Journal of Bacteriology and Virology 2015. Vol. 45, No. 2 p.171 – 178 http://dx.doi.org/10.4167/jbv.2015.45.2.171
The Applications of Hepatitis C Virus (HCV) Replication System in Developing Anti-HCV Reagents
Hyosun Cho*
Department of Pharmacy, College of Pharmacy, Duksung Women's University, Seoul, Korea
Hepatitis C virus (HCV) is known to be a major cause of chronic hepatitis, liver cirrhosis and hepatocarcinoma.
Therapeutic reagents are improving, but are still limited, and the protective vaccine against HCV is not available yet.
However, the research of HCV life cycle and pathogenesis has been difficult due to obstacles, which are the lack of effective cell culture systems and small-animal models. Recently, breathtaking progress in terms of HCV replication system has been made using various forms of HCV clones and human hepatocarcinoma 7 cell lines (huh 7). The establishment of complete cell-culture system for HCV replication gave researchers opportunities to study the entire viral life cycle including entry, assembly, release of viral particles and the interaction with host cells. In fact, these efforts now appear to move into the identification and the development of innovative anti-HCV reagents. In this review, we go over the biological characters of HCV, a variety of in vitro cell culture, in vivo animal models of HCV infection, HCV immune-pathogenesis and the application of HCVcc system in terms of developing anti-HCV reagents.
Key Words: Hepatitis C virus, Human hepatocarcinoma cells, JFH1 clone, huh7.5, HCVcc
INTRODUCTION
C형 간염 바이러스 감염은 일반적으로 혈액을 통해 이루어지며, 현재 감염자는 전세계적으로 약 1억 7천만 명으로 추정된다 (1). 국내의 경우, 2012년도 통계청 자료 에 의하면 간질환 사망률이 전체 사망률의 14.7%를 차지 하며 간질환의 원인 중 약 20%가 C형 간염에 의한 것으 로 알려져 있다. 국내감염자는 5% 이하로 낮으나 대외 교류의 관문인 해안지역을 중심으로 높은 유병률을 보이 며 점차 그 감염률이 높아지는 추세이다. 또한 국내의 경 우 나이가 증가할수록, 알코올 노출 정도가 심각할수록 유병률도 증가하여 국민보건증진의 관점에서 적극적인 관리가 필요한 질환임이 보고된 바 있다. 국내 환자들에
서 진단되는 C형 간염 바이러스의 유전자형은 제 1형 및 2형 유전자형이 90% 이상을 차지하는 경향을 보인다 (1).
C형 간염은 임상적으로 급성과 만성으로 나뉘며 급성 의 경우 A형 또는 B형 간염 증상과 비슷하나 대부분의 경우 무증상인 경우가 많고, 증상을 느끼면 벌써 질환의 말기 단계에 있어 생존율감소와 비용증가를 유발하는 질 병이다. 급성(15%)의 경우 10~50%의 회복률을 보이나 만성(85%)의 경우 간 경변 및 간암 등의 심각한 간질환 으로 진행하게 된다 (2).
현재 C형 간염 표준요법 치료제로 IFN-α와 리바비린 (ribavirin)이 있으나 바이러스의 유전자형에 따라 치료효 과가 다양하여 완치율이 높지 않거나 약물에 대한 내성 률에 대한 보고가 있으며, 최근 엔테카비어(entecavir), 테 노포비어(tenofovir) 등이 임상에 도입되고 있으나 기존약
171
Received: May 4, 2015/ Revised: May 22, 2015/ Accepted: May 27, 2015
*Corresponding author: Hyosun Cho. Department of Pharmacy, College of Pharmacy, Duksung Women's University, Seoul, 132-714, Korea.
Phone: +82-2-901-8678, Fax: +82-2-901-8386, e-mail: [email protected]
**This work was supported by the Duksung Women's University Research Grants 3000002329.
○CCThis is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/license/by-nc/3.0/).
Research Update (Minireview)
물들과 기전이 동일하여 유사한 부작용 및 내성유도에 대한 한계를 가지고 있다 (3).
