인체 내 감염되는 RSV는 노약자, 특히 5세 미만 영유아 급성 호흡기 감염의 주된 요인이며, 2007년부터 2011년 사이 미국 내 1세 미만 아기들 중 75,000-125,000명이 매년 이 바이러스에 감염되어 입원한다고 보고된 바 있다[2]. 우리나라 통계에서도 2005년 급성 호흡기 감염증 감시 사업 이후부터 8종의 호흡기바이러스 발생 동향을 모니터링 한 결과 매해 가을부터 겨울에 영유아들 사이에서 RSV의 발생이 증가하는 양상을 보이고 있다[3]. 미국 통계에 의하면, RSV 감염으로 인한 입원비가 미성숙 영아인 경우 $4,517, 12개월 미만 유아 1명인 경우 $2,135이며 최근에는 노인 병원에서의 심각한 감염 사례도 보고되었다[4].
현재 RSV 감염에 대한 치료제로는 ribavirin(상품명: Copegus, Rebetol, Ribasphere, Vilona, Virazole)이라는 뉴클레오사이드 유사체 형태의 항바이러스 약을 이용하지만, 에어로졸 제제의 ribavirin을 동물에게 흡입한 실험에서 독성과 발암 문제가 제기되고 있고, 비용에 비해 효과가 의문시 되므로 아주 심각한 영유아 감염 사례나 폐 장기 이식 환자의 경우에만 정맥 주사로 허용하고 있다. 1998년 미국 식품의약품안전청에서 RSV의 융합 단백질을 표적화 및 중화시키는 인간화 단일 항체인 palivizumab(Synagis™, AstraZeneca) 판매를 허용하였다. Palivizumab의 경우, RSV 감염된 위험군 유아들의 입원 사례를 45-55% 줄이는 예방 효과를 보이지만, 입원한 경우 치료 효과는 낮았다. 게다가 RSV가 유행하는 시기에 한 달에 한 번씩 항체를 맞아야 하므로 역시 비용 부담에 비해 효과는 적절치 않다. 결국, RSV에 대한 치료 방향은 차세대 단일 항체 개발과 항바이러스 제제, 혹은 항염증 제제 개발로 이어지고 있다. 현재 palivizumab의 뒤를 이어 나온 것이 motavizumab(Numax, MedImmune)이 있지만, 미국 식품의약품안전청 자문위원회에서는 이 motavizumab의 과민성 문제 때문에 임상시험이 중단되었다.
  이와 같이 현재는 RSV 감염에 대한 효과적인 치료제가 없는 실정으로 비용적 측면이나 효과 면에서 치료제보다는 노약자들에게 심각한 호흡기 질환을 일으키기 전에 예방할 수 있는 감염 예방책으로 국내외에서 이 바이러스에 대한 백신 개발이 확대되고 있는 실정이다.


Ⅱ. 몸 말

  감염병을 예방하기 위한 가장 이상적인 백신은 장기간 감염에 대한 보호 기능을 갖추며 인체에 무해해야 한다. 1960년대 말기존의 백신 기술로 포르말린으로 비활성한 RSV(Lot 100)를 백신으로 개발한 적이 있다. 하지만, 임상 실험에서 Lot 100을 맞은 유아 중 80%가 이 바이러스에 감염 후 호흡기 증세가 더욱 악화되었고, 그 중 두 아이가 사망하였다. 조사 결과 포르말린-비활성 RSV를 처리한 경우, T helper 세포 2(Th 2)에 편향된 면역 반응이 일어나 폐 안에 많은 호중구 세포들이 몰려들어 폐 손상을 일으키는 면역 병인기작(Immuno-pathology)이 밝혀졌다[5]. 이런 비극적인 결과로 인해 현재 화학처리로 비활성화한 RSV 백신 개발은 금지되고 있다.
  그 이후 분자생물학의 발전으로 여러 방법으로 RSV 백신 개발 연구가 이루어지고 있다. 그 대표적인 예로 약독화된 생바이러스(live-attenuated virus) 단백질로 이루어진 아단위 특이 단백질(subunit) 백신 개발 등이 연구되고 있다.
