Targeted Tuberculosis (TB) Vaccination Strategies in the United States: A Modeling Study

한 모델링 연구는 미국에서 비미국 출생자 및 HIV 감염자 등 고위험군을 대상으로 한 표적 예방접종 전략이 결핵 발생률을 크게 낮출 수 있으며, 낙관적인 시나리오 하에서는 연간 사례의 최대 51.8% 를 예방할 수 있음을 보여줍니다.

핵심

미국을 대부분 건조한 거대한 숲으로 상상해 보세요. 이 숲에서는 결핵 (TB) 이라는 위험한 화재가 가끔 발생합니다. 나무에서 나무로 빠르게 번지는 숲의 화재와 달리, 이 미국 숲의 대부분의 화재는 새로운 불꽃에서 시작되지 않습니다. 대신, 갑자기 타오르는 지하 깊숙이 숨겨진 오래된 재에서 시작됩니다.

이 화재들의 약 85% 는 적절한 조건이 갖춰져 점화될 때까지 수년 동안 천천히 타오르고 있던 재에서 비롯됩니다.

이 연구는 역학자 팀이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다음과 같은 큰 질문에 답하기 위해 수행된 것입니다: 성인을 위한 새로운 '화재 방패 (백신)'를 발명한다면, 가장 많은 화재를 막기 위해 누구에게 먼저 접종해야 할까요?

문제: 재가 있는 곳

이 연구는 이러한 재가 숲 전체에 고르게 퍼져 있지 않음을 발견했습니다. 재는 특정 인구 집단에 집중되어 있습니다:

1. 미국 외에서 태어난 사람들: 화재의 약 77% 를 차지합니다. 그들은 이곳으로 이주하기 전에 모국에서 '재'를 감염받았을 가능성이 높습니다.
2. HIV 감염자: 면역 체계가 약해져 재가 완전한 화재로 번지기 쉽습니다.
3. 기타 건강 문제가 있는 사람들: 당뇨병이나 신장 질환과 같은 상태도 재가 타오를 가능성을 높입니다.

실험: 다양한 '화재 방패' 전략 테스트

연구자들은 이 새로운 백신을 배포하는 다양한 방법을 테스트하기 위해 모델을 구축했습니다. 두 가지 시나리오를 가정했습니다:

• '꿈의 팀' 시나리오 (낙관적): 백신이 매우 효과적 (70% 방패) 이며, 매년 자격 요건을 갖춘 사람의 절반을 백신 접종에 성공합니다.
• '현실 세계' 시나리오 (현실적): 백신이 괜찮은 수준 (50% 방패) 이며, 매년 자격 요건을 갖춘 사람의 작은 일부 (약 5%) 만 접종에 성공합니다.

연구자들은 'HIV 환자만 접종', '이민자만 접종', 또는 '재를 가진 모든 사람 접종'과 같은 전략들을 테스트했습니다.

발견: 누가 방패가 가장 필요한가?

1. '모든 고위험군' 전략이 가장 효과적
가장 효과적인 전략은 세 가지 고위험군 (이민자, HIV 환자, 기타 기저질환자) 모두를 백신 접종하는 것이었습니다.

• 꿈의 시나리오에서: 이 접근법은 연간 5,000 건 이상의 화재를 막아 결핵 사례 총수를 절반으로 줄일 것입니다.
• 현실 세계 시나리오에서: 백신 효과가 약하고 도달률이 낮더라도 이 전략은 연간 약 1,350 건의 화재를 막을 것입니다.

2. '효율성'의 놀라운 사실
화재 하나를 막기 위해 백신 접종이 필요한 사람 수 ('백신 접종 필요 수') 를 살펴보면, HIV 환자만 접종하는 것이 가장 효율적입니다. 그들의 수가 적고 위험도가 매우 높기 때문에 적은 비용으로 큰 효과를 볼 수 있습니다.

• 하지만, HIV 집단이 작기 때문에 이 집단 내의 화재만 막는다면 숲 전체의 화재 총수를 크게 낮추지는 못합니다. 가장 잘 타는 나무에 방패를 두르지만 주변 숲 전체는 무시하는 것과 같습니다.

3. '이민자' 요인이 핵심
이 연구는 명확히 합니다: 미국에서 태어난 사람들을 포함하지 않고는 미국의 결핵 문제를 해결할 수 없습니다. 그들이 재의 대부분을 보유하고 있기 때문에, 이들을 배제하는 어떤 전략도 화재를 막을 가장 큰 기회를 놓치게 됩니다.

