코 속 혈관·림프관 3차원 정밀지도 완성

IBS 연구팀, 코로나19 등 방역 활용 가능성

국내 연구진이 코로나19 바이러스가 인체 각 기관 중 콧속에서 전염이 시작되는 경로를 파악할 수 있는 연구 결과를 내놨다. 콧속 혈관·림프관의 3차원 정밀 지도를 최초로 완성한 것이다.

기초과학연구원(IBS)은 혈관 연구단 고규영 단장(카이스트 의과학대학원 특훈교수)과 홍선표 연구위원 연구팀이 콧속 혈관과 림프관의 3차원 정밀지도를 최초로 완성했다고 22일 밝혔다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 심혈관 연구(Nature Cardiovascular Research)’의 표지 논문으로 선정됐고, 지난 21일 온라인 게재됐다.

코는 후각을 담당하는 감각기관인 동시에 외부 공기가 폐로 들어가는 첫 번째 관문이다. 외부 공기를 데우고 습도를 높여주는 역할을 하며, 특히 비강(鼻腔)의 점막은 외부의 병원균과 이물질을 막아주는 최초의 면역 장벽 기능을 수행한다.

연구팀은 이전 연구에서 점막상피세포의 대부분을 차지하는 섬모상피세포가 코로나19 초기 감염 및 증식의 주요 표적임을 규명하고, 비강 내 백신 투여로 점막 면역을 형성하는 것이 효과적인 코로나19 예방 및 치료 전략일 될 수 있을 것이라 밝힌 바 있다. 실제로 당시 인도 등 일부 국가에서는 사멸한 코로나19 바이러스를 비강 내 투여해 비강 면역을 형성, 적은 비용으로 많은 인구를 감염으로부터 보호했다고 주장하기도 했다.

비강 면역을 형성하는 데에는 면역세포의 활성 못지않게, 미세혈관과 림프관의 역할이 매우 중요하다. 면역세포가 림프샘으로 이동하고 다시 비강 점막으로 돌아오는 통로의 역할을 수행하기 때문이다. 그러나 비강 내 복잡한 구조 때문에 미세혈관과 림프관의 공간분포나 상호 연결 등 3차원적 구조와 세포 수준의 특성이 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 세포나 조직에서 특정 단백질에 선택적으로 결합하는 항체에 형광물질로 표지한 후 단백질과 반응시켜 그 위치를 관찰할 수 있는 면역형광염색법을 활용했다. 이 첨단 시각화기술로 생쥐와 인간 비강 내 미세혈관과 림프관의 3차원 미세지도를 완성하고, 비강의 형태학적 구조를 넘어 면역 반응에 대한 분자세포적 수준의 특성을 단일세포 유전자 분석법을 병행하여 규명하는 데 성공했다. 일반적인 모세혈관 외에 정맥혈이 순환하는 정맥동 혈관이 비강 내 넓은 범위에 걸쳐 분포하고 있음을 확인했다. 또 뾰족한 형태의 말단을 가진 비전형적인 림프관이 대부분을 차지하는 특수한 분포를 보였다. 일반적인 림프관의 말단은 둥근 형태다. 이러한 혈관과 림프관의 분포는 외부에서 침입하는 병원균에 대한 면역반응을 잘 수행하기 위해 특화된 것으로, 정맥동 혈관에서 면역세포 이동에 중요한 역할을 하는 VCAM1 단백질이 특이적으로 발현하였으며, 비전형적 림프관 내에는 다른 장기의 림프관보다 많은 수의 다양한 면역세포들이 이동함을 발견했다.

연구팀은 나아가 알레르기 비염, 코로나19 등의 실험동물 모델을 이용해 비강 내 혈관 변화를 관찰했는데, 흥미롭게도 비염에 의해 정맥동 혈관이 위축되고, 코로나19에 의해 염증화가 일어났다. 또 나이가 들면서 정맥동 혈관이 비정상적으로 확장됨을 관찰했다. 다양한 병증으로 인해 비강 내 생리기능과 면역기능이 약화됨을 알 수 있었다.

홍선표 연구위원은 "비강 내 특화된 혈관과 림프관을 활성화하면 바이러스 감염 등에 대한 효과적인 비강 면역을 확립할 수 있음을 시사한다"며 "향후 호흡기 감염에 대한 면역반응 연구를 비강에서 인후까지 확장할 계획"이라고 설명했다.