가천대 길병원은 유전체의과학연구소장 조성범 교수와 흉부외과 손국희 교수, 국립보건연구원 신종바이러스연구센터 연구팀이 에크모(체외막산소공급·ECMO) 치료를 받는 코로나19 중증 환자의 생존 가능성을 혈액검사로 예측할 수 있는 '전사체 바이오마커'를 세계 최초로 발견했다고 9일 밝혔다.
에크모는 심장이나 폐가 제 역할을 못 할 때 피를 몸 밖으로 빼내 산소를 공급한 뒤 다시 몸속으로 돌려보내는 장치로, 생명을 유지하는 마지막 수단으로 꼽힌다. 전사체는 혈액 속 세포에서 유전자가 얼마나 활발히 작동하는지 보여주는 정보이고, 바이오마커는 몸 상태를 가늠하는 생체 지표다. 병원은 그동안 코로나19 진단과 중증도를 파악하는 바이오마커는 다수 보고됐지만 에크모 치료를 받는 최중증 환자의 생존 예후를 특정해 예측하는 유전체 마커는 없었다고 설명했다.
연구는 2021년부터 질병관리청과 대한심장혈관흉부외과학회 주도로 구축된 전국 13개 병원의 코로나19 환자 자료를 활용했다. 연구진은 코로나19로 중증 급성호흡기증후군이 생겨 에크모 치료를 받은 만 19세 이상 환자의 유전자 발현 데이터를 정밀 분석해 생존을 예측하는 분자 지표와 면역 기전을 찾아냈다.
연구진은 여러 자료를 통합해 분석하는 메타분석으로 생존 그룹과 비생존 그룹 사이 발현 차이가 뚜렷한 'SHROOM1'과 'TKTL1' 등 310개 주요 유전자를 발굴했다. 또 바이러스와 싸우는 면역세포인 T세포와 관련된 면역 경로가 환자의 생사와 유의한 연관이 있는 핵심 기전임을 확인했다.
예측 모델의 성능은 AUC라는 지표로 비교했다. AUC는 1에 가까울수록 예측이 정확하다는 뜻이다. 임상 정보만 이용한 예측 모델은 0.79였지만, 발굴한 유전자의 발현 자료를 이용한 인공지능 예측 모델은 0.93~1.00으로 더 뛰어난 성능을 보였다. 발굴한 310개 바이오마커 유전자는 공개된 다른 코로나19 환자의 전사체 자료에서도 높은 유효성과 예측 능력을 일관되게 입증했다.
연구 결과는 국제 학술지 Genes & Diseases(유전자와 질병) 최신호에 게재됐다.
병원은 에크모라는 고난도 정밀 치료가 필요한 중증 감염병 환자에게서 혈액 기반 전사체 분석으로 예후를 미리 파악할 수 있는 정밀의료 기반을 마련했다는 점에서 학술적·임상적 의의가 크다고 설명했다.
연구진은 "T세포 면역 반응이 중증 코로나19 환자의 ECMO 치료 예후를 판단할 수 있는 주된 요인임을 밝혀냈다"며 "이번에 규명한 전사체 바이오마커는 향후 유사한 호흡기 감염병 팬데믹 상황에서 중증 환자에 대한 맞춤형 치료법 결정에 핵심적인 지표로 활용될 것"이라고 강조했다.