4. '파급 효과'
백신은 접종받은 사람 내부에서 재가 화재로 변하는 것을 막음으로써 작동합니다 (직접 효과). 하지만 백신을 접종받지 않은 사람들에도 도움이 됩니다. 아픈 사람이 줄어들면 다른 사람들에게 새로운 화재를 일으킬 불꽃이 줄어들기 때문입니다 (간접 효과).

• 백신을 접종받지 않은 사람들 (기타 건강 문제가 없는 미국 출생자 등) 도 최선의 시나리오에서 화재가 고위험군에 국한됨으로써 위험이 약 22% 감소하는 것을 목격할 것입니다.

결론

이 논문은 미국의 결핵 문제에 실질적인 타격을 주기 위해서는, 가장 많은 재를 보유한 특정 집단인 이민자, HIV 환자, 그리고 기타 중대한 기저질환을 가진 사람들을 광범위하게 포괄하는 '화재 방패' 전략이 필요하다고 결론지었습니다.

효과적인 백신 (약 50-70% 유효성) 을 개발하여 이러한 집단에게 지속적으로 접종한다면, 전체 인구를 백신 접종하지 않더라도 미국의 결핵 사례 수를 절반으로 줄일 수 있을 것입니다. 이 연구는 현재의 데이터와 잠재적인 미래 백신에 기반한 모델링 실험이지, 즉각적인 사용을 위한 임상적 권고가 아님을 강조합니다.

기술 요약

기술 요약: 미국의 표적 결핵 백신 전략

문제 제기
2021 년 이후 미국의 결핵 (TB) 발생률은 팬데믹 이전 수준을 상회하는 높은 수준으로 유지되고 있으며, 2024 년에는 10,388 건이 보고되었습니다. 낮은 부담 국가인 미국에서 결핵 사례의 85% 이상은 최근 전파가 아닌 수년 전에 감염된 잠복 결핵균 (Mycobacterium tuberculosis, Mtb) 의 재활동으로 발생합니다. 부담은 불균형하게 분포되어 있습니다: 미국 외 출생자가 전체 사례의 약 77% 를 차지하는 반면, 면역억제 상태 (HIV 감염자 [PLWH], 말기 신장 질환, 당뇨병 등을 포함) 를 가진 개인은 감염에서 질병으로 진행될 위험이 현저히 높습니다. 새로운 '질병 예방 (POD)' 백신들이 임상 시험을 통해 발전하고 있지만 (예: M72/AS01E), 미국 내 고위험 하위 집단 내에서 이러한 백신을 배포할 때의 잠재적 건강 영향은 정량적으로 평가된 바 없습니다. 다루어지는 핵심 정책 질문은 절대적 영향과 프로그램 효율성을 모두 극대화하기 위해 어떤 인구 하위 집단을 백신 접종에 우선순위화해야 하는지입니다.

방법론
저자들은 네 가지 상호 배타적인 임상 및 인구통계학적 집단에 따라 층화한 결정론적 구획 전파 모델을 개발했습니다:

1. HIV 감염자 (PLWH).
2. TB 진행 위험을 증가시키는 비-HIV 의학적 동반 질환을 가진 개인.
3. 미국 외 출생자 (HIV 또는 특정 동반 질환 없음).
4. 미국 출생자 (HIV 또는 특정 동반 질환 없음).

여러 위험 범주에 중복되는 개인은 진행 위험이 가장 높은 층에 할당되었습니다 (계층: PLWH > 의학적 동반 질환 > 미국 외 출생자 > 미국 출생자). 이 모델은 다섯 가지 주요 구획인 감수성 (S), 급성 잠복 (Lf), 만성 잠복 (Ls), 감염성 (I), 회복 (R) 을 통해 Mtb 감염 역학을 추적합니다. 재감염에 대한 부분적 보호를 포함하며, 백신 면역의 감소를 허용합니다.

모델은 2024 년 미국 결핵 감시 데이터 (n=10,388 건) 에 맞춰 전파율과 감염 유병률을 추정하도록 보정되었습니다. 저자들은 두 가지 시나리오 하에서 특정 층 내 Mtb 감염자를 대상으로 하는 여러 백신 접종 전략을 평가했습니다:

• 낙관적: 백신 효과 (VE) 70%, 10 년 보호 기간, 모든 전략에 대해 연간 50% 백신 접종률.
• 현실적: VE 50%, 10 년 보호 기간, 전략별 연간 백신 접종률 (대부분의 집단 5%, PLWH 10%, 광범위한 '모든 Mtb 감염자'전략 2%).

