백신이 만든 기억 T세포, 오미크론에 강한 면역반응-IBS바이러스硏, 항바이러스 효과 뛰어난 다기능성 T세포 작용 확인

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2022. 5. 25.

백신이 만든 기억 T세포, 오미크론에 강한 면역반응-IBS바이러스, 항바이러스 효과 뛰어난 다기능성 T세포 작용 확인

보도일 2022-05-17 00:00 연구단명 한국바이러스기초연구소

 

 

 

 

백신이 만든 기억 T세포, 오미크론에 강한 면역반응  

IBS바이러스硏, 항바이러스 효과 뛰어난 다기능성 T세포 작용 확인

  

코로나19 백신접종 뒤에도 돌파감염 사례가 잇따르면서(중앙방역대책본부에 따르면 3차 접종 후 돌파감염 추정사례는 4명중 1명 수준이다) 백신 효과에 대한 의심도 생긴다. 하지만 백신 접종으로 생성된 기억 T세포 기억T세포: 기억 T세포는 항원을 기억하고 있다가 우리 몸에 재침입시 항원을 공격하는 특성을 갖는다. 기억 T세포 중 CD8 살상 T세포는 바이러스에 감염된 세포를 선택적으로 제거해 바이러스 증식을 막는 기능을 하며, CD4 도움 T세포는 이러한 면역반응에서 중요한 조력자 역할을 한다.  

가 코로나19 초기형 바이러스(초기 유행한 코로나19 우한주)는 물론 오미크론 변이주에 대해 강한 면역반응을 보인다는 실험결과가 나왔다. 백신 접종 후 돌파감염이 되더라도 중증으로 진행되지 않는 면역 원리를 체계적 분석으로 규명한 것이다.       

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 한국바이러스기초연구소 바이러스 면역 연구센터 신의철 센터장(카이스트 의과학대학원 교수) 연구팀은 mRNA 백신을 접종한 의료종사자들과 코로나19 감염 이후 백신 접종자의 말초혈액을 비교분석한 결과, 기억 T세포가 오미크론 변이주에 상당한 면역반응을 나타낸다는 사실을 밝혔다. 코로나19 백신이 초기 바이러스에 기반하여 개발되었지만 오미크론에 대한 기억 T세포 반응은 초기형에 비해 80~90%이상 수준에 달하는 것으로 나타났다.  

특히, 2가지 이상의 사이토카인(면역세포가 분비하는 면역물질)을 한꺼번에 분비하는 다기능성 기억 T세포의 작용 역시 초기형과 오미크론 변이주 사이에 차이가 거의 없음을 확인했다. 다기능성 T세포는 한 가지 면역물질을 분비하는 단일 기능 T세포에 비해 항바이러스 기능이 뛰어나 면역에 중요한 역할을 한다. 

이번 연구는 고려대 송준영, 노지윤 교수 연구팀, 충북대 정혜원 교수 연구팀, 카이스트 박수형 교수 연구팀과 공동으로 수행됐으며 국제 학술지 네이처 마이크로바이올로지 (Nature Microbiology, IF 17.745) 5월 17일자에 게재되었다.

바이러스 감염이나 백신 접종으로 유발되는 적응면역에는 중화항체와 기억 T세포 면역반응이 있다. 중화항체는 세포가 바이러스에 감염되는 과정 자체를 막는다. 반면 기억 T세포는 감염을 차단하지는 못하지만, 바이러스에 감염된 세포를 선택적으로 제거해 바이러스 증식을 억제하므로 감염자가 경증으로 빨리 회복하는데 기여한다. 

2021년 11월에 처음 보고된 오미크론 변이주는 이전 변이주들에 비해 돌연변이가 훨씬 많고 전파력도 강하다. 코로나 백신 접종자에게 오미크론 돌파감염이 빈번한 이유는 접종 후 생성된 중화항체가 오미크론을 효과적으로 방어하지 못하기 때문이다. 