C형 간염 바이러스는 9.6 kb의 RNA 바이러스로 인체 내 주요 표적기관은 간이며, 간세포 표면에서 발현되는 CD81, SR-B1, claudin-1, occludin 등의 바이러스 수용체를 통하여 간세포에 직접 침입한다 (2). 오랫동안 인간 간세 포(primary hepatocytes)의 인체 외 배양(in vitro cell culture) 이 제대로 확립되지 못하였고, RNA형 바이러스인 C형 간염 바이러스 복제 시스템(replication system)의 부재로 C형 간염 바이러스 자체의 분자적 연구 그리고 숙주세포 와의 상호작용에 대한 연구가 활발하지 못했다. C형 간염 바이러스의 유일한 실험동물모델로 침팬지가 있지만 경 제적, 도덕적 등 여러 복잡한 이유로 보편화된 동물모델 로서 정립되지 못했다.
하지만 몇몇 세계적 C형 간염 바이러스 연구그룹에서 최근 인간 간세포에서 분화된 간암세포주를 이용하여 C형 간염 바이러스의 실험적 복제 시스템을 구축하는 데 성공하였다. 간암세포주에 C형 간염 바이러스를 도 입하여 C형 간염 바이러스 감염체 입자(virion)를 수확할 수 있는 세포배양 시스템을 hepatitis C virus cell culture
(HCVcc)라 명명하며 C형 간염 바이러스 2a 유전자형에 서 유래한 Japanese fulminant hepatitis 1 (JFH1)를 도입한 HCVcc가 확립되었다(Fig. 1).
C형 간염 바이러스의 복제가 가능한 간암세포주 중 특히 huh7.5는 제1형 IFN 발현과 관련 있는 retinoic-acid inducible gene-I (RIG-I) 부위의 결함으로 기존 이용되어 왔 던 간암세포주인 huh7에 비해 C형 간염 바이러스의 복제 율을 높이는 것으로 보고되었다 (4). 간세포를 표적으로 침입한 C형 간염 바이러스는 간세포 내에서 복제 및 바 이러스 단백질을 생성, 방출하여 간세포 밖 숙주의 면역 환경 즉, T 림프구, 자연살해세포, 대식세포 등과 상호작 용을 하게 된다. 본 총설에서는 C형 간염 바이러스 감염 시 임상적 특징, 다양한 C형 간염 바이러스 복제 시스템 의 종류, HCVcc 시스템 확립 및 그 응용분야에 대해 고 찰하고자 한다.
1. C형 간염 바이러스 및 감염 시의 특징
C형 간염 바이러스는 전형적 flaviviruses인 황열병 바 이러스(yellow fever virus), 뎅기열 바이러스(dengue virus) 그리고 뇌염바이러스(tickborne encephalitis virus)와 함께 Figure 1. Establishment of infectious HCV cell culture system with J6/JFH1 (HCVcc). (A) The experimental outline of HCVcc. (B) Immunohistochemical expression of HCV NS5A protein (dark spots) in cytoplasm of huh 7.5 cells. *(B) is modified from Cho et al. (24).
Flaviviridae과로 분류된다. C형 간염 바이러스는 지놈으로 양성가닥 RNA를 가지고 있으며 5'에 internal ribosome entry site (IRES)와 구조(structural) 및 비구조(nonstructural) 단백질을 지정하는 open reading frame (ORF)를 포함하는 전사되지 않는 유전자 부위(non-coding region) 그리고 3'의 또 다른 전사되지 않는 유전자 부위(non-coding region)로 구성되어 있다. 바이러스 입자를 구성하는 구조 단백질 에는 core, E1 그리고 E2 단백질을 포함하며, 비구조 단백 질에는 p7 이온 채널, NS2-3 단백분해효소, NS3 세린분해 효소, RNA helicase, NS4A, NS4B, NS5A 단백질들, 그리고 NS5B RNA-의존-RNA 합성효소가 포함된다 (5).
