Abstract

Lassa fever diagnostics

Kim Jin-Won, Kim Yu-ri, Kang Byung Hak, Rhie Gi-eun
Division of High-risk Pathogens, Center for Laboratory Control of Infectious Diseases, KCDC

Lassa fever is an acute viral hemorrhagic illness caused by Lassa virus. Lassa fever is endemic in the West African countries including Nigeria, Guinea, Sierra Leone, Liberia, Mali, and Côte d’Ivoire. There have also been reports of imported cases through international travel and repatriation in Europe and North America. Lassa fever usually presents within 6 to 21 days after infection. The initial symptoms are nonspecific illness with fever, malaise, headache, anorexia, and weakness. The differential diagnosis of Lassa fever can hardly be distinguished based on clinical symptoms from other endemic febrile illnesses. After the onset of illness, treatment with antiviral drugs during the early stages and supportive care are available. Laboratory diagnosis plays an important role in the differential diagnosis of Lassa fever because it is difficult to diagnose based on clinical symptoms.

Keywords: Lassa virus, Lassa fever, Laboratory diagnosis, Clinical symptoms


들어가는 말

라싸열은 라싸바이러스에 의해 발병하는 급성 바이러스성 출혈열이다. 라싸바이러스는 아레나바이러스과 (Arenaviridae)에 속하는 단일가닥 RNA 바이러스로, L segment와 S segment의 두 개 유전자를 가지고 있다. 1969년 나이지리아 동북부 라싸마을에서 발생한 출혈열 환자에서 원인바이러스가 분리되어 라싸바이러스로 명명되었다[1]. 라싸열의 주요 유행국가는 나이지리아, 기니, 시에라리온, 라이베리아, 베냉 등 서아프리카 지역(Figure 1)으로, 최근 나이지리아에서 발생한 라싸열은 지난 2017년 11월에 발생하여 2018년 4월 현재까지 유행하고 있으며 2018년에만 21개주에서 413명의 환자가 보고되었다(2018년 4월 15일 기준, WHO). 아프리카 이외 지역에서 발생 사례는 라싸열 유행지역에서 귀국한 후에 발병하여 확인된 경우로 유럽, 북미 등지에서 사례 보고가 있었으며, 라싸열이 처음 알려진 1969년 이후 약 30여 건에 이른다[2]. 라싸열은 고위험군에 속하는 에볼라바이러스병, 마버그열 등의 바이러스성 출혈열 중에서 국외 유입사례가 가장 많이 보고된 질병이다[3]. 라싸열의 매개체는 서아프리카 지역에서 서식하는 들쥐(Mastomys natalensis)로, 감염된 들쥐는 특별한 증상 없이 침, 소변, 분변, 호흡기 분비물, 혈액 등을 통해 바이러스를 배출하는 숙주 역할을 한다. 또한 감염환자의 체액 및 분비물을 통하여 사람간의 전파도 가능하다. 들쥐의 배설물과 직접 접촉, 에어로졸의 흡입, 섭취, 감염 환자의 체액 등을 통해서 감염이 발생하면 발열, 무력감, 두통, 근육통, 오심, 구토, 소화불량 등의 증상과 함께 발병한다. 발병 초기에 리바비린 등의 항바이러스제 투여가 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 증상에 대한 대증요법을 적용한다. 라싸열의 초기 증상은 말라리아 등 열대성 풍토병 및 에볼라 등 고위험군 출혈열과 유사하여 임상증상만으로 정확한 진단이 어렵다. 따라서 조기진단을 통한 신속한 치료 및 대응을 위한 실험실 진단이 필수적이다. 이 단신에서는 라싸열 실험실 진단법과 특성에 대하여 소개하고자 한다.


몸 말

임상증상 및 치료

라싸열은 보통 2～21일의 잠복기를 거치며 3주 이내에 임상증상이 나타난다. 초기에는 열, 피로감, 두통, 인후통, 근육통, 기침, 흉통, 복통, 메스꺼움, 구토, 설사 등의 비특이적인 증상이 나타난다. 감염된 사람의 80%에서 증상이 없거나 경미한 증상을 보이며, 약 20%에서 비정상적인 출혈, 전립선 부종, 호흡곤란, 저혈압, 단백뇨, 혈장염, 청각장애, 뇌증, 다발성 장기 부전 등의 증상을 보이며 병이 진행된다[4]. 치사율은 대개 15% 정도로 알려져 있지만, 2016년에는 50%라고 보고되었다[5]. 회복된 사람은 청력을 손실하거나 신경계 후유증을 겪기도 한다[5,6]. 라싸열에 대한 치료는 환자의 증상에 대한 대증요법을 중심으로 하며, RNA의 합성을 저해하는 항바이러스제인 리바비린을 처방하기도 한다. 리바비린을 라싸열 초기에 적용할 경우 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 발병 6일 이내의 환자에 적용 할 경우 사망 위험이 5% 미만으로 낮아지지만, 이후에는 효과가 감소하는 것으로 보고되었다[7]. 최근 연구에서는 리바비린과 같은 계열 항바이러스제인 파비피라비르가 영장류에서 라싸바이러스 감염을 억제하는 효과가 있음을 확인하였다[8]. 숙주세포의 유전자 합성에도 영향을 주는 리바비린과 달리 파비피라비르는 바이러스의 유전자복제 과정에만 작용하며 향후 임상시험에서의 효과가 검증된다면 라싸열 치료에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

