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코로나19 '사이토카인 폭풍' 원인 밝혀···'완화약물' 속도

KAIST-서울아산병원-세브란스병원-충북대병원팀 공동연구
항바이러스 작용 '인터페론 반응'이 염증 일으켜
KAIST 연구팀과 병원 연구팀이 코로나19 확진자의 과잉 염증반응 원인을 찾는데 성공했다.<사진= KAIST>KAIST 연구팀과 병원 연구팀이 코로나19 확진자의 과잉 염증반응 원인을 찾는데 성공했다.<사진= KAIST>

코로나바이러스 감염증(코로나19) 확진자 중 과잉 염증반응을 보이는 원인을 국내연구팀이 알아냈다.

KAIST(총장 신성철)는 신의철 의과학대학원 교수와 정인경 생명과학과 교수 연구팀이 김성한 서울아산병원 교수, 연세대 세브란스병원의 최준용·안진영 교수, 정혜원 충북대병원 교수와의 공동연구로 코로나19 확진자의 과잉 염증반응 원인을 발견했다고 13일 밝혔다.

'사이토카인 폭풍'으로 불리는 과잉 염증반응은 면역물질인 사이토카인(cytokine)이 과다하게 분비되면서 정상 세포까지 공격하는 현상이다. 사이토카인은 면역세포에서 분비되는 단백질 면역조절제로 신호전달 과정에서 특정 수용체와 결합해 면역반응에 관여한다.

코로나19 확진자가 전세계적으로 1300만명이 넘었고 이중 50만명 이상이 사망했다. 코로나19 확진자 중 경증 질환만 앓고 자연적으로 회복되는 경우도 많으나 어떤 환자들은 중증 질환으로 발전하고 심하면 사망하기도 한다. 특히 일부는 사이토카인 폭풍으로 중증 증세를 보이고 있지만 과잉 염증 반증이 일어나는 원인은 아직 알려지지 않았던 게 사실이다.

이번 연구는 KAIST 의과학대학원의 이정석 연구원과 생명과학과의 박성완 연구원이 주도했다. 공동연구팀은 중증과 경증 코로나19 환자로부터 혈액을 얻은 후 면역세포들을 분리하고 단일 세포 유전자 발현 분석이라는 최신 연구기법을 적용해 특성을 상세히 분석했다.

그 결과 중증 또는 경증을 막론하고 코로나19 환자의 면역세포에서 염증성 사이토카인의 일종인 종양괴사인자(TNF)와 인터루킨-1(IL-1)이 공통으로 나타나는 현상을 발견했다. 연구팀은 특히 중증과 경증 환자를 비교, 분석해 인터페론이라는 사이토카인 반응이 중증 환자에게서만 특징적으로 강하게 나타남을 확인했다.

인터페론은 지금까지 항바이러스 작용을 하는 착한 사이토카인으로 알려져 있었다. 하지만 연구팀은 인터페론 반응이 코로나19 환자에게서는 오히려 과도한 염증반응을 촉발하는 원인이 된다는 사실을 다양한 방법으로 증명했다.

학계와 의료계에서는 연구팀이 긴밀한 협력을 통해 코로나19의 면역학적 원리를 밝히고 새로운 치료전략을 제시했다면서 이번 연구를 중개 연구(translational research)의 주요 성과로 높게 평가했다.

공동연구팀은 현재 후속연구를 진행 중이다. 중증 코로나19 환자의 과잉 염증반응을 완화해 환자 생존율을 높일 수 있는 약물을 시험관 내에서 효율적으로 검색하고 발굴하는 방법을 찾고 있다.

연구를 주도한 이정석 연구원은 내과 전문의로 KAIST 의과학대학원 박사과정에 재학 중이다. 그는 "중증 코로나19 환자의 의료적 문제를 해결하기 위해 이번 연구를 긴박하게 시작했는데 서울아산병원과 연세대 세브란스병원·충북대병원의 적극적인 지원에 힘입어 불과 3개월 만에 마칠 수 있게 됐다ˮ고 말했다.

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

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 평가했다.

이번 연구는 삼성미래기술육성재단과 서경배과학재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 면역학 분야 국제 학술지인 사이언스 면역학(Science Immunology)지 10일자에 게재됐다.

◆ 용어설명
▲단일세포 유전자발현 분석
1개의 세포를 분리해 극미량의 RNA를 증폭하고 차세대염기서열 분석법으로 시퀀싱해 해당 세포의 유전자 발현량을 분석하는 기술이다.
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