C형 간염 바이러스의 인체 내 침입 시 바이러스 자체 의 반감기는 수 시간에 불과하나, 1012개 바이러스 입자 의 생산 및 제거가 24시간 안에 가능해 감염 초기의 임상 적 경과가 상당히 역동적이다. 이러한 높은 복제율과 함 께 바이러스 RNA-의존-RNA 합성효소의 교정기능(proof- reading function) 부재는 특이적으로 C형 간염 바이러스 의 유전적 변이성을 증가시키므로 바이러스에 대한 숙주 의 초기방어 및 항 바이러스 치료제의 복합요법(combi- nation therapy)이 중요한 의미를 가진다 (3).
C형 간염 바이러스는 6종류의 주요 유전자형을 가지며 유전자 염기서열의 30~35% 정도에서 변화성을 보이고, 또한 같은 종류의 유전자형 안에 아형이 존재하며 아형 사이의 염기서열 변화 정도는 20~25%로 알려져 있다.
2 및 3 유전자형에 비해 1 유전자형에 의해 감염된 환자 일 경우 IFN-α 치료에 잘 반응하지 않아 바이러스의 유 전자형에 따라 치료효과가 다양한 것으로 알려져 있다 (3, 5).
C형 간염 바이러스의 지름(diameter)은 40~70 nm 정도 이며, 침입 시 숙주 세포막의 지질이중 층에 E1, E2 당 단 백질이 바이러스 입자를 고정시키며 입자 내부의 CORE 단백질과 RNA 지놈을 에워싼 형태이다. C형 간염 바이러 스는 감염된 환자의 혈중에서 저밀도 단백질(low density lipoprotein, LDL) 및 초 저밀도 단백질(very low density lipoprotein, VLDL)과 결합된 형태, 바이러스 입자가 항체 에 결합된 형태 또는 자유 바이러스 입자(free virion) 등 다양한 상태로 존재할 수 있다 (5).
C형 간염 바이러스의 숙주는 현재까지 사람과 침팬지 로만 알려져 있다. 간세포(hepatocyte)가 C형 간염 바이러 스의 주요 표적세포로 알려져 있으나, B 세포, 수지상 세 포 등도 감염이 가능한 것으로 보이며, 이것은 C형 간염
바이러스의 수용체가 다양하게 존재하기 때문인데 현재 까지 CD81, LDL 수용체, scavenger 수용체 class BI (SR-B1), claudin-1, occludin 등이 C형 간염 바이러스의 숙주세포 침입 시 수용체로 작용하는 것으로 알려져 있다 (6~8).
CD81 및 SR-B1의 바이러스 E2 단백질에 대한 결합은 C 형 간염 바이러스의 숙주 침입에 반드시 필요하나, C형 간염 바이러스가 CD81와 SR-B1이 높게 발현된 비 간세 포(non-hepatocyte)를 감염시키지 않는 현상에서 부가적인 간세포 특이 인자 또는 수용체의 존재가 필요함이 제시 되었다 (7, 8). 최근에 보고된 claudin-1 또한 바이러스의 숙주세포 침입에 반드시 필요한 공동 수용체로 밝혀졌으 며, claudin-1의 경우 C형 간염 바이러스의 침입과정 중 다른 수용체들에 비해 후기 단계에 작용하는 것으로 알 려져 있다 (6).
2. C형 간염 바이러스 in vitro 모델 시스템
C형 간염 바이러스는 1989년 A형 및 B형 간염에 음 성인 환자의 혈청을 이용한 면역스크리닝에서 그 존재가 입증되었으나 혈중 극히 미량인 바이러스 입자 자체의 확인은 불가하였고, 바이러스의 인체 외 실험적(in vitro) 배양도 실패하였다. 그럼에도 불구하고 C형 간염 바이러 스 연구를 위한 모델 시스템은 다양한 이종발현 시스템, 1차 간세포 내 실험적 발현, 기능적 cDNA clone, replicon 시스템, 기능적 pseudoparticle, 그리고 침팬지 및 면역결 핍 마우스 등을 이용한 실험동물모델 등을 통해 계속 발 전되어 왔으며, 최근에는 C형 간염 바이러스를 배양 가 능한 수용세포주를 통해 재조합 바이러스 입자를 생산할 수 있는 완전복제배양시스템(HCVcc)이 확립되었다 (9~
20) (Table 1).