라싸열 진단의 특징

라싸열의 초기 증상이 비특이적이고, 발생지역에서 유행하는 말라리아, 뎅기열, 황열과 같은 풍토병이나 인플루엔자 등의 열병, 에볼라 등의 출혈열과 유사하기 때문에 감별진단이 필수적이다. 특히 라싸열 유행지역에서는 실험실 진단 시설과 시약의 한계로 경험에 의존하여 말라리아나 세균 감염으로 진단하여 치료 중 환자가 호전되지 않을 경우 라싸열을 의심하는 사례가 발생한다. 이러한 진단 지연으로 인해 환자의 격리가 늦어지고 가족 및 의료종사자에게 전염될 가능성이 증가하며 항바이러스 요법을 적용할 시기를 놓치게 되어 치료효과가 감소하게 된다. 특히 라싸열 유행지역에서 발생한 2014년 서아프리카 에볼라바이러스병 유행은 적절한 진단의 필요성을 더욱 보여주고 있다. 한 연구에서는 에볼라바이러스병이 유행하기 수년 전부터 시에라리온의 라싸열 진단 실험실에서 급성 발열성 질환으로 검사한 검체를 분석한 결과, 60～70%에서 라싸열과 말라리아는 음성이었으나 에볼라와 마버그 바이러스 감염이 의심되는 혈청학적 증거가 발견되었다고 한다[9]. 따라서 급성 발열성 질환의 원인을 명확하게 파악하여 대응하기 위해서는 상황에 적합한 유효하고 신속한 진단검사가 필요하다.
라싸바이러스는 에볼라바이러스와 같은 미생물 제4위험군에 속하는 고위험병원체로 생물안전 4등급 시설(Biosafety level 4, BL4)에서 취급하는 것을 권장한다[10]. 라싸열 감염환자의 체액과 분비물을 통한 사람간의 전파가 가능하므로 의심 검체를 취급할 때에도 감염의 위험성을 충분히 인지하고 적절한 방법으로 취급해야 한다. WHO에서도 라싸바이러스 감염 의심 검체를 취급 할 때 에볼라바이러스 취급에 관한 가이드라인에 따라 BL4 수준의 시설 사용을 권장한다[11]. 하지만 전세계적으로 BL4를 사용할 수 있는 경우가 제한적이므로 BL4 수준의 시설을 사용할 수 없는 경우에 한하여 WHO에서 제시하는 생물안전 규정을 준수하는 조건으로 더 낮은 등급의 실험실에서 검체를 취급 할 수 있도록 허용하고 있다[11,12]. 그러나 라싸바이러스를 배양하는 등 직접적으로 취급하는 경우에는 BL4 수준의 실험실 안전을 준수해야 한다.

라싸열 의심 검체의 전처리

실험실 검사를 위하여 검체를 불활화하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있지만, 검사 방법이나 목적에 따라 적절한 방법을 선택하여 사용하는 것이 좋다. 가장 일반적으로 사용하는 방법은 구아니딘 염을 포함한 용액을 이용한 화학적 불활화로 TRIzol, Triton X-100, Buffer AVL, 에탄올을 사용한다[13,14]. 혈액 검체의 경우 56～60℃에서 열처리하여 불활화하기도 하며, 검체의 종류에 따라서 열처리만으로 불활화가 완전하게 이루어지지 않을 수 있으므로 화학적 불활화와 함께 사용하기도 한다[12].

바이러스 배양

최근에는 바이러스 유전자를 검출하는 실시간 역전사 핵산 증폭기법(real-time RT-PCR)이나 면역학적 검사법이 널리 사용되지만, 바이러스 분리배양은 여전히 골드 스탠더드로 남아있다. 의심 검체를 원숭이 신장세포의 한 종류인 Vero E6 세포에 접종하여 세포변성이 나타나면 양성이라고 볼 수 있으며[15], RT-PCR 항원 검출 검사, 전자현미경 검사 등으로 검증한다. 라싸열 환자 혈액, 인후도찰물, 소변, 뇌척수액 등을 배양에 사용할 수 있다. 바이러스 배양은 유전자 검출이나 면역학적 검사법에 비하여 결과를 얻는데 걸리는 시간이 길고 BL4 시설을 필수적으로 갖추어야하지만, 라싸바이러스 유전자형과 무관하게 적용이 가능하며, 바이러스 검출과 특성 규명에 활용할 수 있다는 장점이 있다.