평형 상태에서 측정된 결과에는 예방된 연간 사례 수, 결핵 발생률 감소율, 그리고 백신 접종 필요 수 (NNV) 가 포함되었습니다. 불확실성은 12 개 매개변수에 걸쳐 500 개의 라틴 초입방체 샘플링 (Latin Hypercube Sampling) 추출을 통해 정량화되었습니다.

주요 기여 및 결과
이 연구는 낮은 부담 환경에서 임상적 및 인구통계학적으로 정의된 고위험 집단 간 결핵 백신 접종 전략을 비교한 최초의 추정치를 제공합니다.

• 광범위한 고위험 표적화의 영향: 낙관적 시나리오 하에서 모든 고위험 집단 (PLWH, 미국 외 출생자, 의학적 동반 질환) 을 백신 접종하면 연간 5,385 건이 예방되어 발생률이 51.8% 감소하며 NNV 는 366 입니다. 현실적 시나리오에서는 동일한 전략으로 1,348 건이 예방되어 (13.0% 감소) NNV 는 510 입니다.
• 미국 외 출생자의 결정적 역할: 미국 외 출생자를 배제한 전략은 상당한 인구 수준의 영향을 달성하지 못했습니다. 현실적 시나리오에서 이 집단을 포함한 전략은 사례의 8.913.0% 를 예방한 반면, 임상적 위험 집단 (PLWH 및 의학적 동반 질환) 만을 대상으로 한 전략은 1.05.9% 만 예방했습니다.
• 효율성 대 영향의 트레이드오프: PLWH 만을 백신 접종하는 것은 투여량 당 가장 효율적인 전략이었으나 (현실적 시나리오에서 NNV 68 로 가장 낮음), 해당 집단의 규모가 작아 연간 100 건 (1.0% 감소) 만 예방했습니다. 반면, '모든 Mtb 감염자'전략은 가장 많은 사례 (현실적 시나리오에서 739 건) 를 예방했지만 NNV 가 더 높았으며 (507), 유효 커버리지는 낮았습니다.
• 직접 효과 대 간접 효과: 직접 효과 (백신 접종된 개인의 진행 예방) 는 총 영향의 77~89% 를 차지했습니다. 간접 효과 (감소된 전파) 는 작았으나 무시할 수 없었으며, 백신을 접종받지 않은 미국 출생자에게 현실적 시나리오에서는 5.5%, 낙관적 시나리오에서는 22.4% 의 사례 감소를 제공했습니다.
• 백신 특성: 낙관적 시나리오 하에서 연간 사례를 20% 이상 감소시키려면 30% 의 효과와 10 년의 보호 기간을 가진 백신이 필요했습니다. 연간 사례를 절반으로 줄이려면 70% 의 효과가 필요했습니다. 보호 기간을 20 년으로 연장하면 최소 요구 효과가 5~20 백분율 포인트 감소했습니다.

의의 및 주장
본 논문은 인정된 고위험 하위 집단 내 Mtb 감염자를 대상으로 한 표적 백신 접종이 미국에서 결핵 발생률을 현저히 감소시킬 수 있다고 주장합니다. 저자들은 효율성과 영향력 모두를 갖추기 위해서는 미국 외 출생자와 PLWH 를 포함해야 하며, 미국 외 출생자를 배제하면 달성 가능한 백신 영향의 대부분을 포기하게 된다고 명시합니다.

이 연구는 절대적 영향과 효율성 모두에서 동시에 최적인 단일 전략은 존재하지 않지만, 미국 외 출생자와 PLWH 를 대상으로 한 결합 접근법이 잠재적 이익의 대부분을 포착한다고 결론 내립니다. 저자들은 NNV 추정치가 미국에서 권장되는 다른 성인 백신 (예: 인플루엔자, 폐렴구균) 의 범위 내에 있음을 지적합니다. 또한 이러한 전략의 실행 가능성은 자격을 갖춘 개인을 선별하고 백신 접종할 수 있는 기존 임상 및 지역사회 플랫폼의 역량에 달려 있으며, 향후 연구는 기존 결핵 예방 치료 (TPT) 프로그램 대비 이러한 전략의 비용 효율성을 평가해야 한다고 강조합니다. 저자들은 명시적으로 분석이 백신이 진행을 예방하지만 기존 감염을 제거하거나 새로운 감염을 예방하지는 않는다고 가정한다고 밝혔습니다.