이들 중 replicon 시스템은 바이러스 자체의 생활사 연 구를 위해 가장 최적화된 모델로 알려져 있으며, 최초의 subgenomic replicon (Con1)은 1b 유전자형에서 유래한 것 으로 C형 간염 바이러스의 구조 단백질 및 몇몇의 비구 조 단백질을 지정하는 유전자 부위를 네오마이신 인산기 전달효소(neomycin phosphotransferase) 유전자로 치환하여 비구조 단백질들 대부분(3~5B)이 전사될 수 있도록 하여 처음으로 인간 간암세포주(human hepatocarcinoma huh 7) 에서 C형 간염 바이러스의 실험적 복제가 가능하도록 하 였다 (12). 이러한 replicon 시스템의 사용은 C형 간염 바 이러스의 RNA 및 단백질에 대한 직접적인 유전적 분석 을 가능하게 하였으며 곧이어 1a 및 2a 유전자형 replicon
도 차례로 소개되었다 (13). 또한 배양세포 내에서 C형 간염 바이러스의 지놈(genome) 복제가 가능한 full-length replicons이 개발되었고 지놈 복제가 가능한 수용세포주 또한 간세포에서 다양한 다른 종류의 세포로 범위가 넓 어지게 되었다.
그러나 이러한 세포 내 바이러스의 효율적인 복제율에 도 불구하고 실제 감염을 가능하게 하는 바이러스 입자 의 생산은 불가능하였다. 해결의 실마리는 뜻하지 않게 2a 유전자형에 의해 감염된 일본 환자에서 C형 간염 바 이러스 clone을 분리하면서 제공되었다. Japanese fulminant hepatitis 1 (JFH-1)으로 불리는 이 clone은 유도적 돌연변 이가 없는 huh-7에서도 높은 복제율을 보일 뿐 아니라, JFH-1를 유전자 감염(transfection)시킨 huh-7이 바이러스 입자를 생성할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 방출된 바이러스 입자는 인공적인 유전자 감염을 통하지 않고 huh-7을 직접 감염시킬 수 있는 것으로 확인되어 처음으 로 C형 간염 바이러스의 복제 및 감염 체 바이러스 입자 생산이 가능한 HCVcc 시스템이 확립되었다 (14). 바이러 스 복제율 및 입자는 huh-7의 아형 중 하나인 huh-7.5에서 훨씬 효율적으로 이루어 질 수 있다는 것을 발견하였고, JFH1의 5' 및 3'의 비전사 부위 그리고 NS3-5B 부위와 또 다른 2a 유전자형에서 유래된 J6의 C-NS2 부위를 연결한 키메라 clone 형태도 도입되었다 (4, 15). 바이러스 복제
배양세포주에서 확인된 바이러스 입자의 감염 가능성은 곧이어 침팬지와 인간의 간이 도입된 면역결핍 마우스에 서도 확인되었다 (16).
3. C형 간염 바이러스 in vivo 모델 시스템
인간과 침팬지는 유전학적으로 가장 가까운 계통으로 DNA상 98.9%의 동일성을 가지는 것으로 알려져 있으 며, 실제 침팬지는 지난 수 십 년 동안 C형 간염 바이러 스의 in vivo 연구가능모델로 유일하게 확립된 동물이다.
