코로나 19 바이러스, 산소 운반하지 않는 미숙한 적혈구 감염시켜
앨버타 대학교 연구진이 최근에 발표한 연구는 많은 코로나 19 환자, 심지어 입원을 하지도 않은 환자들까지도 인체 조직에 산소 공급이 줄어드는 잠재적으로 위험한 상황인 저산소증을 겪는 이유를 밝혔다.

이 연구는 또 항염증 약물인 덱사메타손이 코로나 19 환자에게 효과적인 치료제가 되는 이유도 밝혔다. 연구 책임자로 의학 및 치의학과의 부교수인 쇼크롤라 엘라히는 다음과 같이 말했다. “혈중 산소 수준이 낮은 것은 코로나 19 환자에게 중대한 문제다. 그래서 우리는 가능성이 있는 한 가지 메커니즘으로 코로나 19가 적혈구 생산에 영향을 미치는 것일지도 모른다고 생각했다.”

이 연구에서 엘라히와 그의 연구진은 코로나 19 환자 128명의 혈액을 조사해보았다. 이들 환자에는 위독한 환자, 중환자실에 입원한 환자, 중등도 증상으로 입원한 환자, 중증도 환자로 병원에서 한두 시간만 머문 환자들이 포함되었다.

연구진은 병세가 더 심해질수록 그만큼 더 많은 미숙한 적혈구가 순환하는 혈액 속으로 몰려들고, 때때로 많게는 혈액 내의 전체 세포의 60%에 달하는 것을 발견했다. 비교를 하면 건강한 개인의 혈액 속에는 미숙한 적혈구가 1% 미만이거나 전혀 없다.

엘라히는 이렇게 설명했다. “미숙한 적혈구는 골수에 머물고 보통 순환하는 혈액 속에서는 볼 수가 없다. 이는 곧 코로나 19 바이러스가 적혈구의 본거지에 영향을 미치는 것을 암시한다. 그런 결과로 또 건강한, 미숙한 적혈구의 고갈을 보충하고 인체에 충분한 산소를 공급하기 위해서 인체는 훨씬 더 많은 적혈구를 생산하게 된다.”

문제는 미숙한 적혈구는 산소를 운반하지 않는 것이다. 성숙한 적혈구만 산소를 운반한다. 두 번째 문제는 미숙한 적혈구는 코로나 19 감염에 아주 취약한 것이다. 미숙한 적혈구가 코로나 19 바이러스의 공격을 받아 파괴되면서 인체는 - 약 120일밖에 생존하지 못하는 - 성숙한 적혈구를 교체할 수가 없고, 혈류 속에서 산소를 운반하는 능력이 감소한다.

강력한 면억억제 세포인 미숙한 적혈구, 많을수록 면역반응 약해져
문제는 코로나 19 바이러스가 어떻게 미숙한 적혈구를 감염시키는가이다. 이전의 연구에서 미숙한 적혈구가 어떤 세포들이 에이즈 바이러스(HIV)에 더 잘 걸리게 만드는 것을 입증한 바가 있는 엘라히는 미숙한 적혈구들이 코로나 19 바이러스를 위한 수용체를 갖고 있는지를 조사해보기 시작했다. 일련의 연구를 한 후 엘라히의 연구진은 처음으로 미숙한 적혈구가 - 코로나 19 바이러스가 자신들을 감염시키도록 하는 - ACE2 수용체와 TMPRSS2 공동수용체를 발현하는 것을 입증했다.

앨버타 대학교 바이러스학 연구소의 바이러스 학자인 론 티렐의 실험실과 합동으로 연구해서, 연구진은 코로나 19 환자들의 미숙한 적혈구로 연구용 감염 테스트를 실시했고 이들 적혈구 세포가 코로나 19 바이러스에 감염되는 것을 증명했다.

엘라히는 다음과 같이 말했다. “이런 연구결과는 고무적이지만 또 2가지 중대한 결과를 보여준다. 첫째, 미숙한 적혈구들이 코로나 19 바이러스에 감염이 되는 세포들이고, 바이러스가 미숙한 적혈구를 죽이면 인체가 골수로부터 더 많은 미숙한 적혈구를 퍼내서 산소 보급 요구량을 충족하기 위해 노력하도록 강제한다. 그러나 바로 그것이 바이러스를 위한 더 많은 표적물을 만드는 것이 된다.”

이어 “두 번째, 미숙한 적혈구들이 실제로는 강력한 면역억제 세포들이다. 즉 항체 생산을 억제하고 바이러스에 대항하는 T 세포 면역을 억제해서 전체 상황을 악화시킨다. 그래서 미숙한 적혈구가 더 많은 것은 바이러스에 대항하는 면역반응이 더 약해지는 것을 의미하는 것을 우리가 이번 연구에서 입증했다.”라고 밝혔다.

미숙한 적혈구가 자신이 코로나 바이러스에 감염되도록 만드는 수용체들을 갖고 있는 것을 발견한 후에 엘라히의 연구진은 미숙한 적혈구가 바이러스에 쉽게 감염되는 것을 줄일 수 있을지를 알아보기 위해 여러 가지 약물을 테스트해보기 시작했다. 우리는 코로나 19 환자의 사망률과 와병 기간을 줄이는 데 도움이 되는 것으로 우리가 알고 있는 항염증 약물인 덱사메타손을 시험해보았고, 미숙한 적혈구들의 감염이 상당히 줄어든 것을 발견했다고 엘라히는 말했다.

덱사메타손이 코로나 19에 작용하는 메커니즘 제시
연구진이 왜 덱사메타손이 그런 효과가 있는지를 연구해보기 시작하자 그들은 2개의 잠재적인 메커니즘을 발견했다.
첫째, 덱사메타손은 미숙한 적혈구들에서 코로나 19 바이러스에 대한 ACE2 수용체와 TMPRSS2 수용체의 반응을 억제해서 감염 가능성을 줄여준다.
둘째, 덱사메타손은 미숙한 적혈구가 성숙하는 속도를 높여주어서 적혈구 세포가 더 빨리 세포핵을 벗어버리도록 도와준다. 세포핵이 없으면 바이러스는 복제할 장소가 없다. 다행히도 엘라히의 연구 결과는 현행 코로나 19 환자 치료 방법을 크게 바꾸지 않으면서 실제로 치료에 도입할 수가 있다.

엘라히는 이렇게 말했다. “지난해에 덱사메타손이 코로나 19 치료에 광범하게 사용되었지만, 덱사메타손이 왜 그리고 어떻게 작용하는지에 대해서는 제대로 알지를 못했다. 그래서 우리는 새로운 약물을 재지정하거나 도입하지 않고, 덱사메타손이 왜 환자들에게 이익이 되는지를 설명하는 메커니즘을 제시하는 것이다.”

엘라히는 웬디 슬리글과 모하메드 오스만이 이번 연구에 참여한 코로나 19 환자들을 모집하는 데 결정적인 역할을 했다고 언급했다.

한편, 이 연구는 미국의 자선단체인 패스트 그랜츠와 캐나다 보건 연구소와 리 카 싱 바이러스학 연구소의 지원을 받았다.

참조:
S. Shahbaz et al., "Erythroid precursors and progenitors suppress adaptive immunity and get invaded by SARS-CoV-2" Stem Cell Reports. 2021 May 11;16(5):1165-1181. doi: 10.1016/j.stemcr.2021.04.001.