독일 연구진, HIV 중화 효율 98% 달성한 항체 발견

쾰른대학병원 연구팀이 거의 모든 HIV 변이를 차단할 수 있는 강력한 항체를 발견했다. 이에 전 세계는 1981년 미국에서 첫 사례가 보고되고 1983년 프랑스 파리 연구진에 의해 공식 확인된 이후, 전 세계적으로 4,400만 명의 목숨을 앗아간 HIV/AIDS와의 싸움에서 새로운 돌파구가 열릴 것으로 기대를 모으고 있다.

04_A06으로 명명된 이 항체는 실험실 조건에서 약 340종의 HIV 변이 중 98%를 중화시키는 탁월한 효능을 보였다. 특히 다른 항체에 내성을 보이는 변이들까지 포함한 광범위한 실험에서 이러한 결과를 도출했다는 점에서 의미가 크다. 연구를 주도한 플로리안 클라인 쾰른대 바이러스학연구소 소장은 이 항체가 HIV 감염 치료뿐 아니라 예방 목적으로도 활용될 수 있을 것으로 전망했다.

UNAIDS에 따르면 2024년 현재에도 연간 약 63만 명이 AIDS 관련 질환으로 사망하고 있다. 인식 개선 캠페인, 교육, 예방 노력 덕분에 AIDS 관련 사망자 수는 지난 수십 년간 꾸준히 감소해왔지만, 여전히 효과적인 예방 및 치료법 개발의 필요성은 절실한 상황이다. HIV/AIDS는 인류 역사상 최악의 전염병 중 하나로 기록되고 있으며, 이번 발견은 이 오랜 싸움에 새로운 무기를 제공할 가능성을 보여준다.

자연 면역반응에서 찾은 해답: 800개 항체 스크리닝

쾰른대학병원 연구팀은 특별한 면역 특성을 가진 32명의 HIV 감염자로부터 혈액 샘플을 수집하는 것으로 연구를 시작했다. 이들은 주로 의학적 개입 없이 자체적으로 HIV에 대한 강력하고 광범위한 항체 반응을 발달시킨 독특한 사례들을 모아 연구했다. 일반적인 HIV 감염자들과 달리, 이들의 면역체계는 바이러스에 대해 특별히 효과적인 방어 메커니즘을 자연적으로 발달시켰는데, 연구팀은 이들의 혈액에서 추출한 800개 이상의 서로 다른 항체를 대상으로 HIV 중화 능력을 체계적으로 검증하는 대규모 스크리닝 작업을 수행했다. 그 중 04_A06 항체가 두드러진 성능을 보였다.

해당 항체는 HIV가 인체 세포에 결합할 때 사용하는 특정 부위를 차단하는 방식으로 작동한다. HIV의 감염 과정을 이해하면 이 항체의 작동 원리가 더 명확해지는데, HIV는 세포 표면의 특정 수용체에 결합한 후 세포막과 융합하여 세포 내로 침투한다. 일단 세포 내부로 들어가면 바이러스는 세포의 유전 물질에 자신의 유전 정보를 삽입하고, 세포를 재프로그래밍하여 새로운 바이러스 입자를 대량으로 생산하도록 만든다. 이 과정이 반복되면서 면역세포가 파괴되고 장기적으로 면역체계가 약화된다. 연구팀에 따르면 04_A06은 바이러스가 세포 표면의 수용체에 결합하는 첫 단계 자체를 원천적으로 차단함으로써 감염 연쇄반응을 막는 반응을 보인다고 한다.

그리고 클라인 소장과 연구팀은 04_A06 항체의 생성 청사진을 분자 수준에서 해독하여 실험실에서 재현하는 데 성공했다. 클라인 소장에 따르면 이는 항체의 유전적 청사진을 사용하여 실험실의 세포주에 전달하고, 다른 세포를 사용해 '이 항체를 생산해 달라'고 지시하는 것이라고 한다. 

