[논문] 코로나19 항체

Going back in time for an antibody to fight COVID-19

COVID-19 치료법으로 항체를 이용하려는 노력이 강화되고 있다. 한 연구는 사스를 유발한 코로나 바이러스에 감염되었던 사람에게서 생성된 항체를 통해 한 아이디어를 통찰해냈다. SARS-CoV-2 노출과 감염에 대응하는 면역 체계의 보호 수준은 뜨거운 논쟁 거리다. 주요한 부분 중 하나는 SARS-CoV-2를 인식하는 항체를 개발하는 것이다. 특별히 관심이 높은 것은 스파이크 단백질로 알려진 바이러스 표면 단백질에 결합하는 항체다. 코로나 바이러스는 이 표면 단백질 때문에 생긴 독특한 왕관 모양에서 이름을 따왔다.

 

바이러스의 스파이크를 인식하고 결합하는 항체는 바이러스가 체내 ACE2 수용체 단백질과 결합하는 것을 차단해주게 된다. 스파이크 단백질과 ACE2 수용체 간의 상호작용은 코로나 바이러스가 인간 세포에 침입할 수 있게 해주는 과정의 일부이다. 따라서 스파이크 단백질을 방해하는 항체가 있다면 해당 바이러스의 감염을 막아 줄 것이다. 이런 항체를 중화항체(neutralizing antibody)라고 한다.

 

중화항체 neutralizing antibody

바이러스에 결합할 뿐만 아니라 감염을 차단하는 방식으로 결합한다.

예를 들어 바이러스와 수용체와의 상호작용을 차단하거나 바이러스 유전자의 발현을 억제하는 방식으로

바이러스의 캡시드에 결합할 수 있다.

 

SARS-CoV-2에 대한 면역학적 반응에 대해서는 아직 알아가야 할 것이 많다. 그럼에도 불구하고 COVID-19에서 회복된 사람들의 혈청에서 얻은 항체가 질병을 가진 타인의 치료에 사용될 수 있다는 의견이 많다. 그러한 '회복기 혈청(CONVALESCENT SERA)' 접근법은 특히 즉각적인 치료 선택지로서 매우 매력적이다. 약물이나 백신 같은 좀 더 일반적인 접근법이 당분간 가망이 없어 보이기 때문이다.  회복기 혈청을 사용하는 좀 더 높은 기술의 접근법은 COVID-19 또는 다른 코로나 바이러스 감염을 경험한 사람들에게서 얻은 분비형 항체를 생성하는 B 세포를 활용하는 것이다. 각각의 B 세포는 하나의 독특한 항체를 만든다. 그중 관심 있는 B 세포를 복제하여 원하는 항체를 생성할 수 있다.

 

치료 개발을 가속화하기 위해 연구자들은 코로나바이러스 SARS-CoV에 감염된 사람으로부터 채취한 B세포의 샘플로 눈을 돌렸다. SARS-CoV-2와 비슷한 이 바이러스는 2003년 중증급성호흡기증후군(SARS)이라는 질병을 일으킨 바이러스다. 두 바이러스가 유사하다는 것은 SARS-CoV를 인식하는 일부 항체도 SARS-CoV-2를 인식하고 중화시키는 것을 의미할 수 있다는 것이다(희망? 가설).

 

바이러스의 스파이크 단백질 '머리' 또는 수용체 결합 부위(S1)는 항체가 결합할 수 있는 단백질 중 가장 접근하기 쉬운 영역이다. 그러나 이 영역은 서로 다른 동적 상태에 존재하며, 면역 체계로부터 '마스킹'되는지에 대한 논쟁이 일어났다.  따라서 해당 영역을 대상으로 한 기능성 항체의 식별은 사소한 과정이 아니다. Pinto 외 연구진은 2004년과 2013년 사스에서 회복한 사람으로부터 채취한 혈구를 합성해 SARS-CoV-2를 인식할 수 있는 항체를 찾아냈다(ex. 아래 그림의 S309). 저자들이 연구한 25개의 각기 다른 단일 클론 항체 중 4개는 SARS-CoV와 SARS-CoV-2 스파이크 단백질 모두의 수용체 결합 영역을 인식했다.

a. SARS-CoV와 같은 코로나바이러스들은 ACE2 수용체와 결합해 세포에 침입한다.

b. S309항체가 SARS-CoV 스파이크 단백질에 결합해 ACE2 수용체와의 결합을 막고 있는 모습이다.

c. 저자들은 이 항체(S309)가 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질에 결합해 감염을 예방한다는 것을 발견했다.

 

Pinto 외 연구진들은 S309 항체와 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질 간의 상호작용을 시각화하기 위해 극저온 현미경을 사용했다. 이는 해당 항체가 탄수화물 분자가 있는 스파이크 단백질의 수용체 결합 부위에 있는 접근 가능한 영역에 결합되어 있음을 보여주었다. 이 영역은 ACE2에 직접적으로 결합하는 주요 영역의 일부가 아니다. S309가 인식한 영역은 SARS-CoV와 유사한 다양한 박쥐 코로나 바이러스의 스파이크 단백질로 진화적 보존되었다. 이는 항체의 적용 가능성을 높여준다(관련 바이러스를 다루는데 광범위하게 적용될 가능성). 

 

궁극적으로 COVID-19에 대한 강력한 치료가 단일 항체에 의존할 가능성은 거의 없어 보인다. 오히려 사스의 경우와 같이 항체 칵테일과 같은 시너지 접근법이 더 효과적일 수 있다. 

 

전염병에 대한 면역 대응 중 최근 가장 대표적인 예는 에볼라 바이러스이다. 백신 및 전통적 약물 시도와 함께 에볼라를 위한 단일항체치료제 개발이 빠르게 진행되고 있다. 단백질의 두 가지 중요한 영역에서 GP라고 불리는 에볼라 바이러스의 핵심 단백질을 목표로 하는 ZMapp라는 항체 칵테일이 계속해서 개발되고 있다. ZMapp의 주 성분은 3가지 종류의 단일 클론 항체를 혼합한 것이다. 에볼라 퇴치 노력의 이러한 진전은 SARS-CoV-2를 목표로 한 유사한 면역치료 성과에 대한 희망을 준다. Pinto와 동료들의 작업은 그 많은 기대와 필요를 충족시키는 성공을 향한 중요한 발걸음을 내디딘 것이다.

 

 

 

 

(www.nature.com/articles/d41586-020-01816-5)