백신

매년 수 많은 사람들의 목숨을 앗아가는 말라리아, 에이즈, 폐결핵 등 감염성 질병에 대한 예방 및 치료를 위해서 보다 안전성(safety)과 안정성(stability)이 높은 백신의 개발이 중요시되고 있다.

백신은 능동면역획득을 말하는데 주입된 항원에 대한 B세포와 T세포의 증식을 유도하고 궁극적으로 기억세포 형성을 유도하는 것이다.

목차

1796년 당시 의사이던 영국의 에드워드 제너(Edward Jenner)가 개발한 천연두 백신이 최초의 백신으로 인류 역사상 가장 성공한 백신이라고 할 수 있다. 에드워드 제너는 우두에 걸린 적이 있는 목동들이 천연두에 감염되지 않은 사실을 관찰하여 천연두 예방을 위해 우두바이러스를 이용했으며 이후 천연두 환자가 크게 격감하는 효과를 보았다. 치사율이 40%에 달하던 천연두는 1933년 한국에서도 사라졌다고 발표되었다.

이후 프랑스의 생화학자 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)가 병원균을 약화시키거나 사멸 시킨 백신을 만들어내면서 본격적인 예방접종(vaccination)의 역사가 시작되었다.

백신(vaccine)이라는 말은 에드워드 제너가 라틴어로 암소를 의미하는 ‘바카(vacca)’를 차용하여 쓰다가 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)가 Vaccine이라고 명명하면서 사용하기 시작했다.

약독화 백신(Attenuated vaccine)

에드워드 제너(Edward Jenner)가 개발한 백신이 약독화 백신이며 살아있는 병원성 미생물을 장기간 계대배양해서 독성을 약하게 만든 백신이다. 1~2회 접종으로 평생 동안의 면역력을 획득할 수 있다. 단 약독화된 균주가 병원성을 회복해서 원래의 병원균으로 전환될 수 있는 가능성을 배제 할 수 없기 때문에 완전히 균을 불활성화 시킨 사독 백신을 사용하기도 한다. 홍역 백신, 풍진 백신, 결핵 백신 등이 약독화 백신이다. 

사독 백신(Inactivated vaccine)

사균백신, 사백신 등의 명칭으로도 불린다. 백신으로 사용될 균주를 포름알데히드나 알킬화 화합물 등으로 불활성화 시켜서 사용한다. 균주를 사멸시켰기 때문에 약독화 백신 보다 안정성이 높고 안전해서 보관과 운반이 용이하지만 면역유도성이 비교적 약하고 면역지속기간이 다른 백신에 비해서 상대적으로 짧아서 반복적인 추가 접종이 요구되기도 한다. 인플루엔자 백신, 콜레라 백신, A형 간염바이러스 백신 등이 사독 백신이다. 

톡소이드 백신(Toxoid vaccine)

병원체의 대사과정에서 만들어지는 톡신을 열을 가하거나 포르말린 처리를 해서 그 톡신의 특이적인 면역원성에는 영향을 주지 않고 독성은 제거를 한 백신이다. 파상풍 백신, 디프테리아 백신 등이 톡소이드 백신이다.  

아단위 백신(Subunit vaccine)

병원균에서 항원성을 갖는 특정 부분이나 독성 또는 분비 물질만 사용한 백신으로 약독화 백신과 사독 백신의 위험성을 방지할 수 있는 장점이 있다. 톡소이드도 아단위(subunit)에 포함되며 이외에도 협막 다당류(capsular polysaccharide), 재조합 단백질 항원(recombinant protein antigen) 등이 있다. 표적 병원체에 대한 특이 면역 형성을 유도하므로 상대적으로 부작용을 최소화할 수 있다는 장점이 있지만 생산가격이 높아진다는 단점도 있다. B형 간염 백신, 인유두종바이러스 백신 등이 아 단위 백신이다. 

유전공학 백신(Genetic engineering vaccine)

펩티드 기반 합성 백신(Peptide-based synthetic vaccine), DNA 백신, RNA 백신 등이 있다.