가장 많이 개발된 RSV 아단위 특이 단백질 백신으로는 융합 단백질을 이용한 것으로 대부분 동물 실험 단계이지만 그 중 한 가지 백신이 최근 임상 I 단계까지 통과되었다(NCT01290419)[6]. 또 다른 아단위 특이 단백질 백신 연구로 항원성이 뛰어난 디프테리아 toxin과 같은 세균성 단백질을 유전자 조작으로 RSV의 융합 단백질에 붙여 항원성을 증가시킨 연구도 이루어지고 있다[7].
  하지만, 아단위 특이 단백질 백신은 장기간 면역 반응이 유도되지 않고, 특히 RSV에 가장 많이 감염되는 영아들을 상대로 하기에 영아들의 미성숙한 적응 면역(adaptive immune) 반응과 모체로부터 공급받은 면역력 때문에 아단위 특이 단백질 백신의 면역 유도 효과가 미미하다는 단점이 있다.
  그러므로 국외에서는 안정성이 입증된 다른 파라믹소바이러스를 벡터로 사용하면서 유전자 재조합으로 RSV의 융합 단백질이나 당단백질을 삽입하여 발현되도록 만든 약독화 생바이러스 백신들을 개발하려는 노력이 중점적으로 진행되고 있다. Table 1에서 보면, 홍역바이러스(Measles Edmonston strain)처럼 이미 생백신으로 사용되는 바이러스나 인체 내 거의 영향을 주지 않는 뉴캐슬질병바이러스(Newcastle disease virus), 센다이바이러스(Sendai virus), 소 파라인플루엔자바이러스-3(bovine parainfluenza virus-3) 벡터를 기반으로 재조합 백신 등이 활발히 연구되고 있다. 국내에서도 RSV를 표적화한 단백질 아단위 특이 단백질 백신 연구와 약독화된 바이러스 개발이 일부 진행되고 있다.
  RSV 유전자를 보면 특이하게 존재하는 단백질들이 있다. 막 단백질 2-1은 바이러스 전사 작용에 중요한 역할을 하는 반면 막 단백질 2-2는 바이러스의 복제와 전사의 역할을 바꿔주며, 마지막 바이러스 형성하여 세포막으로부터 유출되어 나올 때 작용을 한다. 비구조 단백질1과 비구조 단백질2의 경우 세포 면역 반응을 조절하는 것으로 알려져 있고, 특히 인터페론 I형과 인터페론 III형 유도를 억제한다고 보고되고 있다. 소형 소수성 단백질의 경우, 종양 괴사 인자(Tumor necrosis factor, TNF)-α의 신호 체계를 방해하거나 이온채널을 막에 형성하여 세포 내 침투력을 증강시킨다고 보고되고 있지만, 아직 정확한 기능에 대한 연구는 더 필요한 단계이다[1].
  이와 같이 인체 내 면역 반응을 억제하거나 피하는 역할을 하는 유전자들을 제거하여도 RSV 형성에는 큰 지장을 주지 않기에 이들을 제거함으로써 장기간 항체 생성을 유도하면서 기존의 불활성화된 RSV 백신보다 안전한 약독화 RSV 생바이러스 백신을 개발하려는 연구가 임상 실험으로 가장 선도적으로 진행되고 있다. 현재 임상 실험 중인 생바이러스 기반 RSV 백신 연구들을 Table 1에 정리하였다[1, 6].하지만 여전히 약독화 생바이러스 백신의 문제점으로는 약독화되었지만 야생형 바이러스가 감염되었을 때 동시에 복제되어 다시 인체 내 독성을 나타낼 우려를 갖고 있다.
