국내외 HIV 약제내성 모니터링 및 연구 동향
The HIV drug resistance monitoring and research trend in Korea and other countries

질병관리본부 국립보건연구원 면역병리센터 에이즈ㆍ종양바이러스과            
최주연            

Ⅰ. 들어가는 말
  세계적으로 HIV/AIDS 감염인 치료에 사용되고 있는 약제로는 6가지 계열 1), 약 30종의 항레트로  바이러스제들이 다양한 HIV 복제기전기반하여 개발, 상용화되어 감염인 치료에 활용되고 있다[1]. 일반적으로 2종류의 핵산계열 역전사효소억제제와 1종류의 단백질분해효소억제제 또는 비핵산계열의 역전사효소억제제와의 병합요법이 치료경험이 없는 감염인에 대한 초기치료에서 항레트로바이러스제  병합요법(highly active anti-retroviral therapy; HAART)에 널리 사용되고 있다. 국내에서도 1991년부터 핵산계열 역전사효소억제제인 지도부딘(AZT, zidovudine) 사용을 시작으로 현재 6종의 단백질분해효소억제제, 7종의 핵산계열 역전사효소억제제, 3종의 비핵산계열의 역전사효소억제제 및 최근에   도입된 통합효소억제제가 국내 HIV/AIDS 감염인을 위한 항레트로바이러스제 병합요법에 사용되고 있다[2]. 광범위한 항레트로바이러스제의 사용은 감염인의 생존기간을 연장시켜 급격한 사망률 감소를 가져왔으나 내성주 출현을 초래하여 항레트로바이러스제 치료효과 감소, 치료의 어려움 및 비용 지출을   심화시킬 것으로 예측되고 있다. 일반적으로 효과적인 에이즈환자 치료경과의 모니터링을 위해서는   바이러스정량검사, 면역검사(CD4+ T 세포수 측정), 유전형약제내성검사 및 표현형약제감수성검사 등이 활용되고 있다. 미국 보건복지부 (Department of Health and Human Services: DHHS)에서는 임상의들에게 항레트로바이러스제 병합요법 시작 전 및 미치료환자의 경우 치료시작 전에 유전형약제내성검사 실시를 권고하고 있고, 치료실패 또는 항레트로바이러스제 병합요법 중 불완전한 바이러스 억제가 되는 환자의 경우 유전형/표현형검사를 권고하고 있다[3]. 
  본 원고는 국내외 HIV 약제내성 모니터링 동향, 항레트로 바이러스제에 대한 국내 내성 모니터링   결과 및 질병관리본부 국립보건연구원에서 진행하고 있는 내성연구 동향을 소개하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말
  1. 국외 HIV약제내성 모니터링 현황
  세계보건기구(World Health Organization; WHO)는 2000년부터 『WHO/HIVResNet Global HIV Drug Resistance(HIVDR) Prevention, Surveillance and Monitoring Strategy』프로그램을 시작하였다. 이 프로그램은 항레트로바이러스제의 전 세계적인 사용과 함께, 집단수준에서의 항레트로바이러스제  치료 및 HIV 예방 계획을 지지하기 위해, 국가·지역·세계적 수준의 HIV 약제내성(HIVDR) 예방 및 예측을 위해 고안되었다. 항레트로바이러스제에 내성을 보이는 HIV 내성주의 등장은 약제내성 변이체의 전파 문제와 맞물려 최근 들어 더욱 주목을 받고 있다. 항레트로바이러스제가 적절하게 사용되지 못하면,   치료실패 증가, 내성변이체 전파, 치료선택 제한, 치료효율성 저하 등의 다양한 문제가 제기되고, HIV 약제내성은 더욱 확산될 것으로 예측되어, 네트워크 구축을 통한 감시가 이루어지고 있다. HIVResNet 실험실 네트워크는 서로 다른 세 개의 카테고리로 나뉘어지며, 국가 HIV 약제내성 실험실(National HIVDR Laboratories;NDRL, 국가 당 1개), 지역 HIV 약제내성 실험실(Regional HIVDR Laboratories;RDRL, WHO 지역별 1개), 전문 HIV 약제내성 실험실 (Specialized HIVDR Laboratories;SDRL)로 분류된다(Figure 1)[4]. 2009년 6월 기준으로 22개의 ‘WHO 인증 HIV 약제내성 유전형분석 실험실 (WHO-accredited HIVDR Genotyping Labs)’을 거점으로 HIVResNet 실험실 네트워크가 운영되고 있으며, 점차 확대 운영되는 추세이다.

