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COVID-19: 병태생리학

COVID-19 참고 자료 홈페이지 
기고자: Matthew E. Levison, MD, Adjunct Professor of Medicine, Drexel University College of Medicine

2021년 2월 15일

 

SARS-CoV-2 숙주 세포 수용체

 

SARS-CoV-2 바이러스 표면은 다수의 스파이크 단백질로 덮여 있으며, 이는 바이러스가 숙주 세포에 침입하는 데 필요하다. 각 스파이크 단백질은 두 개의 아단위, 즉 S1과 S2로 구성되어 있다. 스파이크 단백질 끝부분에 있는 S1 아단위에는 숙주 세포 수용체인 앤지오텐신 전환효소 2(ACE2)에 결합하는 수용체 결합 영역(RBD)이 있고, 스파이크 줄기에 위치한 S2 아단위는 바이러스 침입에 필요한 바이러스-숙주 세포막 융합을 매개한다(1). 막 융합이 발생하기 위해, S1과 S2 아단위는 막횡단 프로테아제 세린 2(TMPRSS2—1)에 의해 쪼개져 열려야 한다.

2000년 처음 확인된 ACE2는 숙주 세포 표면에 부착된 효소로, SARS-CoV-2의 진입 지점이다. ACE2는 전신에 광범위하게 분포하고 코점막 상피세포, 폐포 상피세포, 소장 장세포에 풍부하게 발현된다. ACE2는 또한 전신 기관들의 혈관상 내피와 연구된 다수의 기관들의 동맥 평활근 세포에도 발현된다. 신장에서는 ACE2가 근위세관의 꼭대기 솔가장자리와 사구체 발세포에 발현되나, 내피세포에는 발현되지 않는다(2). 전신에 ACE2 수용체의 광범위한 분포로 인해 COVID-19가 다기관계에 영향을 미칠 가능성이 높다.

 

ACE2는 옥타펩티드 앤지오텐신 II(AngII, 혈관수축제)가 헵타펩티드 앤지오텐신 1–7(Ang1-7, 혈관확장제)로 가수분해 되도록 촉진시킴으로써 레닌-앤지오텐신 계통을 조절한다. Ang 1-7은 또한 Ang II가 IL-6과 같은 전염증성 사이토카인 생성을 자극하는 것을 방해한다. ACE2는 폐, 심혈관계, 다른 기관들에서 보호 기능을 제공하는 것으로 나타났으며, 급성 호흡 곤란 증후군 치료제를 위한 임상시험들에서 평가되었다. 숙주 세포 감염 후 ACE2가 고갈되는 경우, Ang II의 전염증성 자극과 그로 인한 폐와 다른 기관들에 대한 손상은 방해를 받지 않게 된다(3).

 

내피의 바이러스 감염은 내피세포를 손상시켜, 전염증성 사이토카인 분비와 폐, 심장, 간의 미세순환 기능장애를 촉발한다. 이로 인해 미세혈관 혈전증을 야기하는 응고항진 상태가 발생하는 것으로 생각된다. 폐에서 발생하는 경우, 미세혈관 혈전증은 산소 교환을 방해할 수 있으며, 정맥에서 발생하는 경우 심부 정맥 혈전증과 폐색전증을 초래하고 동맥에서 허혈성 뇌졸중, 사지 허혈, 심근경색을 초래할 수 있다(4). 과도한 출혈이 COVID-19 환자들에게서 발생할 수 있으나, 응고 문제보다 훨씬 덜 흔하다.

 

SARS-CoV-2 스파이크-단백질 결합 부위의 유전자 변이, 다른 조직들에서 ACE2 발현 수준과 발현 패턴의 차이가 SARS-CoV-2 감염의 숙주 취약성, 증상, 결과에서의 차이를 초래하는 유전적 토대를 제공할 수 있다(5, 6). 또한 ACE2 발현은 연령에 따라 상이한 것으로 나타났다. 천식 환자들의 연구에서, 코 상피의 ACE2 발현은 10~60세의 나이든 아동과 성인 참여자들보다 어린 아동들(4~9세)에게서 더 낮은 것으로 나타났으며, 성별과 천식에 대해 조정한 후 ACE2 발현은 각 후속 연령군, 즉 나이든 아동(10~17세), 젊은 성인(18~24세), ≥ 25세 성인들에게서 더 높았다(7). 성인과 비교해 어린 아동들에게서 보다 낮은 ACE2 발현은 COVID-19가 어린 아동들에게서 덜 일반적이고 임상 증상이 덜 중증이며(8), 전파 빈도가 보다 적은(9) 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있다.

 

 

참고자료

 

1. Huang Y Yang C, Xu X-F, et al: Structural and functional properties of SARS-CoV-2 spike protein: potential antiviral drug development for COVID-19. Acta Pharmacologica Sinica 41: 1141-1149, 2020. doi10.1038/s41401-020-0485-4 https://www.nature.com/articles/s41401-020-0485-4

2. Su H, Yang M, Wan C, et al: Renal histopathological analysis of 26 postmortem findings of patients with COVID-19 in China. Kidney International 98(1):P219-227, 2020. https://www.kidney-international.org/article/S0085-2538(20)30369-0/fulltext

3. Liu M, Shi P, Sumners C: Direct anti-inflammatory effects of angiotensin-(1-7) on microglia. Journal of Neurochemistry 136:163-171, 2016. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4688174/

4. Lowenstein CJ, Solomon SD: Severe COVID-19 is a microvascular disease. Circulation 142: 1609-1611, 2020. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.050354 https://www.ahajournals.org/doi/pdf/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.050354

5. Stawiski E, Diwanji D, Suryamohan K, et al: Human ACE2 receptor polymorphisms predict SARS-CoV-2 susceptibility. [인쇄전] bioRxiv 2020년 4월 10일 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.07.024752v1

6. Cao Y, Li L, Feng Z, et al: Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations. Cell Discovery 6, 11, 2020. 2020년 2월 24일. https://www.nature.com/articles/s41421-020-0147-1

7. Bunyavanich S, Do A, Vicencio A: Nasal gene expression of angiotensin-converting enzyme 2 in children and adults. JAMA 323(23):2427–2429, 2020. doi:10.1001/jama.2020.8707https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2766524

8. Dong Y, Mo X, Hu Y, et al: Epidemiology of COVID-19 among children in China. Pediatrics 145 (6): e20200702, 2020. https://pediatrics.aappublications.org/content/145/6/e20200702

9. Park YJ, Choe YJ, Park O, et al: Contact tracing during coronavirus disease outbreak, South Korea 2020. Emerging Infectious Diseases 2020년 10월 [조기 발표] 2020년 7월 16일. 2020년 7월 23일 접속. https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/26/10/20-1315-t2

 

 

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