바이러스 유전자 검출

Real-time RT-PCR의 경우 높은 특이도와 민감도로 감염병 진단에 널리 사용하는 방법이며, 라싸바이러스 진단에도 가장 많이 사용하는 표준 방법이다. 세포에서 바이러스를 분리 배양하는 것에 비하여 더욱 신속하게 검체에서 바이러스 유무를 확인할 수 있으며, 검체에서 핵산을 추출하는 과정에 자동화기기를 사용할 경우 다량 검체를 신속하게 처리할 수 있다. 정량적 real-time RT-PCR 기법을 적용할 경우, 별도의 과정 없이 검체의 바이러스 총량을 확인할 수 있으며 실험에 사용한 프라이머 종류와 바이러스 유전자형에 따라서 1,237～4,290 RNA copies/ml의 검출한계를 보인다[15].
라싸바이러스 유전체는 L segment 와 S segment로 이루어져있는데, 각각 유전자는 유전자형에 따라 32%와 25%의 유전적 변이를 보이며 유전자형은 지역에 따라 다르게 나타난다[16]. 유전적 다양성은 유전자 검출법의 민감도와 특이도에 영향을 줄 수 있으므로 상대적으로 유전자 변이가 적은 S segment를 중심으로 개발되고 있으며 S segment 부위를 진단에 활용하고 있다.

항원 및 항체 검출

항원 검출방법은 주로 바이러스 혈증이 나타나는 발병 초기부터 일주일 사이의 혈액검체에 적용 할 수 있다. 특히, 항원 검출용 신속진단키트의 경우 특별한 검사 장비가 필요하지 않으며, 수 십분 이내에 진단이 가능하므로 현장에서 적용 가능한 진단방법이다. 항원 검출법은 유전자 검출법에 비하여 민감도가 떨어지는 것으로 알려져 있지만, 최근 연구에서는 라싸바이러스의 핵산단백질 특이 단클론 항체를 이용한 신속진단키트(rapid diagnostic test, RDT)에서 real-time RT-PCR을 이용한 유전자 검출법 대비 90% 이상의 민감도를 보였으며 음성 사례의 상당수는 회복기 혈청이거나 증상이 경미한 경우임을 확인하였다[17].
항체 검출방법은 enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA) 또는 indirect immunofluorescence assay(IFA)를 사용하여 라싸바이러스 특이 IgM이나 IgG를 검출한다. 라싸바이러스 특이 IgM은 일부 환자에서는 발병 4일 이내에 검출되기도 하지만 보통 감염 후 2주 정도부터 검출된다[18]. 라싸열 유행지역에서는 최근 발열증상이 없었던 건강한 사람을 대상으로 한 검사에서도 28%가 IgM 양성으로 나타나기도 하고, IgG의 경우 증상 발현 후 평균 25.6일에 검출되며 역가가 수십 년 동안 지속되기도 하므로, 항체가 측정만으로 현재의 감염 여부를 판단하기에는 어려움이 있다[15].


맺는 말

발병 초기의 비특이적인 임상증상과 라싸바이러스의 높은 유전적 다양성, 고위험 병원체 취급을 위한 BL4 시설의 필요로 인해 라싸열 진단에는 여러 가지 제약이 있다. 바이러스 배양은 진단에 있어서 골드 스탠더드이며 유전자형에 무관하게 적용 할 수 있는 방법이지만, 진단까지 소요되는 시간이 길고, BL4를 필요로 하는 단점이 있다. 바이러스 유전자 검출법은 가장 널리 쓰이는 진단법으로, 민감도가 높고, 불활화된 검체를 BSL-2 조건에서 처리하여 신속하게 바이러스 유전자를 검출할 수 있는 장점이 있지만, 바이러스의 유전적 다양성으로 인한 위음성의 가능성이 있다. 혈액에서 바이러스 항원을 검출하는 방법은 현장 적용이 가능하고 진단에 소요되는 시간이 짧으며 발병 초기 바이러스 혈증이 나타나는 기간에 적용 가능하지만 상대적으로 민감도가 떨어진다는 단점이 있다. 라싸바이러스 특이 IgM이나 IgG를 검출하는 방법은 발병 초기의 신속한 진단에 적용하기는 어렵지만 바이러스 혈증 이후의 진단, 급성기와 회복기 혈청 비교를 통한 재감염 사례 등을 확인하는데 활용할 수 있다. 다양한 라싸열 진단법 중에 모든 사례에 적용할 수 있는 이상적인 방법 한 가지를 고르기는 어렵지만 각 진단법의 특성을 이해하고 상황에 따라 선택적으로 적용한다면 의심 사례 발생 시 신속하고 적절한 대응이 가능할 것으로 사료된다.


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