  미국 식품의약품안전청(Food and Drug Administration; FDA)으로부터 허가받은 유전형약제내성검사법으로는 ‘TruGene HIV-1 Genotyping assay(Siemens)’와‘ViroSeq HIV-1 Genotyping System(Celera Diagnostics)’가 있으며, 실험실 내 확립된(laboratory-developed; in-house) 유전형 검사법도 많이 활용되고 있다[3]. 또한, WHO/HIVResNet 내에서는 HIV 약제내성모니터링을 위한 실험여건이 조성되지 않은 국가들은 WHO 인증지역 실험실(RDRL)을 활용할 수 있도록 체계적으로 구성되어 있다. WHO에서 2011년 4월 발표한 HIV 약제내성 부문 주요 결과에서, WHO 주관의 초기 조사결과에 따르면 저소득 및 중소득 국가에서는 전파에 의한 HIV 약제내성비율이 여전히 문제가 되고 있으며 20여개 국가에서 수행된 조사결과를 종합분석했을 때, 전체적인 내성변이체 전파율은 3.7%에 이르는 것으로 보고하였다(95% 신뢰구간 2.86-4.54). 또한, 유럽이나 미국에서는 내성률이 10-20%에 이르는 것에 반해, 아프리카와 아시아의 41개 지역에서 수행된 결과는 이들 중 83%는 5% 미만의 낮은 내성률을 보였으나, 이와 대조적으로 17%에 해당하는 지역들에서는 5-15%의 중등도의 내성률을 보였다고 발표하였다[4].

  2. 국내 HIV약제내성 모니터링 현황
  병관리본부 국립보건연구원은 2004년부터 ‘국가 내성주 감시체계 구축’사업을 시작으로 HIV/AIDS감염인 진료병원으로부터 치료경과 모니터링을 위하여 항레트로 바이러스제 내성검사를 의뢰받아 수행해오고 있다. 에이즈·종양바이러스과에서는 에이즈 감염인으로 확인진단을 받은 후 치료시작 전 또는  항레트로바이러스제병합요법 도중 치료실패자로 추정되는 환자들에 대하여, 실험실내 확립된 유전형약제내성검사를 수행하고 스탠포드 약제내성 데이터베이스를 활용하여 결과를 분석하고 있다. 2004년부터 2010년까지 항레트로바이러스제 내성검사가 의뢰된 샘플 중 637명의 신규 진단된 미치료 감염인에서의 약제내성률은 4.2%로 예측되었다. 각 핵산계열 역전사효소억제제, 비핵산계열의 역전사효소억제제 및 단백질분해효소억제제에 대한 내성은 각각 13건(2.0%), 16건(2.5%), 1건(0.2%)으로 분석되었다(Table 1).

  연도 별로 세 종류의 약제계열 모두 뚜렷한 내성 증가나 감소 양상이 관찰되지는 않았으나, 2010년에 미치료 감염인에서는 처음으로 단백질분해효소억제제에 대한 내성이 1건 보고되었다. 이번 조사는 질병관리본부 국립보건연구원으로 항레트로바이러스제 내성검사가 의뢰된 미치료 감염인을 대상으로 분석한 결과이므로 국내 모든 미치료 감염인을 대표하지는 못하지만, 전반적인 경향으로 추측했을 때, 미국(8.3%), 영국(12-14%), 프랑스(6-10%), 기타 유럽지역(약 10%) 및 일본(4-5%)과 비교했을 때 외국의 미치료 감염인에 비해서는 국내는 비교적 낮은 수치의 내성률을 보이고 있음을 알 수 있다[5-9]. 또한, 이번 미치료 감염인을 대상으로 한 항레트로바이러스제 내성검사 의뢰 샘플에서의 결과는 기 발표된  국내 미치료 감염인에서의 내성률과도 유사한 수준(4.3%)으로 확인되었으며, 현재까지는 연도별로 큰 증감양상 없이 낮은 수준의 내성률을 보임을 확인할 수 있었다[2]. 이와 대조적으로, 동일기간 내 질병관리본부 국립보건연구원으로 의뢰된 954명의 치료경험 환자들을 대상으로 항레트로바이러스제별 내성률 및 약제 계열별 내성양상을 분석한 결과, 47.4%인 452건에서 한 계열 이상의 약제군에 내성이 있을 것으로 예측되었다. 각 항레트로바이러스제에 대한 계열별 내성률은 핵산계열 역전사효소억제제에서 40.0%로 가장 높게 나타났으며 단백질분해효소억제제에서 22.7%로 가장 낮게 예측되었다(Table 1). 치료경험 환자들 유래 내성변이체의 가장 큰 특징은 핵산계열 역전사효소억제제인 라미부딘(lamivudine, 3TC)과 엠트리시타빈(emtricitabine, FTC)에 대한 내성률이 35.3%, 35.2%로 가장 높게 예측됨을 알 수 있었으며, 미치료 감염인에서는 찾기 힘든 단백질분해효소억제제 계열의 항레트로바이러스제에 대한 내성률도 16.5-21.2%로 예측됨을 확인할 수 있었다.
  이와 더불어, 항레트로바이러스제 병합요법에 노출된 기간에 따른 내성특성을 비교해 보기 위하여  항레트로바이러스제 내성검사가 의뢰되었던 치료경험 환자들을 세 그룹으로 나누어 분석하였다. 단백질분해효소억제제를 포함하는 항레트로바이러스제 병합요법이 시작된 1997년과 질병관리본부 국립보건연구원에서 무료로 항레트로바이러스제 내성검사를 실시한 2004년을 기준으로 각 시기별로 그룹을 나누어 분석하였을 때, 치료경험기간이 길수록 각 항레트로바이러스제별 내성률이 높게 예측됨을 확인 할 수 있었다(Table 2). 계열별 다제내성(multi-drug resistance)을 보면 핵산계열 역전사효소억제제와 단백질분해효소억제제에서의 다제내성이 21.6%로 가장 높았으며, 치료경험 환자들에서 세 가지 약제계열 모두에 다제내성을 가지는 경우는 10.1%로 예측되었다(Table 2). HIV 감염인과 AIDS 환자들의 경우 단일 계열 약제를 복용하는 것이 아니라 항레트로바이러스제 병합요법을 널리 사용한다는 점을 미루어 볼 때, 이러한 다제내성에 대한 예측률은 의미가 크다고 할 수 있다. 향후 정확한 치료력을 바탕으로  이러한 내성률을 분석한다면 국내 감염인들의 효과적인 치료경과 모니터링에 도움이 될 국가자료를   산출할 수 있을 것으로 예측된다.

