지난달 수도권발 집단 감염이 시작된 이래 코로나19(COVID-19)로 위중, 중증 상태인 중환자가 가장 큰 폭으로 증가하고 있는 가운데 국내 연구진이 코로나19 중증, 경증 환자를 쉽게 판별할 수 있는 바이오마커(표시물)를 발견했다.
카이스트(KAIST)는 의과학대학원 이흥규 교수 연구팀이 ‘호중구’와 ‘당질코르티코이드’의 연관성을 밝혀 코로나19 중증도를 결정짓는 인자를 발견했다고 7일 밝혔다.
‘호중구’는 병원체 감염 시 가장 최전선에서 먼저 반응하는 선천 면역세포 중 하나다. 혈액 내 백혈구 중 50~70%를 차지할 만큼 흔한 세포다. 사이토카인(과잉 염증반응) 등을 통해 주변 면역반응을 활성화 시키며 직접 병원체를 죽이기도 한다. 하지만 호중구의 과한 활성으로 인해 주변 조직의 손상이 야기되기도 한다. ‘당질코르티코이드’는 콩팥 근처 부신에서 생성되는 스테로이드 호르몬의 일종으로 덱사메타손 등이 잘 알려진 약물이다. 다양한 신체 기능 조절에 관여한다. 특히, 면역반응을 억제하는 호르몬으로도 알려져 있다. 따라서, 과한 염증 등을 동반하는 질병에서 치료제로 쓰인다.
코로나19는 사람마다 증상이 판이하다. 이 때문에 환자의 중증도를 예상·판별하기 위해서는 바이오마커 활용이 중요하다. 중증 코로나19 환자들은 급성 호흡곤란 증후군 증상을 보이고 특히 폐 조직에 심한 손상이 관찰된다.
호중구 등 다양한 면역세포들이 바이러스 감염으로부터 숙주를 보호하기 위해 면역반응을 보이지만 사이토카인 폭풍(과잉 염증반응)처럼 과도한 면역반응으로 오히려 장기를 손상시킬 수도 있다.
이 교수 연구팀은 생물정보 관련 공공 데이터베이스인 유전자 발현 옴니버스(Gene Expression Omnibus·GEO)에서 코로나19 감염 경증·중증 환자의 기관지 폐포 세척액에 존재하는 단일세포 전사체 유전 정보를 분석했다.
그 결과 중증 환자들은 폐 조직 상피세포에 큰 손상이 있음을 발견했고, 이는 호중구 유입과 연관이 있음을 밝혔다. 연구진은 “그동안 곰팡이나 세균 감염에서만 중요성이 알려졌고 바이러스 감염 시에는 상대적으로 중요성이 알려지지 않았던 호중구의 과활성화로 인해 중증 코로나19가 발생했다”고 설명했다.
특히 중증 환자의 면역세포들이 호중구 유입에 중요한 CXCL8을 많이 발현하고 있어, 많은 호중구가 유입된다는 사실을 밝혔다. 연구팀은 “대식세포 등 골수 유래 면역세포 내에서 발현하는 CXCL8과 같이 면역반응을 일으키는 물질인 케모카인에 의해 호중구 유입이 증가했다”고 말했다.
연구팀에 따르면 중증 환자의 폐조직에 유입된 호중구들은 항바이러스 면역에 관련된 유전자 발현은 낮았지만, 과도한 염증을 유발하는 유전자들의 발현이 유도돼 폐 조직 손상을 야기했다.
또 중증 환자의 폐 조직에 존재하는 골수 유래 면역세포들은 경증 환자에 비해 당질코르티코이드 수용체(NR3C1)의 발현이 낮게 나타났다. NR3C1은 CXCL8의 발현을 억제하고 있었으며, 이를 통해 호중구의 유입을 조절했다. 연구팀은 “중증 환자들은 낮은 NR3C1 발현에 의해 높은 CXCL8이 발현됐고 이 때문에 호중구 유입이 증가됐다”고 설명했다.
이 교수는 “이번 연구는 코로나19 중증도를 결정하는 바이오 마커를 발굴한 것 뿐만 아니라 덱사메타손 등의 당질코르티코이드 억제제를 활용해 중증도를 개선할 치료제 개발에 단초를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 국제면역학회연합에서 발간하는 면역학 전문 학술지 ‘프론티어스 인 이뮤놀로지’ 온라인판에 게재됐다.