코로나19의 영향력은 연령에 따라 다르게 나타난다. 65세 이상 고령 감염자는 젊은 층에 비해 바이러스에 감염 시 중증도와 사망률이 현저하게 높게 나타나고 있다. 이러한 현상은 통계적으로 보고되어 잘 알려져 있다. 다만 이는 가설일 뿐, 실험적으로 입증되지는 않았다.

기초과학연구원 한국바이러스기초연구소 신변종바이러스연구센터 최영기 센터장 연구팀은 고연령 코로나19 감염자의 중증도와 전파율이 저연령 감염자 보다 높다는 사실을 동물실험으로 입증했다. 이로써 고령층에게 특히 필요한 중증도 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구에서 활약한 ‘페렛’은 식육목 족제비과 포유류로, 사람과 호흡기 구조가 유사하여 인체에서 나타나는 임상 증상(발열, 재채기, 콧물, 활동성 저하 등) 관찰에 유용하다. SARS-CoV-2를 포함한 다양한 호흡기 바이러스에 자연감염 되기에 인체감염을 재현할 수 있는 동물모델로 널리 사용되고 있다.

연구진은 코로나19 바이러스에 감염시킨 동물모델 페렛을 3개 연령 그룹(6개월 이하, 1년 이상 2년 이하, 3년 이상)으로 나누어 병원성¹⁾을 비교하였다. 분석 결과 저연령 페렛은 병원성과 증식성이 낮아 밀접 접촉한 다른 동물로의 전파원이 되지 못했다. 반면 고연령 페렛은 증식성이 높아 다른 동물로의 전파율이 매우 높음을 확인했다. 폐에서 바이러스 RNA 양성 세포가 다수 검출되고 중증 폐병변이 나타나는 등 중증도 또한 높았다.

[코로나19바이러스에 감염된 연령대별 페렛 동물모델 폐의 염증양상 및 바이러스 RNA 검출량 비교]
(a) 코로나19바이러스에 감염된 페렛 폐 조직의 염증 정도의 비교를 위해 염증세포의 침윤정도를 기준으로 0~4 등급으로 점수를 부여함.
(b-h) 감염된 폐 조직에서 코로나19바이러스 RNA (Spike 유전자)를 검출 (노란색 화살표). 정상 페렛의 폐 (b)에서는 검출되지 않는 바이러스 RNA 양성세포가 고령 페렛일수록 다수 검출되는 양상을 보임 (G1: 6개월령 이하, G2: 1년 이상 2년이하, G3: 3년 이상).

[코로나19바이러스에 감염된 연령별 페렛의 정상 페렛으로의 바이러스 전파 특성 분석]
(a) 코로나19에 감염된 연령별 (G1: 6개월령 이하, G2: 1년이상 2년이하, G3: 3년이상) 페렛의 정상 페렛으로의 바이러스 전파양상을 분석함. G2와 G3의 페렛과 접촉한지 3일째에 바이러스가 전파되어 높은 역가로 증식하였으나, 어린 그룹인 G1에서는 낮은 역가를 보이며 접촉 7일째에는 바이러스가 검출되지 않음.
(b, c) 연령별 감염 페렛과 접촉한 정상 페렛의 바이러스 감염 12일째에 항체생성 여부를 측정함. G2와 G3와 접촉시킨 페렛에서는 중화항체가 생성되었지만, G1과 접촉시킨 페렛에서는 중화항체가 생성되지 않음.

정확한 원인 파악을 위해 RNA 염기서열분석(RNA sequencing) 기법으로 감염된 폐 조직의 유전자 발현 양상을 분석했다. 그러자 저연령 페렛에서는 빠른 면역 반응 후 조직재생을 위한 다양한 유전자 발현이 증가했다. 하지만 고연령 페렛에서는 감염 초기부터 염증성 사이토카인²⁾(케모카인, 제 I형 인터페론 등) 발현이 현저히 증가하고 면역세포(대식세포, 자연살해세포 등)가 과활성되어 심각한 염증을 유도했다.

이는 중증을 겪거나 사망한 코로나19 환자에서 나타나는 면역학적 변화와 매우 유사함을 각 실험 결과의 비교분석을 통해 확인하였다. 특히 중증 환자와 고연령 페렛의 유전체를 비교분석한 결과, 감염 초기 제 I형 인터페론과 M1 대식세포의 과활성이 고령층에서 중증 질환을 일으키는 요인임을 밝혔다. 또한 고령층은 어린이와 청소년에 비해 바이러스 전파율과 병원성이 모두 높게 나타난다는 사실도 입증했다.

최영기 센터장은 “숙주 연령에 따라 코로나19 바이러스의 병원성과 전파율이 큰 차이가 있음을 실험을 통해 최초로 증명했다”며, 이러한 결과는“중증 및 고령환자에서의 맞춤형 코로나19 치료제 개발을 앞당길 것으로 기대한다”고 전했다.

이번 연구성과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 14.919) 온라인판에 1월 10일 게재되었다.

IBS 커뮤니케이션팀
박유진

1) 병원성 : 감염체가 전염을 통해 숙주로 전파된 후, 감염을 통해 병을 일으키는 능력

2) 사이토카인(Cytokine) : 신체의 방어체계를 제어하고 자극하는 신호물질로 사용되는 당단백질. 과도하게 발현하면 바이러스 뿐 아니라 정상세포까지 공격하는 '사이토카인 폭풍(cytokine storm)'이 발생한다.