스탠퍼드 대학, ‘mRNA 백신의 면역세포 과잉 자극이 심근염 유발’

스탠퍼드 대학 연구진이 코로나19 mRNA 백신이 심장 손상을 일으킬 수 있는 메커니즘을 밝혀냈다. 백신이 특정 면역 세포를 활성화시키고, 이것이 다시 다른 면역 세포를 자극하는 2단계 과정을 거치면서 심장 근육 세포에 직접 손상을 입힌다.

영국에서는 2천 명 이상이 백신 접종 후 심근염이나 심낭염을 앓았으며, 특히 젊은 남성들이 취약한 것으로 나타났다. 대부분의 심장 문제는 화이자와 모더나 같은 mRNA 백신에서 발생했다. 이 백신들은 코로나 스파이크 단백질의 설계도를 세포에 전달하는 방식으로 작동하며, 빠른 변이에 신속하게 대응할 수 있어 획기적인 기술로 평가받아왔다.

mRNA 백신 관련 심근염은 드물지만 실재하는 위험이다. 1차 접종 후 약 14만 명당 1명, 2차 접종 후에는 3만 2천 명당 1명꼴로 발생한다. 30세 이하 남성에서 발생률이 가장 높아 1만 6,750명당 1명꼴이다. 증상으로는 접종 후 1~3일 이내에 흉통, 호흡곤란, 발열, 심계항진 등이 나타난다. 대부분의 환자들은 심장 근육 손상의 지표인 심장 트로포닌 수치가 높게 나타난다.

스탠퍼드 심혈관연구소의 조셉 우 소장은 “이것은 일반적인 심장마비가 아니다”라며 “혈관이 막히지 않았고, 증상이 경미하면 환자가 회복하는지 관찰만 한다”고 설명했다. 대부분 회복이 빠르고 심장 기능이 회복된다. 하지만 염증이 심각한 경우 입원이 필요하고, 드물게 사망에 이를 수 있다.

연구진은 백신 접종자들의 혈액을 분석해 심근염 환자의 혈액에서 두 가지 단백질이 높게 나타난 것을 발견했다. CXCL10과 IFN-감마라는 이 단백질들은 면역 세포들이 서로 신호를 주고받는 사이토카인이라는 물질로, 하나가 다른 하나를 자극하면서 연쇄적으로 심근염을 유발한다.

연구진은 실험실에서 대식세포라는 면역 세포를 mRNA 백신과 함께 배양했다. 대식세포는 백신에 반응해 CXCL10을 많이 생산했다. 여기에 T세포라는 또 다른 면역 세포를 추가하자 IFN-감마 생산이 크게 증가했다. 대식세포가 CXCL10을 만들고, T세포가 IFN-감마를 만드는 구조다.

쥐 실험에서도 백신 접종 후 심장 손상 지표가 높아졌고, 대식세포와 호중구라는 면역 세포들이 심장 조직으로 침투하는 모습이 관찰됐다. 이 전투적인 면역 세포들은 심장 근육에 부수적인 손상을 입힌다. 연구진은 CXCL10과 IFN-감마의 활동을 차단해 이러한 침투를 최소화할 수 있었다.

우 소장은 “신체는 바이러스를 막기 위해 이러한 사이토카인이 필요하다. 면역 반응에 필수적이지만 많이 분비되면 독성을 띤다”고 설명했다. IFN-감마는 바이러스 방어에 중요하지만 대량으로 분비되면 심근염 증상과 심장 근육 단백질 분해를 일으킬 수 있다.

연구팀은 인간 세포를 심장 근육 세포로 변환해 심장 박동을 흉내 내는 구조를 만들었다. 이 “인공 심장 조직”을 백신으로 자극된 면역 세포의 용액으로 처리하자 심장 스트레스 지표가 크게 증가했고, 억제제로 이를 회복시킬 수 있었다. 심장 박동과 기능이 손상되었지만 억제제로 부분적인 회복이 가능했다.

우 소장은 콩에서 추출한 제니스테인이라는 물질에 주목했다. 남성의 심근염 발생률이 높고 에스트로겐이 항염증 효과가 있다는 점을 고려한 선택이다. 2022년 그의 팀은 제니스테인이 항염증 활성을 가지고 혈관 손상에 대응할 수 있다고 발표한 바 있다.

연구진은 세포와 쥐를 제니스테인으로 사전 처리했다. 그 결과 mRNA 백신이 심장에 미치는 해로운 영향의 상당 부분을 예방할 수 있었다. 우 소장은 “제니스테인은 경구 복용 시 흡수가 약하다”며 “두부를 과다 복용한 사람은 없었다”고 덧붙였다. 연구진이 사용한 제니스테인은 시중 제품보다 더 순수하고 농축된 것이었다.

우 소장은 “mRNA 백신의 염증 반응이 다른 장기로 확장될 수 있다”며 “폐, 간, 신장에서도 증거가 보였다. 제니스테인이 이러한 변화도 막을 가능성이 있다”고 말했다.

연구진은 이러한 염증 반응이 mRNA 백신 기술 자체의 문제일 수 있다고 지적했다. IFN-감마 신호는 외래 RNA 분자에 대한 기본 방어 메커니즘인데, mRNA 백신이 바로 이 외래 RNA를 세포에 전달하는 방식이기 때문이다. 이는 코로나19 백신뿐 아니라 향후 개발될 다른 mRNA 백신에도 동일한 위험이 존재할 수 있음을 의미한다.

이 연구는 12월 10일 사이언스 중개의학 저널에 게재되었다. 우 소장은 “앞으로 면역 반응은 유지하면서 단기 사이토카인 방출은 줄이는 더 나은 백신을 만들 수 있을 것”이라고 전망했다.