이온화시킨 뒤, mass to charge ratio (m/z)를 활용해 분자 추정 (약물검사)

 

D. 개별 혈장 단백질의 임상적 의의

- Prealbumin (62,000 Da)

비타민 A 대사 관여, 알부민 및 transferrin보다 영양상태 잘 반영

- 알부민 (66,438 Da)

알부민의 반감기는 17일로 당화 알부민 농도는 수주 동안의 혈당조절을 평가하는 데 이용된다.

증가▲ (탈수, 쇼크, 혈액농축)

감소▼ (만성 간질환, 영양실조, 흡수장애, 악성종양, 신증후군, 화상, 손상, 실혈로 인한 수액공급, 사구체신염, 장질환, 누공, 임신, 신부전, 에스트로겐)

- alpha1-Antitrypsin (AAT, 51,000 Da)

간에서 생산되는 protease 억제제이며 급성기 반응 물질이다.

- alpha2-Macroglobulin (AMG, 725,000 Da)

큰 분자량 때문에 소변으로 소실되지 않아 신증후군에서 정상인에 비해 농도가 10배 이상으로 증가하여 삼투압을 유지하는 주요한 성분이 된다.

- Haptoglobin

급성기 반응물질. 적혈구에서 유리 Hemoglobin과 결합하여 유리 hemoglobin이 신장에서 여과되어 배출되는 것을 막아준다.

증가▲ (스트레스, 감염, 급성염증, 조직 괴사, steroid, NSAID)

감소▼ (용혈성 수혈부작용, 화상, 자가면역성 용혈성 빈혈, 간염, 간경변증)

- Transferrin (79,550 Da)

주요한 beta-globulin. 철결합 혈청 단백질로, Fe3+ 와 결합하여 이를 골수로 수송하는 역할.

증가▲ (임신, IDA, 급성 간염 초기)

감소▼ (용혈성 빈혈, 염증, 혈액 질환, 간경변증, 영양실조, 혈철침착증, 철과잉증, 선천성 무트렌스페린혈증)

- Complement

C3 및 C4 감소(SLE, 초기 사구체성 신염, 면역복합체 질환)

- Fibrinogen (340,000 Da)

급성기 반응물질.

증가▲ (경구피임제, 임신)

감소▼ (유전성 저섬유소원혈증, 이상섬유소원혈증, 파종성혈관내응고증, 간질환), (CA-7000, clot assay)

- Ceruloplasmin

alpha2-globulin으로 혈청 구리 95%가 ceruloplasmin에 결합. 1개의 ceruloplasmin에 6개의 구리 원자 결합.

증가▲ (경구피임제, 임신)

감소▼ (Wilson’s ds.)

- CRP (115,000 Da)

가장 민감한 acute phase reactant로, 심근경색, 스트레스, 외상, 감염, 염증, 수술, 종양에서 증가. 바이러스 감염에 비해 세균 감염 시 더 높게 증가. 염증 발생 후 6~12시간에 증가하기 시작해 48시간 후 peak, 이후 점진적 감소.

 

E. 뇌척수액 단백 검사 및 의의

- Oligoclonal band, CSF: 다발성 경화증, 크립토코칼 뇌수막염, 특발성 다발성신경염, 신경매독, 만성 풍진 범뇌염, 아급성 경화성 범뇌염(SSPE) 진단 (혈청에 없는 밴드 2개 이상 보이면 양성)

- 중추신경계 감염증, 자가면역질환, 염증성 질환

 

F. 단백질 분획 정리

Prealbumin, Albumin

Alpha1 분획 : a1-Antitrypsin(a1-AT), a1-Acid glycoprotein(a1-AG), a1-Lipoprotein(a1-LP)

Alpha2 분획 : a2-Macroglobulin(a2-MG, AMG), Haptoglobin, b-Lipoprotein(LDL), Ceruloplasmin

Beta 분획 : Transferrin, Complements(C3,4,5), Hemopexin, IgA, Fibrinogen

Gamma 분획 : IgM, IgG, CRP, C1q, Fibrinogen

 

G. 단백질 분획 이상 유형

A. Normal pattern

 

B. Immediate response pattern

-  Haptoglobin (alpha2 분획)이 증가하고 albumin이 소량 감소하는 형태

 

C. Delayed response pattern

 

D. Hypogammaglobulinemia

-  Gamma-globulin 분획이 거의 없다.

-  면역체계가 성숙하기 전의 신생아에서 정상적으로 나타날 수도 있다.

 

E. Hepatic cirrhosis

-  Polyclonal gammopathy

-  간경변증에서는 알부민이 매우 감소하고 gamma globulin 분획이 polyclonal하게 증가하여 삼투압을 유지하게 된다.

-  모든 immunoglobulin이 증가하는데, IgA는 beta globulin 분획에 위치하므로 beta-gamma bridging이 발생하기도 한다.

-  Immunoglobulin 중 소수의 클론만으로 구성된 oligoclonal band는 면역질환이나 장기적으로 면역억제치료를 받는 경우 볼 수 있다.

 

F. Monoclonal gammopathy

-  다량의 동일 항체는 전기영동상에서 두드러진 밴드를 이루고, 이를 M-spike 혹은 M-protein라 한다.

-  60%는 악성 형질세포 질환, 15%는 림프계 질환(lymphoma, CLL, Waldenstrom’s macroglobulinemia 등), 나머지 25%는 MGUS이다.

 

 

G.    Nephrotic syndrome

-      작은 분자가 큰 분자보다 더 빠르게 소변으로 소실되어 alpha1, beta, gamma globulin 분획이 감소

-      alpha2 분획의 단백질 (AMG 등)은 크기가 커서 소변으로 배출되지 못해 혈청 농도가 상대적으로 증가한다.

 

H.    Protein-losing enteropathy

-      단백질 소실 장 질환에서는 대부분의 분획이 감소되고 alpha2 globulin이 상대적으로 증가한다.

-      Haptoglobin, AMG가 소실되지 않고 남아있기 때문.

 

 

Reference)

진단검사의학 제6판

Special Thanks to S.H.Yu M.D.