2010년 유행성이하선염 국내 분리주의 유전형 분석
Genotype analysis of Mumps isolates in Korea, 2010

질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 호흡기바이러스과             
김승태             

Ⅰ. 들어가는 말
  유행성이하선염(Mumps) 감염증은 유행성이하선염 바이러스(Mumps Virus) 감염에 의해 발열 및 이하선 부종을  일으키는 급성 바이러스성 질병이다. 사람이 유이하선염(流行性耳下腺炎) 바이러스의 유일한 숙주이자 병원소로 알려져 있으며, 유행성이하선염 바이러스 감염에 의한 전형적인 증상은 귀밑의 이하선이 부어오르고 열이 나는데 호흡기 질환을 동반하지만 약 20%에서 불현성 감염으로 증상이 나타나지 않을 수도 있다. 또한 이로 인한 치명률은 높지 않으나 췌장염, 고환염, 무균성뇌수막염 또는 뇌염 같은 합병증이 생길 수도 있다. 유행성이하선염의 혈청형은 한 가지만 존재하며, 백신접종으로 영구면역이 가능한 것으로 알려져 있다.
  유행성이하선염 바이러스(Mumps Virus)는 분류학적으로 Paramyxoviridae과(family), Paramyxovirinae 아속(subfamily)의 Rubulavirus 속(genus)에 속한다. 유행성이하선염 바이러스는 약 15kb의 음극 단일가닥 RNA를 유전자로 가지고 있으며, 3’말단으로부터 Nucleoprotein(NP), Phospho protein(P), Matrix protein(M), Fusion protein(F), Small hydrophobic Protein(SH), Hemagglutinin-neuraminidase Protein(HN), Large protein(L) 순으로 배열되어 있다. 이 중 SH(small hydrophobic) 단백질은 변이가 심한 부위로, 이 단백질의 유전적 상이성으로 subtype을 구분하고 있다 [1]. 현재까지 A-M까지 13가지 유전형이 밝혀져 있으며, 각 국가별로 특정 유전형이 유행하고 있어 유전자 분석을 통하여 유행성이하선염 바이러스의 해외 유입여부를 추정할 수 있다.
  유행성이하선염 바이러스의 감염은 주로 타액의 비말을 통한 직접적인 접촉이나 호흡기 감염을 통해 전파된다. 주로 유치원에서 초등학교에 다니는 5-10세 사이의 소아에서 호발하며 계절적으로는 늦가을에서 초봄에 발생이 많은 것으로 알려져 있다. 바이러스는 상기도에서 증식하여 혈류로 침입하고 최종적으로 침샘과 다른 기관들에 영향을 미친다. 처음 임상적 탐지가 가능한 침샘의 확장 시기는 감염 후 약 18일이 경과한 뒤이다. 잠복기는 14-24일이 소요되며 전염성이 있는 기간은 임상증상 발생 후 9일까지 가능하고 바이러스는 질병이 시작한 후 14일까지 소변으로 배출된다.
  유행성이하선염 감염증 발생은 1966년 유행성이하선염 약독화 생백신이 개발된 이후 지속적으로 감소하다가 1980년대 중반 이후, 중국, 스위스, 미국, 캐나다 및 국내에서 집단 감염이 보고되었으며, 백신 접종자 층에서까지 산발적인 유행이 보고되고 있다[2]. 국내에서는 1974년부터 유행성이하선염 생바이러스 백신 예방접종이 실시되었고, 1997년부터 2차 MMR 백신접종이 도입된 이후로 유행성이하선염 환자수가 10만 명당 5명 이하로 현저히 감소하였으나, 2007년 4,557건, 2008년 4,542건, 2009년 6,399건, 2010년 6,094명, 10만 명당 각각 9.3명, 9.2명, 12.9명, 12.1명으로 환자수가 지속적으로 크게 증가하였다.
  유행성이하선염 재유행에 대한 원인으로, 낮은 접종률, 일차 또는 이차 백신 실패, 백신 예방접종 효과의 면역원성 효율성및 사용하고 있는 백신주와 분리주(wild type)간의 유전형에 따른 차이, 단백질 구조등 여러 가지 요인이 제시되고 있다. 백신주와 분리주의 염기서열분석을 통한 분석을 통해 Urabe 백신주에 대한 안전성의 여부가 제시된 바 있으며, 스위스의 경우 1991년과 1995년 사이에 감염자의 대부분이 Rubini 백신주 접종자였음을 보고하였다[3, 4]. Rubin주는 스위스에서 최근에는 사용하지 않고 있다. 우리나라의 경우도 홍역일제예방접종 사업(2001년)이후 평가에서 Rubin주의 효과에 대한 의문이 제기되어 현재 Rubin주는 사용하지 않고 있다. 2000년대 들어 전 세계적으로 유행성이하선염 감염증의 증가에 대한 원인 규명에 대한 다양한 분석이 시도되고 있으나, 이에 대한 원인은 정확하게 알려져 있지 않다.
  특히, 유행성이하선염 바이러스의 혈청형은 한 가지이지만 유전적인 다양성 분석에 중요한 SH 유전자에 의해 분리주 차이나 유행주와 백신주간의 차이를 규명하는 접근법이 많이 시도되고 있다 [5, 6].
  국내에서도 홍역 및 유행성 이하선염의 발생 증가에 따른 기본적인 역학조사 및 원인 규명에 대한 연구가 일부 진행되었으나, 유행성이하선염의 재유행 원인 규명 관련 연구는 미비한 상황이다.
  질병관리본부에서는 전국 16개 시도보건환경연구원을 통하여 의뢰된 유행성이하선염 의심환자 검체를 이용하여, 유행성이하선염 바이러스 분리 및 염기서열 분석을 실시하였다. 이 글은 2010년도 1월부터 12월 까지 질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 호흡기 바이러스과에서 분리된 유행성이하선염 바이러스 유전자 분석 결과를 토대로 국내에서 어떠한 유전형의 유행성이하선염 바이러스가 유행하고 있는지를 분석하고자 하였다.