펩티드 기반 합성 백신은 펩티드의 대량생산이 용이하다는 장점이 있으며 펩티드만의 면역유도성이 단백질 항원에 비해 약하기 때문에 이 문제를 보완하기 위해 어쥬번트 활용 연구가 많이 이뤄지고 있다.

DNA 백신은 인공적으로 주입한 DNA가 세포 안으로 들어가고 또 핵 안으로 들어가게 되면 mRNA가 만들어지고 그에 해당되는 단백질이 만들어져서 면역반응을 유도하게 되는 것이다. DNA 백신의 가장 큰 장점은 생백신이 갖는 위험성 없이 세포독성 T세포를 유도할 수 있다는 것이다. 아울러 DNA 백신은 생산 및 저장 비용이 낮고 여러가지 병원균들의 유전자를 혼합하여 만들 수 있기 때문에 다양한 병원균에 대해 저항성을 가질 수 있게 하는 장점도 있다. 그러나 DNA 백신 접종 후 이에 대한 경과를 관찰하는 것이 거의 불가능하기 때문에 이 문제를 개선하기 위한 연구들이 더 필요하다.

RNA 백신은 genomic DNA 삽입을 요하지 않으므로 돌연변이 유도 위험이 적고 최근에는 암뿐만 아니라 인플루엔자 바이러스, 에볼라 바이러스 등 다양한 감염성 병원균에 대한 효능이 입증되고 있다.  

접종 부위

주로 근육이나 피하 접종을 하지만 독감 백신처럼 비강 점막에 접종하여 통증을 유발하는 주사 접종을 피할 수 있는 경우도 있다. 

접종 방법

백신의 종류와 환자의 연령대에 따라 예방접종 방법이 다르다. 일반적으로 1회 접종보다는 2회 또는 3회 접종 시 더 높은 효율을 보인다. A형 간염 백신의 경우 6~12개월 간격으로 2회 접종하고 B형 간염 백신이나 인유두종바이러스 백신은 3회 접종한다. 또한 파상풍 백신이나 디프테리아 백신처럼 최초 접종 후 10년마다 재접종하는 경우도 있다.

백신의 효능을 향상시키기 위하여 함께 사용하는 물질로 방부제와 어쥬번트가 있다.

방부제(Preservatives)

주로 세균, 곰팡이로부터 백신의 오염을 막기 위해 사용된다. 소독을 위해 티메로살(Thimerosal)이 많이 쓰이며 열이나 빛 같은 환경에도 잘 보존될 수 있도록 글루타민산염(Glutamate) 등이 쓰인다.

어쥬번트(Adjuvant)

어원은 도움(help)을 뜻하는 라틴어 adjuvare에서 유래되었으며 백신의 면역반응을 향상시키기 위한 면역증강제를 의미한다. 알루미늄(aluminium), 단일인산기지질A (MPLA; Monophosphoryl lipid A), 콜레라 톡신, 사포닌(saponin), 그람음성균의 내독소(endotoxin), 레시틴(lecithin) 등 많은 어쥬번트 후보물질들이 면역성을 증강시킨다는 보고가 있었으나 대부분 안전성을 확보하지 못했다.

1926년 Glenny에 의해 알루미늄 복합제의 면역증강효과가 보고된 이후 오랫동안 알루미늄만이 사람에 사용 가능한 유일한 어쥬번트였다. 어쥬번트로 사용되는 알루미늄 화합물은 인산알루미늄(AlPO₄), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 알루미늄염(aluminum salt) 등이다.

최근 들어서 MPLA (Monophosphoryl lipid A)와 펨브롤리주맙(pembrolizumab), 이필리무밥(ipilimumab), 트라스투주맙 엠탄신(trastuzumab emtansine) 등이 어쥬번트로서 미 식품의약국(FDA)에서 승인받아서 많은 연구가 이뤄지고 있다.

MPLA는 항원전달체로 작용하는 알루미늄과 달리 TLR4(Toll-like receptor 4) 작용체로 작용한다. 아울러 Pembrolizumab와 ipilimumab은 흑색종 백신 어쥬번트, trastuzumab emtansine은 유방암 백신 어쥬번트로 쓰인다.

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윤철희/서울대학교

김재욱/국제백신연구소