  3. 새로운 항레트로바이러스제, 통합효소억제제 내성현황
  질병관리본부 국립보건연구원은 2010년부터 국내에 도입되어 사용되고 있는 통합효소억제제에 대하여 국내 도입 전 내성기초자료를 확보하고자 통합효소억제제에 대한 유전형약제내성검사법을 확립하였다. 국내 미치료 감염인을 대상으로 통합효소억제제에 대한 내성정도를 조사한 결과, 대부분의 국내 미치료감염인들은 통합효소억제제에 대하여 감수성이 있을 것으로 예측되었으며[10], 향후 통합효소억제제 복용 경험 환자를 대상으로도 내성도 정도를 조사할 예정이다. 이처럼 국내 미도입 항레트로바이러스제의  내성도에 대한 사전 예측 결과는 국내 입 및 도입 초기의 항레트로바이러스제의 국내 도입 타탕성 평가를 위한 기초자료 제공에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

  4. 표현형약제감수성검사를 활용한 항레트로바이러스제 내성 연구
  현재 전 세계적인 약제내성연구의 동향은 내성검사를 유전자 수준에서 뿐만 아니라 세포수준으로   확인하는 방법을 개발하고 환자 분리주에 적용하는 연구, 약제 선택압(drug selection pressure)으로 인해 유발된 돌연변이주의 복제능, 감염력, 약제중단 이후의 변이체의 진화특성에 대한 연구 등 다양한 분야에서의 연구가 진행되고 있다[11]. HIV-1 피트니스(fitness) 연구에는 다양한 방법들이 있으나,  일반적으로 실험실내 조건에서는 단일감염검사법(monoinfection assays)을 가장 많이 활용하여 실험이 진행되고 있다[11]. 이러한 실험법들은 생체 내 조건과 동일한 결과를 예측할 수는 없지만, 비교적   감염인 유래 바이러스의 특성을 예측할 수 있다는 장점이 있어 관련 연구에 가장 널리 활용되고 있다.
  일반적으로 항레트로바이러스제에 대한 내성도 조사를 위하여, 유전형약제내성검사법 2)외에도 표현형 약제감수성검사법 3)이 현재 상용화되어 있으며, 이를 활용하여 미국과 유럽 등지에서 많은 연구결과가 보고되고 있다. 그러나 비용문제와 활용접근성 문제로 인해 상용화된 표현형감수성검사법은 개발국에 한하여 사용이 제한되고 있으며, 국내에는 미도입 된 상태이다. 이에, 질병관리본부 국립보건연구원에서는 상동재조합(homologous recombination) 및 싱글 라운드 분석(single round assay)을 이용한 HIV/AIDS 환자들 유래 내성 바이러스주의 감염력(infectivity)을 측정할 수 있는 실험실 내 검사법을 확립하여 표준주 대비 환자분리주의 특성을 비교하고, 세포수준에서의 항레트로바이러스제별 약제감수성을 측정하여 그 결과를 발표하였다[12]. 또한 연구대상군을 확대하여 다양한 환자들 유래 슈도바이러스를 활용하여 연구수준에서의 항레트로바이러스제별 감수성을 평가하고 있다. 표현형감수성검사법은 유전형약제내성검사법과 비교했을 때 결과 산출에 오랜 시간이 소요되는 단점이 있기는 하나, 내성   원인을 보다 직접적으로 파악할 수 있고 특이 사례 환자군이나 치료실패환자 등에 적용하여 보다 환자치료에 유용한 자료를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대된다.

