중증열성혈소판감소증후군 바이러스의 전파 및 진드기 침샘 추출물이 병원성에 미치는 영향 연구 = Investigation of Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus transmission and the effects of tick salivary gland extract on its pathogenicity

국문 초록 (Abstract)

중증열성혈소판감소증후군(severe fever with thrombocytopenia syndrome, SFTS)은 진드기를 매개로 전파되는 고병원성 바이러스 질환으로, 높은 치사율과 효과적인 치료법의 부재로 인해 공중보건학적으로 중대한 위협이 되고 있다. 최근 일부 사례에서는 진드기를 매개로 하지 않은 숙주 간 직접 감염이 보고되면서, SFTS 바이러스(severe fever with thrombocytopenia syndrome virus, SFTSV)의 전파 양상에 대한 이해를 추가로 입증할 필요성이 제기되고 있다. 한편, 자연 감염 상황에서는 SFTSV 가 진드기 물림을 통해 체내에 유입되며, 이 과정에서 함께 전달되는 진드기 침샘 성분이 SFTSV 의 병원성에 미치는 영향은 아직 충분히 규명되지 않았다.
본 연구에서는 SFTSV 의 숙주 간 전파 가능성과 진드기 침샘 추출물(salivary gland extract, SGE) 처리에 따른 병원성 변화를 평가하고, 이에 수반되는 숙주 면역 반응 양상을 분석하고자 하였다. 이를 위해 type I 인터페론 신호가 억제된 마우스 모델을 활용하여 SFTSV 의 감염성과 질병 경과를 분석하였다.
숙주 간 전파 가능성을 평가하기 위해 wild-type 마우스(WT)와 인터페론 수용체 차단 항체 주입 마우스(IFNAR Ab), 및 인터페론 수용체 유전자 결손 마우스(IFNAR KO)를 SFTSV 에 감염시킨 뒤, 이들을 서로 다른 면역 상태를 가진 비감염 개체와 공용 사육하였다. 그 결과 IFNAR Ab 마우스와 IFNAR KO 마우스는 WT 마우스에 비해 SFTSV 에 대한 감수성이 높았으며, 공용 사육된 개체의 체중 감소와 혈청, 체외 분비물 및 여러 장기에서의 바이러스 항원 검출을 통해 이들로부터의 전파 가능성 또한 유의하게 증가함이 확인되었다. 조직병리학적 검사에서는 WT 마우스를 제외한 대부분의 공용 사육 마우스에서 비장 백색 속질 소모가 관찰되었고, 특히 IFNAR KO 마우스에서는 중증의 임상 증상과 뚜렷한 조직병리학적 병변이 동반되어, 진드기와 같은 매개체가 없는 조건에서도 숙주 간 직접 전파가 일어남을 보여주었다. 이러한 결과를 바탕으로, IFNAR Ab 처리 마우스는 SFTSV 를 효과적으로 확산시키는 전파자(spreader)로, IFNAR KO 마우스는 감수성이 높은 수여자(recipient)로 기능함을 제시하였으며, 본 연구는 숙주 간 직접 전파 모델에서 전파자와 수여자 구성을 규명하였다는 점에서 의의가 있다.
또한, SGE 가 면역억제 조건에서 SFTSV 감염의 질병 중증도, 바이러스 복제, 및 숙주 면역반응에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 인터페론 수용체 차단 항체 주입에 의해 면역이 억제된 마우스 모델에서, SFTSV 단독 접종군과 SFTSV 와 SGE 를 동시 접종한 병용 접종군 간의 임상 경과, 바이러스 부하 및 조직병리학적 변화를 비교하였다. 그 결과 병용 접종군에서 체중 감소가 더 뚜렷하고, 바이러스 RNA 수준이 높으며, 응고괴사를 포함한 간 병변과 뚜렷한 백색 속질 위축을 동반한 비장 병변 등 간과 비장에서의 조직병리학적 병변이 더 심하게 나타났다. 유세포분석 및 면역형광 분석에서는 병용 접종군에서 비장 CD3⁺ T 세포 집단이 초기 시점부터 감소하는 양상이 확인되었다. 또한, SGE 의 면역 조절 효과를 평가하기위해 SGE 만 단독 투여한 후 액와 림프절에서 수행한 전사체 분석에서는 퍼옥시좀 증식인자 활성화 수용체(peroxisome proliferator-activated receptor, PPAR) 신호전달 경로 관련 유전자들의 하향 조절과 사이토카인–사이토카인 수용체 상호작용 경로의 이상 조절 양상이 관찰되었다. 단백질 수준 분석에서는 조직 특이적인 extracellular signal‑regulated kinase 1/2(ERK1/2, 세포외 신호 조절 키나아제 1/2) 인산화 변화가 확인되어, SGE 처리 하에서 ERK 신호전달 역시 교란됨을 시사하였다. 이러한 결과는 SGE 가 T 세포 반응 저하 및 면역 대사 신호의 변화를 특징으로 하는 비정상적인 면역 환경을 조성함으로써 SFTSV 감염 초기 병원성을 악화시키며, 매개체 유래 인자가 SFTS 질병 진행에 기여함을 보여준다.
