열대열원충

열대열원충(국문) Plasmodium falciparum(영문)

그림1. Plasmodium falciparum, TEM. (출처: GettyimagesKorea)

목차

P. falciparum은 숙주의 적혈구에서 선택성 없이 살아가며 어떠한 단계에서 어느 적혈구라도 들어가서 살 수 있다. 또한, 다양한 낭충(merozoite)이 하나의 적혈구를 감염시킬 수 있다. 따라서 세 개의 혹은 네 개 이상의 작은 고리가 감염된 세포에서 관찰될 수 있다. P. falciparum은 숙주 세포의 가장자리에서 관찰이 되거나 세포막의 주변부에서 발견된다. 이러한 것을 아플리케(appliqué) 또는 accolé이라 부른다.

영양형 단계에서의 성장과 P. falciparum의 분열전체(schizont)는 이들의 형태가 간이나 비장과는 떨어져있기 때문에 혈액도말표본에서는 관찰이 되지 않는다. 심한 감염에서는 말초 순환계에서 발견이 된다. 따라서 P. falciparum 말라리아 환자의 말초 혈액을 도말하면 덜 성숙한 반지 형태의 기생충과 가끔 생식모세포(gametocyte)가 관찰이 된다. 전형적인 초승달 모양의 생식모세포는 종을 판별하는 데 사용된다. 감염된 적혈구는 커지지는 않고 P. vivax와 P. ovale의 경우처럼 일그러진다. 가끔 마우레르 반점(Maurer dots)이라고 불리는 불그스름한 과립세포도 P. falciparum에서 관찰된다.

그림2. P. falciparum의 생활사. (출처: GettyimagesKorea)

P. knowlesi와 P. malariae와 비슷한 P. falciparum은 간에서 수면소체(hypnozoite)를 만들지 않는다. 간에서 나타나는 재발은 아직 보고된 바 없다.

P. falciparum는 거의 열대 지방과 아열대 지방에서 나타난다. 인간 면역 결핍 바이러스(HIV)와 동시 감염되는 것은 일반적으로 이러한 지역에서 일어나고, 심한 말라리아에서는 굉장히 큰 위험요소로 작용한다.

P. falciparum의 잠복기는 몇 달에서 몇 년까지 가지는 않고, 7일에서 10일 정도로 모든 말라리아 원충 중에서 가장 짧다. 초기 독감 증상이 나타난 후에, P. falciparum은 빠르게 매일(일상적인) 오한과 열 뿐만 아니라 극심한 메스꺼움, 구토, 설사와 같은 증상이 나타난다. 이러한 증상은 하루걸러 나타나며 결국 질병으로 발전하게 된다. 이러한 감염을 격일 악성 말라리아(malignant tertian malaria)라고 부른다. 이러한 말라리아의 증상이 장내 감염과 비슷하기 때문에, 메스꺼움, 구토, 설사의 증상이 나타나고, 말라리아가 "말라리아와 비슷한 질병"으로 보여질 수 있다.

어떤 말라리아 감염이 치명적일지라도, P. falciparum은 치료되지 않았을 때 죽음을 초래할 가능성이 있다. 감염된 적혈구 숫자가 증가하고 파괴되어 독성이 있는 세포 잔해와 관 내피 세포층에 대한 적혈구의 점착성, 가까이에 근접해 있는 적혈구에 대한 점착성, 많은 적혈구, 혈소판, 백혈구와 말라리아 색소가 모세혈관에 몰려 있는 것이 형성될 수 있다.

뇌에 침범하는 것(뇌 말라리아)은 대부분 P. falciparum 감염에서 나타난다. 말라리아 색소들이 모세혈관 근처에 쌓이고 세포 덩어리가 축적되면 혼수상태와 사망을 유래할 수 있다.

신장 손상 또한 P. falciparum 말라리아와 관련이 있는데, 흑수열(blackwater fever)이라고 불리는 질병을 유도하기도 한다.

적혈구가 빠르게 파괴되는 것과 같은 혈관 내의 용혈현상은 헤모글로빈 요증(hemoglobinuria)를 유발할 수 있고, 급성 신부전증, 요세관 괴사, 신장 증후군 심지어는 사망까지 이를 수 있다. 간 이상은 복부 통증, 담즙 구토, 극심한 설사, 빠르게 일어나는 탈수 등의 증상이 나타날 수 있다.

박막 혈액 도말 표본은 주로 accole position 형태로 존재하거나 단일 세포 내에서 다수로 존재하는 P. falciparum의 환형을 관찰하는 데 사용된다. 또한, 독특한 초승달 모양의 생식 모세포도 관찰할 수 있다. 상태가 좋은 혈액 중에 존재하는 기생충은 P. falciparum의 감염에서 반지 형태로 되어있으며 생식 모세포는 관찰되지 않는다.

실험실 연구자들은 반드시 혈액 도말 표본을 통한 연구를 진행하여야 하는데, 혼합 감염이 네 종의 조합으로 일어나지만 대부분 P. falciparum과 P. vivax의 조합으로 일어나기 때문이다.

