전통적으로 인플루엔자 바이러스에 대한 중화 항체들은 배타적으로 가변 지역을 통해서만 숙주를 보호하는 것으로 생각되었다. 바이러스 감염 조절에서 항체 Fc 도메인에 의한 기여 기작은 논쟁의 여지가 있다. 미국 록펠러 대학 (The Rockefeller University)의 제프리 라베치 (Jeffrey V Ravetch) 교수 연구팀은 항체의 Fc와 그 수용체가 항-인플루엔자 항체들의 중화 기능에 기여한다고 보고했다 (Nature Medicine 온라인판). 헤마글루티닌 (hemagglutinin, HA)의 보존된 지역을 목표로 하는 5가지 광범위한 중화 단일 항체(broadly neutralizing monoclonal antibodies, bNAbs)가 치명적인 H1N1 주입에 대한 완전한 보호를 위해 항체 Fc와 IgG에 대한 Fc 수용체들 (FcgRs)의 상호작용이 필요했다. 그러나 HA의 가변 헤드 도메인에 대한 3가지 특정한 단일 항체들은 FcgR의 상호작용과 관계없이 동일하게 보호작용을 보였다. 모든 항체들이 감염을 차단했지만 유일하게 항-stalk bNAbs만 감염된 세포의 세포독성을 매개하여 FcgR에 의존적임을 보여주었다. 항-HA stalk 단일 항체로 생성된 면역 복합체들은 FcgR과 효과적으로 상호작용했지만 항-HA 헤드 면역 복합체는 그렇지 않았다. 이러한 결과는 항-HA 항체들에 의한 FcgR 부착 능력은 항원과 Fab의 상호작용에 의존한다는 것을 제안하고 있다. 연구팀은 보호기능을 자극하기 위해 FcgR 의 기능을 선택적으로 향상시키는 항-stalk bNAb를 재엔지니링한 단일항체-매개 보호 기작을 밝혀냈다. 이러한 발견은 이전에 밝혀지지 않았던 bNAbs의 특성을 보고하고 단일항체-매개 항바이러스 치료를 향상시키기 위한 새로운 접근법을 제시하고 있다.

세계적으로 인플루엔자 유행병은 상당한 질병률과 매해 250,000~500,000 명의 사망자를 기록하고 유아와 노인들의 주요한 발병률이 되고 있다. 191 8년 스페인 독감으로 인한 세계적인 유행병은 약 5 천만 명의 사망자를 기록했다. 백신은 감염을 방지하는 가장 효과적인 방법이지만 인플루엔자 백신은 대부분의 인플루엔자 면역 반응을 유도하는 면역자극적인 당 단백질인 HA의 항원적인 변화로 인해 매해 재생산되어야만 한다. 뉴라미니데이즈 (neuraminidase) 와 같은 인플루엔자 단백질에 의해 생성된 단일항체는 생체 내에서 다양한 수준의 보호를 유도할 수 있지만 HA에 대한 항체들은 생체 내의 감염을 중화시킬 수 있고 인간에서 바이러스 감염에 대한 보호와 연관되어 있다.

인플루엔자 바이러스 HA는 대부분의 항원자극적인 변형이 발생되는 면역적으로 우세한 글로벌 헤드 (globular head, HA1) 도메인과 인플루엔자 바이러스 균주 간의 상대적으로 보존된 줄기 (stalk, HA2) 도메인을 포함하는 주요한 2 도메인으로 구성되어 있다. 인플루엔자 바이러스 HA 에 대한 중화 단일 항체들은 HA의 3가지 주요한 기능을 억제하는 것으로 간주되고 있다. 첫째, 항-HA 헤드 단일항체를 이용한 연구는 이러한 항체 종류가 숙주 세포 표면에 있는 시알릭 산에 바이러스가 부착되는 것을 차단하여 바이러스가 세포 안으로 유입되는 것을 막는다는 것을 보여주고 있다. 추가적으로 항-HA 헤드 단일 항체는 감염된 세포들에서 증식된 바이러스의 분산을 차단할 수도 있다. 마지막으로 융합을 위한 펩타이드를 함유하는 지역에 붙는 항-HA stalk 단일 항체는 목표 세포와 바이러스의 융합을 차단하여 바이러스를 중화시킨다. HA 글로벌 헤드 도메인 내에서 발견되는 항원자극성의 다양성으로 인해 이 도메인을 목표로 하는 대부분의 단일 항체들은 특정한 단일 바이러스 균주만을 일반적으로 중화시킨다. 반대로 최근 연구들은 보존된 줄기 도메인을 목표로 다양한 인플루엔자 바이러스 아형들을 중화시키는 bNAbs를 기술하고 있다.

