공동 연구팀,  T세포의 특성을 모두 지니는 NK 유사 T 세포를 간에서 발견

인체의 면역 반응을 새로운 시각에서 연구 가능 계기 마련

바이러스 감염 뿐만 아니라 체내 항상성 유지 관련 후속연구로 발전

사진 왼쪽부터 KAIST 의과학대학원 신의철 교수, KAIST 의과학대학원 박수형 교수 , 연세대학교 의과대학 주동진 교수, 연세대학교 의과대학 박준용 교수

인체에 세균이나 바이러스 같은 병원성 미생물이 침입하면 먼저 선천면역이 작동한다. 선천면역은 신속하게 작동하는 장점이 있지만, 병원성 미생물의 종류를 구분하지 못하고 기억면역을 형성하지 못하는 단점이 있다. 한편 감염 후 4~5일 후부터는 적응면역이 서서히 작동한다. 적응면역은 느리게 활성화되는 대신 각각의 병원성 미생물을 구분하는 능력이 있고 회복 후에는 기억 면역 세포를 만들어 같은 미생물이 재침입하였을 때 재빠른 반응을 할 수 있다.

KAIST는 의과학대학원 신의철 교수 연구팀이 KAIST 의과학대학원 박수형 교수, 연세대학교 의과대학 주동진, 박준용 교수팀과 공동 연구를 통해 선천면역과 적응면역의 특성을 모두 지니는 새로운 유형의 `NK 유사 T 세포'를 간에서 발견하고 그 작용 특성을 규명했다고 8일 밝혔다.

이번 연구는, 그동안 면역학의 영역에서 이분법적으로 나눠져 있던 선천면역과 적응면역의 경계에서 작동하는 새로운 면역세포를 발견하고 그 특성을 밝힘으로써 인체의 면역 반응을 새로운 시각에서 바라볼 수 있게 했다는 점에서 큰 의의가 있다.

KAIST 의과학대학원 고준영 박사, 나민석 박사, 최승진 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 간장(肝腸)학 분야의 최고 국제 학술지 `간장학 저널(Journal of Hepatology)' 5월 26일 字 온라인판에 게재됐다 (논문명: Identification of a distinct NK-like hepatic T-cell population activated by NKG2C in a TCR-independent manner).

바이러스 감염 시에는 바이러스에 감염된 세포를 제거하는 기능에 특화된 면역세포들이 중요한 역할을 하는데, 이들 중 NK 세포(자연살해 세포)는 선천면역, T 세포는 적응면역의 특성이 있는 대표적인 면역 세포다. 이 2가지 면역 세포는 바이러스에 감염된 세포를 인식하는 방식도 달라, T 세포는 바이러스 단백질 조각을 항원으로 감지하는 반면, NK 세포는 스트레스 분자 발현이 증가한 것을 통해 바이러스 감염 세포를 감지한다.

□ 그림 설명연구팀은 단일세포 전사체 분석 기법을 활용하여 간장(liver) 내 면역세포들을 세밀하게 분석하였고, 그 결과로 선천면역과 적응면역의 특성을 모두 지니는 새로운 유형의 NK 유사 T 세포를 간에서 발견하고 그 작용 특성을 규명하였다. 이번에 연구팀이 새롭게 발견한 NK 유사 T 세포는 T 세포 수용체를 통해 바이러스 단백질 항원을 인식하는 대신에 NK 세포 수용체의 일종인 NKG2C를 통해 비정상 세포들을 감지하고 제거할 수 있다. 이러한 NK 유사 T 세포가 바이러스 감염 등의 각종 질환에서 어떤 역할을 하는지는 아직 분명하지 않지만, NK 유사 T 세포는 체내에서 감염뿐만 아니라 각종 원인에 의해 비정상적으로 변한 세포들을 선택적으로 제거하여 체내 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 할 것으로 추정되고 있다.

