사이토카인 폭풍

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1. 개요

사이토카인 폭풍은 사이토카인 방출 증후군의 심각한 형태이며, 과도한 면역 반응으로 인해 발생하는 증후군이다. 1993년 이식편대숙주병 관련 연구에서 처음 사용되었으며, 1918년 스페인 독감 유행 당시 사망의 주요 원인으로 추정된다. COVID-19 감염 시에도 발생하여 급성 호흡 부전 증후군(ARDS)을 유발하며 사망률을 높인다. 덱사메타손과 같은 약물 치료와 사이토카인 억제제 연구가 진행되고 있으며, 림프구 감소증, 혈소판 감소증 등이 사이토카인 폭풍의 예측 인자로 여겨진다.

사이토카인 폭풍
일반 정보
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동의어하이퍼사이토키네미아
의학 분야
분야면역학
증상 및 합병증
발병 및 지속 시간
유형, 원인 및 위험
진단 및 감별 진단
예방 및 치료
예후 및 빈도
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2. 사이토카인 폭풍과 사이토카인 방출 증후군

"사이토카인 폭풍"이라는 용어는 종종 사이토카인 방출 증후군 (CRS)과 혼용되기도 하지만, CRS의 심각한 경우나 대식세포 활성화 증후군과 같은 다른 질병의 일부로 나타날 수 있는 구별되는 증후군이다. 치료의 결과로 CRS가 발생할 경우, 증상은 치료 후 며칠 또는 몇 주 후에 지연되어 나타날 수 있다. 반면, 즉시 시작되는 급성 CRS는 사이토카인 폭풍으로 본다.

3. 연구 동향

니코틴아마이드 (비타민 B3의 한 형태)는 항염증성 사이토카인을 강력하게 억제하는 물질로 알려져 있다. 또한, 비타민 B3의 대사 과정에서 만들어지는 트리코넬린이라는 물질의 혈중 농도가 낮으면 SARS-CoV-2 감염 시 사망 위험이 높아질 수 있다는 연구 결과가 있는데, 이는 염증 단계 및 사이토카인 폭풍과 관련이 있는 것으로 보인다.

마그네슘 역시 면역 체계를 조절하여 염증성 사이토카인이 과도하게 생성되는 것을 줄이는 역할을 한다.

4. 역사

"사이토카인 폭풍"이라는 용어는 1993년 제임스 페라라가 이식편대숙주병에 관해 논의하면서 의학 문헌에 처음으로 언급되었다. 이 질환은 과도하고 자가 유지적인 사이토카인 방출의 역할이 이미 수년 동안 논의되어 온 상태였다. 이 용어는 2002년 췌장염에 관한 논의에서 다시 등장했고, 2003년에는 감염에 대한 반응을 언급하는 데 처음 사용되었다.

사이토카인 폭풍은 전 세계적으로 약 5천만 명을 사망시킨 1918년 인플루엔자 대유행 당시 건강한 젊은 성인 사망자 수가 유난히 많았던 원인으로 추정된다. 이 경우, 건강한 면역 체계는 이점이라기보다는 오히려 위험 요소였을 수 있다. 타이완의 예비 연구 결과 역시 2003년 SARS 유행 당시 많은 사망의 가능성 있는 원인으로 이를 지목했다. 조류독감 H5N1으로 인한 인간 사망 또한 일반적으로 사이토카인 폭풍과 관련이 있다. 사이토카인 폭풍은 또한 한타바이러스 폐 증후군과 관련이 있다.

2006년, 영국 노스윅 파크 병원에서 진행된 연구 결과, 테랄리주맙이라는 약물을 투여받은 자원자 6명 모두가 다발성 장기 부전, 고열, 전신 염증 반응을 보이며 위독한 상태에 빠졌다. 제약 회사를 위한 임상 시험을 진행하는 회사인 파렉셀은 테랄리주맙이 남성들이 경험한 위험한 반응인 사이토카인 폭풍을 유발할 수 있다고 주장했다.

5. COVID-19와의 관련성

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COVID-19 팬데믹 동안, 일부 의사들은 많은 사망자가 사이토카인 폭풍 때문이라고 언급했다. 사이토카인 폭풍은 COVID-19 환자에게 높은 사망률을 보이는 급성 호흡 부전 증후군 (ARDS)의 심각한 증상을 유발할 수 있다. SARS-CoV-2 바이러스는 인체의 면역 체계를 활성화시켜 다량의 사이토카인을 방출하게 하는데, 여기에는 IL-6 등이 포함된다. 이로 인해 혈관 투과성이 증가하고 체액과 혈구 세포가 폐포로 이동하여 호흡 곤란 및 호흡 부전과 같은 결과를 초래할 수 있다.

