코로나바이러스가 심장 근육에 염증을 일으키고 심장손상을 가하는 이유가 규명됐다. 비밀은 스파이크 단백질에 숨어있었다. 25~28일 미국 시카고에서 열리고 있는 미국심장협회(AHA) 2022년 기초 심혈관 과학 세션에 발표될 미국 연구진의 발표문을 토대로 미국 건강의학 포털 ‘웹엠디’가 26일(현지시간) 보도한 내용이다
미국 마이소닉 의학연구소의 지창 린 교수 연구진은 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)의 스파이크 단백질이 염증 과정을 통해 심장근육 손상을 가져온다는 것을 밝혀냈다. 코로나바이러스는 표면에 뾰족한 돌기로 구성된 돌출부를 갖고 있다. 그 모습이 왕관을 연상시켜 라틴어로 ‘왕관’을 뜻하는 코로나라는 이름을 갖게 됐다. 스파이크 단백질은 이 왕관의 돌기 하나 하나를 말한다.
코로나19 감염의 첫 단계는 코로나바이러스가 건강한 세포로 침입하는 데서 시작한다. 이때 스파이크단백질은 세포 표면의 안지오텐신전환효소2(ACE2)로 알려진 수용체에 붙어 침입을 촉진하는 역할을 한다. 또 폐를 감염시킬 뿐 아니라 신체 곳곳에 심한 손상을 유발해 심각한 감염반응과 사망까지 유발한다.
연구진은 SARS-CoV-2의 독특한 스파이크 단백질이 심장 손상을 유발할 수 있다고 봤다. 심장 손상을 유발하지 않고 호흡기만 감염시키는 코로나바이러스의 일종인 HCoV-NL63과 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질과 역할 차이를 비교했다. 두 바이러스에 감염된 생쥐를 해부해 그 차이를 비교한 것. 그 결과 SARS-CoV-2 스파이크 단백질은 심장 근육세포에서 자연적인 면역 반응을 활성화시키고 심장을 손상시켰지만 NL63 스파이크 단백질은 그렇지 않았다는 것을 발견했다.
린 교수는 “SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 자연 면역반응을 활성화한다는 사실은 다른 코로나바이러스에 비해 독성이 높은 이유를 설명해준다”고 말했다. 인간 세포에는 병원체가 침입하면 그 패턴을 인식해 자연면역반응을 활성화하는 톨유사수용체(TLR)라는 막단백질이 존재한다. 사스-CoV-2 스파이크단백질은 다른 코로나바이러스와 달리 그 중에서 TLR4를 활성화시켜 심장기능 장애와 심장염증을 유발하는 것으로 관측됐다.
연구진은 코로나19로 사망한 환자의 심장조직도 검사했다. 그 결과 심장 근육세포와 다른 세포 유형 모두에서 SARS-CoV-2 스파이크 단백질과 TLR4 단백질을 검출했다. 이 두 단백질은 건강한 사람의 심장 조직검사에서는 발견되지 않았다. 린 교수는 "심장이 사스-CoV-2에 감염되면 TLR4 신호를 활성화한다는 것을 의미한다"고 말했다.
연구진은 실험실에서 배양한 심장세포 실험을 통해 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 심장 근육세포를 훨씬 더 크게 만든다는 것도 발견했다. 린 교수는 “우리는 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 심장 근육 세포에 독성이 있다는 직접적인 증거를 발견했다”고 밝혔다.
스파이크 단백질은 심장근육세포를 직접 손상시키는 것 외에도 그 자체에 염증이 매우 많아 간접적으로 심장질환을 일으키는 전신성 염증을 일으킬 수도 있다. 스파이크단백질이 달라붙는 세포 수용체인 ACE2는 혈압을 조절하는 중요한 효소이다. 따라서 코로나19에 걸리면 ACE2 기능 손상이 발생할 수 있다. 그러면 혈압상승으로 이어져 심장에 손상을 입히게 된다. SARS-CoV-2는 또한 다른 알려지지 않은 경로를 통해 심장을 손상시킬 수 있다.
이에 대해 린 교수는 “SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 ACE2를 손상시키지 않고도 심장을 손상시킬 수 있다는 2가지 증거를 찾았다”고 설명했다. 첫째 증거는 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 실험용 쥐의 심장을 손상시킨다는 것이다. 인간의 ACE2와 달리 생쥐의 ACE2는 SARS-CoV-2 스파이크 단백질과 상호 작용하지 않는다. 따라서 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 ACE2 기능을 방해해 심장손상을 가져오는 것이 아님이 밝혀졌다.
둘째 증거는 SARS-CoV-2와 NL63 코로나바이러스 모두 ACE2를 세포 감염 수용체로 사용하지만, SARS-CoV-2 스파이크 단백질만이 TLR4와 상호 작용해 심장 근육세포에 염증을 일으킨다는 것이다. 그는 “따라서 사스-CoV-2 스파이크 단백질은 ACE2와 상관없이 심장손상을 일으킨다고 할 수 있다”고 밝혔다.