장내 미생물이 백신 효과 키워… 포스텍 세계 최초 규명

임신혁 교수팀.(주)이뮤노바이옴

임신혁 포스텍 교수

포스텍 생명과학과·융합대학원 임신혁 교수, 생명과학과 통합과정 고하은 씨 연구팀이 장내 미생물에서 만들어지는 대사산물 '부티르산(butyrate)'이 점막 면역의 핵심 세포를 활성화해 항체 생성과 점막 백신의 효과를 높인다는 사실을 세계 최초로 규명했다.

연구는 장내 환경을 조절해 백신 효능을 높일 수 있는 새로운 면역 메커니즘을 제시한 성과로, 국제 학술지인 '마이크로바이옴에 현지 기준으로 지난 21일 게재됐다.

감염병은 대부분 입이나 호흡기처럼 '점막'에서 시작된다. 이 때문에 주사 대신 먹거나 뿌리는 방식의 점막 백신이 차세대 백신으로 주목받고 있다. 하지만 점막은 외부 물질에 둔감한 특성이 있어 백신을 투여해도 충분한 면역 반응을 끌어내기 어렵다는 한계가 있었다. 연구진은 장 점막 면역 핵심 역할을 하는 T 여포 보조 T세포(이하 Tfh1) 세포)에 주목했다. Tfh 세포는 항체를 만드는 B세포를 도와 면역 반응의 방향과 강도를 결정하는 일종의 '면역 지휘관'과 같은 존재다.

연구 결과, 소장 면역 조직인 파이어패치(Peyer's patch)에서 유래한 Tfh 세포는 전신 면역을 담당하는 비장 유래 Tfh 세포보다 점막 항체인 IgA를 훨씬 강하게 생성하는 것으로 나타났다.

실제로 특정 장내 미생물을 제거한 쥐 모델에서는 Tfh 세포와 IgA 항체가 함께 감소했으나 미생물을 다시 공급하자 면역 반응이 회복됐다.

분석 결과, 이 면역 반응을 조절하는 핵심 물질은 장내 유익균이 만들어내는 대사산물 '부티르산'으로 확인됐다.

부티르산은 Tfh 세포와 항체 생성을 담당하는 B세포를 활성화하는 신호로 작용했다.

부티르산 전구체인 트리부티린(tributyrin)을 투여한 모델에서는 IgA 항체 생성이 증가하고 살모넬라 감염에 대한 방어력도 향상됐다.

연구진은 이 과정에서 부티르산이 면역세포 표면의 수용체(GPR43)를 통해 신호를 전달하며 장내 미생물&·면역세포·항체 반응을 하나로 잇는 새로운 면역 조절 축을 형성한다는 사실을 밝혀냈다.

연구는 장내 미생물과 면역세포, 항체 반응이 하나의 축으로 연결돼 작동한다는 새로운 면역 조절 메커니즘을 제시했으며 장내 환경 조절만으로 점막 백신의 효능을 높일 수 있음을 보여준다.

연구를 이끈 임신혁 교수는 "연구는 장내 미생물이 소화를 돕는 역할을 넘어 면역계 핵심 세포의 기능과 백신 반응을 직접 조절한다는 사실을 규명했다는 데 의의가 있다"며 "장내 미생물 대사산물을 활용한 차세대 점막 백신과 면역 치료 기술 개발로 이어질 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 포스텍 연구진과 임신혁 교수가 대표로 있는 (주)이뮤노바이옴과 긴밀한 산학협력을 통해 이뤄졌다.


포항=김규동 기자 korea808080@