코로나19 변이에 대한 '폐 면역반응' 첫 규명

(왼쪽부터) 홍정주 한국생명공학연구원 책임연구원, 오태환 박사후연구원. 한국생명공학연구원 제공.

신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19) 변이주가 지속적으로 등장했지만, 폐에서 어떠한 면역반응을 일으키는지 직접 확인한 연구는 없었다. 국내 연구진이 폐 미세구조 면역반응을 직접 관찰한 연구 결과를 처음으로 발표했다. 

한국생명공학연구원 홍정주 국가영장류센터 책임연구원 연구팀이 코로나19 변이가 폐에서 일으키는 면역반응을 확인한 연구결과를 지난달 29일 국제학술지 ‘바이러스학 저널’ 표지논문으로 게재했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 코로나19와 같은 신·변종 감염병의 면역 메커니즘을 연구하는 기초자료로 쓰일 것으로 기대된다. 

코로나19를 일으키는 사스-코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)는 2019년 처음 등장한 이후 알파, 베타, 델타, 오미크론 등 다양한 변이주를 출현시켰다. 이 중 가장 최근 변이주인 오미크론은 상부 호흡기관인 기관지에서 잘 증식하고 폐의 실질조직인 폐포(허파꽈리)에서는 증식력이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이는 바이러스가 유도하는 염증성 사이토카인(염증반응에 관여하는 면역 단백질)이 폐에서 많이 생성되지 않기 때문이다. 

하지만 이러한 사실은 환자의 비강 샘플이나 폐 부검 샘플로 확인한 결과로, 바이러스에 감염된 폐 부위의 면역반응을 직접 확인한 것은 아니다. 코로나바이러스는 폐에 균일하게 분포하지 않기 때문에 감염 부위를 직접 관찰하지 않으면 면역반응을 확인하기 어렵다. 

델타 및 오미크론에 감염된 폐 미세구조에 대한 공간전사체 분석. 한국생명공학연구원 제공.

연구팀은 영장류 감염모델을 이용해 폐 미세구조인 폐포, 세기관지, 혈관 등 세 부위에서 델타와 오미크론이 어떻게 반응하는지 직접 관찰했다. 그 결과 감염된 모든 폐 부위에서 염증, 사이토카인, 보체, 세포 손상, 세포 증식, 세포 분화 경로에 관여하는 유전자가 증가했다. 

단 면역반응이나 세포 손상과 관련한 일부 유전자는 오미크론보다 델타 감염 시 높게 발현된다는 점이 공간전사체 분석을 통해 확인됐다. 

델타 및 오미크론에 감염된 폐 미세구조의 세포 구성을 분석한 결과에서는 대식세포, 수지상 세포, B세포, T세포, 자연살해(NK)세포 등 면역 관련 세포들이 침윤된 점이 확인됐다. 코로나바이러스의 계속된 변이에도 병리학적 측면에서는 면역반응에 큰 차이가 일어나지 않았고 기존 면역 억제 치료 전략이 계속 유효하다는 의미다. 

홍 책임연구원은 “사람과 계통학적으로 가장 가까운 영장류를 활용해 코로나바이러스 변이주에 의한 폐 내 국소 면역반응을 분자적 수준에서 규명했다”며 “향후 나타날 변이주나 신·변종 감염병 진단 및 치료 전략 개발, 전임상 데이터 등으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다“고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 국가전임상지원체계구축사업, 생명연 주요사업, 질병관리청 연구용역사업 지원으로 수행됐고 지난달 29일 국제학술지 ‘바이러스학 저널’ 표지논문으로 게재됐다. 

[문세영 기자 moon09@donga.com]