오미크론에 의한 돌파감염이 증가하는 상황에서, 연구진은 mRNA 백신접종에 의한 기억 T세포 면역반응에 주목했다. 오미크론에 대한 백신효능 연구는 대부분 중화항체에 초점을 두고 있었고, 기억 T세포 관련 연구는 상대적으로 적었다. 

연구진은 코로나19 mRNA 백신(화이자-바이오엔텍 백신)을 2회 또는 3회 접종받은 의료종사자(각 20명)과 코로나19 회복 후에 백신을 2회 접종받은 대상자(20명)의 말초혈액에서 면역세포를 분리한 후, 기억 T세포가 바이러스의 스파이크 단백질에 자극받아 분비하는 여러 면역물질(인터페론-감마, TNF(종양괴사인자), 인터루킨-2 등)을 비교분석했다.     

연구진은 기억 T세포 중 CD4 도움 T세포와 CD8 살상 T세포가 코로나19 초기형 바이러스와 오미크론 변이주에 보이는 면역반응의 차이를 비교한 결과, 대부분 실험대상자들에서 초기형뿐 아니라 오미크론 변이주에 대해 비슷한 수준으로 항바이러스 작용이 일어남을 관찰했다. 예컨대 2~3회 백신접종자의 CD4 도움 T세포 중 인테페론-감마를 분비하는 비율은 변이주가 초기형에 비해 80~88%, 종양괴사인자를 분비하는 비율은 86~94% 수준에 달했다. 연구진은 또 개인별 면역반응 분석에서도 초기형과 오미크론 간 유의미한 차이가 없었으며, 이러한 실험결과는 오미크론에 대한 백신의 효과를 구체적으로 입증한다고 설명했다. 

특히, 코로나19 감염을 경험한 후 mRNA 백신을 접종받으면 기억 T세포 면역반응이 더욱 강하게 나타난다는 데이터도 확인했다. 또한 두 가지 이상의 면역물질을 동시에 분비하는 다기능성 기억 T세포 반응이 오미크론 변이주에 대해서도 차이없이 작동함을 밝혔다. 

연구를 주도한 정민경 박사는 “신규 확진자수 관리보다 중증환자 중심의 대책이 중요한 상황에서, 중화항체만이 아니라 기억 T세포 영역까지 오미크론에 대한 면역반응 분석을 확장한 데 의의가 있다”며“코로나19 감염을 겪은 뒤에도 백신을 접종해야 하는 근거를 제시하는 연구결과”라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 개인별 면역반응의 차이에 대해서도 연구를 진행할 계획이다. 

 

 

[붙임] 1. 연구 추가설명  2. 그림설명  3. 연구진 이력사항

 

연 구 추 가 설 명

 

 

논문/저널/저자

BNT162b2-induced memory T cells respond to the Omicron variant with preserved polyfunctionality / Nature Microbiology(2022) / 정민경, 정성동, 노지윤, 김동욱, 정성민, 송준영, 정혜원, 박수형, 신의철

연구내용

보충설명

[이해를 돕는 연구 배경]

본 연구에서 분석한 다기능성 T세포(polyfunctional T cell) 의 중요성은 여러 바이러스 감염질환에서 보고되었다. 다기능성 T세포란 한꺼번에 여러 가지 기능(두 개 이상의 사이토카인 생성 등)을 수행하는 T세포를 일컫는다. 똑같이 오미크론 변이주에 반응하는 T세포들이 있을 경우, 단일 기능 세포보다 다기능을 하는 T세포가 항바이러스 기능에 강하다. 실제로 다양한 바이러스 감염질환에서 다기능성 T세포가 개체 보호 (host protection) 측면에서 중요한 역할을 수행함이 알려져 있다. 

