Abstract

Pathogen surveillance of enterovirus infections in Korea, 2017

Yoon Youngsil, Lee Yong-Pyo, Lee Deog-Yong, Choi Wooyoung, Kang Chun
Division of Viral Diseases, Center for Laboratory Control of Infectious Disease, KCDC
Lee June-Woo, Yoo Jung Sik
Division of Vaccine Research, Center for Infectious Disease Research, KNIH, KCDC

Enterovirus is the main cause of aseptic meningitis, encephalitis, hand, foot, and mouth disease (HFMD), and herpangina. In recent years, enterovirus outbreaks have been frequently associated with some particular serotypes. We analyzed the genetic characteristics of specimens from patients showing enterovirus-associated symptoms in Korea in 2017.
A total of 1,848 clinical specimens were collected from patients who were suspected of enterovirus infections in 2017. Enterovirus detection was performed using real-time reverse tranion polymerase chain reaction (RT-PCR) and nested RT-PCR, while virus species and serotypes were evaluated based on VP1 gene sequence. The overall positive rate for enterovirus was 26.5% (489/1,848). Among 489 enterovirus-positive cases, the most frequent serotype was CV-B4 (14.1%, 69/489), followed by CV-A5 (13.1%, 64/489), CV-A10 (10.0%, 49/489), and CV-B2 (8.2%, 40/489). The symptom-based detection rate of enterovirus was 24.8% (238/961) for aseptic meningitis, 62.7% (151/241) for HFMD and herpangina, and 14.3% (6/42) for HFMD with complications.
At present, there are no specific anti-viral treatments for enterovirus infections. By providing surveillance data of enterovirus infections, this study may encourage further research on the development of vaccines and therapeutics against enterovirus.

Keywords: Enterovirus, Pathogen surveillance, Aseptic meningitis, encephalitis, HFMD, Herpangina, Serotypes


들어가는 말

엔테로바이러스는 피코나바이러스과(Family Picornaviridae)에 속하는 바이러스로서 다양한 유전형과 혈청형을 가진다. 전 세계적으로 수백만 명의 영유아 및 소아가 매년 엔테로바이러스에 감염되며, 무균성수막염, 뇌염, 수족구병, 포진성구협염이 주요 증상이다[1]. 주된 감염 경로는 분변-경구 및 호흡기 경로이지만, 매개물(fomites)을 통한 전파도 가능하며, 최근에는 출생 전후기(perinatal period)에 신생아로 수직 감염된 사례도 보고된 바 있다[2]. 엔테로바이러스 감염이 보고되는 주요 국가는 우리나라를 포함한 중국, 일본, 대만 등 서태평양지역 국가로 알려져 있다[3]. 최근 국내에서는 엔테로바이러스(Enterovirus)에 의한 인체감염이 지속적으로 발생되고 있으며, 2009년 5월에는 수족구병 및 신경계 합병증으로 인한 첫 사망사례가 보고되어 그 해 6월부터 법정 감염병으로 지정되었다.
현재 질병관리본부 감염병분석센터 바이러스분석과에서는 국내 엔테로바이러스 병원체에 대한 감시를 수행하고 있다. 이 글은 2017년도 국내 엔테로바이러스 감염증 감시를 통해 확보한 검체와 병원체에 대한 분석을 통해 국내에서 유행한 엔테로바이러스 특징에 대해 소개하고자 한다.


