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 국내 연구진이 코로나19 감염 환자에게서 발생하는 심각한 폐 손상의 원인을 규명했다. 중증 환자들에 대한 효과적인 치료 전략을 수립할 수 있는 계기를 마련했다는 평가다.

한국과학기술원(KAIST)은 박수형 의과학대학원 교수 연구팀이 최영기 충북대 의대 교수, 이정석 지놈인사이트 박사팀과 공동으로 코로나19 바이러스 증식의 절정기, 회복기에 걸쳐 나타나는 면역 반응의 양적·질적 변화를 규명해 폐 손상을 일으키는 특정 면역세포의 특성과 기원을 알아냈다고 4일 밝혔다.

코로나19에 감염되면 처음 바이러스가 유입돼 감염되는 폐 조직 내에서 즉각적인 면역세포의 활성화가 일어난다. 이 면역세포의 대부분은 대식세포(macrophage)인데, 코로나19에 환자가 감염된 후 혈류를 통해 활성화된 단핵구가 폐 조직으로 들어오며 추가로 대식세포로 분화하며 바이러스에 감염된 폐 조직 세포들을 제거하여 초기 방어로 대응을 하게 된다.

코로나19 감염 후 일어나는 초기의 면역반응과 그 시간에 따른 변화를 폐에서 면역세포를 여러 차례 얻어 연구하는 것은 환자를 통해서는 불가능하다. 따라서 페럿(족제비과)과 같은 호흡기감염 동물모델이 바이러스 감염 후 면역반응의 정확한 면모를 밝히는 데 중요한 역할을 한다. 충북대학교 최영기 교수 연구팀은 실험동물인 페렛이 SARS-CoV-2 바이러스에 감수성이 있다는 것을 세계 최초로 학계에 보고했다.

이번 연구에서 KAIST-충북대-지놈인사이트 공동연구팀은 코로나19 바이러스 감염 동물모델을 이용해 감염이 진행되는 동안의 폐 내 면역세포의 변화를 첨단 연구기법인 단일세포 시퀀싱을 이용해 정밀하게 분석했다. 폐 면역세포의 대부분을 차지하는 대식세포를 10가지 아형으로 분류해 이중 어떤 대식 세포군이 폐 손상에 기여하는지를 추적했다.

연구팀은 감염 2일 후부터 혈류에서 활성화된 단핵구가 급격하게 폐 조직으로 침윤하며 대식세포로 분화, 양적으로 증가함을 확인했다. 특히 이러한 혈류 기원 침윤 대식세포들은 염증성 대식세포의 성질을 강하게 나타내며, 바이러스 제거에 기여할 뿐만 아니라 조직손상을 일으키는 주범이 될 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 또 이같은 대식세포 분화의 양상은 중증 코로나19 환자들의 폐 조직에서 관찰되는 변화와도 높은 유사도를 보임을 규명했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 지난달 28일 게재됐다.

공동연구팀은 현재 면역억제제를 투약받은 코로나19 환자들의 면역반응 변화를 종적으로 추적하며, `싸이토카인 폭풍'과 같은 치명적인 중증 코로나19의 과잉면역반응의 적절한 제어와 약물의 면역학적 효과를 규명하는 후속 연구를 진행하고 있다.

고준영 KAIST 박사과정은 "코로나19에 감염된 직후 시간에 따른 변화를 감염 전과 비교해정밀하게 규명한 것이 이 연구의 가장 큰 수확"이라며 "감염 후 폐 손상이 특정 염증성 대식세포에 의한 것임을 규명해 중증 코로나19 환자에서 사용되는 면역억제 치료 전략을 정교하게 만들 수 있는 근거를 마련했다"고 설명했다.

KAIST·충북대·지놈인사이트 공동연구팀 연구
- 폐 손상 일으키는 면역세포의 특성 및 기원 제시

 국내 연구진이 코로나19 환자에서 과잉 면역반응에 의해 발생하는 폐 손상을 조절할 대상을 제시했다.

한국과학기술원(KAIST)은 박수형 의과학대학원 교수 연구팀이 최영기 충북대 의대 교수, 이정석 지놈인사이트 박사팀과 함께 코로나19 바이러스 증식의 절정기, 회복기에 걸쳐 나타나는 면역반응의 양적·질적 변화를 규명해 폐 손상을 일으키는 특정 면역세포의 특성과 기원을 알아냈다고 4일 밝혔다.

주요 연구진 모습.(왼쪽부터)박수형 KAIST 교수, 최영기 충북대 교수, 이정석 지놈인사이트 박사.(사진=KAIST)

코로나19에 감염되면 처음 바이러스가 유입되어 감염되는 폐 조직에서 바로 면역세포의 활성화가 일어난다. 면역세포의 대부분은 대식세포인데 코로나19에 환자가 감염된 후 혈류를 통해 활성화된 단핵구가 폐 조직으로 들어오고, 대식세포가 분화해 바이러스에 감염된 폐 조직 세포들을 없애 초기 방어를 하게 된다.

환자를 통해 코로나19 감염 후 일어나는 초기 면역반응과 시간에 따른 변화를 여러 차례 연구하는 것은 불가능하기 때문에 페럿과 같은 동물을 이용해야 했다.

연구팀은 코로나19 바이러스 감염 동물모델을 이용해 감염이 진행되는 동안 폐속 면역세포 변화를 단일세포 시퀀싱을 이용해 분석했고, 대식세포를 10가지 아형으로 분류해 이중 어떤 대식 세포군이 폐 손상에 기여하는지 분석했다.

연구팀은 코로나19 바이러스 감염 2일 후부터 혈류에서 활성화된 단핵구가 급격하게 폐 조직으로 침윤하며 대식세포로 분화해 양적으로 늘어난다는 사실을 확인했다.

이러한 혈류 기원 침윤 대식세포들은 염증성 대식세포의 성질을 강하게 나타내 바이러스를 없애는데 기여하고, 조직손상을 일으키는 주범이 될 수 있다. 대식세포 분화 양상이 중증 코로나19 환자들의 폐 조직에서 관찰되는 변화와도 높은 유사도를 보인다는 사실도 확인했다.

박수형 교수는 “코로나19가 감염 직후 시간에 따른 변화를 감염 전과 비교해 정밀하게 규명했다”며 “감염 후 폐 손상이 특정 염증성 대식세포에 의한 것임을 알아내 중증 코로나19 환자에서 사용되는 면역억제 치료 전략을 정교하게 만들 근거를 마련했다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 달 28일자에 게재됐다.