항체의 Fab에 의한 중화 에피톱의 인지는 미생물 병원체에 대한 항체-매개 중화 과정에서 핵심적이지만 FcγR 부착과 같은 Fc 매개 작용 기능에 Fab 인지를 결합시키는 것이 생체 내에서 보호 작용을 유도하는데 중요하다고 인식되고 있다. 예를 들어, 탄저균에 대해 보호적인 항원에 특정한 단일항체에 의한 바실루스 앤트락시스 (탄저균, Bacillus anthracis)에 대한 생체 내 보호를 위해서 FcγR의 관여가 절대적으로 요구된다. FcγRs에 대한 역할은 바이러스 M2 단백질과 같은 비-HA 항원을 목표로 하는 항체들에 의해 인플루엔자 바이러스 감염을 막는 생체 시험에서 밝혀졌다. 또한 H1N1 바이러스로 면역화된 생쥐에서 얻어진 면역 혈청으로 주입된 생쥐도 FcγRs에 의존적인 방식으로 보호되었다. 바이러스 세포막에 발현된 HA를 목표로 하는 bNAb에 의해 FcγRs도 생쥐 내의 보호에 기여한다. 어떻게 바이러스 합입과 융합을 차단함으로 이러한 항-HA 단일항체들이 바이러스를 중화시키는지는 명확하지 않다. 또한 HA 에 특정한 항체들이 생체 내에서 바이러스 감염에 대한 보호를 유도하는 기작도 논쟁의 여지가 있다.

FcγRs는 선천성과 적응 면역을 연결하고 조절하는 면역 시스템의 주요한 요소를 대표한다. FcγRs 시스템은 활성화와 억제 수용체를 발현하고 그들의 신호전달을 통해 염증과 면역의 반응을 조절하기 위해 적절한 균형을 유지해야 한다. 생쥐는 골수 세포와 수지상 세포들에서 낮은 친화성의 활성화 FcγRs인 FcγRIII 와 FcγRIV를 발현하고 생쥐의 조혈 세포들에서 광범위하게 발현되는 낮은 친화성의 억제 수용체인 FcγRIIB가 발현된다. 생쥐 IgG 아형들의 생물학적인 활동들은 활성화와 억제 FcγRs에 대한 친화성에 의존한다. 따라서 활성화와 억제 (activating/inhibitory (A/I) 비율은 활성화와 억제 FcγRs에 대한 IgG 아형들의 상대적인 친화성을 기반으로 각각 할당될 수 있다. IgG2a 항체들은 가장 강력한 활성화 (A/I = 69) 작용을 나타내고 활성화 FcγRs와 주로 상호작용을 하는 반면 IgG1는 빈약한 활성화 (A/I = 0.1) 작용을 나타내며 억제 수용체인 FcγRIIB와 주로 상호작용한다. 활성화와 억제 FcγRs 간의 균형은 순환하는 면역 복합체나 병원체나 세포에 부착된 항체의 생물학적인 효과를 결정한다. 유사한 FcγRs 시스템이 인간에도 존재하지만 구조, 부착 친화성과 활성화 (FcγRIIA 와 IIIA) 와 억제 (FcγRIIB) 수용체의 발현 패턴은 생쥐와는 상당한 차이점이 있다.

본 논문에서 연구팀은 H1이나 H1과 H5 인플루엔자 바이러스 모두를 중화시키는 2 개의 항-HA stalk bNAbs를 포함하는 항-HA 항체들을 이전에 기술한 바 있다. 이들 중 3 개의 항-HA stalk bNAbs는 모두 16 개의 HA 아형에 반응하고 3 개의 항-HA 헤드 항체들은 변종에 특정한 중화 능력을 보여주었다. 연구팀은 모든 생쥐의 FcγRs가 제거된 유전자 배경에 인간 FcγRs (huFcγRs)를 발현하는 생쥐 모델을 이용하여 생쥐 감염 모델에서 인간 Fc 기능의 기여도를 조사했다. 연구팀은 항- stalk bNAbs가 생체 내에서 bNAb가 매개하는 인플루엔자 바이러스 중화를 최적화시키기 위해 Fc-FcγR 상호작용이 요구됨을 관찰해 냈지만 변종에 특정한 항-HA 헤드 단일항체는 그렇지 않았다. 이러한 항-stalk bNAbs는 바이러스가 생체 내에 침입한 이후 기능을 발휘했고 항체-의존 세포성 세포독성 (antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) 반응을 강력하게 유도한 것으로 보아 이들 항체들이 생체 내에서 그들의 작용이 FcγR에 의존적임을 제안하고 있다. 항체와 그들의 수용체의 결합과 항체 작용 기능을 향상시키기 위해 IgG1 Fc를 엔지니어링하는 것은 bNAbs를 이용한 백신과 치료용 항체 치료를 포함하는 앞으로 바이러스 감염 치료제의 개발을 위해 유용한 정보를 제공하고 있다.

(그림 설명) huFc-huFcγR의 상호작용을 선택적으로 향상시킴으로써 생체 내에서 바이러스 감염을 bNAb를 통해 막을 수 있음을 보여주는 결과. (a) FcγR 인간화 생쥐를 와일드 타입 huIgG1 6F12 bNAb나 PBS로 주사한 후 PR8 바이러스를 주사하여 몸무게 변화와 생존율을 비교한 결과 (b) FcγR 인간화 생쥐를 와일드 타입 huIgG1 6F12 bNAb, GASD/ALIE 돌연변이 6F12 bNAb나 PBS로 주사한 후 PR8 바이러스를 주사하여 몸무게 변화와 생존율을 비교한 결과. 

출처 : http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/full/nm.3443.html / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-01-20