1998부터 2007까지의 수 많은 C형 간염 바이러스 감염 연구에서 침팬지는 바이러스 접종을 통한 C형 간염 바이 러스의 감염이 가능하고, 면역학적으로 병원성 확인이 가 능한 우수한 동물모델로 소개되었다 (17). 하지만, 높은 경제적 비용 문제와 사람에 가장 가까운 동물에 대한 도 덕적 문제로 말미암아 C형 간염 바이러스의 in vivo 모 델로 일반화 되지 못하였다. 따라서 크기가 작고, 다루기 쉬운 소형동물모델에 대한 연구가 동시에 진행되었고, 튜 파이어과(Tupaia sp.)의 나무두더쥐(tree shrew)에 C형 간염 바이러스 감염이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 중국 Yunnan 지역에 야생하는 튜파이어 베링게리(Tupaia belangeri)에 1b 유전자형 C형 간염 바이러스를 감염시킨 결과, 약 34.8%에서 간헐적인 바이러스 혈증이 나타났고, 약 30.4%
에서 C형 간염 바이러스에 대한 항체 확인이 가능하였다.
한편 1b, 1a 및 3 유전자형이 섞인 바이러스 감염이 튜파 이어에 시도되었고, 이들 중 바이러스 접종 전 750 cGy의 X-ray 조사를 받은 튜파이어의 경우 바이러스 혈증이 좀 더 오래 유지되며, 항체생성도 훨씬 높게 나타나는 것을 확인하였다 (18). 즉, X-ray에 의해 면역결핍이 유도될 경 우 C형 간염 바이러스의 감염효율이 훨씬 증가할 수 있 음을 시사한다. 하지만, 침팬지와 비교하여 상대적으로 C 형 간염 바이러스의 감염률과 항체 생성률이 낮았으며, 면역억제상태가 심하게 유도된 경우에서만 만성적 감염 이 가능하여 C형 간염 바이러스에 대한 소형동물모델은 한동안 좌절되었다. 그럼에도 불구하고 튜파이어 쥐의 1차 간세포를 C형 간염 바이러스의 복제가 가능한 in vitro 모델로 사용할 수 있었던 계기가 되었다는 점에서 큰 의의를 가진다.
이 후, 면역결핍(immunodeficent) 마우스, 형질전환(trans- genic) 마우스 및 이종이식(xenograft) 마우스 모델들이 개 발되면서 C형 간염 바이러스의 감염 또는 특정 바이러스 단백질의 발현이 가능한 소형동물모델이 등장하게 되었 Table 1. In vitro and in vivo models to investigate HCV patho-
genesis
In vitro models References
Transient expression systems (9)
Infection of primary hepatocytes (10) Retroviral pseudoparticles displaying
functional HCV (11)
Replicons (subgenomic/full-length;
selectable/transient) (12), (13)
Recombinant infectious cell culture system (14), (15) In vivo models
Chimpanzee (Pan troglodytes) (16), (17)
Tree shrew (18)
Transgenic mice (19)
Immunodeficient/xenograft mice (16), (20)
다. C형 간염 바이러스 core 단백질의 발현이 가능한 형 질전환 마우스(transgenic)를 이용하여 core 단백질이 간 지방증을 직접적으로 유도하여 C형 간염 바이러스에 의 한 간암생성에 크게 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으며 (19), 2001년 Mercer 등은 인간의 정상 간세포를 면역결핍 severe combined immunodeficiency (SCID) 마우스에 이식함 으로써 인간의 간을 가진 키메라(chimeric) 형태의 마우스 형성에 성공하였고, C형 간염 바이러스에 의해 감염된 인 간 혈청을 접종함으로써 키메라 마우스에서의 만성적인 바이러스 감염을 가능하게 하였다 (20). 최근 FL-J6/JFH1 을 이용한 HCVcc 시스템을 침팬지 및 인간의 간을 가진 이종이식(xenograft) 마우스에 도입하여 만성적인 감염상 태를 확립시키고, 또한 각각의 동물모델에서 감염성이 강 한 바이러스를 다시 채취하여 생체 외(ex vivo) 배양에 성 공하였다. 이 연구는 HCVcc 시스템을 이용하여 C형 간 염 바이러스의 in vitro 세포주 배양뿐 아니라 in vivo 생체 내에서의 생활사를 완전히 밝혔다는 점에서 큰 주목을 받고 있다 (16).
