Abstract

Laboratory-based diagnosis of Japanese encephalitis in the Republic of Korea from 2013 to 2017

Lee EunJu, Lee Hyeokjin, Choi Wooyoung, Kang Chun
Division of Viral Diseases, Center for Laboratory Control of Infectious Diseases, KCDC
Lee Joo-Yeon Division of Emerging Infectious Disease and Vector Research, Center for Infectious Diseases Research, KNIH, KCDC

Japanese encephalitis virus (JEV), a mosquito-borne zoonotic pathogen, is one of the major causes of viral encephalitis. Since 2010, the number of patients with Japanese encephalitis (JE) in the Republic of Korea has increased. This article showed the results of the laboratory-based diagnosis of JE from 2013 to 2017. Real-time reverse tranion-polymerase chain reaction, enzyme-linked immunosorbent assay, indirect immunofluorescence assay, and plaque reduction neutralization test were used to detect JEV in serum and/or cerebrospinal fluid (CSF) samples. Although most JE cases showed higher antibody titers in acute and convalescent serum samples, this study focused on investigating four unusual cases. Based on these results, if the initial sample from suspected JE patients was negative for JE IgM, the second and third samples from the same patient should be obtained to accurately diagnose of JEV infection.

Keywords : Japanese encephalitis, Japanese encephalitis virus, Enzyme-linked immunosorbent assay, Immunofluorescence assay, Plaque reduction neutralization test


들어가는 말

일본뇌염(Japanese encephalitis, JE)은 일본뇌염바이러스(Japanese encephalitis virus, JEV)에 의한 인수공통 감염병으로, 바이러스성 뇌염 증상을 보이며 대부분 아시아 지역에서 발생한다[1,2]. 일본뇌염바이러스는 플라비바이러스과(family Flaviviridae) 플라비바이러스속(genus Flavivirus)에 속하는 RNA 바이러스이며 주로 집모기속(Culex genus)모기를 매개로 전파된다. 돼지나 물새가 일본뇌염바이러스의 주요 증폭 숙주로 알려져 있으며 매개체인 모기가 그 피를 흡혈하고 다시 우연숙주인 사람의 피를 흡혈할 때 바이러스가 인체에 침입하여 감염된다[3]. 일본뇌염은 모기의 활동이 왕성한 여름부터 가을(8월～11월)동안 주로 발생하며[4], 대부분이 무증상으로 지나가고 250명 중 1명 정도에서 증상이 나타난다. 약 7～14일의 잠복기를 거쳐 고열(39～40℃), 두통, 현기증, 구토, 복통, 지각 이상 등을 보인다. 심하면 마비 및 운동 장애와 같은 신경 증상이 나타나고 급성뇌염, 무균성 수막염, 비특이적인 열성 질환 등으로 의식장애, 경련, 혼수 등에 이르러 30% 정도의 사망률을 보인다. 회복되어도 1/3 정도는 신경계 합병증이 남을 수 있다[5,6,7].
우리나라에서는 1985년부터 소아를 대상으로 국가예방접종사업에 일본뇌염 예방접종을 도입하면서 일본뇌염 발생이 감소하였으나, 2010년부터 국내 일본뇌염 환자가 증가하기 시작하였다[8]. 이 글에서는 2013년부터 2017년까지 국내 일본뇌염 의심 환자에 대한 실험실 검사 현황 및 특이 사례 4건에 대해 기술하고자 한다.