  최근 생백신과 효과는 비슷하지만 인체 내에서는 전혀 복제를 못하는 바이러스 유사 입자(Virus-like particle, VLP)를 응용한 백신 연구도 시도되고 있다. 바이러스 유사 입자란 유전자 재조합 기술을 통해 바이러스처럼 모양을 생성할 수 있는 캡시드 단백질이나 매트릭스 단백질을 과발현시켜 바이러스 유사 입자를 대량 생산하고, 이 때 항원성을 가지는 융합 단백질이나 당단백질을 같이 발현시켜 바이러스 유사 입자 표면에 노출이 되도록 만드는 것이다. 형태적으로는 바이러스 모양을 한 복합체이지만, 바이러스 유전적 정보가 없고 복제능이 전혀 없어 한층 더 안전한 백신 후보 물질이다. 인플루엔자 바이러스의 경우, 매트릭스 단백질을 사용한 바이러스 유사 입자 개발이 상당히 진전되어 임상 실험에서 약독화 생바이러스 백신만큼의 면역 효과 및 장기간 항체 형성이 가능한 것으로 알려져 있다. 이 인플루엔자바이러스의 매트릭스 단백질에 RSV의 융합 단백질과 당단백질을 함께 발현시켜 만든 재조합 바이러스 유사 입자도 동물 실험에서 안전성과 생백신과 같은 면역 효과를 보여주고 있음이 보고된 바 있어 바이러스 유사 입자를 응용한 RSV 백신 개발연구는 매우 고무적이다[8].
  RSV 백신 개발을 위해 항원성을 가지는 물질보다는 안전하지만 백신 효과를 내기 위한 운반체에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다. 나노바이오 재료 과학의 발달로 T helper 세포 2면역 반응 유도를 편향적으로 일으키던 포르말린-비활성 RSV 백신을 T helper 세포 1과 T helper 세포 17 면역 반응 쪽으로 유도하여 안전한 백신 효과를 나타나게 하는 면역 보강제(adjuvant) 개발도 진행되고 있다. ALX-0171라는 Nanobody를 이용해 포르말린-비활성 RSV 백신을 안전하게 T helper 세포 1과 T helper세포 17 면역 반응으로 유도하는 실험이 지금 임상 1 단계 실험(NCT01483911) 중이다. Nanoelusion이라는 물질을 이용한 실험도 쥐 동물 실험에서 T helper 세포 1과 T helper 세포 17 면역 반응으로 유도되어 나왔음을 보여주었다[9]. 리포다당류(Lipopolysaccharide, LPS)도 마찬가지로 Toll-like receptor 4를 자극시켜 포르말린-비활성 RSV 백신 효과를 T helper 세포 1과 T helper 세포 17 면역 반응으로 유도하는 실험도 보고되어 있다[10].
이 외에도 RSV 감염에 의한 치료제 목적으로 화학적인 후보 물질들 A-60444(임상 II), RV568(임상 I) 등도 임상 실험 중이고, RNA 간섭을 이용한 RSV 치료제 ALN-RSV01도 개발 중에 있다[6].

Ⅲ. 맺는 말

  RSV 감염으로 인한 호흡기 질환으로 입원하는 대상이 주로 영아와 노인 연령층이므로 이들 노약자 연령층의 특성을 고려한 백신 개발 전략이 절실하게 필요하다. 영아들의 미성숙한 면역 체계를 고려한다면, 복제능이 없으면서 생백신과 같은 효과를 가진 재조합 바이러스 유사 입자 백신 개발이 더욱 안전하고 효과적일 것이다. 반면 이미 RSV에 대한 항체를 보유한 노인 환자에 대해서는 약독화된 생백신 개발이 더욱 유리할 것으로 보인다. 또한, 영유아의 경우 모체로부터 항체를 공급 받아 일정기간 유지할 수 있도록 하는 방법도 고려해볼 만한 전략이다.
  아단위 특이 단백질 백신 개발 후보 물질로써 RSV의 융합단백질이나 당단백질을 주요 항원으로 삼아 개발하는데, 각각의 바이러스주(strain)에 따라 융합단백질과 당단백질 염기 서열 변이가 심한 부위이기에 이를 극복할 수 있는 안정적인 공통 항원 부분을 찾아내야 하고, 융합단백질과 당단백질 외에도 다른 중요한 항원성을 띄는 단백질을 찾아내어 후보 항원 목표로 삼아 개발하는 것도 고려해야 할 것이다. 또한 최근 국립보건연구원 호흡기바이러스과 실험진의 연구결과에 의하면 RSV의 주요 항원부위 유전정보가 동적으로 변화되고 있음을 알 수 있는데 이러한 변이를 반영할 수 있는 분자 역학적 연구결과의 접목도 매우 중요하다고 할 것이다[11].
