인간면역결핍바이러스

인간면역결핍바이러스(human immunodeficiency virus: HIV)는 후천성면역결핍증(acquired immune deficiency syndrome: AIDS)을 일으키는 바이러스로서 1982년 최초로 발견된 이래로 만성 감염 바이러스 중에서 가장 활발하게 연구된 병원체이다. HIV를 처음 발견한 프랑스 파스퇴르 연구소의 Luc Montagnier와 Francoise Barre-Sinoussi는 공로를 인정받아 2009년 노벨생리의학상을 수상하였다.

HIV는 T 세포를 타겟으로 감염하여 일정한 잠복기를 거친 후, 감염된 일부 T 세포에 만성 감염 저장소를 형성하고 점차적으로 바이러스의 복제를 진행하여 숙주의 면역 시스템을 약화시킴으로써 결핵 등의 추가 감염이나 또 다른 만성 감염 바이러스가 유발하는 암 등에 취약하게 만들어서 결국 AIDS 환자를 사망에 이르게 한다.

목차

HIV는 Retroviridae 과 중에서 감염 후 천천히 복제 과정을 진행하는 Lentivirus 속으로 분류되며, HIV-1과 HIV-2, 두 아형이 있다. HIV-1은 전 세계적으로 분포하는 아형으로 병원성과 감염성이 상대적으로 높으며 보통의 침팬지에서 기원한 것으로 알려져 있는 반면, HIV-2는 서아프리카 지역에 국지적으로 분포하는 아형으로 병원성이나 감염성이 현저히 낮으며 Sooty mangabey라는 특별한 원숭이 종류에서 기원하였다.

HIV는 120 nm 직경의 구형 바이러스이다. 이중지질막인 바이러스 외피막 안에 기질 부위가 존재하며, 바이러스 외피막 위에는 GP120 단백질이 돌기처럼 위치한다. GP120은 감염 타겟인 숙주세포와 접촉할 수 있도록 하며 GP41 분자에 의해 외피막과 결합한다. 기질 부위에는 두 가닥의 RNA 유전체와 더불어 역전사효소, integrase등 몇 가지 효소가 존재하며, 이를 p24 단백질로 구성된 캡시드가 둘러싸고 있다.

인간면역결핍바이러스 구조 (출처: )

HIV의 RNA 유전체 상에는 대부분의 retrovirus가 보유하는 3개의 주요 구조유전자(Gag, Pol, Env)를 비롯하여 몇 가지 유전자가 존재하는데, 이중 바이러스 구조와 주요 효소의 유전자인 Gag, 역전사효소 유전자인 Pol, 외막의 당단백질을 생성하는 Env 유전자가 중심이다. 이 외에 Tat과 Rev라는 전사조절 기능의 유전자와 Nef, Vpr, Vif, Vpu 등의 보조 유전자가 있다. HIV-1과 HIV-2는 주요 구조유전자의 구성은 같으나 보조 유전자의 조합에서 차이를 보인다.

HIV는 감염된 환자의 신체 내에서 증식하며 주변의 세포를 천천히 감염시키는데, 이 과정에서 4단계에 걸친 바이러스의 증식 과정을 반복한다. 1차적으로 인체 내에 감염된 바이러스는 혈액 내의 T 세포 표면에 존재하는 CD4 수용체와 HIV 매트릭스 부분에 포함된 역전사효소에 의해 RNA는 이중가닥 DNA로 역전사된다. 생성된 DNA는 숙주세포의 핵안으로 이동하여 숙주세포의 염색체에 삽입된다. 염색체에 삽입된 DNA를 proviral DNA라 하며 숙주의 전사효소에 의해 HIV RNA를 생산한다. 이렇게 만들어진 HIV RNA는 숙주세포의 세포막으로 이동하여 세포막에 붙은 상태로 출아과정에서 코아가 조립되어 새로운 후손 바이러스를 만들어 세포 외부로 내보낸다.

감염 과정은 세포 친화성을 보이는 게 일반적인 양상인데, 감염 초기에는 주로 대식세포를 타겟으로 하는 M-tropism을 보이다가 병증이 진행되는 과정에서는 CD4 T 세포가 주된 감염 타겟이 되는 T-topism으로 변하는 것으로 알려져 있다.

인간면역결핍바이러스에 감염된 T4 세포의 색채 강화 투과전자현미경 사진 (출처: GettyimagesKorea)

1980년대 초반부터 AIDS 환자가 보고된 후로 감염자 및 환자는 전 세계적으로 분포하며, 특히 사하라 사막 이남의 아프리카 서부 해안 지역 국가 등에서 타 지역에 비해 아직까지도 무척 높은 환자 수를 보이고 있다. 치료제의 발전과 더불어 선진국을 비롯한 상당 수의 국가에서는 환자 수 증가 추세가 느려지거나 감소하는 상황으로 변하고 있으나 아프리카, 동남아시아 등 일부 국가에서는 여전히 지속적으로 증가하고 있다.

