코로나19 환자에서 나타나는 자연살해 세포 변화 규명
KAIST는 의과학대학원 신의철 교수 연구팀이 충남대학교병원 감염내과 김연숙, 천신혜 교수팀과의 공동연구를 통해 코로나19 환자들에서 자연살해 세포의 항바이러스 기능이 약화돼 있고, 이러한 기능 변화는 경증 코로나19 환자에서는 일주일 내로 사라지지만 중증 환자에서는 오래 지속됨을 규명했다고 10일 밝혔다. 이로써, 항바이러스 선천면역 반응의 한 축을 담당하는 자연살해 세포의 기능 이상을 중증 코로나19 환자에서 처음으로 규명하게 됐다.
우리 몸은 바이러스에 감염되면 이에 대항하여 일차적으로 선천면역 반응이 나타나며, 항바이러스 선천면역 반응을 담당하는 주된 세포가 바로 자연살해 세포다. 이러한 자연살해 세포의 대부분을 차지하는 것이 바이러스에 감염된 세포를 직접 죽이는 세포독성 자연살해 세포인데, 코로나19 환자에서 이러한 세포독성 자연살해 세포의 수나 기능이 감소돼 있다는 보고는 있었지만, 자연살해 세포의 구체적인 변화나 기능감소 기전에 대해서는 규명된 바가 없었다.
이번 연구에서 KAIST-충남대병원 공동연구팀은 한국인 코로나19 환자들을 대상으로 진단 초기부터 회복 시까지 추적 연구를 수행해 코로나19 바이러스 감염증에서 질병의 진행 과정에 따라 자연살해 세포에 일어나는 변화를 최초로 규명했고, 중증 환자와 경증 환자에서 자연살해 세포의 특성 및 기능의 차이점에 대해 밝혔다. 특히 이번 연구에서는 최첨단 면역학 연구기법과 유전자 발현 분석을 동시에 활용해 코로나19 환자에서 자연살해 세포들에 나타나는 변화를 다각도에서 분석하고 규명했다.
공동연구팀은 정상인이나 독감 환자와는 달리 코로나19 환자에게서만 특징적으로 나타나는 비정형 자연살해 세포를 발견했고, 이러한 비정형 자연살해 세포가 일반적인 자연살해 세포보다 세포독성 기능이 감소해있음을 밝혔다.
연구팀은 이러한 비정형 자연살해 세포들이 질병의 중증도와 관계없이 코로나19 바이러스에 감염된 환자들에서 공통적으로 질병 초기에 빠르게 증가하며, 이로 인해 코로나19 환자의 선천면역 반응이 약화되어 있음을 밝혔다. 그리고 코로나19 환자들의 질병 진행 과정에서 자연살해 세포 특성을 추적 관찰한 결과, 중증 코로나19 환자에서 이러한 비정형 자연살해 세포들의 증가 상태가 더 장기간 지속되며 이는 선천면역 반응의 손상과 연관됨을 밝혔다.
이번 연구는 세계 처음으로 코로나19 환자에서 비정형 자연살해 세포의 증가를 발견해 코로나19 환자에서 나타나는 선천면역 반응 손상의 기전을 보고한 연구로 세계 면역학계의 주목을 받고 있다.
과학기술원 공동연구과제의 지원을 받아 수행한 이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 `알레르기 및 임상면역학 저널(The Journal of Allergy and Clinical Immunolgy)'에 게재됐다. 특히 이번 논문은 저널 편집자로부터 주목을 받아야 할 주요 연구성과로 선정돼 하이라이트 논문으로 저널에 소개될 예정이다. (논문명: Abnormality in the NK cell population is prolonged in severe COVID-19 patients, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0091674921011428)
이번 연구의 제1 저자인 KAIST 임가람 박사 연구원(現 연세의대 소화기내과 임상강사)은 "코로나19 바이러스 감염증에서 특징적으로 비정형 자연살해 세포들이 증가해 있음을 발견했다ˮ며 "다른 호흡기 바이러스 감염에서는 보이지 않는 이러한 자연살해 세포 변화는 코로나19 바이러스 감염증의 임상적 특징을 이해하고, 중증 환자에서 선제적인 치료를 조기에 시작하는 임상적 근거가 될 것이다ˮ고 설명했다.