이상의 결과는 SFTSV 의 전파와 병원성 양상이 숙주의 면역 상태에 따라 크게 달라질 수 있으며, 특히 진드기와 같은 매개체가 없는 조건에서도 면역이 억제된 개체를 매개로 숙주 간 직접 전파가 일어날
수 있음을 보여준다. 또한 자연감염 상황에서 함께 유입되는 진드기 침샘 성분이 T 세포 반응 등 숙주 면역 및 면역대사 신호를 조절함으로써 질병 경과와 초기 병원성을 실질적으로 악화시킬 수 있음을 시사한다. 본 연구는 숙주 간 직접 전파 모델에서 전파자와 수여자 구성을 규명하고, 진드기 침샘 추출물이 매개체 유래 면역조절 인자로서 SFTSV 의 전파성과 병원성 기전에 기여함을 제시하였다. 그러므로 본 연구를 통해 향후 백신 및 치료 전략 수립 시 진드기 침샘과 같은 숙주 면역에 영향을 미치는 요소를 고려해야 할 필요성을 제기하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER 1: Background and overview 2
• Introduction 2
• Taxonomy and epidemiological history of Severe Fever with Thrombocytopenia Syndrome 2
• Structural features of SFTSV 5
• Clinical manifestations of SFTS 7
• Host susceptibility to SFTSV 8
• Histopathological characteristics of SFTSV infection 11
• Host cell binding and entry mechanisms of SFTSV 15
• Replication strategy of SFTSV 19
• Assembly and budding pathway of SFTSV 23
• Diagnosis and current therapeutic strategies for SFTS 26
• Transmission of SFTSV 30
• Immunomodulatory effects of tick salivary proteins in SFTSV infection 32
• Immune evasion mechanisms of SFTSV 36
• Biological Functions and Signaling Pathways of Type I IFN 39
• Dysregulated Type I IFN Responses in Disease and Therapy 42
• Aim of the study 44
• References 46
• CHAPTER 2: Difference in intraspecies transmissibility of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus depending on abrogating Type 1 Interferon signaling in mice 63
• Abstract 63
• Introduction 65
• Materials and Methods 68
• Ethics and Biosafety 68
• Cell culture and Viruses 68
• Infection of animals and sample collection 69
• Experimental design 70
• Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) for detection of SFTSV RNA 71
• Microscopic observation 71
• Statistical analysis 72
• Results 74
• Confirmation of SFTSV transmission capability from WT mice to immunocompromised mice 74
• Higher SFTSV transmissibility in IFNAR KO mice than in WT mice 75
• Higher SFTSV susceptibility in IFNAR KO than in WT mice 77
• Discussion 81
• References 87
• APPENDIX 98
• CHAPTER 3: Effects of tick salivary gland extract on pathogenicity of severe fever with thrombocytopenia syndrome in mice suppressing type 1 interferon signaling 113
• Abstract 113
• Introduction 115
• Materials and Methods 119
• Animals 119
• Tick and SGE 119
• Virus preparation and infection 121
• Animal inoculation and tissue collection 121
• Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) for detection of SFTSV RNA 124
• Microscopic observation 124
• Flow cytometric analysis 126
• Transcriptomic analysis in lymph node samples 128
• Western blot 129
• Ethics and biosafety 130
• Statistical analysis 130
• Results 132
• SGE coinoculation increases disease severity and viral loads in SFTSVinfected mice 132
• SGE coinoculation aggravates multiorgan histopathologic lesions and enhances splenic SFTSV antigen positivity 133
• SGE coinoculation is associated with greater clinical severity and higher SFTSV viral loads during 13 dpi 135
• SGE coinoculation aggravates early hepatic and splenic histopathologic lesions and enhances splenic SFTSV antigen positivity at 13 dpi 136
• SGE coinoculation reduces splenic T-cell populations at 13 dpi of SFTSV infection 137
• SGE induces immunoregulatory and metabolic dysregulation and disrupts tissuespecific ERK signaling 139
• ERK activation does not substantially ameliorate SGE-associated enhancement of SFTSV pathogenicity under immunosuppressive conditions 143
• Discussion 145
• References 158
• APPENDIX 171
• ABSTRACT (Korean) 209