By MAGGIE CHEN, WIRED UK

면역 체계는 복잡하다. 따라서 인체는 쉴 틈 없이 코로나19와 같은 외부 위협에 방어한다. 표면적으로 개인의 면역 체계는 위협 요소 침입에 고유한 반응을 보인다. 그 이유를 찾는 것은 지난 몇 년 동안 과학계의 난제가 되었다.

오래전부터 생물학적 성별이 면역 체계에 어느 정도 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 스웨덴 룬드대학교 면역 체계 박사 카밀라 콘시글리오(Camila Consiglio)는 “일반적으로 남성이 여성보다 더 심각한 감염 증상을 보인다. 반면, 여성이 백신에 더 나은 반응을 보이는 것으로 알려졌다”라고 설명했다. 하지만 코로나19 이전에는 코로나바이러스와 같은 바이러스 감염이 성별에 따른 면역 반응 차이를 바꾸고, 인구 집단의 면역 반응의 변수를 높일 수 있다는 사실을 알지 못했다.

예일대학교 면역학 박사 존 챙(John Tsang) 박사 연구팀은 네이처에 코로나19가 감염 후 오랜 시간이 지나면, 면역 반응에 영향을 미치면서 다른 질병의 백신 반응 방식을 바꿀 수 있다는 사실을 주장하는 연구 논문을 게재했다. 연구팀은 가벼운 증상을 보이면서 코로나19에 감염된 남성이 추후 코로나19 감염 이후 회복한 여성보다 독감 백신에 더 강력한 반응을 보일 수 있다는 사실을 확인했다. 또한, 코로나19 회복 후 남성의 건강 관리 수준이 더 강력해지면서 남성과 여성의 면역 반응 차이가 바뀐다는 점도 발견했다. 연구팀은 연구 결과를 바탕으로 더 나은 백신 개발과 병원체가 환자마다 다른 영향을 미치는 이유를 밝혀내는 데 도움이 될 것이라고 생각했다. 환자 개인이 질병 감염에 더 취약한지 알아낸다면, 미래에 환자별 맞춤 의학 진료에 도움이 되면서 목숨을 구하는 역할을 할 수도 있을 것이다.

챙 박사 연구팀은 이미 질병 감염이 개인 면역 체계에 미치는 장기적 영향을 조사했다. 2020년, 갑작스럽게 코로나19 확산세가 이어지면서 연구팀의 연구가 더 수월해졌다. 챙 박사는 “매우 짧은 시기에 광범위한 인구 집단에 걸친 대규모 전염병 유행이 이어졌다”라고 언급했다. 많은 이들이 동시에 가벼운 감염 증상을 겪었으며, 동시 회복세를 기록하는 사례는 드물었다. 이 덕분에 연구팀이 연구에 활용하기 매우 좋은 표본 집단이 탄생했다. 그러나 챙 박사는 상대적으로 건강한 환자를 연구한 뒤 질병 감염 후 개인 면역 체계의 백신 반응 차이를 실험하면서 신뢰할 만한 결과를 얻을 수 있을 것이라고 판단했다.

이에, 연구팀은 가벼운 증상을 동반한 코로나19 감염 후 회복한 환자 33명의 혈액 표본을 확보하고, 코로나19에 감염된 적이 없는 나이와 성별에 따라 건강한 피실험자 40명으로 구성된 통제 집단을 모집했다. 이후 모든 피실험자에게 계절성 독감 백신을 접종하고, 여러 차례 혈액을 채취했다. (일부 피실험자의 혈액은 백신 접종일 기준 100일 뒤 채취했다.)

이후 혈액 세포가 면역 분자를 포함하여 필요한 모든 물질을 생성하는 데 사용한 유전자 정보를 모두 드러내는 유전자 배열 과정인 혈액 전사체학(blood transcriptomics) 전체 과정을 통해 모든 피실험자의 혈액 표본을 조사했다. 남성과 여성의 면역 활동의 잠재적 차이의 상세한 개요를 제공하는 역할을 했다. 독감 백신 접종 전과 비교했을 때 약간의 기본적인 차이는 있었지만, 연구팀은 백신 접종 후 즉각 변화가 발생한 사실을 확인했다. 챙 박사는 “코로나19 감염 후 회복한 남성의 염증 반응이 더 강력한 것을 확인할 수 있었다”라고 설명했다. 남성이 백신 반응으로 항체 생성 세포와 항체를 더 많이 생성한다는 점을 시사한다. 이어, 챙 박사는 “연구를 통해 확인한 결과는 놀라웠다. 종종 남성의 항체 생성 반응이 여성보다 더 높다는 점을 발견했다”라고 전했다.
 