스웨덴의 카롤린스카 연구소에서 사망한 COVID-19 환자 29명의 흉수를 분석한 부검 연구 결과, 면역 체계의 과도한 자극을 보이는 여러 단백질 표지자(ADA, BTC, CA12, CAPG, CD40, CDCP1, CXCL9, ENTPD2, Flt3L, IL-6, IL-8, LRP1, OSM, PD-L1, PTN, STX8, VEGFA 등)가 유의하게 증가했음을 확인했다. 또한 동맥 및 심혈관 기관 손상을 나타내는 표지자(DPP6, EDIL3)도 발견되었다. 이러한 과도한 면역 반응과 그로 인한 조직 손상은 ARDS를 악화시키고, 결국 장기 부전이나 사망으로 이어질 수 있다. 실제로 ARDS는 COVID-19 사망의 약 70%에서 사망 원인으로 나타났다.

심각한 SARS-CoV-2 감염 사례에서는 여러 인터루킨 및 사이토카인의 혈장 수치가 매우 높아 사이토카인 폭풍의 증거를 보였다. 또한, COVID-19 환자에 대한 사후 검사에서 폐 조직 내에 대식세포 및 T 도움 세포를 포함한 염증 세포의 대량 축적이 확인되었다.

COVID-19 환자에서 사이토카인 폭풍을 조기에 인식하는 것은 회복을 위한 최상의 결과를 보장하는 데 매우 중요하며, 사이토카인 수치를 낮추기 위해 특정 사이토카인을 표적으로 하는 다양한 생물학적 제제로 치료할 수 있다. 메타 분석에 따르면 심각한 질병이 있는 환자와 없는 환자를 구별하는 명확한 패턴이 존재한다. 아래 표는 심각하거나 치명적인 COVID-19 사례의 가능한 예측 인자들을 보여준다.

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예측 인자설명
림프구 감소증혈액 내 림프구 수 감소
혈소판 감소증혈액 내 혈소판 수 감소
높은 페리틴 수치면역학적 상태를 나타내는 지표 중 하나로 간주됨. 전신 염증 반응 증후군의 조기 진단 도구 가능성.
높은 D-이량체 수치혈전 생성과 관련된 지표
높은 아스파테이트 아미노전달효소 (AST) 수치간 손상 지표
높은 젖산 탈수소효소 (LDH) 수치조직 손상 지표
높은 C-반응 단백질 (CRP) 수치염증 반응 지표. 전신 염증 반응 증후군의 조기 진단 도구 가능성.
높은 호중구 수치백혈구의 일종으로 염증 반응 시 증가
높은 프로칼시토닌 수치세균 감염 시 증가하는 경향을 보이는 지표
높은 크레아티닌 수치신장 기능 지표
높은 인터루킨-6 (IL-6) 수치면역학적 상태를 나타내는 주요 사이토카인 중 하나로 간주됨


페리틴과 IL-6는 COVID-19의 심각하고 치명적인 사례에 대한 가능한 면역학적 생체 지표로 간주된다. 페리틴과 C-반응 단백질은 COVID-19의 전신 염증 반응 증후군의 조기 진단을 위한 가능한 선별 도구일 수 있다.

심각한 COVID-19 환자에서 사이토카인 및 인터페론 수치가 증가함에 따라, 둘 다 SARS-CoV-2 치료의 잠재적 표적으로 연구되었다. 동물 실험에서 SARS-CoV-2에 대한 초기 강력한 인터페론 반응을 보이는 쥐가 생존할 가능성이 높았지만, 다른 경우에는 질병이 과도하게 활동적인 면역 체계로 진행되었다. 고령 인구에서 COVID-19의 높은 사망률은 인터페론 반응에 대한 연령의 영향과 관련이 있을 수 있다.

합성 코르티코스테로이드인 덱사메타손의 단기 사용은 COVID-19 환자에서 심각한 사이토카인 폭풍 또는 과염증 단계를 억제하여, 사이토카인 폭풍으로 유도된 염증 및 폐 손상의 심각성을 줄이는 것으로 나타났다.

임상 시험은 COVID-19 사례에서 사이토카인 폭풍의 원인을 계속 확인하고 있다. 그러한 원인 중 하나는 병원성 단핵구의 축적으로 이어지는 지연된 제1형 인터페론 반응이다. 높은 바이러스 혈증 또한 악화된 제1형 인터페론 반응 및 더 나쁜 예후와 관련이 있다. 당뇨병, 고혈압, 심혈관 질환은 모두 COVID-19 환자에서 사이토카인 폭풍의 위험 요소이다.