4. HCVcc 시스템을 통해 밝혀진 C형 간염 면역병리 기전
C형 간염 바이러스의 인체세포 침입 시 항 바이러스 물 질로 불리는 IFNs 및 IFN-촉진유전자산물(IFN-stimulated genes, ISGs) 등이 발현된다. 이러한 초기면역반응은 C형 간염 바이러스의 표적세포인 1차 간세포를 통하여 일어 나게 되는데 Li 등은 인간 간세포가 toll like receptor 3 (TLR-3)를 통해 C형 간염 바이러스를 인지하여 IFN-조 절인자(IFN-regulatory factor 3, IRF-3)의 발현을 유도, 바 이러스의 복제를 제한하는 ISGs를 생산한다고 보고하였 다 (21). Takahashi 등은 형질세포성 유래 수지상 세포 (plasmacytoid dendritic cell)가 HCV replicon이나 HCVcc 와 혼합배양 시 IFN 반응을 유도할 수 있음을 보고하였 고, 특히 이 과정은 직접적인 세포간의 접촉을 필요로 하 며 수지상 세포의 TLR-7에 의해 매개됨을 시사하였다 (22). TLRs은 대표적인 병원체패턴인지수용체(pathogen- associated molecular patterns, PRRs)의 종류로 인체를 침입 하는 미생물을 인지하여 숙주의 면역반응으로 연결시키 는 데 중요한 역할을 하므로 C형 간염 바이러스를 인지 하는 또 다른 종류의 TLRs에 대한 발견 및 구체적인 기 능 연구가 요구된다.
C형 간염 바이러스 감염 초기 강력한 항 바이러스 기
전인 IFN 반응이 존재함에도 불구하고 만성적 감염이 유 도되는 이유는 아직 풀지 못하는 숙제로 남아있다. 이와 관련하여 최근 C형 간염 바이러스가 ISGs 발현으로 IFN와 관련된 항 바이러스 기전을 유도하기도 하지만, 동시에 감염숙주세포의 전반적인 단백질 생산을 억제할 수 있음 이 밝혀졌다. 즉, C형 간염 바이러스는 ISG protein kinase RNA activated (PKR)을 활성화시키고, 숙주세포의 단백질 합성개시에 관여하는 개시인자(initiation factor 2)를 억제 하여 바이러스 감염 시 나타나는 총괄적인 ISGs 관련 항 바이러스 작용을 약화시키는 결과를 초래하여 결국 체내 C형 간염 바이러스는 완전히 박멸되지 못하고 지속하게 된다 (23).
C형 간염 바이러스 침입 시 항 바이러스 작용을 나 타내는 대표적인 선천면역세포로 자연살해세포(natural Killer cell)를 꼽을 수 있다. 자연살해세포는 perforin 및 granzyme과 같은 독성물질로 바이러스에 감염된 세포를 직접적으로 죽이거나 항 바이러스 사이토카인인 IFN-γ를 분비하며, 이러한 자연살해세포의 활성은 세포 표면의 활 성(activating; NKG2D) 또는 억제(inhibitory; NKG2A) 수용 체에 의한 신호전달체계를 통하여 조절된다. 특히 자연살 해세포는 인체기관 중 구획화된 간(liver) 내 림프구의 40~60%를 차지하여 간을 표적으로 하는 바이러스성 간 염 시 선천면역체계의 주요 구성 요소로 핵심적인 역할 을 담당하게 된다 (2).
C형 간염 바이러스의 표적세포인 간세포는 면역학적으 로 중요한 인자(면역세포 또는 싸이토카인)는 아니지만 구조적으로 조직 자체가 기저막이 없고 혈류흐름이 늦어 주위 면역세포들과 간세포와의 반응성을 높이기 때문에 최근 면역조절이 가능한 구획화(compartmentalization)된 인 체기관으로 제시되기도 하였다. 이러한 특이 면역환경을 제공하는 간에 존재하는 간세포는 항원을 전문적으로 전 달하는 항원제시세포(antigen presenting cell)의 역할 뿐 아 니라 T 림프구 또는 자연살해세포의 증식과 조절에 관 여하는 많은 사이토카인과 케모카인(IL-7, IL-15, TGF-β, TNF-α, IL-1β, RANTES, MIP-1α, IL-8)을 분비하는 능력이 있는 것으로 밝혀졌다 (2).
