중증 코로나19 사이토카인 폭풍 원인 규명
중증 코로나19 사이토카인 폭풍 원인 규명
  • 함예솔
  • 승인 2020.07.16 15:30
  • 조회수 783
  • 댓글 0
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KAIST 의과학대학원 신의철 교수와 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울아산병원 김성한 교수·연세대 세브란스병원 최준용·안진영 교수, 충북대병원 정혜원 교수와의 공동 연구를 통해 중증 코로나19 환자에서 나타나는 과잉 염증 반응을 일으키는 원인을 발견했다고 밝혔습니다. 해당 연구는 <Science Immunology>에 게재됐습니다. 

본 연구에서는 인터페론이 코로나19 환자에서 과잉 염증반응을 유발하는 원인이 될 수 있다는 사실을 증명하였으며, 인터페론을 표적으로 하는 새로운 항염증 치료가 필요할 수 있음을 제시했다. 출처: KAIST
본 연구에서는 인터페론이 코로나19 환자에서 과잉 염증반응을 유발하는 원인이 될 수 있다는 사실을 증명하였으며, 인터페론을 표적으로 하는 새로운 항염증 치료가 필요할 수 있음을 제시했다. 출처: KAIST

사이토카인 폭풍이란

사이토카인은 혈류를 타고 재빨리 퍼져나가 몸 속 다른 면역세포들에게 경고 메시지를 보낸다. 출처: AdobeStock
사이토카인은 혈류를 타고 재빨리 퍼져나가 몸 속 다른 면역세포들에게 경고 메시지를 보낸다. 출처: AdobeStock

과잉 염증 반응이란 흔히 '사이토카인 폭풍'이라고도 불리는 증상인데요. 면역 물질인 사이토카인(cytokine)이 과다하게 분비돼 이 물질이 정상 세포를 공격하는 현상입니다. 

  • 사이토카인(cytokine)

면역세포로부터 분비되는 단백질 면역조절제로서 자가분비형 신호전달(autocrine signaling), 측분비 신호전달(paracrine signaling), 내분비 신호전달(endocrine signaling) 과정에서 특정 수용체와 결합하여 면역반응에 관여합니다. 세포의 증식, 분화, 세포사멸 또는 상처 치료 등에 관여하는 다양한 종류의 사이토카인이 존재하며 특히 면역과 염증에 관여하는 것이 많습니다. 세포를 의미하는 접두어인 'cyto'와 그리스어로 '움직이다'를 의미하는 'kinein'으로부터 cytokine이 명명됐습니다. 

  • 사이토카인 폭풍(cytokine storm)

인체에 바이러스가 침투하였을 때 면역 물질인 사이토카인이 과다하게 분비되어 정상 세포를 공격하는 현상을 말합니다. 

빠르게 확산하고 있는 코로나19 바이러스는 전 세계적으로 이미 1,300만 명 이상이 감염됐고 이 중 50만 명 이상이 사망했습니다. 코로나19 바이러스에 감염된 환자들은 경증 질환만을 앓고 자연적으로 회복되는 경우가 많으나 어떤 환자들은 중증 질환으로 발전해 심한 경우 사망하기도 합니다. 흔히 사이토카인 폭풍 때문에 중증 코로나19가 유발된다는 사실이 널리 알려져 있습니다. 하지만 어떤 이유에서 과잉 염증반응이 일어나는지 구체적인 원인은 아직도 알려지지 않아 중증 코로나19 환자의 치료에 많은 어려움을 겪고 있습니다.

 

인터페론을 표적으로 한다면?!

 

KAIST 의과학대학원 이정석 연구원 및 생명과학과 박성완 연구원이 주도한 이번 연구에서 공동 연구팀은 중증 및 경증 코로나19 환자로부터 혈액을 얻은 후 면역세포들을 분리하고 단일 세포 유전자발현 분석이라는 최신 연구기법을 적용해 그 특성을 상세히 분석했습니다. 그 결과, 중증 또는 경증을 막론하고 코로나19 환자의 면역세포에서 염증성 사이토카인의 일종인 종양괴사인자(TNF)와 인터류킨-1(IL-1)이 공통으로 나타나는 현상을 발견했습니다. 연구팀은 특히 중증과 경증 환자를 비교 분석한 결과 인터페론이라는 사이토카인 반응이 중증 환자에게서만 특징적으로 강하게 나타남을 확인했습니다.

