매년 수백만 명의 사람들이 호흡기 세포융합 바이러스에 의해 병원에 입원하고 수만 명이 사망한다.

수십 년간의 실패를 딛고 4개의 백신이 현재 말기 시험 단계에 있는 것으로 알려졌다.

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 전세계 대유행을 촉발시켰을 때, 구조생물학자인 제이슨 맥렐런 박사 팀은 인간 세포를 침입하는데 사용하는 핵심 단백질의 구조를 발표했다. 과학자들은 코로나19 백신을 개발하기 위해 그 단백질의 구조를 사용하기 시작했다.

텍사스 대학에서 연구 중인 맥렐런 박사가 이 새로운 백신 개발에 박차를 가한 것은 이번이 처음이 아니다. 2013년, 그는 호흡기 세포융합 바이러스, 즉 RSV2라는 다른 살인자에 초점을 맞추고 있었다.

RSV(호흡기 세포융합 바이러스)는 매년 전세계 6,400만 명의 사람들에게 영향을 미치는 호흡기 감염을 유발한다. 매년 300만명의 5세 이하의 어린이와 약 33만6,000명의 노인을 입원시킨다. 소아 RSV 관련 감염으로 인한 전세계 의료 비용은 매년 50억~60억 달러에 달한다.

1960년대 실험 중 두 명의 참가자가 사망하는 등 파괴적인 실패를 겪은 뒤에도 연구자들은 수십 년 동안 백신을 개발하기 위해 노력해왔다.

단백질 구조를 해결한 결과 RSV 분야 연구가 되살아났다. 미 메릴랜드주 베데스다의 미국 국립 알레르기 및 감염병 연구소의 맥렐런 박사와 그의 동료들은 바이러스가 세포와 융합하고 감염시키기 위해 사용하는 F 단백질이라고 불리는 단백질을 연구했고, 셀을 잡을 준비가 되었을 때 이를 안정화시키는 방법을 발견했다.

프리퓨전 F 단백질의 구조는 바이러스가 인간 세포로 들어가는 것을 막을 수 있는 백신 유도 항체를 만들기 위한 최적의 표적을 드러냈다.

이제 효과적인 RSV 백신이 거의 도달해 있다: 네 명의 후보자와 한 명의 단일클론 항체 치료제가 임상 말기에 있다.

메사추세츠주 캠브리지 소재 메신저 RNA 치료회사인 모더나의 크리스틴 쇼 감염병 초기 개발 프로그램 부사장은 "F 단백질 전형이 밝혀진 지 8년이 지났고 현재 우리는 모두 이 근본적인 발견을 바탕으로 3상 시험을 진행하고 있다"고 말했다.

RSV 백신에 대한 탐구는 코로나19 대유행의 영향을 피해가지 못했다. 대유행은 실험을 복잡하게 만들었지만, 그것은 어린이 살인범으로부터 보호할 수 있는 개발에 박차를 가하는데 도움을 주고 있다.

‘폭풍의 핵’과 같이 불안했던 백신 개발의 첫걸음

RSV는 대부분의 3세 이상 어린이와 성인에게 감염되지만 자연 면역은 오래 지속되지 않는다. 감염은 보통 바이러스에 처음 접하는 생후 2개월 미만의 유아에서 가장 심각하다.

뉴욕시 마이모니데스 아동병원의 소아감염병 전문가인 라비아 아가 박사는 “백신이나 치료법이 이 가장 취약한 집단에게 병원과 집중 치료의 입원을 대폭 줄일 것”이라고 말했다. 그리고 RSV에 대한 백신과 치료에 대한 첨예한 의학적 필요성 때문에, 미국과 유럽의 규제 기관들은 검토를 위해 백신들을 우선시하고 있다.

1960년대 후반, 일련의 백신 시험들이 불활성 RSV로 만든 백신을 미국에서 이뤄졌다. 비극적이게도, 그 주사는 의도했던 것과는 정반대의 결과를 가져왔다. 그것은 나중에 자연적으로 RSV에 감염되었을 때 예방접종을 받은 아이들에게 질병을 악화시켰다. 이로 인해 심각한 폐질환이 발생하는 바람에 임상시험에 참가한 대부분의 어린이들이 입원했고, 2명이 사망했다.

