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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-11-20
바이러스는 온갖 수단을 동원하여 면역계의 방어를 따돌리고 인간을 병들게 한다. 그러나 과학자들은 면역계가 바이러스를 물리치는 새로운 방법을 발견했다. 과학자들에 의하면, 세포로 하여금 세균과 싸우도록 자극함으로써 바이러스까지도 물리치게 하는 일석이조의 효과를 거둘 수 있다고 한다. 설사 바이러스에 대항하는 무기가 없더라도 말이다. "이번에 발견한 메커니즘을 쉽게 설명하면, `축구 선수들이 야구 방망이로 무장하는 것`과 같다. 이는 백신의 미스터리를 해결하고, 감염증과 싸우는 새로운 방법을 개발하는 데 기여할 것으로 보인다"고 조지아 주립대학교에서 점막면역(mucosal immunity)을 연구하는 앤드루 게위츠 교수(면역학)는 말했다.
인간의 세포는 세균과 바이러스에 대해 각각 다르게 반응한다. 즉, 인간의 세포는 세균과 바이러스에 반응하여 각각 다른 유전자를 발현시키고, 상이한 화학적 메신저와 방어분자를 방출한다. 게위츠 교수가 6년 전 실시한 실험결과를 보고 깜짝 놀란 것은 바로 이 때문이었다. 당시에 그가 이끄는 연구진은 플라젤린(flagellin: 일부 세균이 추진력을 얻기 위해 사용하는 편모를 구성하는 단백질)을 마우스에게 주입하고, 이것이 마우스의 항균 방어체계(antibacterial defenses)를 활성화시키는지 여부를 테스트하던 중이었다. 실험결과는 예상대로였다. 플라젤린을 주입받은 마우스는 면역계가 자극되어, 치사량의 유해세균을 투여하더라도 살아남는 것으로 나타났다. 그런데 문제는 그 다음이었다. 연구진이 (플라젤린으로 자극된) 마우스에게 로타바이러스(어린이들에게 심한 설사를 야기하는 바이러스)를 감염시키자, 마우스는 로타바이러스를 이겨내는 것으로 밝혀졌다. 바이러스는 플라젤린을 보유하고 있지 않은데도 말이다.
연구진은 11월 13일 Science에 기고한 논문에서, 마침내 의문을 해결했다. 연구진은 이번 연구에서, 마우스의 병원체 감지분자들(pathogen-sensing molecules)이 세포로 하여금 외부에서 주입된 플라젤린을 감지하는 메커니즘을 분석했다. 플라젤린을 감지한 세포는 다른 세포들로 하여금 인터루킨 22(IL-22)와 18(IL-18)을 분비하게 하는 것으로 밝혀졌다(IL-22와 IL-18은 세균에 대한 방어반응을 지휘하는 데 도움을 주는 분자신호다). 그런데 IL-22와 IL-18은 세균을 물리치는 데 관여하는 분자들이다. 이 분자들이 어떻게 바이러스를 무찌르는 데 가담했을까?
해답은 로타바이러스의 습성에 있었다. 로타바이러스는 소장의 내벽을 둘러싸고 있는 상피세포에 침투하는데, IL-22는 소장 상피세포의 세균침입에 대한 저항성을 높여주고, IL-22는 감염된 세포들을 자살(아포토시스)시킴으로써 감염의 전파를 막는 작용을 한다. 따라서 이러한 분자들이 활성화되면, 세균은 물론 로타바이러스도 맥을 출 수가 없다. 연구진이 IL-22와 IL-18을 마우스에게 주입한 결과, 플라젤린과 동일한 항바이러스 효과를 발휘하는 것으로 나타났다. 연구진은 항균 메커니즘이 바이러스에도 통하는 이유를 `바이러스가 익숙하지 않은 메커니즘이기 때문`이라고 설명했다. 로타바이러스는 인체의 항바이러스 메커니즘을 회피하도록 진화되었으므로, 플라젤린이나 `IL-22와 IL-18의 합동작전에 의해 활성화되는 면역반응(항균반응)을 회피하지 못한다는 것이다.
"이번 논문은 매우 잘 정리된 논문이다. 연구진은 가능한 경우의 수들을 모두 고려했다"고 미 국립보건원(NIH)에서 로타바이러스를 연구하는 로저 글래스 박사는 논평했다. "연구진이 관찰한 중첩예방(crossover protection)은 뜻밖이다. 왜냐하면 일반적으로 중첩효과는 그와 정반대 방향으로 일어나기 때문이다. 예컨대 바이러스성 폐감염 완자는 세균감염에 - 강해지기는커녕 - 더 취약해지는 경향이 있다"고 독일 샤리테 의과대학의 면역학자이자 내과의사인 로버트 사바트 박사는 말했다.
글래스 박사에 의하면, 이번 연구결과로 인해 지난 10년 동안 새로 도입된 2개의 로타바이러스 백신에 얽힌 미스터가 풀렸다고 한다. 이 백신들은 약독화된 바이러스를 포함하고 있는데, 개발도상국보다는 선진국에서 더 효과가 있는 것으로 알려져 있다. (개발도상국에서는 매년 40여 만 명의 어린이들이 로타바이러스 감염으로 사망한다.) "개발도상국의 어린이들은 플라젤린을 보유한 세균에 노출되는 경우가 많다. 따라서 약독화 생백신을 접종받을 경우, 면역계가 로타바이러스를 파괴하여 백신의 효과를 떨어뜨린다"고 그는 설명했다.
하지만 이번 연구가 로타바이러스 감염으로 인한 글로벌 사망률에 영향을 미치기는 어려울 것으로 보인다. 개발도상국의 경우 로타바이러스로 인한 사망자가 많은 것은 의료시설이 취약하기 때문이므로, 어린이들을 IL-22와 IL-18로 치료하는 것은 실효성이 없다. 그러나 선진국의 경우에는 사정이 다르다. 선진국의 어린이나 성인들 중에는 암치료나 질병(예: AIDS) 등으로 인해 면역력이 손상된 사람들이 많으므로, IL-22와 IL-18이 효과를 발휘할 수 있다. (면역역이 손상된 사람들은 로타바이러스 감염에 취약하다.)
사바트 박사에 의하면, 일부 과학자들은 이미 암 환자를 대상으로 IL-22과 IL-18의 임상시험을 마쳤다고 한다. 임상시험 결과에 의하면, IL-18은 발열, 오심, 호흡곤란 등의 부작용을 일으키는 것으로 밝혀졌지만, 이 같은 부작용은 IL-22와 저용량의 IL-18을 병용투여함으로써 해결될 수 있다고 한다. 한편 IL-22와 IL-18은 다른 용도로도 사용될 수 있다. "IL-22와 IL-18은 다른 바이러스 감염에도 광범위하게 적용될 수 있다. 우리는 IL-22와 IL-18이 노로바이러스를 포함한 다양한 바이러스에도 저항성을 부여하는지를 확인하기 위해 연구를 수행 중"이라고 게위츠 교수는 말했다. (노로바이러스는 유람선에서 유행성 위장관염을 일으키기로 악명높은 병원체다.)
※ 원문정보: Andrew T. Gewirtz, "Prevention and cure of rotavirus infection via TLR5/NLRC4–mediated production of IL-22 and IL-18", Science 14 November 2014: Vol. 346 no. 6211 pp. 861-865, DOI: 10.1126/science.1256999
http://news.sciencemag.org/biology/2014/11/cells-can-fight-viruses-even-when-stimulated-combat-bacteria
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