3'40" 읽기
- AIDS 연구자들 40년 동안 백신 접종 전략을 모색해 왔음에도 지금까지 대부분 헛수고
- HIV 백신 개발 어려운 이유, HIV 엔벨로프 단백질(Env)이 매우 가변적, 쉽게 변해
- 코로나바이러스에 성공한 mRNA 기술이 HIV 퇴치에도 도움 확인
- mRNA 백신에는 두 번째 바이러스 단백질(Gag)의 유전자 코드가 포함
- 쥐에게 백신 접종, 모든 동물이 중화 항체 개발

HIV에 대한 mRNA 백신 효과?
테스트 백신은 반복 감염 후에도 원숭이에게 광범위한 면역 보호를 제공했다.

AIDS에 대한 희망:
AIDS에 대한 최초의 mRNA 백신이 생쥐와 원숭이를 대상으로 한 테스트에서 가능성을 보여주었다. 두 바이러스 단백질의 유전자 코드로 백신 접종은 HIV (Human Immunodeficiency Virus)의 여러 변종에 대해 강력한 항체 반응을 생성했다. 

원숭이의 경우 여러 차례 예방 접종을 하면 감염 위험이 79% 감소했다. 이는 코로나바이러스에 성공한 mRNA 기술이 HIV 퇴치에도 도움이 될 수 있다는 희망을 불러일으킨다.

▲ 인간 면역 세포에 있는 HI 바이러스. 지금까지 AIDS 병원체에 대한 효과적인 백신은 없다. © NIAID

코로나바이러스에 대한 백신을 개발하는 데 1년도 채 걸리지 않았지만, AIDS 연구자들은 40년 동안 적절한 백신 접종 전략을 모색해 왔음에도 지금까지 대부분 헛수고였다. 생백신, 단백질 백신 또는 유전자 기반 백신으로 HI 바이러스에 대한 면역 체계를 무장시키려는 모든 시도는 실망스러운 결과를 낳았다. 현재까지 가장 좋은 접근 방식은 임상 연구에서 약 30%의 보호 효과만 달성했으며 그마저도 재현할 수 없었다.

HIV에 대한 백신 개발이 어려운 이유

문제:
HIV 바이러스의 외피 단백질(Env)은 매우 가변적이며 쉽게 변한다.
또한, 바이러스 단백질 외피의 중요한 식별 기능은 당 부착물에 의해 숨겨져 있다. HIV 바이러스에서 이 글리칸은 거의 포괄적인 "위장 코트"를 형성한다.

결과:
"백신 접종을 통해 중화 항체를 생성하는 것은 극히 어려운 것으로 입증됐으며 자연 감염 후에도 영향을 받은 사람들 중 극히 일부만이 그러한 항체를 생성한다"고 미국 국립 알레르기 및 전염병 연구소(NIAID)의 펭창(Peng Zhang)이 설명했다.

그러나 mRNA 기술은 최근 이러한 문제를 극복할 수 있는 새로운 기회를 제공한다.
특정 바이러스 단백질과 단백질 부분에 대한 유전자 코드가 백신에 결합되어 최적의 효과를 낼 수 있기 때문이다. NIAID의 선임 저자인 Anthony Fauci는 "우리의 실험용 백신은 이전 HIV 백신 후보의 결핍을 보완하는 몇 가지 기능을 결합한다“고 설명했다.

▲ HI 바이러스의 구조 © Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) / CC-by-sa 4.0

결합된 두 가지 바이러스 단백질에 대한 구축 지침

특히, 새로운 HIV 백신은 한편으로는 바이러스 외피 단백질 Env에 대한 지침이 있는 RNA로 구성된다. 첫 번째 백신 접종을 위해 투여된 변이체에서 이 외피 단백질은 일부 당 부착이 부족하여 면역 체계에서 더 잘 인식할 수 있다.

반면에 추가 접종을 위한 백신에는 여러 HIV-1 돌연변이체의 완전한 단백질에 대한 코드가 포함돼 있다. "이것은 이러한 변이체의 일반적인 항체 부착에 대한 B 세포 반응을 강화하는 것으로 추정된다"고 팀이 설명했다.

