바이오인

1. 서론

인플루엔자는 일반인에게 흔히 “독감”이라고 알려져 있으며, 사람을 포함한 다양한 동물에 감염되는 호흡기 질환이다. 원인체는 인플루엔자바이러스로서 특성에 따라 A~C형으로 구분된다. 일반적으로 A형과 B형의 인플루엔자바이러스가 사람에 감염되며, 그 중 A형 인플루엔자바이러스는 사람을 비롯한 조류 및 다양한 포유동물에게 감염되는 특징이 있다.

인플루엔자는 전 세계에 유행하며 전 연령 누구에게나 영향을 줄 수 있으며, 주로 겨울철에 유행한다. 또한, 학교, 양로원 등 밀집된 구역에서 감염된 사람의 기침이나 콧물에 의해 공기 중으로 다른 사람에게 쉽게 전파될 수 있다. 인플루엔자의 주요한 증상으로는 고열, 마른기침, 두통, 근육통, 피로, 인후염, 콧물 등이 있으며, 기침은 2주 혹은 그 이상 지속될 수 있다. 대부분의 사람들은 별다른 의학적 치료 없이 1주일 전후로 자연치유 되지만, 고위험군(2세미만의 영아, 65세 이상의 노인, 임산부, 면역저하자 등)에 있어서는 심각한 질환 혹은 사망에 이르게 하는 공중보건학적으로 심각한 질병이며, 매우 큰 사회·경제적 손실을 가져온다. 매년, 전 세계적으로 인플루엔자바이러스에 의한 감염으로 3~5백만명의 중증환자가 발생하며, 약 25~50만명의 사망사례가 보고되고 있다. 인플루엔자바이러스의 감염을 예방하기 위한 가장 효과적인 방법은 백신접종이며, 치료목적으로 항바이러스제를 투여한다(1).

인플루엔자바이러스는 구조적으로 Orthomyxoviridae과에 속하는 외피보유 바이러스로서 8개의 분절된 단일가닥 음성 RNA의 genome을 가지고 있어 유전자의 재편성 및 재조합을 비롯하여 antigen shift(항원 대변이), antigen drift(항원 소변이)가 빈번히 발생하고 있다. 그 중에서도 인플루엔자바이러스의 최외곽에 존재하는 HA와 NA단백질은 숙주세포로의 부착과 방출기능을 가지고 있어 백신 및 치료제 연구에 매우 중요하며, 이들의 유전자형에 의해 아형이 결정된다. 현재, 전 세계적으로 사람에서 유행하고 있는 인플루엔자바이러스는 A/H1N1, A/H3N2형이다.

[그림 1. A(H1N1)pdm09형의 유전자재편성 발생이력]

[N Engl J Med 2009;361:115-119]

역사적으로 인플루엔자는 사람에게 큰 위협이 되고 있으며, 현재까지 총 6회의 pandemic(대유행)이 발생하였다. 그 중에서도 1918∼1919년 스페인독감으로 인한 사망자는 무려 2,000~4,000만명으로 추정되며, 1957∼1958년에 발생한 아시아독감과 1968∼1969년에 홍콩독감으로 인한 사망자는 각각 약 100만 명씩으로 보고되었다(2).

2009년 4월 맥시코 등 북중미에서 시작하여 전 세계적으로 pandemic(대유행) 하였던 A(H1N1)pdm09형 신종 인플루엔자바이러스의 경우 N. American H1N2형 (swine/avian/human)과 Eurasian swine H1N1형에 의한 것으로 돼지, 조류, 사람의 유전자가 재편성된 Triple reassortant 주로서 2010년 8월 WHO에 의해 대유행의 종료가 선언될 때까지 매우 큰 사회·경제적 파장을 불러 일으켰다.

또한, 전 세계적으로 신종인플루엔자로 인한 사망자는 14,286명으로 집계되었으며, 한국의 경우 2009년 4월부터 2010년 8월까지 270명의 사망자를 포함하여 총 76만 여명의 환자가 발생하였다.