지금까지 면역학계에서는 이렇게 NK 세포와 T 세포를 명확히 구분되는 면역 세포로서 나누어 연구를 진행해 왔는데, 연구팀은 이번 연구를 통해 NK 세포와 T 세포의 특성을 모두 지니는 `NK 유사 T 세포'를 새롭게 발견한 것이다. 그리고 이러한 NK 유사 T 세포는 T 세포 수용체를 통해 바이러스 단백질 항원을 인식하는 대신에 NK 세포 수용체인 `NKG2C'를 통해 비정상 세포들을 감지하고 제거할 수 있다는 사실을 발견했다.

연구팀은 이번 연구에서 간에 존재하는 면역세포를 주로 분석했는데, 간은 면역학적으로 특이한 장기로 여겨지고 있다. 소장이나 대장으로부터 들어오는 혈액은 전신 순환계에 합류하기 전에 간을 먼저 지나게 된다. 이 과정에서 장으로부터 들어온 많은 외부 물질이나 병원성 미생물들은 간에서 걸러지게 되어, 간은 면역학적 1차 관문의 역할을 하게 된다. 한편 간은 면역학적 관용을 나타내는 장기로도 잘 알려져, 병원성 미생물에 대한 과도한 면역 반응을 조절하기도 한다. 연구팀은 이처럼 복잡하고 정교하게 조절되는 간의 면역학적 특성을 상세히 분석하기 위해 단일세포 전사체 분석이라는 최신 연구기법을 적용해 분석한 결과, 간 내에서 선천면역과 적응면역의 특성을 모두 지니는 NK 유사 T 세포를 발견했다. 그리고 B형간염 바이러스에 의한 만성 간 질환을 앓는 환자의 간에서는 이러한 NK 유사 T 세포의 수가 증가해 있는 것도 발견했다.

연구팀이 이번에 새롭게 발견한 NK 유사 T 세포가 바이러스 감염 등의 각종 질환에서 어떤 역할을 하는지는 아직 분명하지 않다. 현재 연구팀은 NK 유사 T 세포가 체내에서 감염뿐만 아니라 각종 원인에 의해 비정상적으로 변한 세포들을 선택적으로 제거해 체내 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 가설을 가지고 후속 연구를 활발히 진행하고 있다. 한편, 미국 스탠퍼드 의대의 마크 데이비스 교수 연구팀이 최근 NK 수용체를 발현하는 T 세포는 다른 면역세포의 기능을 억제한다는 논문을 사이언스지에 발표함에 따라, 연구팀은 이번에 발견한 NK 유사 T 세포가 체내 상황에 따라 면역억제 기능을 수행하는지에 대한 분석도 진행하고 있다.

이번 연구 결과는 연세의대 세브란스병원 외과 및 내과 연구팀과 KAIST 의과학대학원이 간의 면역학적 특성을 규명하기 위해 수행한 협동 연구의 성과로서, 중개 연구(translational research)를 통해 인간 면역학을 새롭게 이해하는 계기를 마련했다는 평가를 받는다.

KAIST 의과학대학원 신의철 교수는 "최신 연구 방법인 단일세포 전사체 분석 기술을 이용해 복잡한 간장 내 면역세포들을 상세히 분석할 수 있었고, 그 결과로 새로운 유형의 면역 세포인 NK 유사 T 세포를 발견하게 된 중요한 연구ˮ라며 "앞으로 NK 유사 T 세포의 생리 및 병리적 기능을 밝히는 연구를 지속하겠다ˮ라고 말했다.

□ 연구개요

KAIST 의과학대학원 면역학 연구팀은 연세의대 임상 연구팀과의 협동 중개 연구(translational research)를 통하여, 선천면역과 적응면역의 경계에서 활동하는 새로운 유형의 NK 유사 T 세포를 발견하여 보고하였다.

간장(liver) 내 복잡한 면역시스템의 지형도를 단일세포 전사체 분석이라는 최신 연구기법을 통하여 자세히 기술하고, 그 결과로 기존에 알지 못했던 새로운 종류의 면역 세포군을 밝혀낸 것이 이번 발견의 핵심이다.