몸 말

엔테로바이러스의 구조적 특징은 외피가 없고(non-enveloped) 단일 가닥(single-stranded positive sense) RNA 유전자를 갖고 있으며, 캡시드(capsid)는 VP1, VP2, VP3, VP4의 4종의 폴리펩타이드(polypeptide)로 구성되어 있다[1,4]. 이 중 VP1 부분은 주요 항원 부위이면서 중화 결정자의 기능을 하는 부위로써 유전형을 결정할 때 사용된다.
엔테로바이러스는 염기서열을 이용한 계통분석을 통하여 엔테로바이러스 A-J와 라이노바이러스 A-C의 13가지 종으로 분류한다. 그 중, Enterovirus-A에는 11가지 혈청형의 CV-A(Coxsackie Virus A)와 EV71(Enterovirus 71)이 속하며, Enterovirus-B는 모든 CV-B(Coxsackie Virus B)와 EV(Echo Virus), EV69, EV73등의 혈청형이 여기에 포함된다. Enterovirus-C는 11가지의 CV-A를 포함하며, Enterovirus-D는 EV-69와 EV-70의 혈청형이 여기에 속한다[5]. 엔테로바이러스에 감염되면 특유의 발진이 나타나며 열이 없거나 미열이 동반될 수도 있다. 대부분 가벼운 임상증상을 보이며, 발진은 발병 약 1주일 후에 소실된다. 잠복기는 3～6일 정도이며, 감염 후 호흡기에서 1～3주, 분변에서는 7～11주까지도 바이러스가 배출된다고 알려져 있다. 엔테로바이러스 중에서 콕사키바이러스 A16과 엔테로바이러스 71에 의한 감염이 다수 보고되고 있다[3,6,7]. 특히, 엔테로바이러스 71 감염에 의한 수족구병은 영유아에서 높은 비율로 신경계 합병증을 일으키는 것으로 알려져 있고, 경우에 따라서 뇌간 뇌염(brain stem encephalitis), 신경인성 폐부종(neurogenic pulmonary edema), 폐출혈, 쇼크(shock) 등의 합병증을 동반하며, 이로 인해 사망에 이를 수 있는 것으로 알려져 있다[6,7].
2017년 국내 엔테로바이러스 병원체 감시는 질병관리본부 바이러스분석과와 전국 8개 시·도 보건환경연구원, 60개 의료기관이 참여하는 협력 네트워크를 통해 수행하였다(Figure 1). 엔테로바이러스의 실험실 검사는 다양한 엔테로바이러스를 모두 검출하기 위해 Real-time RT-PCR법과 nested RT-PCR법 두 가지를 동시에 수행하였다. 두 가지 검사법 중 한 가지 검사법 이상에서 엔테로바이러스 특이 유전자가 검출되면 양성으로 판정하였다. Real-time RT-PCR법은 WHO에서 권장하고 있는 Pan-EV primer 및 probe를 사용하며, nested RT-PCR법 보다 민감도가 높고 신속한 진단이 가능한 장점이 있다. 유전자 검출 외에도 바이러스의 유전자분석을 위해서 nested RT-PCR법을 수행하여 엔테로바이러스의 구조유전자인 VP1을 검출한 후 염기서열 분석을 통해 바이러스의 유전형을 확인하였다. 유전자 검사를 수행하기 위한 적정 검체는 대변, 인후도찰물 및 비인두도찰물, 뇌척수액 등으로 대변 검체는 2 g당 10 ㎖의 PBS와 1 g의 유리 비드를 첨가 후 왕복식 진탕기(stool shaker)를 사용하여 진탕하였고 1,500g에서 20분간 원심분리 후 상층액을 취하여 사용하였다. 인후도찰물(throat swab)은 바이러스 수송 배지(virus transport medium, VTM)에 면봉을 담가 놓은 뒤 소용돌이식 진탕기(vortexing mixer)로 진탕하여 사용하였고 뇌척수액(CSF)은 전처리 없이 바로 사용하였다. 전처리된 검체로부터 바이러스의 RNA를 추출하여 앞에서 언급한 두 가지 검사법을 수행하였다.



2017년 수행된 엔테로바이러스 병원체 감시에 의뢰된 검체 건수는 총 1,848건이며, 그 중 엔테로바이러스가 검출된 건수는 489건(26.5%)이었다. 연령별 엔테로바이러스 양성률은 1～4세가 36.6%(268건/732검체)로 가장 높았으며 1세 미만 25.0%(116건/464검체), 5～9세 24.4%(67건/275검체) 순이었다. 성별 엔테로바이러스 양성률은 여성이 27.5%(223건/811검체)로 남성 25.6%(262건/1,024검체)보다 높게 분석되었다(Table 1). 그러나 양성 환자 대부분은 4세 이하(78.5%, 384건/489건)이었으며, 5～9세의 경우는 13.7%(67건/489건), 15세 이상도 4.5%(22건/489검체) 이었다. 성별은 남성이 53.6%(262건/489건)로 여성 45.6%(223건/489건) 보다 많았다.



엔테로바이러스 검사 의뢰된 사례와 양성률의 연중 분포를 보면, 여름에서 가을인 6～9월 사이에 높은 검사의뢰와 양성률을 보였으며(77.5%, 379건/489건), 특히 7월(24.3%)과 8월(23.9%)에 가장 높은 검출률을 보였다(Figure 2).