Ⅱ. 몸 말
  2010년 1월부터 12월까지 호흡기바이러스과로 접수된 유행성이하선염 의심환자 검체에 대하여 RNA를 분리한 후 유전자검사를 수행하였다. 유전자 검사는 검체에서 직접 또는 배양액에서 추출한 핵산을 이용하여 유행성이하선염 바이러스의 SH 유전자를 증폭하는 특이 Conventional RT-PCR(중합효소연쇄반응) 방법으로 수행하였다.
  유행성이하선염 바이러스 분리를 위하여, 검체를 페니실린-스트렙토마이신(Penicillin-Streptomycin)과 니스타틴(Nystatin)을 사용하여 전처리 한 후, 유행성이하선염 바이러스에 감수성세포로 알려진 Vero 세포주에 접종하였으며, 7일간 경과를 지켜보면서 세포병변효과(Cytopathic effect ; CPE)가 발견된 검체 배양 상층액을 수집하여 유전자 검사를 통해 바이러스 분리여부를 확인하였다.
  분리된 유행성이하선염 바이러스는 유전형 분류키로 사용되는 SH 유전자에 대한 염기서열분석을 실시하였으며, 결정된 유전자 염기서열 비교 및 계통수 비교는 Lasergene program(DNAstar, Madison, WI)을 이용하였으며, 분석된 결과는 유전자은행(GenBank) 등에 등록된 백신주 및 국내외 분리주의 염기서열과 비교하였다
  바이러스 분리결과, 2010년 동안 68건의 유행성 이하선염 의심환자 검체가 의뢰되었으며, 이 중 26건 (38.2%)에서 유행성이하선염 바이러스가 분리되었다. 바이러스가 분리된 환자의 평균 연령은 18.8세였으며, 남녀의 비는 12:1로 남자가 우세하게 나타났다.
  2010년 유행성이하선염 바이러스 26개 분리주의 SH 유전자 분석결과, 21개의 분리주는 유전형 H였으며, 5개의 분리주는 유전형 I와 상동성이 높은 것으로 확인되었다. 이 결과는 2007년부터 국내에서 분리된 유행성이하선염 바이러스의 유전형과 비교해 보면, 2010년 국내 분리주 에서 H 유전형 바이러스의 비율이 점차 증가하고 있음을 알 수 있다(Table 1).

  2010년 분리주와 백신주와의 상동성은 I형은 84.8-85.1%, H형은 86.2%로 나타났으며, 각 유전형의 표준주와 2010년 분리주와의 유전적 차이는 I형의 경우 1.9-2.3%, H형은 4.2%로 같은 유전형 내에서도 큰 차이를 보였다(Figure 1).
                 
                  