연구 이야기

 

[연구 과정] 본 연구는 코로나19 mRNA 백신을 접종받은 의료종사자들과 코로나19 회복 후에 백신을 접종받은 대상자들로 수행되었다. 대상자들의 말초혈액에서 면역세포를 분리하여, 코로나19 초기형(우한주) 바이러스와 오미크론 변이주의 스파이크 단백질에 반응하여 항바이러스 사이토카인을 생산하는 기억 T세포의 분율을 비교분석하였다. 

 

그 결과 대부분의 대상자들에서 코로나19 초기형(우한주) 바이러스에 대해서 뿐만 아니라 오미크론 변이주에 대해서도 기억 T세포 면역반응이 잘 일어남을 확인할 수 있었다. 이번 연구 결과는 코로나19 백신에 의해 유발된 기억 T세포가 초기형는 물론이고 오미크론 변이주에 대해서도 항바이러스 면역효과를 나타내어, 추후에 돌파감염이 되더라도 중증 코로나19로 진행되지 않고 경증으로 조기에 회복할 수 있음을 보여주었다. 특히 코로나19 감염을 경험한 후 백신을 접종받으면 기억 T세포 면역반응이 더욱 강하게 나타나는 결과를 얻어, 코로나19 감염을 경험한 후에도 백신을 반드시 접종받아야 하는 근거를 제시하였다.

 

[어려웠던 점] 현재 코로나19 연구분야는 전 세계적인 관심을 받으며 활발히 연구되는 분야로, 그 어느 때보다도 빠른 연구가 필요한 시점이다. 즉, 연구 아이디어 착안에 이어, 정확하고 신속한 실험 진행 및 논문 작업에 이르기까지의 모든 과정에 있어 신속함이 큰 경쟁력이 된다고 볼 수 있다. 

본 연구에서는 백신 접종 대상자의 면역세포 검체 확보는 미리 준비가 되어있었으나, 항원으로 사용할 오미크론 스파이크 펩타이드의 신속한 획득이 관건이었다. 펩타이드 제작을 시도할 경우 시간이 많이 필요해 경쟁력 우위에서 밀리게 될 가능성이 높기 때문이었다. 운이 좋게도 본 연구의 착수 시점에 독일의 한 업체에서 오미크론 스파이크 펩타이드를 판매하기 시작한 것을 발견하였고, 배송 또한 매우 빠르게 진행되어 원활한 연구가 수행될 수 있었다. 결과적으로 2021년 12월 말에 시작한 연구를 1개월 만에 끝내고 논문을 투고할 수 있었다. 

 

[성과 차별점]  오미크론 변이주에 대한 기존 백신효능에 대한 연구는 대부분 바이러스 감염을 차단하는 중화항체에 초점을 두고 진행된 것들이 많으며, 기억 T세포 관련 연구는 상대적으로 덜 수행되고 있다. 본 연구팀은 기억 T세포의 중요성을 인지하고, 이에 대한 관심을 가지고 연구를 진행해왔다. 

본 연구팀은 이전 연구에서 코로나19 회복자들을 추적 조사한 결과, 기억 T세포 면역반응이 10개월 동안 잘 유지된다는 결과를 얻은 바 있다(Nat Commun 2021, 12:4043). 그리고 오미크론 변이주의 출현 직후에 수행한 컴퓨터 분석을 통해, 코로나19 백신에 의해 유발된 기억 T세포는 오미크론 변이주에 대해서도 기능을 잘 수행할 가능성이 높다는 사실을 이미 보고한 바 있다(Cell Mol Immunol 2022, 19:447). 

 

이번 연구에서는 이러한 이전 연구결과를 실험분석을 통해 체계적으로 증명함으로써 오미크론 유행 중에도 백신접종이 중요함을 다시 한번 확인하게 되었다. 