2017년에 검출된 엔테로바이러스 분석 결과 Enterovirus-A와 Enterovirus-B 두 종류가 국내에서 유행하였음을 확인할 수 있었고, Enterovirus-A(188건, 38.4%)가 Enterovirus-B(140건, 28.6%)보다 더 높았다. 주 혈청형은 총 20종으로 콕사키바이러스 B4(CV-B4) 69건(14.1%), 콕사키바이러스 A5(CV-A5) 64건(13.1%), 콕사키바이러스 A10(CV-A10) 49건(10.0%), 콕사키바이러스 B2(CV-B2) 40건(8.2%), 콕사키바이러스 A2(CV-A2) 33건(6.7%), 엔테로바이러스 71(EV71) 24건(4.9%) 순으로 높았다(Figure 3, 4).






2017년 확인된 엔테로바이러스 중 높은 검출률을 보인 콕사키바이러스 B4와 콕사키바이러스 A5의 계통분석을 실시한 결과, Enterovirus-A 중 CV-A5 분리주 12주 사이에서 서로 95.5～100.0%의 상동성을 보였고, Enterovirus-B 중 CV-B4 분리주 12주 사이에서 서로 81.9～100.0%의 상동성을 보이는 것으로 확인되었다. 또한 외국의 원형주(prototype)들과의 상동성 비교에서는 CV-A5 분리주에서 81.1～100.0%, CV-B4에서는 77.8～100.0%의 상동성을 보였다(Figure 5).



임상적 증상과 연계하여 살펴보면 2017년 무균성수막염 증상을 보이는 환자(238명/961명, 24.8%), 수족구병 및 포진성구협염 증상 환자(151명/241명, 62.7%), 합병증을 동반한 수족구병 환자(6명/42명, 14.3%) 그리고 발열이나 호흡기질환 증상 등을 포함하는 기타 증상을 나타내는 환자(94명/604명, 15.6%)에서 엔테로바이러스가 검출되었다(Figure 6).




맺는 말

엔테로바이러스는 유전형이 다양하고 유전자 변이가 자주 나타나기 때문에 유전형 및 염기서열 변화를 지속적으로 감시할 필요가 있다. 엔테로바이러스 병원체 감시는 2017년 전국 60개 의료기관 및 8개 시·도 보건환경연구원이 참여하였으며, 향후 전국적 유행주 분석을 보다 적극적으로 수행하기 위해 질병관리본부의 임상감시망과 병원체 감시망의 참여 의료기관의 통합을 통해 대상지역을 보다 확대하고자 한다. 그리고 엔테로바이러스 감시사업을 통해 확보한 유행 주기 및 증상별 유전형 분석 결과를 토대로 국내 유행 엔테로바이러스의 임상적 특징과 유전형 사이의 상관관계를 분석하여 의료 현장에서 활용 가능한 정보를 제공하고자 한다.


참고문헌

1. Hyeon Ji-Yeon, et al. Accuracy of Diagnostic Methods and Surveillance Sensitivity for Human Enterovirus, South Korea, 1999-2011. Emerging Infectious Diseases. 2013:19:8.
2. Jung, J. S, et al. Vertically transmitted severe Coxsackievirus B infection in four preterm twins presented. Korean Journal of Perinatology. 2013;24(4):315-321.
3. World Health Organization. A guide to clinical management and public health response for hand, foot and mouth disease (HFMD). WHO. 2011.
4. Hyypiäa, T, et al. Classification of Enteroviruses based on molecular and biological properties. Journal of General Virology. 1997;78:1-11.
5. Kamal D, Amer A J. Moloecular detection and genotyping of enteroviruses from CSF samples of patients with suspected sepsis-like illness and/or aseptic meningitis from 2012 to 2015 in West Bank, Palestine. PLoS One. 12(2):e0172357.
6. Liu W, et al. Co-circulation and genomic recombination of Coxsackievirus A16 and enterovirus71 during a large outbreak of hand, foot, and mouth disease in Central China. PLoS One. 2014;9:e96051.
7. Ooi M, et al. Clinical features, diagnosis, and management of enterovirus 71. Lancet Neurol. 2010;9:1097-1105.