몸 말


1. 일본뇌염 실험실 검사 방법


국내 일본뇌염 의심 환자에 대한 실험실 검사를 위하여 유전자 검출검사(Real-time reverse tranion-polymerase chain reaction, rRT-PCR), 항체 검출검사(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA), 배양검사를 수행하고 있다. 검체 채취일이 발병일로부터 5일 이내인 경우 유전자 검출검사와 항체 검출검사를 동시에 수행하고, 검체 채취일이 발병일로부터 5일 이후인 경우 항체 검출검사를 수행한다. 급성기 혈청의 항체 검출검사에서 IgM 양성 결과가 나오면 추정진단으로, 회복기 혈청을 요청하여 두 검체 간 간접면역형광항체법(Indirect immunofluorescence assay, IFA) 또는 플라크감소중화시험법(Plaque reduction neutralization test, PRNT)으로 항체가 상승 여부를 확인한다[9](Table 1). 국내 일본뇌염 진단기준은 「2017년 법정감염병 진단·신고기준」의 2군 감염병(예방접종대상 질환)에 따라 일본뇌염에 합당한 임상적 특징을 나타내면서, 검체(혈청, 뇌척수액 등)에서 바이러스 분리 또는 회복기 혈청의 항체가가 급성기에 비하여 4배 이상 증가가 확인되거나 특이 유전자가 확인되었을 경우 일본뇌염 확진환자로 판정하고 있다. 그리고 예방접종에 의한 항체가 증가 또는 교차반응으로 인해 다른 플라비바이러스(예, 웨스트나일열바이러스) 감염에 의한 항체가 증가가 있을 수 있으므로 역학적 배경과 임상증상을 반드시 고려하여, 필요시 교차반응을 확인하는 실험을 수행한다[10,11].

2. 일본뇌염 실험실 검사 현황

일본뇌염 실험실 검사 의뢰 건수는 2013년 800건, 2014년 1,080건, 2015년 1,118건 2016년 1,491건, 2017년 1,154건으로 2016년까지는 매년 증가 하였으며 2017년에 다소 감소하였다(Figure 1). 일본뇌염 실험실 검사 의뢰 건수에는 뇌염증상을 보이는 환자의 배제진단이 대부분을 차지하고 있으며, 이 중 실제 일본뇌염 의심환자로 신고된 건수는 2013년 32건, 2014년 39건, 2015년 64건, 2016년 118건, 2017년 143건으로 보고되었다. 그리고 국내 일본뇌염 확진 환자는 2013년 14건, 2014년 26건, 2015년 40건, 2016년 28건, 2017년 9건으로 2013년부터 2017년까지 총 117건으로써, 2015년까지 증가하다 최근 2년간 감소한 결과를 보였다(Figure 1). 검체 종류별(혈청, 뇌척수액)로 연도별 실험실 검사 의뢰 건수 및 양성 건수를 살펴보면, 혈청의 경우 2013년에 실험실 검사 의뢰 356건 중 23건, 2014년 515건 중 65건, 2015년 440건 중 70건, 2016년 655건 중 53건, 2017년 519건 중 12건의 양성 건수가 있었다. 뇌척수액의 경우 2013년에 실험실 검사 의뢰 444건 중 7건, 2014년 565건 중 21건, 2015년 678건 중 34건, 2016년 836건 중 26건, 2017년 635건 중 7건의 양성 건수가 확인되었다.

