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과학으로 본 코로나19 (COVID-19)
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[바이오토픽] 노인들이 COVID-19에 취약한 건, 면역계의 불협화음 때문
의학약학 양병찬 (2020-09-22)

후천성 면역계의 양대 산맥인 ‘항체’와 ‘T세포’의 손발이 안 맞는 경우가 있다. 일부 환자와 노인들이 중증 COVID-19를 앓는 것은 그 때문인 것으로 보인다.

노인들이 COVID-19에 취약한 건, 면역계의 불협화음 때문

이번 연구의 하이라이트(참고 1)

- 후천성 면역반응이 COVID-19의 중증도(severity)를 제한한다.
- 후천성 면역의 3총사가 함께 활약하면, 각각 따로 노는 것보다 더 효과적이다.
- 급성 COVID-19에서, CXCL10은 손상된 T세포 반응의 생체표지자(biomarker)가 될 수 있다.
- 고령(高齡)과 미접촉 T세포(naïve T cell)는 중증 COVID-19의 위험요인과 관련되어 있다.


만약 현악기, 목관악기, 금관악기, 타악기 부분이 하모니를 이루지 못한다면, 설사 세계 수준의 오케스트라라도 불협화음을 낼 수밖에 없다. 그와 마찬가지로, 많은 구성원들이 적절한 시기에 적절한 역할을 수행하지 않는다면, 인간의 정교한 면역계는 병원체에 반격을 가할 수 없다. 한 새로운 연구에 따르면, COVID-19의 피해를 가장 많이 보는 사람들은 면역반응이 조화를 이루지 못해서 그렇다고 한다.

이번 연구결과는 'COVID-19의 진행과정'을 밝히는 데 도움이 되며, '다양한 치료법들을 적절하게 사용하는 방법'과 '효과적인 백신을 설계하는 방법'에 대한 정보를 제공한 것으로 평가된다. "우리는 '면역반응이 SARS-CoV-2에 대응하여 어떻게 형성되는지'를 제대로 알아야 한다"고 컬럼비아 대학교의 다너 파버(면역학)는 논평했다. "이번 연구는, COVID-19에 감염된(또는 취약한) 사람들의 바이러스 특이적 면역(virus-specific immunity)을 가장 포괄적으로 분석했다."

9월 16일 《Cell》에 실린 이번 연구(참고 1)는 후천성 면역반응(adaptive immune response)—특이한 병원체를 집중적으로 공격하는 면역반응—을 구성하는 3대 군단에 초점을 맞췄다. "SARS-CoV-2에 효과적으로 대응하려면, 후천성 면역반응의 3총사는 합심해야 하며 어느 정도 상호보완적이어야 한다"고 알레산드로 세테와 함께 이번 연구를 수행한 라호야 면역학 연구소(La Jolla Institute for Immunology)의 셰인 크로티는 말했다. "전반적으로 볼 때, 세 가지 면역반응이 모두 작동하는 사람들은 선전(善戰)하는 경향이 있다. 그러나 후천성 면역반응이 조화를 이루지 못하는 사람들은 고전을 면치 못하게 된다."

인체가 새로운 바이러스를 탐지했을 때, 선천성 면역반응(innate immune response)—모든 병원체들을 광범위하게 공격하는 면역반응—이 즉시 가동된다. 또한 그것은 사이토카인(cytokine)이라는 화학전령(chemical messenger)을 분비함으로써 다른 면역세포들에게 경고신호를 보낸다. 뒤이어 며칠 동안, 특이적인 침입자—COVID-19의 경우, SARS-CoV-2라고 불리는 코로나바이러스—를 겨냥하는 후천성 면역반응이 형성된다. 후천성 면역반응을 담당하는 군단 중 하나인 항체는 바이러스에 달라붙어 중화시키는 역할을 수행한다. 만약 항체가 역할을 수행하는 데 실패한다면, 킬러 T 세포(CTL: killer T cell)라는 지원부대가 '감염된 세포'를 확인하여 파괴한다. 세 번째 군단인 도우미 T세포(Th: helper T cell)는 항체, CTL, 그 밖의 오케스트라 단원들을 총지휘한다.

크로티와 세테가 이끄는 연구팀은 (경증 환자에서부터 최종적으로 사망한 환자에 이르기까지) 다양한 COVID-19 환자 24명에게서 채취한 혈액을 분석했다. 연구팀은 그들의 면역반응을 '질병에서 회복한 환자' 26명 및 '바이러스에 감염되지 않은 살' 65명의 면역반응과 비교했다. 연구에 참여한 사람들의 연령은 20세부터 86세까지 다양했다. 크로티는 이번 연구를 탐색적(exploratory)이라고 부르는데, 그 이유는 나중에 수백 명의 참가자들(감염된 환자와 회복된 환자로 구성됨)을 대상으로 동일한 연구를 수행할 생각이기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 연구팀은 이번 연구에서 여러 가지 성과를 거뒀다. 그 내용인즉, '중화항체의 수준이 질병의 중증도(secerity)와 상관관계를 보이지 않으며, 가장 심각한 증상을 경험한 환자들은 Th와 CTL의 수준이 낮은 것으로 나타났다'는 것이다. "자연적인 감염에서, Th는 항체보다 더 중요한 역할을 수행하는 것으로 보인다"고 크로티는 말했다.