최근, 저자의 연구그룹은 간암세포주 huh7.5가 C형 간 염 바이러스 항원의 자극으로 바이러스 특이 T 림프구를 활성화시켜 효과적인 항원제시세포가 될 수 있음을 확인 하였으나, 세포배양액으로의 바이러스 입자 방출이 가능 한 HCVcc의 경우 T 림프구의 활성이 일어나지 않는 것
을 관찰하였다 (24). 흥미롭게도 Hall 등은 HCVcc 시스템 이 TGF-β 분비를 통해 조절 T 림프구를 유도하여 면역반 응을 억제함을 밝혀 간세포 내 C형 간염 바이러스와 면 역세포와의 상호작용이 다양한 경로로 이루어 지고 있음 을 제시하였다 (25).
C형 간염 바이러스 복제가 이루어지고 있는 간세포와 면역세포와의 직접적인 상호작용 연구는 C형 간염 바이 러스 특이 T 림프구에 집중되어 왔다. T 림프구가 매개하 는 적응면역은 체내 바이러스 제거를 위해 꼭 필요하나 C형 간염 바이러스의 경우 이러한 적응면역을 회피함으 로써 만성화를 확립시키는 것 또한 사실이다. C형 간염 바이러스 특이 T 림프구에 대한 초기 연구들에서 항원 결정기의 돌연변이로 인한 바이러스 특이 T 림프구의 기 능결핍이 만성화의 주요 요인으로 제시되었고, 이러한 T 림프구의 기능결핍을 야기시키는 원인으로 세포 표면의 면역억제인자 발현(PD-1, CTLA4, FoxP3+) 및 TGF-β, IL- 10에 의한 면역억제 환경유도 등이 보고되었다 (2).
5. C형 간염 치료제 개발 현황
C형 간염 바이러스의 세포배양 시스템인 HCVcc의 확 립 이후, C형 간염에 대한 치료제의 개발도 가속화 되었 다. 기존 약물에 대한 내성유도 문제로 새롭게 소개되는 항HCV 치료제는 단독으로 사용되기 보다 복합제제로 사 용되는 것이 선호되는 추세며, C형 간염 치료제의 개발 방향은 바이러스의 생활사, 즉 표적세포 내 도입(entry), 복제(replication), 바이러스 단백질 생성(translation), 조립 (packing and assembly), 세포 외 방출(release) 등 직접적으 로 바이러스를 차단하는 방법과 바이러스 감염으로 유도 되는 숙주의 특이적인 면역억제를 차단하는 방법이 제시 되어 왔다.
먼저, 바이러스의 간세포 침입 후 이루어지는 복제 및 생활사에서 필수적인 인자들이 치료제의 표적이 될 수 있 다. 바이러스의 세포 내 도입 시 필요한 수용체인 SR-B1 을 차단하는 ITX5061은 이미 간 경변 관련 동맥경화를 예방하는 약물후보로 임상시험 중이다 (26). Sulkowski 등 은 ITX5061가 아주 낮은 농도(0.1~0.5 nmol/l)에서 강력 한 항-HCV 효능을 나타내나 숙주세포에는 독성이 전혀 없으며 in vivo에서 혈청 고밀도지질단백질을 높이는 효 과를 보이는 상당히 안전한 약물임을 보고하였다 (26).
Lupberger 등은 상피세포성장인자가 C형 간염 바이러스 의 세포 내 도입(entry)에 보조 인자로 작용함을 밝히며
이 수용체 저해제인 erlotinib가 강력한 항HCV 효능이 있 음을 보고하였고, 이는 또한 C형 간염 바이러스의 주요 세포 수용체인 CD81 및 claudin-1과도 밀접한 관련이 있 음을 제시하였다 (27).