3. 일본뇌염 특이 사례


2013년부터 2017년까지 일본뇌염 실험실 검사를 통한 여러 사례들을 살펴보면, 대부분은 급성기와 회복기 혈청 간의 항체 역가가 상승한 경우들이지만 여기서는 특이한 사례 4가지를 소개 하고자 한다.
첫째, 일본뇌염 확진 환자는 대부분 모기의 활동 시기와 맞물려 8월부터 11월에 대부분 발생하는데 2014년 1건은 5월에 발생하였다. 1차 혈청과 2차 혈청 및 뇌척수액에서 일본뇌염바이러스에 대한 IgM 항체가 검출되었고, 전체 항체 역가는 1:16에서 1:256이상으로 상승하여 일본뇌염으로 확인되었다. 조사 결과, 이 환자는 발병일 2주 전에 라오스 해외여행력과 국내 일본뇌염바이러스 매개 모기의 활동 시기를 감안할 때, 라오스에서 감염되어 입국 후 발병한 것으로 추정되는 해외유입 의심 사례로 밝혀졌다.
둘째, 일본뇌염은 바이러스가 혈액 내에서 검출될 수 있는 기간이 짧기 때문에 유전자 검출 사례가 거의 없는데, 2015년에 1건의 유전자 검출 사례가 있었다. 환자 뇌척수액에서 유전자 검출을 확인하였으며 세포배양으로 바이러스 분리도 성공하였다. 염기서열 분석 결과, 일본뇌염바이러스 유전형 5형에 속하는 것을 확인하였다. 일본뇌염바이러스는 유전형이 크게 5개로 구분되는데[12], 과거 우리나라 모기에서 유전형 1형과 3형이 유행하다 2010년 이후부터 유전형 5형이 확인되기 시작하였다[13,14]. 현재 시판되는 일본뇌염 백신주는 유전형 3형에 속한다. 국내에서 일본뇌염바이러스 유전형 5형이 사람에서 검출된 경우는 이 사례가 첫 번째로써 시사하는 바가 크다. 향후 일본뇌염바이러스 유전형 3형 및 유전형 5형에 대한 특성 분석 및 관련 연구의 필요성이 제기된다.
셋째, 2017년도에 일본뇌염과 웨스트나일열에 대한 교차반응을 플라크감소중화시험법 (PRNT)으로 감별 진단한 사례이다. 일본뇌염 1차 혈청에 대한 일본뇌염 중화항체가 1:84, 2차 혈청의 일본뇌염 중화항체가 1:7,878, 3차 혈청의 일본뇌염 중화항체가 1:8,737로 4배 이상의 높은 항체가 상승을 보였다. 웨스트나일열의 경우 1차 혈청 중화항체가 1:49, 2차 혈청의 중화항체가 1:619로 항체가가 상승하였지만, 3차 혈청의 중화항체가 1:685로 항체가 상승이 2차, 3차 비교 시 거의 없어, 일본뇌염 양성으로 판정하였다. 일본뇌염바이러스와 웨스트나일열바이러스는 플라비바이러스 중에서도 같은 혈청형에 속해 서로 교차반응을 보이며 이런 경우 gold standard 방법인 플라크감소중화시험법 (PRNT)으로 감별 진단하는 것이 꼭 필요하다[15,16].
넷째, 대부분의 사례들은 1차 검체에서 IgM 양성이면 2차 검체의 항체가 상승으로 이어져 일본뇌염으로 확진되지만, 이와 다른 결과를 보이는 사례가 있었다. 2015년 사례는 1차 뇌척수액에서 IgM 양성이었지만, 1차 혈청에서는 IgM 음성, 2차 혈청에서는 IgM equivocal(양성과 음성의 경계치 값), 3차 혈청에서는 IgM 음성이 나왔다. 또한 플라크감소중화시험법(PRNT)으로 확인 실험을 진행한 결과 1:10 미만의 항체가를 보여 최종 일본뇌염 음성으로 판정하였다.


맺는 말

2009년 WHO 서태평양지역 일본뇌염 실험실 네트워크가 결성되어, 일본뇌염 실험실 진단체계를 표준화하고 이를 기반으로 각국의 일본뇌염 발생 상황을 정확히 파악하여 위험 요인을 분석함으로써 일본뇌염 퇴치에 노력하고 있다. 우리나라는 WHO 서태평양지역 표준실험실(Regional reference laboratory, RRL)로 지정되어 일본뇌염 실험실 진단체계의 표준화와 서태평양지역 내 다른 국가의 일본뇌염 확인검사를 수행하는 등 WHO와 협력하고 있다.
2018년 1월부터 17개 전국 시·도 보건환경연구원으로 일본뇌염의 실험실 검사법(유전자 검출검사 및 항체 검출검사)이 기술 이전되어 전국에서 실험실 검사가 이루어지고 있으며, 필요시 추가적인 확인 검사는 질병관리본부 바이러스분석과에서 수행하고 있다.
2013년부터 2017년까지 일본뇌염 사례들을 보면 위에서 언급한 특이한 사례들도 있지만, 대부분은 급성기와 회복기 혈청 간의 항체 역가가 상승한 경우들이다. 일본뇌염 확인진단을 위하여 일본뇌염 의심환자로부터 조기에 적절한 검체를 채취하는 것이 중요하며, 필요할 경우 추가 검체가 확보되어 실험실 검사가 잘 이루어지도록 하여야 한다.


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