[표 1. A(H1N1)pdm09형 대유행에 의한 사망사례]

[출처 : ECDC, 2010]

최근 2013년 3월 중국 상하이와 안후이에서 발생하여 2014년 11월까지 167명의 사망자를 포함하여 총 457명(37% 치사율)의 인체감염을 일으킨 A/H7N9형 바이러스의 경우 되새 분리주 H9N2형을 backbone으로 하여 오리 분리주 H7N3형과 야생철새 분리주 H7N9형 바이러스 유전자가 재편성된 Triple reassortant 주로서 지난 1997년 홍콩에서 발생한 고병원성 조류인플루엔자바이러스 H5N1형과 같이 사람에게 있어 높은 치사율을 보임으로써 사람 간 전파 가능성 관련하여 전 세계보건당국이 크게 긴장하였다(3). 다행히 더 이상의 추가 감염자는 발생하지 않은 것으로 보고되었지만, 최근 H10N8형과 같은 신·변종 인플루엔자바이러스가 지속적으로 출현하고 있어 각국이 예의 주시하고 있는 상황이다.

2. 본론

가. 기초⋅기전연구

(1) 동물인플루엔자

1997년 이후 치사율이 높은 HPAI(고병원성 조류인플루엔자) H5N1형의 인체감염사례가 보고된 이 후 동물 유래 인플루엔자바이러스에 대한 지속적인 관심과 연구가 수행 중이다. 특히, 2009년 신종 인플루엔자바이러스와 같이 돼지, 조류, 사람 유래 바이러스 유전자가 재편성된 것처럼 언제든 동물 유래 인플루엔자바이러스는 사람에게 큰 위협이 될 수 있다. 최근 돼지 유래 H3N2형과 조류 유래 H7N3, H7N9, H10N8형 바이러스에 의한 인체감염 및 사망사례는 지속적인 동물 유래 인플루엔자바이러스에 대한 감시체계의 필요성을 반증하고 있다. 돼지의 경우 mixing vessel로서 동물 및 사람 유래 신·변종 인플루엔자바이러스를 예측하기 위해 매우 중요하며, 야생조류의 경우 외부로부터 유입되는 인플루엔자바이러스에 대한 예측을 위해 집중감시가 필요하다. 특히, HPAI H5N1형과 H7N9형의 경우 가금류에 노출되거나 생가금류 시장방문을 통해 감염된 사례가 가장 많은 것으로 보고되었다. 따라서 우리나라를 비롯한 중국, 일본 등에서는 생가금류 시장의 동물뿐만 아니라 관련 종사자들에 대한 집중감시를 지속적으로 수행 중이며, 최근연구에 의하면 H10N8형 발생이전에 동물사육과 관련 종사자가 이미 감염되어 무증상 혹은 가벼운 증상을 보이는 것으로 확인되었다(4). 이외에도 최근 동물 유래 신·변종 바이러스에 대한 인체감염과 관련한 기초·기전연구가 진행 중이며, H7N9형의 경우 족제비(ferret)를 이용한 동물실험에서 공기 중 전파의 가능성을 보였다. 또한 H7N9형 및 H10N8형 바이러스가 α-2, 3-linked sialic acids(Sias; avian-type receptors)와 α-2, 6-linked Sias(human-type receptors)에 모두 결합하는 것으로 확인되어 사람에게 전파할 수 있다는 것을 증명하였다(5).

(2) 치료제

인플루엔자에 효과적인 항바이러스제는 M2 이온통로길항제인 Amantadine, Rimantadine과 NA억제제인 Oseltamivir, Zanamivir, Peramivir 등으로 알려져 있다. 특히, 2009년 신종 인플루엔자바이러스는 구조상 M2 유전자의 돌연변이를 가지고 있기 때문에 NA억제제인 Oseltamivir, Zanamivir가 주로 사용되었다. 하지만 Oseltamivir에 대한 내성주 발생과 그 효과 및 부작용에 대한 의문이 제기되었다. 따라서 다양한 개체군에서 약제내성, 효과 및 부작용에 대한 연구가 지속적으로 수행 중이며, 새로운 방식의 항바이러스제가 개발 중이다. Sialic acid 비활성화제인 DAS181과 바이러스 중합효소 억제제 Favipiravir가 대표적이며, 특히 DAS181은 바이러스가 숙주세포에 감염하는 부착단계를 억제하는 항바이러스제로 2009년 신종 인플루엔자바이러스와 HPAI H5N1형 바이러스, 최근에는 H7N9형 바이러스에 대한 광범위한 효과가 보고되었다(6). Favipiravir의 경우 유전자 복제과정에 작용하는 항바이러스제로 HPAI H5N1형 바이러스를 포함하는 다양한 인플루엔자바이러스 아형을 비롯해 Flavivirus, Norovirus, Ebolavirus 등 광범위한 바이러스 억제효과를 보이고 있다(7).