C형 간염 바이러스 단백질 NS5A 저해제 역시 항HCV 효능이 있음이 확인되었으며 몇몇 물질들의 정확한 표적 부위가 확인되었다. Nettles은 NS5A의 아미노 말단에 결 합 가능한 BMS-790052을 확인하였으며 실제 이 물질은 C형 간염 바이러스의 모든 유전자형에서 효과를 보였다 (28). Hopkins 등은 C형 간염 바이러스 복제 중 단백질 NS5A의 주요 수용체로 작용하는 cyclophilin A의 저해제 SCY-635이 바이러스의 복제를 강력하게 억제할 수 있음 을 제시하였다 (29).
지금까지 C형 간염 바이러스 치료제에 있어 바이러스 의 생활사를 직접 표적으로 하는 약물후보들에 대하여 살펴보았다. 하지만 C형 간염 바이러스의 만성화에 있어 바이러스와 긴밀하게 상호작용하는 바이러스 특이 면역 세포들 역시 바이러스 치료제의 표적이 될 수 있다. 앞서 만성 C형 간염 환자의 면역병리기전에서 언급되었듯이, 환자의 혈액에서 분리되는 C형 간염 바이러스 특이 T 림프구는 기능적으로 결핍되어 IFNγ, TNFα와 같은 항 바 이러스 싸이토카인을 제대로 분비하지 못하는 반면 두드 러진 PD-1의 발현을 보이고, 바이러스의 표적기관인 간 내의(intrahepatic) 바이러스 특이 T 림프구의 기능결핍 은 혈액의 T 림프구에 비해 훨씬 더 심화되어 PD-1과 CTLA-4의 두드러진 발현이 바이러스 특이 T 림프구의 기능억제와 상관성이 있음이 밝혀졌다. 흥미롭게도 만성 C형 간염에서 PD-1 또는 CTLA-4의 높은 발현을 보이는 C형 간염 바이러스 특이 T 림프구의 기능결핍이 PD-L1 또는 anti-CTLA4를 이용한 PD-1/CTLA-4 차단을 통해 T 림프구의 기능회복이 보고됨에 따라 항 바이러스 치료제 에 대한 새로운 방향을 제시하기도 하였다 (30). 즉, C형 간염 바이러스의 감염에 따라 특이적으로 변화되는 숙주 세포의 면역반응 양상 또한 항 바이러스 치료제의 또 다 른 표적이 될 수 있음을 시사한다.
CONCLUSIONS
C형 간염 바이러스는 만성 간염, 간 경변 및 간암의 주요원인임에도 불구하고, 수 십 년 동안 C형 간염 바이 러스의 세포배양 시스템 및 적절한 in vivo 모델의 부재로
바이러스의 생활사에 대한 연구가 더디게 진행되어 왔다.
하지만 최근 인간 간암세포주 내 C형 간염 바이러스 복 제가 및 바이러스 입자의 생산이 가능한 HCVcc의 확립 은 바이러스의 복잡한 생활사를 단계별로 규명할 수 있 는 계기를 마련해 주었다. 특히, 간암세포주 huh 7.5는 기 존 간암세포주 huh 7보다 훨씬 더 안정적이고 지속적인 C형 간염 바이러스 복제 시스템을 제공하여 효과적인 간 표적 항 바이러스 치료제 및 백신개발을 위한 최적의 모 델로써 각광받고 있다.
또한, 살아있는 개체에서 C형 간염의 만성적인 병원성 을 확인할 수 있는 in vivo 모델의 경우에도 오랫동안 침 팬지만이 동물모델로 사용되어 왔으나, 최근 다양한 면 역결핍 및 이종이식 소형동물모델들이 소개되면서 C형 간염 바이러스와 숙주의 면역세포들 간의 상호작용에 대 하여 심도 있는 연구가 가능하게 되었다. 결국 이러한 노 력은 C형 간염 바이러스가 원인이 되는 만성 간질환을 치료 또는 예방할 수 있는 약물후보군 들을 검색할 수 있는 전략적인 도구로 적절하게 이용될 것이라 본다.
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