아이오와 대학에서 RSV를 연구하는 바이러스 면역학자인 스티븐 바가 박사는 “초기 백신은 완벽한 사건의 폭풍의 핵이었다”고 말한다. 너무 적은 수의 바이러스 차단 항체를 발생시키고 동시에 과도한 염증 반응을 유발했다. 바르가 박사는 “연구자들은 현재 RSV 감염과 예방접종학에 대해 더 많이 알게 됐다"며 "백신 후보군이 유사한 반응을 일으킬 수 있다는 우려는 없다”고 말했다.

백신 연구자들은 수십 년 동안 잘못된 바이러스 단백질, 혹은 이 단백질들의 잘못된 형태를 목표로 하고 있었다. 이탈리아 시에나 소재 글락소스미스클라인(GSK) 백신의 수석 부사장이자 수석 과학자인 리노 라푸올리 박사는 "사람들은 1970년대 이후 RSV 백신을 만들기 위해 노력했지만 잇따라 실패했다"고 말했다.

그는 "우리가 주요 바이러스 단백질인 단백질 F를 이해하기 시작했을 때 상황은 완전히 바뀌었다"고 말했다.

RSV는 코로나19 및 그 스파이크 단백질과 매우 유사한 방식으로 F 단백질의 전유전 형태를 사용, 사람의 세포막에 침투하고 융합한다. 일단 그렇게 되면, 단백질은 더 안정적인 융합 후 형태로 주요한 입체구조 변화를 겪는다. 이전에 실패한 백신들 중 다수는 ‘포스트 F’를 목표로 했다.

이와는 대조적으로 프리F는 바이러스가 인간 세포로 들어가는 것을 막는 것으로 밝혀진 강력한 중화 항체를 유도한다고 바르가 박사는 말한다.

백신 설계에 유용한 프리F 구조를 해결하기 위해, 맥렐런의 팀은 단백질이 특정한 모양으로 고정되는 버전을 만들었다. 연구팀은 이 모양의 단백질을 안정시키기 위해 양면 테이프처럼 작용하는 중요한 화학 결합 시스템을 추가, 핵심 항체 표적 부위가 노출된 상태에서 단백질을 프리F(pre-F) 모양으로 접은 상태로 유지했다.

이 안정화된 형태를 사용하는 백신은 면역 체계로부터 훨씬 더 강력한 항체 반응을 촉진한다. 현재의 모든 RSV 백신 후보들은 이러한 안정된 형태의 프리에프(preF)를 포함하며, 건강한 성인들은 그에 대한 높은 수준의 중화 항체를 생산한다.

백신은 면역계에 병원체의 핵심 비트를 제시해 사람이 병원체에 다시 노출되면 병원체 전체를 인식하고 싸울 수 있는 항체와 면역세포의 생성을 유도하는 역할을 한다. 많은 RSV 백신은 개발 중이거나 코로나 바이러스에 사용되는 것과 유사한 기술을 사용한다.

3상 시험에서 4개의 RSV 백신 중 GSK와 화이자에서 나온 2개는 안정화된 프리F 단백질 자체를 포함하고 있다. 얀센 백신은 변형된 아데노바이러스를 사용한다. 이는 체내에 주입된 후 프리에프(preF)를 생성하며, 여기에 순수한 단백질을 한 번에 더하게 된다. 모더나 백신은 RNA가 세포 안에 들어가면 프리F를 생성하는 변형된 mRNA를 전달하는 시스템이다.

모더나, 화이자 등 수만명의 노인들을 대상으로 3상 시험

RSV 백신의 승인이 이뤄지면 어리거나, 나이가 많은 사람들에게 가장 유용할 것이다. 그러나 임상실험을 단순화하기 위해 레이스에 참가한 4개 회사 모두 처음에는 60세 이상의 사람들을 대상으로 시험하고 있다.

현재까지 2단계 임상시험의 초기 데이터 중 일부는 노년층, 일부는 젊은 층에서 백신이 안전하고 효과적일 것이라는 것을 시사하고 있다. 얀센과 화이자는 모두 젊은 성인들을 RSV에 노출시키는 소규모 임상실험을 실시했으며, 그들의 백신이 감염으로부터 인체를 보호한다는 것을 확인했다. 얀센, 모데나, GSK 백신은 중화 항체를 9~15배 증가시켰다.