빠른 진단 검사(rapid diagnostic test, RDT)를 사용해서 항원을 찾아내는 것은 관련 분야에서 사용되고 진단 실험실에서 현미경 검사에 부가적인 방법으로 사용될 수 있다. RDT의 경우 면역 크로마토그래피 측면 유동 기술을 사용하고 단일 세포의 항체로 직접 종-특이적인 혹은 pan-P. falciparum을 타깃으로 하는 단일 세포의 항체를 사용한다. 이러한 검사법은 간단하고 빠르며(결과는 20분 이내로 확인 가능), 비싸지 않다. P. falciparum에 특이적인 단일 세포 항체는 히스티딘이 풍부한 단백질-2(histidine-rich protein 2, HRP-2)와 P. falciparum 젖산 탈 수소효소와 결합한다. 말라리아증(panmalarial antigens)에 걸린 모든 사람들에게서 Plasmodium 젖산 탈 수소효소(Plasmodium lactate dehydrogenase, PLDH)와 알돌라아제(aldolase)가 관찰된다. 여태까지 단 하나의 RDT만 미국 식품의약국(U.S. Food and Drug Administration, FDA)에서 승인되었다. 그 RDT 키트는 BinaxNOW(Binax, Scarborough, Marine) 말라리아 검사 키트이며 항원 HRP-2와 알돌레이즈를 타깃으로 한다. 이 키트가 P. falciparum를 발견하는 민감도와 특이도는 각각 95%, 94%이다.

말라리아의 치료는 말라리아 지역으로 이동하는 것, 즉각적인 임상적 재검토, 차이가 있는 진단, 정밀하고 빠른 실험실 업무, 정확한 항 말라리아제의 사용을 기초로 한다. 클로로퀸(chloroquine)에 저항성이 있는 P. falciparum 균주가 이미 중앙아메리카와 카리브해 지역을 제외한 모든 지역(아프리카, 동남아시아, 남아메리카)에 존재하고 있기 때문에, 내과 의사들은 반드시 P. falciparum 감염의 적절한 치료를 위해 클로로퀸 저항성이 알려진 지역이 어디인지 나타내는 현재의 모든 치료 계획서를 살펴보아야 한다. 만약 환자가 클로로퀸 저항성이 나타난 지역에서 온 것이 아니라면, 처방되는 약은 클로로퀸이나 비경구 투여하는 퀴닌(quinine)이어야 한다. 내성을 가진 P. falciparum (또는 P. vivax)에 의해 감염된 환자는 다른 항생제로 치료되어야 하는데, 메플로퀸(mefloquine)±아르테수네이트(artesunate), 아르테메터-루메판트린(artemether-lumefantrine), 아토바쿠온-프로구아닐(atovaquone-proguanil, Malarone), 퀴닌(quinine), 퀴니딘(quinidine), 피리메타민-설파독신(pyrimethamine-sulfadoxine, Fansidar), 독시사이클린(doxycycline) 등을 사용할 수 있다.퀴닌과 피리메타민-설파독신의 경우 독성이 있기 때문에, 질병 예방보다 치료에 좀 더 사용된다. 클로로퀸과 비슷한 아모디아퀸(amodiaquine)은 클로로퀸 저항성이 있는 P. falciparum에 대해 효과가 있다. 하지만, 독성이 있어 그 사용이 제한되어 있다. 다중약물내성을 가진 P. falciparum에 대한 뛰어난 효과를 가진 새로운 항생제는 페난트렌(phenanthrene) 메탄올, 할로판트린(halofantrine), 루메판트린(lumefantrine), 아르테미시닌(artemisinins), 아르테메테르(artemether), 아르테수네이트(artesunate), 세스퀴터펜 유도체(sesquiterpene derivative) 등이 있다.

빠르게 활성을 나타내는 아르테미신과 이미 발견되거나 혹은 새롭게 발명된 항 말라리아제의 조합은 P. falciparum에 의해 발병한 말라리아를 제어하거나 치료하는데 높은 효과를 나타낸다. 아르테미신에 의해서 기생충의 양은 빠르게 줄어들 수 있다(3일 이내에 대략 배 줄어들게 된다). 아르테미신을 처리하면 굉장히 적은 양의 기생충만 남게 되는데, 두 번째 항생제(대게 메플로퀸 또는 루메판트린)을 처리하여 모두 제거할 수 있다. 아르테수네이트와 메플로퀸을 같이 처리하고, 아르테메테르와 루메판트린을 같이 처리하는 것은 면역력이 약한 환자나 없는 환자에게 투여하였을 때, 둘 다 다중약물내성 falciparum 말라리아를 치료하는 것에 굉장한 효과가 있다.

심한 말라리아에서 적혈구 교환수혈이 강력한 효과를 가지고 있는 것 처럼 보일지라도, 이 치료법과 다른 치료법들과 비교하였을 때 효과가 좋은 임상적인 치료 방법은 존재하지 않는다. 그렇기는 하지만, 적혈구 교환수혈(또는 백혈구 교환수혈) 방법을 치료에 사용할 수 있다 하더라도 다양한 임상적인 증상(뇌 말라리아, 급성 호흡부전 증후군, 산혈증을 동반한 극심한 용혈, 쇼크 또는 충분한 항 기생충 치료에도 불구하고 정맥 내에 기생충 숫자가 줄어들지 않는 경우처럼 극심한 상태의 말라리아 일 때에 고려되어야 한다. 뇌 말라리아의 경우에서 경련 진정제(페노바르비톤, phenobarbitone)과 덱사메타손(dexamethasone)의 사용은 효과가 없거나 해로울 수 있기 때문에 추천되지 않는 방법이다.

양철수/한양대학교

정원희/중앙대학교

1. Progress in imaging methods: insights gained into Plasmodium biology. De Niz M, Burda PC, Kaiser G, Del Portillo HA, Spielmann T, Frischknecht F, Heussler VT. Nat Rev Microbiol. 2017 Jan;15(1):37-54.

2. Genomics and integrated systems biology in Plasmodium falciparum: a path to malaria control and eradication.Le Roch KG, Chung DW, Ponts N. Parasite Immunol. 2012 Feb-Mar;34(2-3):50-60.