최근에 RSV의 RNA 게놈을 보호하고 전사, 복제의 중요한 기능을 하고 있는 것으로 알려진 뉴클레오캡시드 단백질을 적절한 면역 보강제(adjuvant)와 함께 갓 태어난 쥐에게 처리한 결과 쥐에게 RSV 감염을 막는 효과가 보고되었다[12]. 이는 비록 바이러스 외부 구조에 노출은 되지 않지만, 세포 내 감염 후 다양한 세포 기작에 의해 충분히 면역 보호 효과를 유도할 수 있으므로 이를 통해 RSV 아단위 특이 단백질 백신 개발 및 진단의 새로운 분야를 열어줄 것이라 예상된다.
아단위 특이 단백질 백신 개발에 있어서도 유전자 재조합 기술을 통해 다양한 항원 단백질을 동시에 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 나노입자 기술과 면역 보강제 개발로 인해 더욱 효과가 오래 지속되고 T helper 세포 2로 편향되지 않는 면역을 유도함으로써 안전성을 함께 유지할 수 있는 RSV 백신 개발에 큰 기대를 걸고 있다.
  이와 더불어 유전자 재조합 기술의 발달로 인해 한 개의 재조합 바이러스 유사 입자에 다양한 바이러스의 항원을 여러 개 중첩으로 노출시킬 수 있고, 생백신의 경우에도 혼합 생백신 제조 기술 발달로 다가 바이러스 백신이 가능하다. 이에 저렴하면서 더욱 안전하고 효과적인 RSV 뿐만 아니라 다양한 호흡기 질환을 일으키는 파라믹소바이러스에 대한 백신 개발이 이루어질 수 있을 것이다.


IV. 참고문헌

1. Jean-Christophe Le Bayon, Bruno Lina, Manuel Rosa-Calatrava, and Guy Boivin. Recent developments with live-attenuated recombinant paramyxovirus vaccines. Rev. Med. Virol. (2012) DOI: 10.1002/rmv.1717 (Epub).
2. National Respiratory and Enteric Virus Surveiliance System (NREVSS) data, Morbidity and Mortality Weekly Report, (USA) (2011) Vol. 60, No. 35, p1203-1206.
3. 2012년 39주차 인플루엔자 및 호흡기바이러스 주별 발생 정보, http://stat.kdca.go.kr.
4. Leader S, Yang H, Devincenzo J, et al. Time and out-of-pocket costs associated with respiratory syncytial virus hospitalization of infants. Value in Health (2003) 6, p100-106.
5. Kim, H.W, Canchola, J.G, Brandt, C.D. et al. Respiratory syncytial virus disease in infants despite prior administration of antigenic inactivated vaccine. Am. J. Epidemiol. (1969) 89. p422-434.
6. http://clinicaltrials.gov.
7. Nquyen T. N., Power U. F, Robert A. et al. The respiratory syncytial virus G protein conserved domain induces a persistent and protective antibody response in rodents. PLoS ONE. (2012) Vol.3. No. 3, e34331.
8. Fu-Shi Quan, Yonghwan Kim, Sujin Lee, et al. Viruslike Particle Vaccine Induces Protection Against Respiratory Syncytial Virus Infection in Mice, The Journal of Infectious Diseases (2011) Vol. 204 p987-95.
9. Dennis M. Lindell, Susan B. Morris, Maria P. White, et al. A Novel Inactivated Intranasal Respiratory Syncytial Virus Vaccine Promotes Viral Clearance without Th2 Associated Vaccine-Enhanced Disease, PLoS ONE (2011) Vol. 6. No. 7, e21823.
10. Jorge C. G. Blanco, Marina S. Boukhvalova, Kari A. Shirey, et al. New Insights for Development of a Safe and Protective RSV. Hum Vaccin, (2011) Epub.
11. Wan-Ji Lee, You-jin Kim, Dae-Won Kim, Han Saem Lee, Ho Yeon Lee, and Kisoon Kim. Complete Genome Sequence of Human Respiratory Syncytial Virus Genotype A with a 72-Nucleotide Duplication in the Attachment Protein G Gene. Journal of Virology (2012) Vol. 86, No.24, p13810-13811.
12. Remot A. Roux X. Dubuquoy C. et al. Nucleoprotein Nanostructures combinedwith adjuvants adapted to the neonatal immune context: a candidate mucosal RSV vaccine. PLos One (2012) Vol. 7, No. 5, e37722.