구체적으로, (심각한 증상을 보인) 65세 이상의 노인 10명의 혈액을 분석한 결과, 젊은 환자들에 비해 '항체와 CTL/Th 간의 협응적 반응(coordinated response)이 크게 부족한 것으로 나타났다. (예컨대 항체의 수준이 최고조에 달하더라도, CTL이나 Th의 반응이 미약한 것으로 나타났다.) 또한 고령의 환자들은 미접촉 T세포(naïve T cell)가 부족한 것으로 나타났는데, 미접촉 T세포는 새로운 침입자를 인식한 후 성숙한 T세포와 Th로 발전하기 때문에 협응적 반응의 기초가 된다.

과학자들은 (선천성 면역세포들이 분비하는) 사이토카인의 폭풍이 COVID-19의 중증도에 기여하는 메커니즘에 대해 갑론을박을 벌이고 있지만, 이번 연구는 최소한 일부 사례에 대한 해답을 내놓은 것으로 보인다. "만약 선천성 면역반응과 후천성 면역반응이 매우 신속하게 가동된다면, 바이러스와 잘 싸울 수 있다"고 그는 말했다. 그러나 T세포가 부족하다면, 항체와 사이토카인만으로는 역부족이기 때문에 바이러스의 급성장을 허용하게 된다. 이에 대응하여, 선천성 면역계는 더 많은 사이토카인을 분비하지만 소용이 없다. "T세포가 부족한 경우, 바이러스가 일찌감치 멀리 달아나므로 후천성 면역계가 따라잡을 수 없다"고 그는 덧붙였다.

선행연구에서는 "(면역반응을 광범위하게 약화시키는) 덱사메타손과 같은 부신피질호르몬제가 중증 환자들을 일부 치료할 수 있다"(참고 2; 한글번역)고 설득력 있게 말했다. 그러나 크로티에 따르면, 스테로이드를 너무 일찍 투여하면 위험하다고 한다. "그럴 경우 자기 무덤을 팔 수 있다. 왜냐하면, 후천성 면역반응이 막 시작되는 데 찬물을 끼얹는 꼴이 되기 때문이다'라고 그는 말했다.

이론적으로, 이번 연구는 임상의들이 '스테로이드의 투약 시기'를 결정하는 데 도움이 된다. "의사들은 후천성 면역 프로파일에 기반하여 환자를 평가할 수 있다"고 파버는 말했다. "이것은 매우 중요하다." 그러나 파버는, 혈액이 조직(특히, 바이러스의 핵심 공격 부위인 폐)에서의 면역반응을 제대로 반영하지 않을 수 있다고 경고한다. "혈액을 모니터링함으로써 경증 환자의 악화를 막을 수 있다고 장담할 수 없다"고 그녀는 말했다. 그녀는 현재 폐와 기도의 면역을 연구하고 있다.

프레스 허친슨 암 연구센터(Fred Hutchinson Cancer Research Center)에서 백신과 감염병 부문을 이끄는 줄리 맥엘라스는 이번 연구를 "매우 흥미롭다"고 평가하며, "백신 제조자들에게 'T세포 반응에 좀 더 집중하라'는 메시지를 보낸다"는 견해를 피력했다. 대부분의  COVID-19 백신은 SARS-CoV-2가 보유한 스파이크 단백질의 상이한 버전을 포함한다. 연구자들의 바람은, 인체가 백신의 도움으로 중화항체를 만듦으로써 바이러스를 무찌르는 것이다. 그러나 백신이 감염을 완전히 예방하는 것은 무리다. 사실, 대부분의 효능시험(efficacy trial)은 1차적으로 '감염의 예방'이 아니라 '질병의 예방'을 평가한다.

만약 바이러스가 항체를 비껴간다면, T세포를 동원해야 한다. "백신을 이용해 항체와 T세포의 반응을 모두 촉발하는 것은, 중증 COVID-19를 효과적으로 예방하는 데 있어서 중요한 단계다"라고 맥엘라스는 말했다. 그러나 그녀에 따르면, 심지어 T세포의 수준을 평가하도록 설계되지 않은 효능시험도 있다고 한다. 그리고 T세포 반응을 촉발하는 백신을 만들려면, 스파이크 단백질보다 더 많은 바이러스 요소들을 포함시켜야 한다.

크로티에 따르면, T세포 반응을 측정하는 데는 많은 어려움이 수반되며, 항체 수준을 평가하는 것보다 훨씬 더 어렵다고 한다. 그러나 현재 임상시험에 계류된 백신들이 제대로 작동하지 않는 것으로 판명된다면, T세포 반응을 평가하고 증강시키기 위해 훨씬 더 많은 노력이 필요하게 될 것이다. "중화항체를 만들고 유지하게 해 주는 백신은 훌륭하다"고 그는 말했다. "그러나 바이러스가 중화항체를 피해 간다면 T세포 반응이 중요하게 되며, 고령의 환자라면 더욱 그렇다."

※ 참고문헌
1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420312356
2. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/cheap-steroid-first-drug-shown-reduce-death-covid-19-patients (한글번역 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=318362&SOURCE=6)

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2020/09/uncoordinated-immune-response-may-explain-why-covid-19-strikes-some-hard-particularly
 

그리고 잘 지내시나요, 올리버 색스 박사님?

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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