혈액 전사체학이 도움이 되었으나 코로나19 감염이 면역 반응에 미치는 전반적인 영향만 보여주었다. 이에, 연구팀은 다음 단계에서 CITE-seq 기법을 통해 생물학적 성별을 표현하는 세포와 유전적 반응 차이를 보이는 세포를 찾아냈다. 또한, 유전자로 생성하는 특정 단백질도 확인했다. CITE-seq 기법은 이전 연구 단계에서 이용한 피실험자의 혈액 표본을 그대로 이용할 수 있다는 가장 큰 장점이 있었다. 챙 박사는 “연구에 사용한 표본 종류는 단 한 가지였다. 그리고 한 가지 표본으로 많은 것을 측정할 수 있다”라고 말했다.

특정 세포 유형이 독감 백신 반응에 영향을 주는 것으로 보였다. 독감 감염 이후 생성돼, 인체에서 마주하는 특정 병원체를 기억하는 것으로 알려진 이펙티브 메모리 T 세포(effective-memory T cell)가 GPR56 수용체와 함께 겉으로 면역 반응을 보이는 것으로 확인됐다. 그리고 코로나19에서 완치된 남성이 코로나19에 감염된 적이 있는 여성과 코로나19에 감염된 적이 없는 통제집단보다 이펙티브 메모리 T 세포가 더 많은 것으로 나타났다. 그런데 단순히 코로나19와 관련이 있는 세포가 독감 백신에 반응하는 이유는 무엇일까?

챙 박사는 “표준 가설은 코로나19 감염 시 코로나바이러스 특정 세포가 생성된다고 추측한다”라고 답변했다. 하지만 챙 박사가 설명한 바와 같이 예외가 있다. 더 광범위한 반응을 보이는 다른 면역 세포도 활성화될 수 있다. 방관자세포가 백신 접종에 매우 빠르게 반응하면서 면역 체계의 항체 생성으로 이어지도록 인체에 경고를 보내게 된다.

실제로 연구팀이 GPR56 양성 반응을 보인 T 세포를 연구할 때 코로나19 감염 도중 이미 활성화된 것으로 알려진 방관자세포와 일부 공통점이 있다는 사실을 확인했다. 따라서 연구팀은 GPR56 양성 세포가 방관자세포와 비슷한 반응을 보이고, 코로나19 이후 인체에 계속 존재하면서 독감 백신과 같은 외부 침입 요소에 맞서 면역 반응을 보이기 시작한다는 가설을 세웠다.

연구팀은 가설을 입증하기 위해 GPR56 양성 T 세포가 바이러스 감염이나 백신 접종과 같은 요소에 반응하는 방식을 연구해야 했다. 연구팀은 GPR56 양성 T 세포를 격리하고 페트리 접시에서 자라도록 한 뒤 바이러스 감염이나 백신 접종 도중 생성되는 시토킨이라는 작은 신호 분자로 자극을 주었다. 그 결과, T 세포의 코로나19에 완치된 남성의 혈액에서 확인한 염증 단백질 수치가 높다는 점을 확인했다. T 세포가 결과적으로 독감 항체를 더 많이 생성하도록 하는 면역 반응을 촉진했다는 증거가 된다. 연구팀은 가설을 입증할 결정적인 증거를 찾아냈다.

콘시글리오 박사는 앞으로 코로나19에서 완치된 남성과 여성이 독감이나 다른 바이러스 감염 시 보이는 면역 체계의 효과 차이를 알아내고자 한다. 성별과 기존 바이러스 감염 조건 조사도 다른 요소가 면역 반응에 미치는 영향에 의문을 제기할 수도 있을 것이다. 존스홉킨스대학교 미생물학자인 사브라 클레인(Sabra Klein) 박사는 나이와 같은 요소가 면역 반응 변화에 미치는 영향과 면역 반응 규모 축소 원인이 될 수도 있는 요소도 알아내고자 한다. 클레인 박사는 “학계에서는 종종 나이, 성별 등 여러 변수를 이분법으로 다루었으며, 다양한 변수가 겹칠 때 면역 반응에 미칠 수 있는 영향을 충분히 알아내지 못했다”라고 말했다.

챙 박사 연구팀은 연구 결과가 과학계의 더 효과적인 백신 개발이나 개인의 질병 감염 반응 예측 방법 등을 알아내는 데 도움이 되기를 바란다. 또한, GPR 양성 세포를 병원체 반응 대비에 더 효과적으로 활용할 수 있을지 알아내고자 한다. 반면, 과학계는 면역 체계가 과도한 반응을 보일 때 세포를 비롯한 다양한 요소가 자동 면역 반응 도중 제 기능을 하는 방식을 알아내고자 한다. 

과학계는 모든 답을 찾아낼 때까지 특히 코로나19 확산 시기에 면역 체계가 진화한 방식을 비롯해 면역 체계의 복잡성을 감사하게 생각할 것이다. 챙 박사는 “항상 인간 면역 체계를 매우 다양한 자연적 실험 대상으로 보았다”라고 전했다. 하지만 코로나19 대유행병의 영향으로 면역 반응 실험 범위가 예상보다 훨씬 더 넓다는 사실을 알게 되었다. 인간의 면역 체계가 환자마다 다른 이유와 시간이 지나면서 변화하는 과정 등을 더 자세히 알게 되었다는 의미이다.

** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
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