독감 백신을 미리 맞아도 독감을 앓는 경우가 종종 있다. 항체 형성이 안 됐거나 면역력이 떨어졌기 때문이다.

최근 미국 펜실베이니아대학이 이끄는 연구팀은 독감 백신을 접종한 후 혈액 내 T보조세포의 수치를 측정해 항체 강도를 모니터링하는 방법을 개발해 ‘사이언스’ 자매지인 ‘사이언스 면역학’(Science Immunology ) 최근호에 발표했다.

이 대학 감염병 학자인 라민 헤라티(Ramin Herati) 박사는 면역세포에 대한 다각도의 프로파일링과 특별한 게놈 테스트를 통해 희소한 T보조세포들을 식별해 지속적으로 추적해 왔다.

항체, 미생물 복제 차단하고 살생부 표시

우리 몸에서 대부분의 백신을 작동시키기 위해서는 B세포와 T보조(helper)세포라는 두 종류의 세포가 필요하다. B 세포는 항체 공장이며 T보조세포는 항체의 강도와 정확도를 높이고 목표물을 공격한다. 이들 도우미 면역 세포를 식별하는 기술은 미래의 백신 디자인, 특히 취약한 인구 집단을 위한 백신 개발 정보를 제공할 수 있다.

독감 백신은 죽은 독감 바이러스의 외각층에 있는 정제된 단백질을 면역체계에 기억시킴으로써 실제 독감 바이러스가 침입했을 때 방어작용을 하도록 한다. 항체는 특정 균주에 특이성을 보이는 항원이라고 불리는 독특한 병원체 분자를 인식하는 단백질이다.

항체는 최상의 환경에서 정확하게 목표물에 결합한다. 이렇게 함으로써 항체는 해로운 미생물이 복제되는 것을 차단하고 다른 면역세포가 이들을 잡아먹도록 표시를 해둔다.

안 알려진 순환성 T보조세포 역할 규명

혈액 내의 항체 수준은 백신이 얼마나 효과적인지, 특히 얼마나 많은 항체가 만들어지고 얼마나 강력하게 미생물을 억제하는지를 알려준다. 상대적으로 드문 ‘순환하는 소낭 모양 T보조세포’(cTfh)는 항체 강도를 측정하는 핵심 지표다. 소낭 모양의 T보조세포가 없으면 항체가 만들어지지 않지만, 백신 접종 후 사람의 cTfh에 대해서는 그동안 알려진 바가 거의 없었다.

논문의 시니어 저자인 존 웨리(E. John Wherry) 펜실베이니아대 면역학 연구소장은 “cTfh 기능에 대한 이해가 부족한 이유 중 하나는 이들 세포가 림프절에서 다음 번 감염을 기다리며 대부분의 시간을 보내고 혈액 내에서 순환을 하지 않기 때문”이라고 말했다.

그는 “백신 접종 후 이들 세포가 얼마나 잘 작동하는지 알기 위해서는 림프절에 직접 접근하지 않고도 반응을 측정할 방법이 필요했다”며, “항체 발달에서 cTfh가 중심적인 역할을 하기 때문에 새로운 백신 개발 전략을 세우기 위해서는 이 필수세포의 속성을 잘 이해하는 것이 도움이 된다”고 설명했다.

백신 접종시 T세포 분자에 바코드 생성

모든 T세포는 외피에 독특한 수용체를 가지고 있다. 백신 접종을 하면 T세포에 독특한 바코드가 생성되며 이와 똑 같은 바코드를 가진 수천 개의 복제물이 만들어진다. 백신 접종 후 시간이 지나면서 이 같은 T세포 확장 현상은 사라지고 몇몇 복제물만이 남게 된다.

남겨진 세포들은 림프절이나 다른 기관에서 다음 번 감염이 되거나 백신이 들어올 때를 기다린다. 이후 이 클론들은 개인을 보호하는 행동을 취할 수 있고 면역력을 높이는데 도움이 된다.

이번 연구에서 연구팀은 독특한 바코드를 가진 순환성 T보조세포가 독감 백신에 사용된 균주에 특이반응을 보여 이 세포들을 추적할 수 있었다. 웨리 교수팀은 2013년부터 2015년까지 3년 동안 20~40세 사이의 건강한 성인 12명의 항체 생성을 추적 조사했다.

그 결과 소규모 cTfh 그룹은 혈액 내의 다른 소규모 T세포 그룹에 비해 다른 전사인자들과 사이토카인(Bcl-6, c-Maf 및 IL-21)을 발현했고, 피험자들은 독감 예방접종을 받은 지 일주일 후 cTfh 세포의 수가 급격히 증가했다.

“HIV 등 백신 개발 어려운 질병에 응용 가능”

연구 참가자에게 매년 백신 접종을 반복하면 반복되는 해 동안 유전적으로 동일한 cTfh 클론이 연속적으로 나타났는데, 이는 cTfh가 독감백신에 대해 강력한 기억을 가지고 있음을 가리킨다. 이러한 반응이 매년 독감 백신에 대한 특정 항체 역할을 한다.

이와 함께 이번 연구 결과는 백신 유도 cTfh 기억의 역동성을 측정하고 시간이 지남에 따라 이를 돌이켜봄으로써 연구자들로 하여금 핵심적인 백신 유발 cTfh를 모니터링하고, 한편으로 독감 백신에 대한 반응이 왜 많은 사람들에게 최선이 아니었는지에 대한 통찰을 얻게 한다.

림프절에 접근하는 대신 혈액에서 이러한 cTfh 반응을 추적하는 능력은 백신 접종과 관련된 주요 세포 메커니즘의 실시간 모니터링을 가능하게 한다. 이 같은 지식은 독감뿐만 아니라 강력한 백신 개발이 어려운 다른 질병과 후천성 면역결핍증 같은 치료가 어려운 질병에 대한 백신의 최적화를 가능하게 할 것으로 보인다.

웨리 교수는 “cTfh는 요구되는 면역 기억의 규모와 품질을 유도해 낼 수 있는 능력 즉 백신에 의한 보호를 실제로 모니터링하고 예측할 수 있는 잃어버린 조각”이라고 강조했다. 연구팀은 이번 연구에 이어 백신이 효과적이지 않은 노인 집단에 대해 cTfh 세포들이 이들에게서 어떤 역할을 하는지를 조사할 계획이다.