코로나바이러스 변이에 의한 폐 면역반응 규명
- 영장류 감염모델에서 델타 및 오미크론 변이주에 의한 폐 미세구조 면역반응을 공간전사체 분석 통해 직접 확인
- 감염조직의 실제 면역반응에 기반한 신‧변종 감염병 면역기전 연구에 활용 기대
□ 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연)은 국가영장류센터 홍정주 박사 연구팀이 코로나바이러스 변이주로 인한 폐 미세구조의 국소 면역반응을 최초로 규명하는 데 성공하였다고 밝혔다.
ㅇ 이를 통해 향후 코로나바이러스와 같은 신‧변종 감염병의 면역기전 연구에 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
□ 코로나바이러스감염증-19(COVID-19)의 원인체인 SARS-CoV-2 바이러스는 2019년 처음 출현한 이후로 알파, 베타, 델타, 오미크론 등 여러 차례 변이주가 출현하였고, 변이주가 유행하면 감염경로나 병변에 관한 관심은 높았지만, 변이주 감염에 의한 면역반응의 변화에 관한 연구는 미비했다.
ㅇ 가장 최근의 변이주인 오미크론은 이전과 비교하면 상부 호흡기관인 기관지에서 더 잘 증식하는 반면, 폐의 실질조직인 폐포(허파꽈리)에서는 증식력이 떨어지는 것으로 밝혀졌으며, 이로 인해 폐에서 바이러스에 의해 유도되는 염증성 사이토카인이 낮아져 임상 증상이 감소하는 것으로 알려졌다.
□ 그러나 이 같은 사실들은 환자의 비강 샘플 또는 폐를 부검하여 만든 샘플을 통해 확인한 결과로, 전반적인 염증반응을 반영할 순 있지만, 바이러스 감염 부위의 면역반응을 직접 확인한 것과는 다소의 차이가 있을 수 있다.
ㅇ 특히, 코로나바이러스는 폐에서 균일하게 분포하지 않기 때문에 감염 부위를 직접 확인하지 않으면 면역반응의 변화를 확인하기가 더욱 어려운 것이 사실이다.
□ 연구팀은 영장류 감염모델을 이용하여 폐 내의 폐포, 세기관지, 혈관 세 부위의 코로나바이러스 델타와 오미크론 변이주에 대한 반응을 직접 관찰하였다.
ㅇ 그 결과 텔타와 오미크론 변이주에 감염된 폐 모두에서는 염증, 사이토카인, 보체, 세포 손상, 세포증식, 세포 분화 경로에 관여하는 유전자가 증가하였으며, 바이러스 숙주 반응 경로의 유전자 대부분이 모든 미세조직구조에서 공통으로 발현된다는 사실을 밝혀내었다.
□ 다만, 델타 변이주에 감염된 경우, 세기관지에서 면역반응이나 세포 손상과 관련한 일부 유전자들이 오미크론 변이주에 의한 감염에 비해 높게 발현된다는 것을 공간전사체 분석을 통해 확인하였다.
□ 또한, 세 부위의 미세구조에서 세포 구성을 분석한 결과 델타와 오미크론 변이주에 감염된 폐 모두에서 대식세포, 수지상 세포, B세포, T세포, NK세포와 같은 면역 관련 세포들이 침윤된 것을 발견하였다.
□ 이는 코로나바이러스의 계속된 변이에도 병리학적 측면에서의 면역반응의 차이는 크게 다르지 않다는 것으로, 기존 면역을 억제하는 치료 전략이 앞으로의 새로운 변이에도 유효할 수 있다는 의미이다.
□ 연구책임자인 홍정주 박사는 “사람과 계통학적으로 가장 가까운 영장류를 활용하여 코로나바이러스 변이주에 의한 폐 내 국소 면역반응을 분자적 수준에서 규명한 것으로, 변이주 별로 면역 관련 유전자 발현이 질병의 경과에 영향을 미칠 가능성을 제시하였다.”라며,
ㅇ “후속 연구를 통해 향후 나타날 변이주나 신변종 감염병에 의한 감염의 진단 및 치료전략 개발에 기여하고, 식약처와 같은 승인기관에 전임상 데이터로도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.
□ 한편 해당 연구팀은 지난 2020년 세계 4번째로 코로나19 영장류 감염모델 제작에 성공하며 코로나19 백신과 치료제 개발물질에 대한 전임상 시험을 지원한 바 있다.
ㅇ SK바이오사이언스, 셀트리온을 비롯한 13건의 백신·치료제 후보물질에 대한 효능평가를 수행하여 우리나라 백신‧치료제 주권확보에 이바지하였다.
□ 이번 연구는 6월 29일 발행된 바이러스 분야 유수 저널인 Journal of Medical Virology(IF 20.693) 최신 호에 표지논문으로 게재되었으며, (논문명 : Comparative spatial transcriptomic profiling of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 Delta and Omicron variants infections in the lungs of cynomolgus macaques / 교신저자 : 홍정주 박사 / 제1저자 : 오태환 박사)
ㅇ 과기정통부 국가전임상지원체계구축사업, 생명연 주요사업, 질병관리청 연구용역사업의 지원으로 수행되었다.