인체의 바이러스 감염 시에는 바이러스에 감염된 세포를 제거하는 기능을 가진 면역세포들이 중요한 역할을 하는데, 이들 중 NK 세포는 선천면역, T 세포는 적응면역의 특성을 보이는 대표적인 면역 세포다. 이 2가지 면역 세포는 바이러스에 감염된 세포를 인식하는 방식도 달라, T 세포는 바이러스 단백질 조각을 항원으로 감지하는 반면 NK 세포는 스트레스 분자 발현이 증가한 것을 통해 바이러스 감염 세포를 감지한다.

지금까지 면역학계에서는 이렇게 NK 세포와 T 세포가 명확히 구분되는 것으로 알려져 있었는데, 연구팀은 이번 연구를 통해 NK 세포와 T 세포의 특성을 모두 지니는 NK 유사 T 세포를 새롭게 발견한 것이다. 그리고 이러한 NK 유사 T 세포는 T 세포 수용체를 통해 바이러스 단백질 항원을 인식하는 대신에 NK 세포 수용체인 NKG2C를 통해 비정상 세포들을 인지하고 제거할 수 있다는 사실을 발견하였다.

이번 연구는, 그동안 면역학의 영역에서 이분법적으로 나누어져 있던 선천면역과 적응면역의 경계에서 작동하는 새로운 유형의 NK 유사 T 세포를 발견하고 그 특성을 밝힘으로써 인체의 면역 반응을 새로운 시각에서 바라볼 수 있게 하였다는 점에서 큰 의의가 있다.

연구팀이 이번에 새롭게 발견한 NK 유사 T 세포가 바이러스 감염 등의 각종 질환에서 어떤 역할을 하는지는 아직 분명하지 않다. 현재 연구팀은 NK 유사 T 세포가 체내에서 감염뿐만 아니라 각종 원인에 의해 비정상적으로 변한 세포들을 선택적으로 제거하여 체내 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 가설을 가지고 후속 연구를 활발히 진행하고 있다.

□ 용어설명

1. 단일세포 전사체 분석

단일세포 전사체 분석이란 세포 집단으로부터 하나하나의 세포들을 분리하여 극미량의 RNA 유전자를 증폭하고 차세대염기서열 분석법으로 시퀀싱 하여 해당 세포의 유전자 발현량을 분석하는 기술이다. 다양한 세포들이 섞여 있는 환자 조직이나 혈액의 유전자 발현량을 동시에 분석하는 기존 분석 방식과 달리 다양한 세포 각각의 유전자 발현량을 정량화할 수 있다. 본 연구에서는 수만 개의 세포 하나하나를 동시에 시퀀싱 하여 개별 세포들의 유전자발현을 분석하여 면역 세포의 다양한 특성을 심도 있게 연구하는 데 이용되었다.

2. T 세포 (T cell)

바이러스에 감염된 세포나 암세포를 직접 죽여 제거하는 기능을 가진 면역 세포다. 일반 세포들이 바이러스에 감염되면, T 세포는 바이러스에 감염된 세포에서 발현된 바이러스 단백질 조각을 T 세포 수용체를 통해 항원으로 인식한 후 활성화된다. 활성화된 T세포들은 감염 세포를 제거한 후 기억 T 세포로 분화한다. 이후 동일 바이러스에 감염되면 기억 T세포들은 빠르고 강한 반응을 나타내 바이러스 감염을 신속히 제어하게 된다.

3. NK 세포 (NK cell)

선천면역 반응을 담당하는 주된 면역 세포로, 바이러스 감염세포나 암세포 등의 비정상 세포를 감지하고 즉각적으로 제거하는 기능을 가진 면역 세포다. NK 세포는 스트레스 분자 발현이 증가한 비정상 세포나 바이러스 감염 세포를 NKG2C와 같은 NK 수용체를 통해 감지하고 제거할 수 있다.

4. <간장학 저널(Journal of Hepatology)>

유럽 간(肝) 학회(European Association for the Study of the Liver)에서 발행하는 학술지인 <간장학 저널(Journal of Hepatology)>은 간장학(Hepatology) 분야에서 가장 권위 있는 학술지로, impact factor는 25.083이다.

KAIST 홍보실 제공