특히 이번 연구에서는 한번에 여러 가지 항바이러스 사이토카인을 분비하는 다기능성 (polyfunctionality) T세포를 분석하였다. 이전 연구결과에 따르면, 단일 기능을 하는 T세포보다 다기능성을 나타내는 T세포의 항바이러스 기능이 훨씬 더 강력함이 알려져 있다. 이번 연구 결과, 기억 T세포의 다기능성은 코로나19 초기형와 오미크론 변이주에 대하여 큰 차이가 없이 강하게 나타나, 백신에 의해 유발된 기억 T세포가 오미크론 변이주에 대해서도 잘 작동할 것이라는 결과를 확인하게 되었다. 

 

[향후 연구계획] 본 연구에서 기억 T세포 반응을 대상자 전체로 분석해 보면 오미크론 변이주에 대한 항바이러스 면역반응이 비교적 잘 나타남을 확인할 수 있었지만, 이를 개개인의 대상자별로 분석해 보면 일부 소수의 대상자들에서는 오미크론 변이주에 대한 기억 T세포 면역반응이 매우 미약함을 확인했다. 향후 연구를 통해, 왜 어떤 대상자에서는 오미크론에 대한 T세포 면역반응이 미약한지를 연구할 계획이다. 

 

 

그   림   설   명

 

[그림1]  중화항체와 T세포의 항바이러스 면역 기능

백신 접종시 유발되는 항바이러스 면역은 크게 중화항체와 기억 T세포로 나눌 수 있다. 중화항체는 세포가 바이러스에 감염되는 과정 자체를 막아줄 수 있다. 반면, T세포는 감염을 막아주지는 못하지만, 바이러스에 감염된 세포를 선택적으로 제거하여 더 이상의 바이러스 증식을 막아주어 중증 진행을 막아 줄 수 있다.

  

[그림2]  코로나19 백신에 의해 유발된 기억 T세포의 오미크론 변이주에 대한 항바이러스 작용

코로나19 초기형 바이러스(우한주)로 제조된 백신을 접종했을 때 유발되는 중화항체는 오미크론 변이주에 대해서는 잘 작동하지 못하는 반면, 기억 T세포는 오미크론 변이주에 대해서도 항바이러스 기능을 잘 나타낸다. 이는 코로나19 백신 접종 후에 오미크론 변이주에 의해 돌파감염이 일어날 수는 있지만 중증 진행을 예방할 수 있음을 나타내는 연구결과이다.

 

 

연구진 이력사항

 

<신의철 센터장, 교신저자>

 

1. 인적사항

 ○ 소  속 : 기초과학연구원(IBS), 한국바이러스기초연구소, 

 ○ 소  속 : 바이러스 면역 연구센터 카이스트 의과학대학원 교수

 

 

 

2. 경력사항

2002 - 2007  미국 NIH, NIDDK, Postdoctoral Fellow

2007 - 현재  카이스트 의과학대학원, 교수

2021 - 현재  기초과학연구원 (IBS), 한국바이러스기초연구소, 

             바이러스 면역 연구센터, 센터장

 

3. 전문 분야 정보 

2022.  아산의학상 수상

2019.  용운의학대상 수상

 

 

<정민경 연구위원, 제1저자>

 

1. 인적사항

 ○ 소  속 : 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소  

 ○ 소  속 : 바이러스 면역 연구센터

 

 

 

2. 경력사항

2018 - 2020  미국 NIH, NIDDK, Research Fellow

2014 - 2021  한국과학기술원 (KAIST) 의과학대학원, 연구조교수

2021 - 현재  기초과학연구원 (IBS), 한국바이러스기초연구소, 

             바이러스면역연구센터, 연구위원

 

 

<정성동 박사후연구원, 제1저자>

 

1. 인적사항

 ○ 소  속 : 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소 

 ○ 소  속 : 바이러스 면역 연구센터 

 

 

 

2. 경력사항

2021 - 2021  KAIST 의과학대학원, 박사후연구원

2021 - 현재  기초과학연구원 (IBS), 한국바이러스기초연구소, 

             바이러스면역연구센터, 박사후연구원