Ⅲ. 맺는 말

  전세계적으로 MMR 백신이 도입된 이후 유행성이하선염 발생은 감소 추세를 이어오다, 2000대에 들어오면서 젊은 청년층을 중심으로 유행성이하선염이 유행하고 있다는 보고가 있다[1, 7]. 현재 국내 20세 이하의 청소년들은 98% 이상의 높은 2가 MMR 백신 접종률을 보이고 있으나, 최근 여러 국내외 연구자들이 유행성이하선염 항체가가 시간이 지나면서 감소할 수 있다는 결과가 보고되고 있다[8]. 1997년 이후로 국내에서 매년 2,000건 이하로 발생하던 유행성이하선염이 비록 임상증상에 근거한 보고 결과이긴 하지만 2007년 이후로 4,000건 이상으로 두 배 이상 증가하였으며, 2009년부터는 6,000건 이상으로 급증하고 있다.
  바이러스의 유전형 분석은 바이러스의 유전자 변이를 파악하여, 바이러스의 유입 여부 및 국내 유행바이러스의 변이 경향 분석이 가능하고 이 결과를 백신정책 개선에 중요한 근거로 활용할 수 있어 국내외에서 많이 사용되고 있는 방법이다[9, 10].
  2010년 국내에서 분리된 유행성이하선염 바이러스는 H와 I 두 가지 유전형으로 나타났으며, 이 두 가지 유전형은 2008년 인천지역에 분리된 8주(유전형 F)를 제외하고, 2007년 이후 우리나라에서 분리되는 유행성이하선염 바이러스의 대부분을 차지하고 있다.
  유행성이하선염 바이러스 I형은 국내에서 주로 발생하는 유전형으로 2007년까지 국내에서 분리되는 유행성이하선염 바이러스의 대부분(86%)을 차지하고 있다.
  유행성이하선염 H 유전형 바이러스는 유럽지역에서 주로 보고되고 있으며, 일본의 경우 1997년 1건이 보고된바 있다[1]. 국내에서는 1999년 여주지역 초등학교에서 발생하여 보고된 이후 국내에서 발생하지 않았으나, 2007년부터 다시 나타났으며, 이후 전국적으로 분리되고 있다. 국내에서 대부분 분리되고 있는 유전형 H 바이러스의 경우, SH 유전자의 염기서열 분석결과 에서 발생한 바이러스와 같은 유전형 안에서도 큰 차이를 보이고 있어 H 유전형 바이러스가 국내에서 토착화되었음을 알 수 있다.
  2007년부터 국내에서 분리되는 유행성이하선염 바이러스 유전형은 매년 H 유전형의 비율이 증가하고 있는 것을 알 수 있으며, 이 결과는 2007년부터 나타난 유행성이하선염 감염증 환자의 증가와 관련이 있을 것으로 생각된다.
  최근 5년 동안 국내에서는 높은 MMR 백신 접종률에도 불구하고 홍역과는 달리 지속적으로 유행성이하선염의 발생보고가 증가하고 있는 상황이다. 이러한 원인중 하나로 생각되는 것은 국내 유행  유행성이하선염 바이러스의 주요 항원 유전자 변이에 따른 항원성의 변화를 추측할 수 있다. 국내에서 사용되는 유행성이하선염 백신주인 A형의 Jeryl-Lynn 주는 1차례 접종에서 80% 이상의 면역원성이 확보되고, 매우 안전한 것으로 알려져 있으며[1], 백신주와 분리주간의 유전적 차이로 인한 백신 실패의 임상적 증거는 아직까지 보고되지는 않고 있다[7]. 그러나 최근 지속적으로 보고되고 있는 유행성이하선염 감염 증가와 바이러스유전자 변이와의 상관관계를 보다 명확하게 규명하기 위해서는 향후 바이러스 병원성 변화 및 백신에 의해 유도된 항체의 바이러스 중화능력 분석 등 다각적인 추가 연구가 필요하다고 사료된다.

Ⅳ. 참고문헌

1. Kaaijk P, Van der Zeijst B A, Boog M C, Hoitink C W. Increased mumps incidence in the Netherlands: Review on the possible role of vaccine strain and genotype. EUROSURVEILLANCE 13:4-6, 2008.
2. Fuccillo SA, Sever JL Viral teratology. Vact Rev, 37:19-31, 1973
3. Afzal MA, Yates PJ, and Minor PD. Nucleotide sequence at position 1081 of the hemagglutinin- neuraminidase gene in the mumps Urabe vaccine strain. J Infect Dis, 177:265-266, 1998.
4. Elango N, Varsanyi TM, Kovamees J, and Norrby E. Molecular cloning and characterization of six genes, determination of gene order and intergenic sequences and leader sequence of mumps virus. J Gen Virol, 69:2893-2900, 1988.
5. Afzal MA, Buchanan J, Heath AB, and Minor PD. Clustering of mumps virus isolates by SH gene sequence only partially reflects geographical origin. Arch Virol, 142:227-238, 1997.
6. Floret D, Rosenberg S, Hage GN, Monnet P Case report : Hyperthyroidism, diabetes mellitus and the congenital rubella syndrome. Acta Pasdiatr Scand, 69:250-261, 1980.
7. Albert E.B, John W.G, Charles W.L. Mumps resurgences in the United States: A historical perspective on unexpected elements. j.vaccine. 27: 6186-6195, 2009.
8. ANIS E, GROTTO I, MOERMAN L, WARSHAVSKY B, SLATER P. E AND LEV B. Mumps outbreak in Israel’s highly vaccinated society: are two doses enough-Epidemiol. Infect., doi:10.1017 : 1-8, 2011.
9. Lee, J. Y., Na B. K., LEE H. D., CHANG S. W., KIM K.A., KIM J. H., CHO H.W., KIM J. and KANG C. Complete Nucleotide Sequence of a Mumps Virus Genotype I Strain Isolated in Korea. Virus Genes 28:2, 201-205, 2004
10. Afzal MA, Buchanan J, Health AB, Minor, PD. Clustering of mumps virus isolates by SH gene sequence only partially reflects geographical origin. Archives of Virology. 142:227-238, 1997.