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인플루엔자 진단을 위한 신속진단검사의 고찰
  • 작성일2012-02-24
  • 최종수정일2012-08-24
  • 담당부서감염병감시과
  • 연락처043-719-7173

     

인플루엔자 진단을 위한 신속진단검사의 고찰
Rapid Diagnostic Tests for influenza

질병관리본부 감염병센터 인플루엔자바이러스과             
이화중             

  


Ⅰ. 들어가는 말
  인플루엔자 바이러스는 급성호흡기 질환을 일으키는 바이러스의 하나로, 인플루엔자 아형간 항원 유전자의 재조합(reassortment)에 의해 초래되는 20-40년 주기의 대변이(antigenic shift)와 이한 대변이 이후에는 표면항원인 헤마글루티닌(Hemagglutinin; HA) 및 뉴라미니다아제(Neuraminidase; NA)에 소변이(Antigenic drift)를 거치면서 거의 매년 겨울철에 유행을 일으키고 있으며, 노인이나 만성질환자에게 입원율과 사망률을 증가시키는 등 경제적 사회적 손실을 초래하고 있다.
  지난 2009년도 4월에는 멕시코 및 미국남부 지역에 돼지(swine)/새(avian)/인간(human)간의 항원 유전자 재조합(mixed-origin)에 의한 대변이가 발생하여, 면역학적으로 새로운 신종인플루엔자[A/(H1N1)pdm09]가 전 세계로 확산되어 대유행(pandemic)하였다. 이는 1968-1969년 홍콩에서 A/H3N2형의 인플루엔자 바이러스 대유행 이후 40여년 만에 발생한 대변이에 의한 유행이었다. 1918-1919년에 유행한 스페인인플루엔자(A/H1N1)는 전 세계적으로 사망자가 약 4천만 명에 이르게 하였고, 이러한 현상으로 사회 경제적 피해가 극심하였다. 이러한 선례는 2009년 신종인플루엔자 대유행시 심리적인 사회적 불안을 초래하였고, 미국 질병통제예방센터 지침(CDC guideline)에서는 신종인플루엔자의 감염이 의심되는 입원환자와 고위험군(노인, 만성질환자, 임산부, 노약자)에는 신속한 항바이러스제의 사용과 감염에 대한 특별한 주의를 기울일 것을 권고하였다[1].
  인플루엔자 바이러스 감염여부의 신속한 진단은 인플루엔자 감염 예방을 위한 대응 및 항바이러스제 처방에 있어 필수적인 요소이다. 이 글은 인플루엔자의 신속진단검사 방법 및 정확도를 높이기 위한 ‘신속진단검사 사용방법’에 대하여 기술하고자 한다.


Ⅱ. 몸 말
  인플루엔자 바이러스 감염의 진단을 위한 다양한 검사법들이 사용되고 있으나, 대부분의 검사법들이 부수적인 실험기기 및 인력이 필요하고 결과를 얻는데 많은 시간이 소요된다(Table 1). 환자에게 항바이러스제 및 항플루제의 신속한 사용을 결정할 필요가 있는 의사나 신종인플루엔자의 감염여부에 대한 확진결과를 기다리는 보호자에게 있어 현장에서 바로 인플루엔자의 감염여부를 확인 할 수 있는 검사방법은 인플루엔자의 항원을 검출하는 항체 기반의 면역 크로마토그래피인 ‘신속인플루엔자검사(Rapid Influenza Diagnostic Test; RIDT)’가 거의 유일하다(Figure 1)(Table 1). 그러나 RIDT의 경우 인플루엔자 바이러스 진단의 표준검사법(Cold standard)인 바이러스 배양(viral culture) 방법이나 최근 많이 사용되고 있는 실시간 중합효소연쇄반응(Realtime-RT-PCR)에 비해 민감도가 떨어진다는(계절 인플루엔자에 대해 Viral culture 대비 50-70%의 민감도) 점이 신종인플루엔자 발생 이전부터 인플루엔자 진단에 있어 주의해야 할 사항으로 지적되어 왔다.
  실제 2009년도 신종인플루엔자 발생 이후 다양한 RIDT를 이용한 많은 코호트(cohort)에서 신종인플루엔자 진단에 대한 민감도 및 특이도 평가가 이루어졌고, 그 결과 다양한 범위의 민감도(11-70%)를 나타냈으며, 상당수의 RIDT가 환자의 신종인플루엔자 감염 확진에 사용되기에는 미흡한 민감도를 나타내어 신종인플루엔자 진단에 부적합한 것으로 나타났다[2, 3, 4]. 이에 RIDT에 의해 신종인플루엔자 음성인 결과를 얻은 경우에도 고위험군 및 입원환자 중 감염의심 환자의 경우에는 높은 민감도를 갖는 다른 검사를 통해 확진할 것이 권고됐다[5].
                                