인체 면역체계에서 항체는 B림프구(B세포)라 불리는 백혈구의 일종에 의해 생성되는데, B세포가 병원체를 감지하면 형질세포로 분화하여 특정 병원체에 대응하는 항체를 분비한다. 04_A06도 이러한 자연적 과정을 통해 만들어진 항체이다. 연구팀은 이 생물학적 청사진을 실험실 환경에서 구현함으로써, 대량 생산과 임상 활용 가능성의 기반을 마련했다. 이는 천연 항체의 구조와 기능을 정확히 모방한 재조합 항체를 제조할 가능성이 있음을 의미한다.

98% 중화율의 과학적 의미: HIV 다양성의 벽을 넘다

04_A06 항체의 가장 주목할 만한 특성은 HIV의 높은 유전적 다양성에도 불구하고 거의 모든 변이를 중화시킬 수 있다는 점이다. HIV는 유전적 다양성이 매우 높아 바이러스들이 모두 상당히 다르다. 이것이 HIV 치료를 어렵게 만드는 주된 이유인데, HIV는 실제로 복제 과정에서 높은 돌연변이율을 보이며, 이로 인해 한 환자의 체내에서도 수많은 변이가 생성된다. 이러한 다양성 때문에 특정 약물이나 항체에 내성을 가진 변이가 빠르게 출현할 수 있다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 다른 항체에 내성을 보이는 변이들을 포함하여 거의 340종의 HIV 변이를 대상으로 포괄적인 실험을 설계했다. 이는 전 세계적으로 유행하는 다양한 HIV 아형과 내성 변이를 망라하는 규모다. 그 결과 04_A06이 이들 중 98%를 중화시키는 것을 확인했다. 이는 단일 항체로서는 매우 이례적인 광범위성이다.

HIV에 감염된 실험용 쥐를 대상으로 한 생체 내(in vivo) 실험에서도 04_A06은 대부분의 HIV 감염을 중화시켰다. 이 항체는 바이러스의 외피 단백질(envelope protein)에 결합하여 바이러스가 표적 세포를 더 이상 감염시킬 수 없도록 만든다. 클라인 소장에 따르면 "항체가 바이러스의 외피 단백질에 부착되어 바이러스가 더 이상 표적 세포를 감염시킬 수 없게 된다"고 설명했다.

추가적으로 연구팀은 흥미로운 부가 효과를 발견했다. 04_A06에 의해 차단된 바이러스는 인체 면역체계에 의해 더 잘 인식되고 능동적으로 제거되는 것으로 나타났다. 이는 항체가 단순히 바이러스를 물리적으로 차단하는 것을 넘어, 면역체계가 바이러스를 식별하고 제거하는 능력까지 향상시킨다는 것을 의미한다. 항체가 결합한 바이러스는 마치 '표지'가 붙은 것처럼 면역세포의 공격 대상이 되기 쉬워진다.

취리히대학교 의학바이러스학연구소의 알렉산드라 트르콜라 소장은 위 결과에 대해서 "04_A06은 확실히 이 그룹(광범위 중화 항체) 중에서 특별히 강력한 대표 사례"라고 평가했다. 참고로 항체의 효능(potency)은 강력한 효과를 내기 위해 필요한 항체의 양을 결정하는 핵심 지표다. 효능이 높을수록 더 적은 양으로도 효과를 볼 수 있다. 이는 향후 04_A06을 주사제로 개발할 경우 투여 용량과 투여 빈도를 결정하는 핵심 요소이며 투여량이 적을수록 부작용 위험이 감소하고 제조 비용도 절감될 수 있다. 트르콜라 소장에 따르면 04_A06은 이론적으로 단독으로도 항체 조합(antibody cocktail)에서나 달성 가능한 수준의 효능을 보인다고 한다.

일반적으로 바이러스의 다양성과 내성 발생 가능성 때문에 HIV 치료에는 여러 항체를 조합하여 사용하는 것이 표준이었다. 단일 항체만으로도 충분한 치료 효과를 보이는 04_A06의 광범위한 중화 능력, 이것이 해당 연구의 하이라이트라고 할 수 있다. 

