카이스트(KAIST) 의과학대학원 신의철 교수와 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울아산병원 김성한 교수, 연세대 세브란스병원 최준용·안진영 교수, 충북대병원 정혜원 교수와의 공동연구를 통해 중증 신종코로나바이러스감염증(코로나19) 환자에서 나타나는 과잉 염증반응을 일으키는 원인을 발견했다고 13일 밝혔다. 

과잉 염증반응은 흔히 `사이토카인 폭풍'이라고도 불리는 증상으로, 면역 물질인 사이토카인(cytokine)이 과다하게 분비돼 이 물질이 정상 세포를 공격하는 현상이다.

코로나19 바이러스에 감염된 환자 대부분은 경증 질환만을 앓고 자연적으로 회복되는 경우가 많으나, 일부 코로나19 환자들은 사이토카인 폭풍 등 중증 질환으로 발전해 심한 경우 사망하기도 한다. 

그간 과잉 염증반응에 대한 구체적인 원인이 알려지지 않아 임상현장에서 코로나19 중증환자 치료에 많은 어려움이 이어져왔다.

이에 KAIST 의과학대학원 이정석 연구원 및 생명과학과 박성완 연구원이 주도한 공동연구팀은 해당 원인을 규명하는 연구를 수행한 것.

연구팀은 중증 및 경증 코로나19 환자로부터 혈액을 얻은 후, 면역세포들을 분리하고 단일 세포 유전자발현 분석이라는 최신 연구기법을 적용해 그 특성을 상세히 분석했다. 그 결과, 중증 또는 경증을 막론하고 코로나19 환자의 면역세포에서 염증성 사이토카인의 일종인 종양괴사인자(TNF)와 인터류킨-1(IL-1)이 공통으로 나타나는 현상을 발견했다. 

특히 중증과 경증 환자를 비교 분석한 결과, 인터페론이라는 사이토카인 반응이 중증 환자에게서만 특징적으로 강하게 나타나는 것으로 확인했다.



인터페론은 숙주 세포가 바이러스, 세균, 기생균 등 다양한 병원체에 감염되거나 혹은 암세포 존재 하에서 합성되고 분비되는 당단백질이며, 일반적으로 바이러스에 감염된 세포에서 분비되는 제1형 인터페론이 많이 알려져 있으며 주변 세포들이 항바이러스 방어 효과를 나타낼 수 있도록 돕는다.

지금까지 인터페론은 항바이러스 작용을 하는 착한(?) 사이토카인으로 알려져 있으나, 공동연구팀은 인터페론 반응이 코로나19 환자에서는 오히려 과도한 염증반응을 촉발하는 원인이 될 수 있다는 사실을 증명했다. 

연구팀은 "중증 코로나19 환자의 과잉 염증반응 완화를 위해 현재에는 스테로이드제와 같은 비특이적 항염증 약물이 사용하고 있다"면서 "이번 연구 성과를 계기로 인터페론을 표적으로 하는 새로운 치료방법도 고려할 수 있을 것"이라고 새로운 패러다임 제시에 의의를 부여했다.

또한 연구팀은 현재 중증 코로나19 환자의 과잉 염증반응을 완화해 환자 생존율을 높일 수 있는 약물을 시험관 내에서 효율적으로 검색하고 발굴하는 방법을 개발하는 후속연구를 진행하고 있다.

이번 연구를 주도한 이정석 연구원은 KAIST 의과학대학원 박사과정에 재학 중인 내과 전문의로, "중증 코로나19 환자의 의료적 문제를 해결하기 위해 이번 연구를 긴박하게 시작했다"면서 "서울아산병원과 연세대 세브란스병원·충북대병원의 적극적인 지원에 힘입어 불과 3개월 만에 마칠 수 있게 됐다"고 말했다. 

카이스트 정인경 교수는 "코로나19와 같은 신규 질환의 특성을 신속하게 규명하는데 있어 최신 단일세포 전사체 빅데이터 분석법이 매우 효과적이었다"고 밝혔다.

신의철 교수도 "이번 연구는 코로나19 환자의 면역세포에서 어떤 일이 벌어지는지 상세히 연구해 향후 치료전략을 설계할 수 있는 토대를 마련했다"면서 "중증 코로나19 환자의 생존율을 높일 수 있도록 새로운 면역기전 연구 및 환자 맞춤 항염증 약물 사용에 관한 연구를 지속적으로 수행할 것"이라고 강조했다. 

한편 이번 연구는 삼성미래기술육성재단과 서경배과학재단의 지원을 받아 수행했으며, 면역학 분야 국제 학술지인 사이언스 면역학(Science Immunology)지 7월 10일자에 게재됐다.(논문명: Immunophenotyping of COVID-19 and Influenza Highlights the Role of Type I Interferons in Development of Severe COVID-19).