  • 인터페론(interferon)

사이토카인(cytokine)의 일종으로 숙주 세포가 바이러스, 세균, 기생균 등 다양한 병원체에 감염되거나 혹은 암세포 존재 하에서 합성되고 분비되는 당단백질입니다. 일반적으로 바이러스에 감염된 세포에서 분비되는 제 1형 인터페론이 많이 알려져 있으며 주변 세포들이 항바이러스 방어 효과를 나타낼 수 있도록 돕습니다.

지금까지 인터페론은 항바이러스 작용을 하는 착한(?) 사이토카인으로 알려져 있으나, 공동 연구팀은 인터페론 반응이 코로나19 환자에서는 오히려 과도한 염증 반응을 촉발하는 원인이 될 수 있다는 사실을 다양한 방법을 통해 이를 증명했습니다. 연구팀은 중증 코로나19 환자의 과잉 염증 반응 완화를 위해 현재에는 스테로이드제와 같은 비특이적 항염증 약물이 사용하고 있는데 이번 연구 성과를 계기로 인터페론을 표적으로 하는 새로운 치료방법도 고려할 수 있음을 보여줬습니다. 중증 코로나19 환자 치료에 새로운 패러다임을 제시한 획기적인 연구라고 점에서 의미가 있습니다.  

코로나바이러스 감염에 반응하는 항체 그림. 출처: GETTY IMAGES, SCIENCE PHOTO LIBRARY
코로나바이러스 감염에 반응하는 항체 그림. 출처: GETTY IMAGES, SCIENCE PHOTO LIBRARY

관련 학계와 의료계에서도 코로나19의 재확산 등 팬데믹이 지속되는 현 상황에서 KAIST와 대학병원 연구팀이 긴밀한 협력을 통해 코로나19의 면역학적 원리를 밝히고 새로운 치료 전략을 제시한 이번 연구를 중개 연구(translational research)의 주요 성과로 높게 평가했습니다.

 

공동 연구팀은 현재 중증 코로나19 환자의 과잉 염증 반응을 완화해 환자 생존율을 높일 수 있는 약물을 시험관 내에서 효율적으로 검색하고 발굴하는 방법을 개발하는 후속연구를 진행중에 있습니다.

주요 연구진. 출처: KAIST
주요 연구진. 출처: KAIST

이번 연구를 주도한 이정석 연구원은 내과 전문의로서 KAIST 의과학대학원 박사과정에 재학 중인데 "중증 코로나19 환자의 의료적 문제를 해결하기 위해 이번 연구를 긴박하게 시작했는데 서울아산병원과 연세대 세브란스병원·충북대병원의 적극적인 지원에 힘입어 불과 3개월 만에 마칠 수 있게 됐다"고 말했습니다. 

 

KAIST 정인경 교수는 "코로나19와 같은 신규 질환의 특성을 신속하게 규명하는데 있어 최신 단일세포 전사체 빅데이터 분석법이 매우 효과적"이었음을 밝혔습니다.

 

신의철 교수도 "이번 연구는 코로나19 환자의 면역세포에서 어떤 일이 벌어지는지 상세히 연구함으로써 향후 치료전략을 설계할 수 있는 토대를 마련했다는 점에서 매우 중요하고 의미가 있는 연구"라고 평가했습니다. 신의철 교수와 정인경 교수는 이와 함께 "중증 코로나19 환자의 생존율을 높일 수 있도록 새로운 면역기전 연구 및 환자 맞춤 항염증 약물 사용에 관한 연구를 지속적으로 수행할 것"이라고 강조했습니다.

 


##참고자료##

 


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