예방과 치료, 두 마리 토끼를 잡는다?

치료 측면에서 04_A06은 바이러스의 세포 접근을 차단함으로써 바이러스 증식을 억제할 수도 있다. 이미 감염된 환자의 경우, 체내에 존재하는 바이러스가 새로운 세포를 감염시키는 것을 막아 바이러스 부하(viral load)를 낮추고 면역체계 손상을 최소화할 수 있다. 또한 앞서 언급한 바와 같이 04_A06에 결합된 바이러스는 면역체계에 의해 더 효과적으로 제거되므로, 이중의 치료 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 클라인 소장은 04_A06 항체가 이미 HIV에 감염된 환자의 치료뿐 아니라 감염 예방에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

반면, 예방 측면에서는 "항체가 바이러스를 세포 감염 및 체내 증식 전에 차단한다"는 점이 핵심이다. 이는 수동 면역화(passive immunization)의 원리로 작동하는데, 능동 면역화는 백신을 통해 신체가 스스로 항체를 생성하도록 유도하는 방식이지만, 현재까지 효과적인 HIV 백신은 개발되지 않았다. 반면 수동 면역화는 이미 만들어진 항체를 직접 투여하여 즉각적인 보호 효과를 제공한다. HIV에 노출될 가능성이 높은 고위험군에게 04_A06을 정기적으로 투여한다면, 감염을 사전에 차단할 수 있다.

현재 HIV 감염 예방을 위해 알약이나 주사 형태의 다양한 노출 전 예방요법(PrEP, Pre-Exposure Prophylaxis)이 제공되고 있으며 매우 성공적인 성과를 거두고 있다. 하지만 알약 형태는 대개 매일 복용해야 하는 큰 번거로움이 있으며, 복용 순응도가 낮아질 경우 예방 효과가 떨어진다. 반면, 레나카파비르(lenacapavir)나 카보테그라비르(cabotegravir) 같은 장기 작용 주사제는 체내에 '저장소(depot)' 기능을 만들어 활성 성분을 천천히 방출하므로 연 2회 주사만으로 충분하다. 이러한 장기 작용 제제는 복용 순응도 문제를 크게 개선했다고 보고되고 있다. 

클라인 소장은 04_A06 항체 예방법의 핵심 장점이 "알약 없이도 90% 이상의 확률로 감염을 예방할 수 있다"는 점이며, 레나카파비르처럼 약 6개월마다 투여하면 될 것으로 예상했다. 이는 복용 순응도 문제를 해결하면서도 높은 예방 효과를 제공할 수 있는 이상적인 조합이다. 특히 매일 약을 복용하기 어려운 환경에 있거나, 약물 복용에 대한 사회적 낙인이 우려되는 사람들에게 유용한 선택지가 될 수 있다.

HIV 백신 개발의 현주소와 과제

한편, 04_A06 같은 항체 치료제와 별도로, HIV 백신 개발 노력도 계속되고 있다. 최근에는 mRNA 기술을 기반으로 한 HIV 백신 연구가 진행 중이다. mRNA 백신은 COVID-19 팬데믹 동안 그 효능과 안전성을 입증했으며, 동일한 플랫폼을 HIV에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.

연구자들은 HIV 외피에서 추출한 단백질로 면역 반응을 자극하는 것을 목표로 하는데, 이는 COVID-19 바이러스와 마찬가지로 HIV의 외피에도 단백질 돌기(spike protein)가 박혀 있어 바이러스가 세포에 부착하고 감염시킬 수 있게 한다. 백신은 이 외피 단백질의 정보를 mRNA 형태로 전달하여 인체가 이 단백질을 생성하고, 이에 대한 면역 반응을 발달시키도록 유도한다. 하지만 이 방법은 지금까지 한 가지 HIV 변이에 대해서만 테스트되었기에, HIV의 높은 유전적 다양성을 고려할 때, 광범위한 변이에 효과적인 백신을 개발하는 것은 여전히 큰 도전이다.