또 다른 결정적 요인:
mRNA 백신에는 두 번째 바이러스 단백질(Gag)의 유전자 코드가 포함돼 있다.
이 두 단백질의 조합은 신체에서 바이러스와 같은 입자의 형성을 자극하기에 충분하다. 이는 천연 HI-바이러스의 표면과 유사한 표면을 가진 작은 구조다. 쥐를 대상으로 한 초기 테스트에서 Zhang과 그의 동료들이 보고한 바와 같이 백신을 접종한 모든 동물이 중화 항체를 개발했다.

▲ b, env-gag mRNA 면역원 구조의 도식적 표현. SIV gag mRNA와 HIV-1 env mRNA의 복합 제제화는 VLP의 조립 및 방출을 유도한다. (출처: 관련논문 Fig 2 A multiclade env–gag VLP mRNA vaccine elicits tier-2 HIV-1-neutralizing antibodies and reduces the risk of heterologous SHIV infection in macaques / nature medicine)

HIV에 대한 항체 및 T 세포

연구자들은 이 mRNA 백신이 HI-감염을 얼마나 잘 보호하는지 조사하기 위해 14마리의 원숭이를 사용했다. 원숭이의 절반은 2~3주마다 다른 백신 변이체의 용량을 받았고 나머지는 백신을 접종하지 않은 채로 있었다. 연구팀은 백신이 내약성이 우수했으며 동물들은 일시적인 식욕 감퇴만 발생한다는 것을 발견했다. 

결과:
첫 번째 추가 접종 후 중화 항체의 역가는 백신을 접종한 원숭이에서 크게 증가했지만 상대적으로 빠르게 다시 떨어졌다. Zhang과 그의 동료들이 보고한 바와 같이 세 번째 백신 접종 후에야 항체가 높은 수준에서 안정적으로 유지되었다. 세포 면역 반응도 백신에 반응했다. 반년 후에 HIV에 대한 T 킬러 세포와 T 헬퍼 세포가 모두 검출되었으며 1년 후에 추가 백신 접종의 결과로 활성이 다시 크게 증가했다.

감염 위험 79% 감소

그런 다음 결정적인 테스트가 뒤따랐다.
첫 번째 백신 접종 후 좋은 해에 모든 동물은 일주일에 한 번 항문에 주사된 HIV의 희석 용액을 받았다. 백신 접종을 하지 않은 원숭이의 경우 바이러스와 세 번째 접촉한 후 평균적으로 감염이 발생했다. "반대로 면역된 동물 7마리 중 2마리는 13주가 지나도 감염 징후를 보이지 않았다"고 과학자들은 보고했다. 나머지 5마리의 원숭이는 평균적으로 8번째 바이러스 접촉 후에 상당한 지연 후에야 감염됐다.

따라서 백신을 접종한 동물은 보호되지 않은 HIV 바이러스에 접촉할 경우 감염될 위험이 79% 낮았다. 이 면역 보호는 병원체의 12가지 다른 변종에 대해서도 작용했다. 연구팀은 "이와 같은 mRNA 플랫폼은 AIDS 백신 개발을 위한 매우 유망한 접근 방식을 나타낸다"고 밝혔다.

추가 최적화가 필요하다.

다음 단계로 과학자들은 추가 백신 접종이 더 적게 필요하도록 후보 백신을 더욱 최적화할 계획이다. 7회 이상의 접종으로 구성된 백신 접종 체제는 사람들에게 거의 수용되지 않고 많은 가난한 국가에서 시행하기 어려울 것이기 때문이다. NIAID의 연구 책임자인 파올로 루쏘(Paolo Lusso)는 "따라서 우리는 생성된 바이러스 유사 입자의 품질과 양을 증가시키기 위해 백신 접종 프로토콜을 조정하고 있다"고 설명했다.

최적화된 백신 변이체가 동물 실험에서도 성공적이고 안전한 것으로 입증되면 첫 번째 1상 임상 연구가 따라야 한다. 백신은 사람이 견딜 수 있는지 확인하기 위해 먼저 건강한 지원자에게 제공된다.
(Nature Medicine, 2021; doi: 10.1038/s41591-021-01574-5)
출처: NIH/National Institute of Allergy and Infectious Diseases      

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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