생명연, 영장률 감염모델에서 델타 및 오미크론 변이주에 의한 폐 미세구조 면역반응을 공간전사체 분석 통해 확인
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.
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.
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.
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, “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.
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, 과기정통부 국가전임상지원체계구축사업, 생명연 주요사업, 질병관리청 연구용역사업의 지원으로 수행되었다.
김지예 기자
press@healthinnews.co.kr