HIV의 주요 감염 경로는 크게 세 가지로 구분되는데 가장 대표적인 경우는 직접적인 성적 접촉으로 인한 감염이며, 이 외에도 보균자 또는 환자인 부모로 인해 출생부터 HIV를 가지고 태어나는 수직 감염, 그리고 3~5%의 적은 비율이긴 하나 잘못된 수혈이나 마약 투여 과정에서 주삿바늘을 공유하여 발생하는 혈액감염이 주된 감염 경로이다. 대부분의 국가에서는 성적 접촉이 1차적인 감염 원인이지만 아프리카 지역에서는 수직 감염에 의한 환자가 훨씬 많은 수를 차지하고 있다.

HIV가 감염된 사람 모두 감염 즉시 AIDS가 발병되는 것은 아니다. 사람에 따라서는 오랜 기간 동안 발병하지 않고 감염된 상태로만 있는 보균자인 경우도 있으며, AIDS 질병의 증상이 나타난 경우를 AIDS 환자라고 분류한다. 일반적으로 HIV에 감염되면 짧은급성 증후군을 보이다가 이후 특별한 증상을 보이지 않고 바이러스만 체내에 존재하는 기간이 8~10년간 지속된다(무증상기). 이 기간 동안에도 바이러스는 조금씩 증식하여 혈액 중 농도가 높아지는 양상을 보이며 천천히 혈액 내의 CD4 T 세포를 감염시켜서 혈중 CD4 T 세포 농도가 200개/μL 미만이 되면 AIDS 환자로 분류된다. CD4 T 세포의 수가 매우 낮아져서 면역력이 거의 상실되다시피 하면 결핵이나 종양, 또는 우리 몸 안에 있으면서도 평소에는 별 문제를 일으키지 않았던 HCMV 등의 만성 바이러스에 의한 기회감염 등이 진행되어 심각한 병증을 보인다(증상기). 다만 약물의 발달로 현재 개발되어 있는 다양한 치료제를 사용하면 30년 이상 생존이 가능하다.

AIDS가 의심되면 1차적으로 혈액 내의 HIV 바이러스를 PCR로 측정한 뒤 의심 환자의 경우 Wetern blot을 통해 HIV 단백질에 대한 항체 형성 유무를 확인하여 최종적으로 감염 여부를 확인한다.

HIV 감염을 예방하기 위한 백신은 AIDS라는 질병이 알려진 이후 꾸준히 연구되어 왔으나 아직 상용화될 만큼 방어능이 우수한 백신은 개발이 되지 않았으며 2009년 태국에서의 연구를 통하여 발표된 백신 후보물질이 부분적인 방어능을 보인 것이 가장 앞서 있는 백신 후보물질이다. 다만 HIV의 특징이 공기 중에 노출되거나 세포 외부로 나와서는 살아가기 힘든 매우 약한 바이러스이므로 인간 대 인간의 직접적인 감염경로를 차단 함으로써 상당히 효과적으로 감염을 예방할 수 있다. 대표적인 것이 콘돔의 사용인데 정상적인 콘돔의 사용은 매우 높은 확률로 HIV 감염을 방지해 준다. 수직 감염의 경우, 출산 전과 출산 과정에 걸쳐서 zidovudine 등의 항바이러스 치료제를 지속적으로 투여함으로써 분만된 신생아의 수직 감염을 10% 이하로 낮출 수 있다.

AIDS 환자를 위한 치료제는 지난 30여 년간 지속적으로 개발되어 우수한 약물이 많이 상용화되어 있으며, 이들을 혼합 투여하는 칵테일 치료법 중 역전사효소 저해제와 단백질 분해효소 저해제를 병행하는 칵테일 치료법인 HAART법은 매우 효과적이어서 사망자 수를 크게 감소시켰으나 내성바이러스의 출현을 막지는 못하였다. 2000년대 들어서 보다 효능이 우수한 새로운 형태의 치료제가 개발되었는데 HIV가 세포 표면에 부착하는 수용체와의 결합을 방해하는 치료제나 역전사된 proviral DNA가 숙주세포의 핵 안에 들어가서 염색체 내에 삽입되는 과정을 조절하는 integrase 저해제 등이 선을 보였으며 기존의 저해제들에 비해 내성 유발에 대해서 아직까지는 좀 더 우수한 효능을 보이는 것으로 보고되었다.

이찬희/충북대학교, 송윤재/가천대학교

이충호/동국대학교

[1]. World Health Oraganization. HIV.

[2] E. O. Freed and M. A. Martin, "Human Immunodeficiency Viruses: Replication", in Fields Virology, D.M. Knipe, P.M. Howley et al., Eds., pp.1502-1560, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, PA, USA, 6^th edition, 2013.