(3) 분자유전학

인플루엔자바이러스의 유전자 중합효소가 새로운 숙주에서 효과적으로 작용하기 위해서는 숙주적응이 필수적이며, 조류 유래 인플루엔자바이러스가 새로운 포유동물 숙주에서 적응하기 위해서는 HA 단백질의 HA-226L(H3 numbering) 변이를 획득해야 한다. 또한 PB2 단백질의 PB2-591K, PB2-627K, PB2-701N과 같은 변이가 숙주 적응에 관여하는 요인으로 알려져 있다. 최근 H7N9형 바이러스의 PB2-627K, PB2-701N 변이를 통한 바이러스 중합효소 활성, 포유동물과 조류세포에서의 생존곡선, 마우스에서의 병원성 실험을 수행한 결과 PB2에서의 아미노산 변이가 포유동물 숙주에서 병원성에 매우 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다(8). H10N8형 바이러스의 경우 유정란과 MDCK세포에서 배양기간 동안의 변이를 분석한 결과 MDCK세포에서만 연속적인 변이를 확인할 수 있었으며, PB2 단백질의 E627K과 NA 단백질의 R292K 변이를 통해 포유동물에서 빠른 적응력이 보이는 것으로 추정되고 있다(9).

나. 진단법개발연구

인플루엔자는 고열, 기침, 코막힘 등 다른 감기나 바이러스 혹은 세균성 호흡기 감염과 증상이 유사하여 정확한 진단이 어렵다. 신종인플루엔자를 포함하는 인플루엔자의 신속한 진단은 예방과 치료에 매우 중요하지만 고전적인 방법인 바이러스 배양검사는 확진까지 소요시간이 길고 분석방법이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 최근에는 항원·항체 반응을 응용한 신속항원 검사 kit와 같은 면역진단법과 인플루엔자바이러스 유전자를 이용한 Real-time PCR(실시간 중합효소연쇄반응)방법에 의한 분자진단법이 개발되어 사용 중이다.

(1) 면역진단법

기존 바이러스 배양검사와 더불어 면역형광법에 의한 바이러스 검출 등이 실험실 진단에 사용되어왔지만 판독 시 숙련된 전문인력과 확진까지 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 따라서 일반인이 흔히 알고 있는 임신테스트기와 같은 원리인 신속 항원 검사키트가 개발되어 사용 중이다. 미국 QUIDEL사의 Sofia Influenza A+B FIA는 형광면역분석법 방식의 항원검사 kit로 기존 면역크로마토그래피법에 비해 정확성이 높으며, 임상검체를 대상으로 하였을 때 민감도와 특이도가 각각 90%와 95%로 높은 성능을 보이고 있다. 특히 15분 이내에 검사가 가능한 신속성을 가지고 있으며, 최근 중국에서 유행한 H7N9형을 비롯한 신·변종 인플루엔자바이러스에 대한 미국 FDA 허가를 취득하였다. BD사의 Veritor System for Rapid Detection of Flu A+B는 신속 크로마토그래픽 면역 분석법으로 A형과 B형의 인플루엔자바이러스 항원을 직접 검출하는 체외진단분석기용 시약으로 PCR 검사와 비교하였을 때 A형 인플루엔자바이러스의 경우 94.9%의 높은 민감도를 보였다. 또한 조작이 편리하고 10분 이내에 결과 판독이 가능하며 무게 또한 가벼워 현장진단용으로 사용 중이다(10).

(2) 분자진단법

인플루엔자바이러스를 진단하기 위한 분자진단법으로는 민감도와 특이도가 높은 Real-time PCR(실시간 중합효소연쇄반응)을 이용한 신속진단제품이 개발되었다. 분자진단업체 씨젠과 LG생명과학에서 AnyplexTM II RV16 Detection과 AdvanSureTM RV real-time RT-PCR이라는 제품으로 각각 인플루엔자바이러스를 단독 혹은 동시검출 할 수 있는 체외진단용 kit를 개발하였으며, 최근 한독약품에서는 microarray 방식의 자동화시스템으로 사용자 조작이 편리하며, 2시간 30분만에 결과를 확인할 수 있는 미국 Nanosphre사의 Verigene Respiratory Virus Plus Nucleic Acid Test Kit를 국내에 출시하였다. 특히 미국 FDA의 승인을 취득하였으며 현재 국내에서 의료기기등록을 진행 중에 있는 것으로 알려져 있다(11).

...................(계속)