충남대병원 김연숙 교수는 "이번 연구는 코로나19 환자의 질병 과정의 초기부터 회복기까지 자연살해 세포의 변화 및 특성을 세계에서 최초로 분석해 규명한 연구 결과로서 코로나19 환자에서 나타나는 선천면역 반응의 손상 기전을 최초로 밝혔다는 점에서 의미가 있는 연구ˮ라고 말했다.
□ 연구개요
KAIST 의과학대학원 면역학 연구팀은 충남대병원 감염내과 임상 연구팀과의 협동 중개 연구(translational research)를 통하여 코로나19 환자에서 나타나는 자연살해 세포의 이상을 질병의 경과에 따라 연구하였다.
코로나19 환자에서 나타나는 자연살해 세포의 이상을 규명하기 위하여, 먼저 건강인, 경증 코로나19, 중증 코로나19 감염 환자의 말초혈액 유래 자연살해 세포를 차세대 유전체 염기서열 분석 기술을 활용하여 분석하였다. 그 결과, 질병의 중증도에 관계 없이 코로나19 환자에서는 자연살해 세포들에 정상인과는 다른 변화가 일어나 있음을 확인하였다.
이러한 변화가 세포 수준에서 어떻게 나타나는지 규명하기 위하여, 건강인, 중증 독감 환자, 경증 코로나19, 중증 코로나19 환자의 자연살해 세포를 면역학 최신기법을 통해 분석하였다. 그 결과, 건강인이나 중증 독감 환자에서는 거의 존재하지 않는 비정형 자연살해 세포가 코로나19 환자에서는 질병의 중증도와 관계없이 그 수가 증가해 있으며, 이러한 증가는 코로나19 바이러스 감염의 초기에 나타남을 확인하였다. 그리고 이러한 비정형 자연살해 세포는 항 바이러스 기능이 감소되어 있음을 규명하였다.
질병의 경과에 따른 추적관찰 결과, 경증 환자에서는 이러한 자연살해 세포의 변화가 감염으로부터 일주일이 지나면 정상화 되지만, 중증 환자에서는 2-3주 이상 유지되며, 지속적인 선천면역 반응 손상을 일으킴을 확인하였다. 이번 연구를 통해 공동연구팀은 코로나19 바이러스 감염증에서 특이적으로 나타나는 자연살해 세포의 변화를 확인함으로써, 코로나19 환자에서 보이는 선천면역 손상 기전에 대한 단서를 제공했다.
경증 및 중증 코로나19 환자에서 진단 시점으로부터 회복 시기 혹은 환자사망 시까지 말초혈액을 주기적으로 수집하여 자연살해 세포의 면역학적 특성, 사이토카인 분비능력, 증식능력, 세포독성 등 다양한 측면을 분석하였고, 그 변화를 질병 경과에 따라 분석하였다.
그 결과, 중증도에 상관없이 코로나19 환자에서 공통적으로 바이러스 감염 직후부터 비정형 자연살해 세포군이 빠르게 증가하였고, 이러한 자연살해 세포 변화는 경증 환자에서는 진단 후 일주일 내에 대부분 회복되었지만, 중증 환자에서는 추적관찰 기간 동안 지속적으로 유지되었다.
이번 연구는, 현재까지 수행된 코로나19 환자에서의 자연살해 세포에 대한 최초의 추적관찰 연구이자, 코로나19 환자에서 나타나는 자연살해 세포의 변화를 가장 정교하게 분석한 연구로 평가받고 있다. 해당 연구 결과는 향후 코로나19 바이러스 감염증에 있어서 환자의 선천면역 손상 기전을 더 깊이 있게 이해하게 하며, 중증 코로나19 환자에서 지속되는 선천면역 반응의 손상에 대한 지표로서 활용될 것으로 기대 받고 있다.
의학약학 KAIST (2021-08-10)
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