GSK, 얀센, 모더나, 화이자는 각각 수만 명의 노인을 대상으로 3상 시험을 진행 중이다.
GSK가 선두를 달리고 있으며, 라푸올리는 2022년 초에 중간 결과가 나올 것으로 기대한다고 말한다.

신생아의 미성숙한 면역체계는 더 복잡한 도전을 제시한다. 그들은 많은 백신에 강력하게 반응하지 않는데, 이것이 대부분의 어린이 예방접종이 생후 2개월 이후에 시행되는 이유다. 임산부는 아이가 태어나기 몇 달 전에 백신을 맞는다; 그들의 몸은 항체를 만들고 이것들은 태반을 거쳐 모유를 통해 신생아에게 전달된다.

GSK와 화이자는 임신한 사람들을 대상으로 3상 백신을 시험하고 있으며, 출생 시 항체 수치와 1년 동안 RSV 감염 예방에 효과가 있는지 확인하기 위해 아기를 따라다니고 있다.

화이자 임상연구개발부 알레한드라 거트만 부사장은 "이 면역 전략이 효과가 있다는 좋은 징조"라며 "화이자 2상 시험 대상 유아들은 생부모보다 항체 적정량이 높았고 백신은 의학적 주의가 필요한 RSV 감염에 대해 아기를 보호하는 데 85%의 효능을 보였다"고 말했다.

신생아를 보호하는 두 번째 방법은 바이러스를 표적으로 하는 항체를 그들에게 주입하는 것이다. 아스트라제네카와 사노피는 안정화된 프리에프(preF)에 대해 지시된 니르세비맙)이라는 단일클론 항체를 테스트하기 위해 파트너 관계를 맺었다. 이는 건강한 조산아 및 만기 유아의 3상 시험에서 RSV 감염을 감소시키는 데 효과적인 것으로 입증되었다.

바르가 박사는 “노년층, 임산부, 아주 젊은 층이 각기 다른 백신 전략을 필요로 하기 때문에 백신 경쟁이 승자가 되지는 않을 것”이라고 예측했다. 그는 "이러한 RSV 제품들 중 하나 이상이 이러한 각 분야에서 승인을 받게 될 것"이라고 말했다.

코로나19의 확산은 다른 전염병 연구에 도움일까? 장애일까?

코로나19가 전세계를 뒤덮는 동안 다른 호흡기 바이러스로 인한 전염병인 RSV 백신을 개발하는 것은 도전과 기회를 가져다 주었다고 연구자들은 말한다.

한 가지 문제는 코로나19 확산을 막기 위한 사회적 거리두기가 지난 2년 동안 RSV 시즌(일반적으로 겨울)을 크게 변화시켰다는 것이다.

마이모니데스 아동병원의 아가 박사와 그녀의 동료들은 RSV가 확인된 사례를 면밀히 추적한 결과 2020년 4월 거의 0으로 떨어졌으며, 북반구 겨울 내내 낮은 상태를 유지하다가 이듬해 여름에 절정에 이르렀다는 것을 발견했다.

이러한 예측 불가능한 계절은 의료기관들이 제대로 준비하기 어렵게 만들고, RSV 백신 실험 참가자들이 그들이 만든 백신의 효과를 시험하는 데 필요한 바이러스에 노출되는 데 더 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 아가 박사는 “RSV 시즌이 정상으로 돌아올지는 두고 봐야 한다”고 말한다.

그럼에도 불구하고, 코로나19 백신 개발의 성공과 속도는 호재가 됐다.

거트만 박사는 "그 성공은 모든 단계에서 인식을 불러일으켰고, 임상 시험에 참여하려는 관심을 새롭게 했으며, 면역 체계를 자극하는 더 효율적인 방법일 수 있는 mRNA 백신과 같은 새로운 플랫폼을 가져왔다"고 말했다.

모더나의 mRNA 기반 RSV 백신은 코로나19가 나타나기 전에 개발 중이었고, 이 기술을 더욱 진전시켰다.

아가 박사는 이번 코로나19 백신은 호흡기 바이러스에 대한 효과적인 백신이 얼마나 빨리 만들어질 수 있는지를 보여준다고 강조했다.

그는 "감염병 전문가로서, 우리는 앞으로 RSV를 예방 가능한 질병으로 바꿀 수 있다고 확신한다”고 말했다.

[위키리크스한국= 유 진 기자]

 

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