클라인 소장은 능동 백신으로 신체 자체의 강력하고 광범위한 중화 항체 생성을 유도하는 것이 어려운 과제가 될 것이라고 지적한다. HIV 외피 단백질은 변이가 많을 뿐 아니라 당 분자로 둘러싸여 있어 면역체계가 인식하기 어렵기 때문이다. 또한 HIV는 감염 후 매우 빠르게 인체의 DNA에 통합되어 잠복 상태로 숨어버리는 특성이 있다. 이러한 이유들로 40년 이상의 연구에도 불구하고 효과적인 HIV 백신은 아직 개발되지 못했다. 04_A06 같은 광범위 중화 항체가 발견된 것은, 백신이 목표로 해야 할 면역 반응의 '표준'을 제시한다는 점에서도 의미가 있다. 향후 백신 개발은 이러한 항체의 생성을 유도하는 방향으로 설계될 수 있기 때문이다. 

한편, 뮌헨 공과대학교 병원의 크리스토프 슈피너 감염병학과장은 04_A06이 실제 의약품이 되기까지는 상당한 시간이 걸릴 것이라고 신중한 전망을 내놓았다. 이는 현재까지의 연구가 실험실 데이터만 포함하고 있어 효능을 실제 생활에 직접 적용할 수 없을 가능성이 있기 때문이다. 이처럼 실험실 연구와 임상 현실 사이에는 여러 단계의 검증이 필요하다. 먼저 적절한 투여량을 결정해야 하는데, 너무 적으면 효과가 없고, 너무 많으면 부작용이나 비용 문제가 발생할 수 있다. 실험 동물에서 효과적인 용량이 인간에게도 동일하게 적용되는 것은 아니다. 인체 내 약물 대사, 분포, 배설 과정이 동물과 다르기 때문이다.

다음으로 인체 내 내약성(tolerability)을 평가해야 한다. 항체는 일반적으로 안전한 것으로 알려져 있지만, 모든 사람이 동일하게 반응하는 것은 아니다. 일부 사람들에게는 알레르기 반응이나 면역 반응이 나타날 수 있다. 특히 장기간 반복 투여 시 항-항체(anti-antibody)가 생성되어 효과가 감소할 가능성도 고려해야 한다.

마지막으로 실제 임상 환경에서의 효능을 입증해야 한다. 실험실에서 98%의 HIV 변이를 중화시킨다는 것과, 실제 감염 상황에서 98%의 예방 또는 치료 효과를 보인다는 것은 다른 문제다. 인체는 복잡한 생물학적 시스템이며, 면역 상태, 바이러스 부하, 감염 경로 등 다양한 변수가 결과에 영향을 미친다.

따라서 이러한 과정을 거치기 위해서는 단계적인 임상시험이 필요하다. 1상 임상시험에서는 소수의 건강한 자원자를 대상으로 안전성과 약동학을 평가한다. 2상 임상시험에서는 실제 환자를 대상으로 효능의 초기 신호와 적정 용량을 탐색한다. 3상 임상시험에서는 대규모 환자군을 대상으로 효능과 안전성을 확정적으로 입증한다. 각 단계는 수년이 걸릴 수 있으며, 어느 단계에서든 예상치 못한 문제가 발견되면 개발이 중단될 수 있다.

트르콜라 소장도 항체가 임상 사용에서 효능을 입증할지 아직 예측할 수 없다고 동의했지만, 그 징후는 "확실히 유망하다(definitely promising)"고 덧붙였다. 이는 과학계의 신중한 낙관론을 반영한다. 

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Profiling a large HIV-1 elite neutralizer cohort reveals remarkable CD4bs bNAb for HIV-1 prevention and therapy (대규모 HIV-1 엘리트 중화 항체 코호트 분석을 통해 HIV-1 예방 및 치료를 위한 주목할 만한 CD4bs bNAb 확인), Gieselmann et al. 2025