  신종인플루엔자 발생 이전에 개발된 대부분의 RIDT는 신종인플루엔자[A/(H1N1)pdm09]와 다른 A형 인플루엔자(계절 H1N1 및 H3N2)를 구별하여 검사할 수가 없고, 계절 인플루엔자에 대한 민감도 보다 신종인플루엔자 바이러스에 낮은 민감도를 보이는 것으로 나타났다[4]. 이러한 신종인플루엔자에 대한 낮은 민감도는 RIDT에 존재하는 계절 인플루엔자의 핵단백질(Nucleoprotein)을 타겟으로 개발된 항체가 아미노산 서열에서 차이를 보이는 신종인플루엔자의 핵단백질에 비해 다소 낮은 결합력을 갖는 것에 기인하는 것으로 추측되고 있다[4].

  한편, 한 종류의 RIDT일지라도 각각 다른 코호트의 다른 검체에 적용하여 평가될 때 그 민감도가 코호트마다 다르게 나타날 수 있다[6]. 이유는 검체 채취자의 숙련된 정도가 달라 같은 부위에서 채취된 검체라도 검체 내에 바이러스의 포함 정도가 상이할 수 있으며, 환자에서 검체를 체취한 시기가 인플루엔자 감염 증세를 나타낸 이후 각기 다른 시기에 채취되어 검체에 포함되어 있는 인플루엔자 바이러스의 양에 차이가 발생하기 때문으로 생각되고 있다[6].
  결과적으로, RIDT를 통한 인플루엔자 바이스의 진단은 신속한 결과를 얻는 장점이 있지만, 검사방법의 특성상 Viral culture 및 Realtime RT-PCR에 비하여 민감도가 떨어지는 단점이 있고, 필요시 RIDT에 의해 음성 판정이 나온 환자에 대해서 Viral culture 및 Realtime RT-PCR 통한  재검사가 필요하다.
  그러나 RIDT도 검체에 일정 수준 이상의 충분한 바이러스의 양(Viral load)이 존재할 경우는 비교적 정확한 검사 결과(High sensitivity and specificity)를 얻을 수 있으며, 이러한 특성을 충분히 활용하여 RIDT의 정확도를 높이기 위한 사용방법들이 다음과 같이 제안되고 있다.
  첫째, 가능한 인플루엔자 감염증세(Influenza Like Illness)를 보인 시점에서 빠른 시기(4-5일 이내)에 검체를 채취하여 최대한 많은 바이러스가 검체에 포함된 상태에서 검사가 수행되도록 한다. 둘째, RDIT의 제조사에서 권고하는 검사방법을 정확하게 따른다. 셋째, 논문 및 자료조사를 통해 민감도와 특이도가 우수한 제품을 사용한다. 넷째, 호흡기 바이러스 실험실감시 자료를 통한 인플루엔자 양성률(Community prevalence of influenza) 보다 RIDT 검사를 통한 결과가 지나치게 높거나 낮은 양성률을 보이는 경우 사용된 검체를 Viral culture 및 Realtime RT-PCR을 수행할 수 있는 기관에 보내어 확인 검사를 실시한다[7].  
  인플루엔자의 진단에 사용되고 있는 방법은 크게는 바이러스의 세포배양을 통해 검출하는 방법, 인플루엔자 바이러스의 RNA를 검출하는 방법, 인플루엔자의 항원 단백질을 검출하는 방법으로 나눌 수 있으며, 표준시험법으로는 세포배양을 통해 인플루엔자 바이러스를 분리 검출하는 방법이 적용되고 있다. 세포배양을 이용하는 방법 및 인플루엔자의 핵산을 증폭하여 검출하는 방법인 Realtime RT-PCR은 민감도 및 정확도에 있어 상당히 신뢰성 있는 검사방법이지만 결과를 얻는데 까지 걸리는 시간이 6시간에서 2-3일 가량 소요된다. 따라서 이러한 방법들은 급성질환인 인플루엔자의 감염환자에게 신속한 항바이러스제의 투약 및 처방을 하는데 있어 단점으로 작용하고, 훈련된 인력 및 별도의 실험시설을 보유하고 있는 진료기관에서만 사용이 가능하다.
  실제로는 민감도가 떨어지는 단점이 있지만, 환자의 호흡기 검체에서 인플루엔자의 항원 단백질을 검출하는 검사법인 RIDT가 비교적 저렴한 비용과 현장에서 인플루엔자 감염여부를 바로 판단 할 수 있다는 장점 때문에 많이 사용되고 있다(Table 1).
  현재 상용화되어 사용되고 있는 RIDT는 20여종이 된다. 그 형태에 따른 크게는 Strip형과 Well형(Figure 1)이 있고 대부분은 상온에서 보관이 가능하며 1-2년의 유효기간을 지닌다. 또한 제조사에 따라 그 모양과 형태, 검체의 희석방법 및 사용방법에 있어 약간은 차이가 있을 수 있으나,  인플루엔자 바이러스 검출 원리는 인플루엔자의 항원 단백질에 대한 항원 항체반응에 의한 것으로 동일하다(Figure 1). 대부분 RIDT의 경우 인플루엔자 바이러스 아형간에 상당한 유사도(highly conserved)를 보이는 Nucleoprotein에 특이적인 항체를 사용하게 제작되어 있어, 2009년 신종인플루엔자 유행 시 신종인플루엔자(A(H1N1)pdm09)의 감염을 이전의 계절 인플루엔자(seasonal H1N1)와 구분하여 검출할 수 없었다. 이에 질병관리본부는 A(H1N1)pdm09를 특이적으로 검출할 수 있는 RIDT(SD BIOLINE Influenza Ag A/B/A(H1N1/2009))를 개발하여 상용화 하였다(Table 2).

