헤마글루티닌

렉틴(탄수화물에 달라붙은 성질이 있는 단백질)의 일종으로 미생물 유래의 헤마글루티닌은 인플루엔자 바이러스에서 처음 발견되었다. 헤마글루티닌은 적혈구를 응집하는 성질이 있는데 식물, 주로 콩과류에서 분리되었다. 작두콩(jack bean) 유래의 콘카나발린(concanavalin A)이 대표적으로 피토헤마글루티닌(phytohemagglutinin)이라 불리며 임파구 분열을 촉진하는 성질도 가진다.

인플루엔자 바이러스 표면의 헤마글루티닌(청색)과 뉴라미니다제(적색) ()

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2 0세기 초 전세계적으로 독감이 유행했는데 원인 병원체는 1930년대 가서야 발견이 되었다. 영국의 스미스(Wilson Smith) 등이 독감환자의 콧물에서 흰담비(ferret)을 이용하여 인플루엔자 A 바이러스를 분리해냈다. 1941년 미국의 허스트(George K Hirst)가 인플루엔자 바이러스를 적혈구가 담긴 영상 4도의 시험관에 넣었을 때 적혈구가 엉기는(agglutination) 것과 이러한 응집이 바이러스 표면의 당단백(glycoprotein)에 의한 것임을 발견하였다. 허스트는 응집반응과 환자혈청을 이용하여 환자 검체중의 바이러스 농도를 측정하는 방법(hemagglutination assay)도 확립하였다. 이후 독일의 고착(Alfred Gottschalk)은 헤마글루티닌이 부착하는 부위가 숙주세포 표면 당단백의 시알산(sialic acid)이며, 바이러스가 숙주세포에서 발아(budding)하여 나갈 때 바이러스의 또다른 효소인 뉴라미니다제(neuraminidase)가 시알산을 제거하는 역할을 하는 것을 발견하였다.

인플루엔자 바이러스가 숙주세포에 흡착할 때 헤마글루티닌이 작용하고 증식 후 발아하여 숙주세포를 떠날 때 뉴라미니다제가 작용한다. (그림: 김서영/서울대)

헤마글루티닌은 적혈구를 응집시키는 성질도 있지만 환자의 면역계를 자극하는 면역원으로 작용하여 환자의 혈액에서 중화항체(neutralizing antibody)를 만들어내어 인플루엔자 바이러스를 제거하게 된다. 이러한 과정을 모방하여 백신을 개발하는데 WHO에서 지속적으로 인플루엔자 유행 감시를 하면서 이전 절기에 가장 흔하게 분리된 아형(subtype)을 기초로 3가(A형 항원 아형 2개+B형 항원 아형1개) 또는 4가 백신(A형 항원 아형2개+B형 항원 아형 2개)을 디자인하게 된다. 백신은 2가지 유형이 있는데, 약독화백신(live attenuated)은 바이러스를 통째로 사용하되 바이러스의 독성(virulence)을 약화시킨 제제이고, 불활성화(inactivated) 백신은 면역원성과 관련된 헤마글루티닌과 뉴라미니다제 만으로 구성되는(split 또는 subunit) 제제로 보통 불활성화 백신이 많이 사용된다. 한편, A형 인플루엔자는 항원성이 변하는(antigenic drift 또는 shift) 특성이 있어 예측과 맞지 않을 때가(antigenic mismatch) 있다. 이러한 문제와 관련하여 새로운 개념의 백신연구가 진행중인데 헤마글루티닌의 구조는 크게 두부분으로 나뉜다. 머리(head)와 줄기(stem or stalk)로 구성되는데 줄기부분은 항원성이 변하지 않고 머리부분은 변종이 되면 바뀌게 된다. 이러한 성질 때문에 다양한 아종(subtype)이 존재하는데 현재까지 18개의 헤마글루티닌(H1-H18)이 발견되었고 크게는 그룹1과 그룹2로 분류된다. 연구중인 새로운 개념의 백신은 헤마글루티닌의 머리부분을 타겟으로 하는 것이 아니라 항원성은 머리부분보다 약하지만 변치 않는 줄기부분을 타겟으로 한다. 백신제조시 머리부분이 없거나 아주 일부분만 존재하고 대부분은 줄기만 있기 때문에 미니 헤마글루티닌 백신(mini-HA)이라 불린다.

헤마글루티닌은 항원성이 변하는 머리(head)와 고정된 줄기(stalk)로 구성되는데 새로이 연구 중인 백신은 줄기를 타겟으로 하고 있다. ()

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김우진/제주한라병원

윤상선/연세대학교