이 연구는 유럽에서 SARS-CoV-2 판데믹이 발생한 이탈리아와 스페인의 7개 병원에 입원했던 코로나19 환자로, 그 중 호흡부전과 같은 심각한 수준의 질환 경과를 보인 1980명을 대상으로 하였습니다. 이들은 모두 PCR 검사로 확진되었으며, 입원 기간 동안 산소 공급이나 mechanical ventilation 처치를 필요로 하는 호흡 부전을 보인 환자들입니다. 대조군으로는 총 2381명을 모집하였으며, 998명은 무작위로 선택된 blood donor (이탈리아, 밀라노), 396명은 건강한 자원자와 소화기 센터를 방문한 외래 환자 (이탈리아), 987명은 건강한 blood donor (스페인)이었습니다.

Chemagic 360 (PerkinElmer)를 이용하여 DNA를 추출하였으며, Global Screening Array (GSA), version 2.0 (Illumina)를 이용하여 genotype을 시행하였고, 여기에 포함된 712,189개의 변이를 이용하여 quality control을 시행하였습니다. Single nucleotide polymorphism (SNP) imputation은 Trans-Omics for Precision Mecidine (TOPMed) program (freeze 5)로 만든 194,512 haplotypes을 이용하였으며 genome build GRCh38을 사용하였습니다.

Quality control과 outliers를 제외한 다음 이탈리아에서는 835명의 환자의 1255명의 대조군이, 스페인에서는 775명의 환자의 950명의 대조군이 최종 분석에 포함되었습니다. 연구진은 총 8,582,968 single nucleotide polymorphism (SNP)를 분석하였으며 두 개의 환자-대조군 패널에서 메타 분석을 시행하였습니다.

분석 결과 3p21.31에 위치한 rs11385942과 9q34.2에 위치한 rs657152가 genomewide level에서 확연한 연관성(P<5x10-8 )을 보였습니다(odds ratio, 1.77; 95% confidence interval [CI], 1.48 to 2.11; P=1.15×10-10; and odds ratio, 1.32; 95% CI, 1.20 to 1.47; P=4.95×10-8, respectively) [Fig 1].

[Fig 1] GWAS Summary (Manhattan) Plot of the Meta-analysis Association Statistics Highlighting
Two Susceptibility Loci with Genomewide Significance for Severe Covid-19 with Respiratory Failure

이 중 3p21.31에는 SLC6A20, LZTFL1, CCR9, FYCO1, CXCR6, XCR1 유전자가 있습니다. Risk allele인 rs11385942는 CXCR6유전자의 expression을 감소시키고, SLC6A20유전자의 expression을 증가시키며, LZTFL1 유전자는 인간의 폐세포에 강하게 발현하는 것으로 알려져 있습니다. 산소 공급만 받은 환자군보다 mechanical ventilation을 받은 환자군에서 해당 allele이 더 자주 관찰되었습니다 (odds ratio, 1.70; 95% CI, 1.27 to 2.26; P = 3.30×10-4). 또한 homozygous rs11385942 risk allele을 가진 19명의 환자들은 heterozygous나 해당 allele을 가지지 않은 환자군에 비해 더 어린 경향을 보였습니다(median age, 59 years [interquartile range, 49 to 68] vs. 66 years [interquartile range, 56 to 75]; P=0.005).

[Table 1] Susceptibility Loci Associated with Severe Covid-19 with Respiratory Failure.

이 위치는 chemokine 수용체인 chemokine receptor 9 (CCR9)과 C-X-C motif chemokine receptor 6 (CXCR6)를 코딩하는 유전자들 역시 포함하고 있습니다. 특히 CXCR6는 lung-resident memory CD8 T cells의 특이적인 위치를 조절함으로써 인플루엔자 바이러스를 포함한 호흡기 병원체에 대응하는 면역체계를 유지하는데 중요한 역할을 합니다. ABO 혈액형과 코로나19와의 연관성은 이전에도 보고된 바 있었으며, 해당 연구를 통해 O형이 다른 혈액형에 비해 코로나19의 위험이 낮다는 사실이 재차 확인되었습니다. ABO 혈액형의 생물학적 기전은 protein-linked N-glycan에 대한 항체를 중화하는 ABO 혈액형 자체의 역할일 가능성도 있고 혹은 von Willebrand factor의 안정화와 같은 다른 요인이 관여할 가능성도 있습니다.

결론적으로, 해당 연구는 3p21.31 위치의 유전자들이 코로나19 환자에서 호흡부전 유발과 연관된 유전적 인자로 작용한다는 것을 밝혔으며, ABO 혈액형이 관련되어 있을 가능성을 시사합니다. 향후 이러한 요소들이 임상적인 위험도 예측에 미치는 유용성과 코로나19의 병인을 이해하기 위해 더 많은 연구가 필요합니다.