Ⅲ. 맺는 말


  2009년도 신종인플루엔자 유행시기에 병원에서 인플루엔자 확진검사를 하는 빈도가 다른 해에 비해 2-4배 이상으로 나타났다[9]. 이러한 상황은 2009년도 2/4분기에 RIDT를 판매하는 미국의 Quidel 사의 경우 전년 대비 70% 이상의 매출 신장을 보였으며, 3M, Thermo Fisher Scientific, Becton, Dickinson 등 RIDT 제작 판매 회사들도 2009년도 매출 신장에 그대로 반영되어 나타남을 확인할 수 있었다. 그러나 실제 현장에서 RIDT를 구매하여 사용할 경우 제품에 포함되어 있는 사용방법, 민감도 및 특이도, 보관기간 등을 참고하여 사용하게 되는데, 이 경우 대부분 제품의 민감도 및 특이도가 최적화되고 특정 상황에 국한된 조건에서 측정되어 있어 실제 의료현장에서 나타나는 민감도와는 상이한 경우가 많다. 이에 RIDT의 제조사에서도 보다 다양한 코호트에서의 평가결과를 제공할 필요가 있다.
  실제 2009년 신종인플루엔자가 유행했을 때 기존에 계절 인플루엔자를 타겟으로 개발?사용되어온 RIDT에 대해 신종인플루엔자 진단에 대한 민감도 및 특이도 평가가 이루어 졌다. 그 결과 계절인플루엔자에 대한 민감도보다 신종인플루엔자에 대한 민감도가 낮은 것으로 확인이 되었고, 상당 수의 RIDT가 신종인플루엔자 진단에 있어 신뢰도가 떨어지는 것으로 나타났다. 그 원인으로 신종인플루엔자와 계절인플루엔자의 Nucleoprotien의 아미노산 서열의 차이에 의해 계절인플루엔자에 대해 개발된 RIDT에 Nucleoprotien 특이적인 항체의 신종인플루엔자의 Nucleoprotein에 대한 친화력이 계절인플루엔자의  Nucleoprotien(NP)에 대한 친화력에 비해 떨어져 발생하는 것으로 추측되고 있다. 인플루엔자의 단백질(HA, NA, NP)의 아미노산 서열은 아형간에 차이가 있으며, 특히 HA의 경우 매년 항원 소변이에 의해 변하고 있다. 현재 RIDT에 사용된 항체가 인식하는 인플루엔자 항원의 항원결정부위가 매핑(Mapping)되어 있지 않기 때문에, 모든 RIDT는 매년 유행하는 인플루엔자 아형 및 strain들에 맞추어 민감도 및 특이도가 빈번하게 재평가되고 그 정보가 제공되어야만 현장에서 사용하여 바로 결과를 얻을 수 있는 RIDT의 장점이 더욱 빛을 발할 수 있다.


Ⅳ. 참고문헌

1. Updated Interim Recommendations for the Use of Antiviral Medications in the Treatment and Prevention of Influenza for the 2009-2010 Season, http://www.cdc.gov/h1n1flu/recommendations.htm
2. Blyth CC, Iredell JR, Dwyer DE. N Engl J Med. 2009 Dec 17;361(25):2493.
3. Drexler JF, Helmer A, Kirberg H, Reber U, Panning M, Muller M, Hofling K, Matz B, Drosten C, Eis-Hubinger AM. Emerg Infect Dis. 2009 Oct;15(10):1662-4.
4. Sakai-Tagawa Y, Ozawa M, Tamura D, Le MQ, Nidom CA, Sugaya N, Kawaoka Y. J Clin Microbiol. 2010 Aug;48(8):2872-7.
5. Interim Guidance for the Detection of Novel Influenza A Virus Using Rapid Influenza Diagnostic Tests, http://www.cdc.gov/h1n1flu/guidance/rapid_testing.htm
6. Kwon D, Shin K, Kwon M, Oh HB, Kang C, Lee JY. J Clin Microbiol. 2011 Jan;49(1):437-8.
7. Rapid Diagnostic Testing for Influenza Information for Health Care Professionals, http://www.cdc.gov/flu/professionals/diagnosis/rapidlab.htm
8. Gavin PJ, Thomson RB, Clinical and Applied Immunology Reviews 2003;4:151-172
9. Ginocchio CC, Zhang F, Manji R, Arora S, Bornfreund M, Falk L, Lotlikar M, Kowerska M, Becker G, Korologos D, de Geronimo M, Crawford JM. J Clin Virol. 2009 Jul;45(3):191-5.

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