Ⅲ. 맺는 말

  국내 미치료 감염인에서의 내성률은 선진국에 비해서는 아직은 낮은 수준이지만 지속적인 모니터링이 요구된다. 특히 치료경험 환자들에서의 내성도 추이는 다양한 항레트로바이러스제들에 대한 유전형약제내성도 및 표현형 약제감수성 평가를 통한 실험실 내 데이터 축적도 필요하지만, 향후 보다 유익한   국가자료 산출을 위해서는 정확한 치료력 자료를 바탕으로 한 체계적인 내성주 모니터링 시스템 확립이 요구된다. 또한, 지속적인 국내 HIV/AIDS 감염인에서의 내성도 모니터링 및 새로운 항레트로바이러스제 사용에 대비한 검사법 확립 등은 국내 새로운 약제 도입의 근거를 마련하고, 감염인 치료의 최적화에 기반이 될 뿐 아니라 내성검사의 표준화와 새로운 도입 약제 또는 약제후보물질에 대한 평가체계를   확립하는데 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

1) 6가지 계열 : 핵산계열 역전사효소억제제(nucleoside reverse tranase inhibitor; NRTI), 비핵산계열의 역전사효소억제제
                     (non-nucleoside reverse tranase inhibitor; NNRTI), 단백질분해효소억제제(protease inhibitor; PI),
                     막융합억제제(fusion inhibitor), CCR5 길항제(CCR5 antagonist), 통합효소 억제제(integrase inhibitor)
2) 유전형약제내성검사법 (genotypic drug resistance assay): HIV/AIDS 감염인의 혈장으로부터 핵산 (HIV RNA)을 추출, 약제의 표적이
                      되는 유전자를 증폭, 변이를 염기서열분석에 의해 조사하는 방법. 항레트로바이러스제를 복용하는 감염인에 대한 약제내성
                      정도를 예측, 치료제 변경을 위한 가이드라인으로 활용 가능한 검사법
3) 표현형약제감수성검사법 (phenotypic drug susceptibility assay): 세포 수준에서 표준주 대비 감염인 유래 바이러스에서의 약제별
                     감수성을 측정하는 방법으로, 유전형약제내성검사법과 더불어 HIV/AIDS 감염인 유래 바이러스의 내성특성 분석에 
                     활용되는 검사법

Ⅳ. 참고문헌

1. Drugs Used in the Treatment of HIV Infection. (6 January 2010) http://www.fda.gov/oashi/aids/virals.html
2. Ju-yeon Choi, Eun-Jin Kim, Yong Keun Park, Joo-Shil Lee, Sung Soon Kim. National survey for drug-resistant variants in newly diagnosed antiretroviral drug-naive patients with HIV/AIDS in South Korea: 1999-2005. J AIDS 2008;49(3):237-242.
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4. WHO/HIVResNet HIV Drug Resistance Laboratory Strategy. July, 2010
5. Cane P, Chrytie I, Dunn D, et al. Time trends in primary resistance to HIV drugs in the United Kingdom: multicentre observational study. BMJ 2005;331:1368.
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9. UK Collaborative Group on Monitoring the Transmission of HIV Drug Resistance. Analysis of prevalence of HIV-1 drug resistance in primary infections in the United Kingdom. BMJ 2001;322:1087-108
10. Jin-Young Kim, Eun-Jin Kim, Ju-yeon Choi, Oh-Kyung Kwon, Jab-Jung Kim, Sang Yeoun Choi, Sung Soon Kim. Genetic variation of the HIV-1 integrase region in newly diagnosed anti-retroviral drug-naive patients with HIV/AIDS in Korea. Clin Microbiol Infect 2011;17:1155-1159.
11. Miguel E. Quinones-Mateu, Eric J. Arts. Fitness of drug resistant HIV-1: methodology and clinical implications. Drug Resistance Updates 2002;5: 224-23312.
12. Ju-yeon Choi, Oh-Kyung Kwon, Seon Young Choi, Yong Keun Park, Sung Soon Kim. Drug susceptibility of human immunodeficiency virus type 1-derived pseudoviruses from treatment-experienced patients to protease inhibitors and reverse tranase inhibitors, using a modified single-round assay. J Clin Virol 2011;50:19-25.