면역에 대한 이해 | PLAG LAB
후천 면역
노화가 면역 체계에 주는 영향
작성자: Peter J. Delves, PhD, Professor of Immunology, Division of Infection & Immunity, Faculty of Medical Sciences, University College London, London, UK
면역 체계는 인체를 외부의 위험한 침입자로부터 방어하기 위해 만들어졌습니다. 그러한 침입자에는 다음이 포함됩니다.
미생물(일반적으로 병원균이라고 함, 예: 세균, 바이러스, 곰팡이)
기생충(예: 벌레)
이식받은 장기 및 조직
이러한 침입자로부터 인체를 방어하기 위해 면역 체계는 다음을 구별할 수 있어야 합니다.
무엇이 인체에 속하는지(자기)
무엇이 그렇지 않은지(비자기 또는 이물질)
항원은 비자기로 식별된 물질, 특히 위험한 것으로 인식될 경우(예를 들어, 질병을 유발하는 경우) 인체의 면역 반응을 자극할 수 있는 물질입니다. 항원은 세균, 바이러스, 다른 미생물, 기생충 또는 암세포 내부나 표면에 포함될 수 있습니다. 항원은 예를 들어 음식 분자나 꽃가루 형태로 스스로 존재할 수도 있습니다.
정상적인 면역 반응은 다음과 같이 이루어집니다.
해로울 가능성이 있는 외부 항원 인식
이를 방어하기 위해 능력 활성화 및 동원
공격 제어 및 종료
면역 체계가 제 기능을 하지 않거나 자기를 비자기로 오인할 경우 자신의 신체 조직을 공격하여 류마티스 관절염, 하시모토 갑상선염, 또는 전신 홍반 루푸스(루푸스) 등 자가면역 질환을 야기합니다.
면역 체계 질환은 다음과 같은 경우 발생합니다.
인체가 자신에 대한 면역 반응을 야기하는 경우(자가면역 질환).
인체가 침입 미생물에 대하여 적절한 면역 반응을 수행하지 못하는 경우(면역결핍 질환).
인체가 무해한 외부 항원에 과도하게 면역 반응을 발생시켜 정상 조직을 손상하는 경우(알레르기 반응).
면역 체계의 구성요소
면역 체계에는 다음과 같은 많은 구성요소가 존재합니다.
항체(면역글로불린)는 B 세포가 생산하고 침입자의 항원에 단단히 결합하여 침입자를 공격 대상으로 표시하거나 직접 중화하는 단백질입니다.
항원은 면역 체계가 인식하여 면역 반응을 자극할 수 있도록 하는 물질입니다.
B 세포(B 림프구)는 항체 생산을 자극했던 항원에 해당되는 항체를 생산하는 백혈구입니다.
호염기구는 히스타민(알레르기 반응에 관련된 물질)을 분비하고 문제 부위로 다른 백혈구(호중구 및 호산구)를 유인하는 물질을 생산하는 백혈구입니다.
세포는 핵과 세포질로 구성되며 막으로 둘러싸여 있는 살아 있는 가장 작은 유기체 단위입니다.
주화성은 세포를 특정 부위로 유인하기 위해 화학 물질을 사용하는 과정입니다.
보체계는 인체를 방어하기 위해 설계된 일련의 반응(보체 연쇄반응이라 함, 예를 들어 세균 및 기타 이물질을 죽이고, 외부 세포를 대식세포가 식별하여 삼키기 쉽도록 만들고, 대식세포와 호중구를 문제 부위로 유인함)에 관여하는 단백질 집단으로 구성됩니다.
사이토카인은 면역 세포와 기타 세포들이 분비하고 면역 반응 조절을 위해 면역 체계의 전달체 역할을 하는 단백질입니다.
수지상 세포는 백혈구에서 유래하며, 조직에 존재하여 T 세포가 외부 항원을 인식하도록 도와줍니다.
호산구는 삼키기에는 너무 큰 세균 및 다른 외부 세포를 죽이는 백혈구로, 기생충을 움직이지 못하게 하여 죽이고 암세포를 파괴하는 데 도움이 될 수 있습니다. 호산구는 알레르기 반응에도 참여합니다.
도움 T 세포는 B 세포가 외부 항원에 대한 항체를 생산하도록 지원하고 살해 T 세포가 활성화되는 것을 돕고, 대식세포를 자극하여 감염 세포 또는 이상 세포를 보다 효율적으로 삼킬 수 있게 해주는 백혈구입니다.
조직 적합성(문자 그대로 조직에 대한 적합성)은 인간 백혈구 항원(자기 식별 분자)에 의해 결정됩니다. 조직 적합성은 이식된 조직이나 장기가 수용자에게 받아들일 수 있는지 여부를 판정할 때 사용됩니다.
인간 백혈구 항원(HLA)은 개인별로 거의 고유한 모든 세포의 표면에 위치하여 인체가 자기와 비자기를 구별할 수 있게 하는 식별 분자 집단입니다. 이 식별 분자 집단을 주요 조직 적합 유전자 복합체라고도 합니다.
면역 복합체는 항원에 부착된 항체를 말합니다.
면역 반응은 항원에 대한 면역 체계의 반응입니다.
면역글로불린은 항체의 또다른 이름입니다.
인터루킨은 다른 백혈구에 영향을 주기 위해 일부 백혈구가 분비하는 일종의 전달체(사이토카인)입니다.
살해(세포독성) T 세포는 감염 세포 및 암세포에 부착하여 이를 죽이는 T 세포입니다.
백혈구(leukocyte)는 단핵세포, 호중구, 호산구, 호염기구, 또는 림프구(B 세포 또는 T 세포)와 같은 백혈구(white blood cell)의 또다른 이름입니다.
림프구는 후천(특이) 면역을 담당하는 백혈구로서 (B 세포를 통해) 항체를 생산하고, (T 세포를 통해) 자기와 비자기를 구별하며 (살해 T 세포를 통해) 감염 세포와 암세포를 죽이는 기능도 수행합니다.
대식세포는 단핵세포라고 하는 백혈구로부터 발달하는 거대한 세포입니다. 이 세포는 세균 및 기타 외부 세포를 삼키고 T 세포가 미생물 및 기타 이물질을 식별하는 데 도움을 줍니다. 대식세포는 일반적으로 폐, 피부, 간 및 기타 조직에 존재합니다.
주요 조직 적합 유전자 복합체(MHC)는 인간 백혈구 항원과 같은 말입니다.
비만 세포는 히스타민과 염증 및 알레르기 반응에 관여하는 기타 물질을 분비하는 조직 내 세포입니다.
분자란 고유한 물질을 형성하기 위해 화학적으로 결합된 원자 집단입니다.
자연 살해 세포는 해당 세포가 이상 세포인지 여부를 먼저 학습하지 않고서도 특정 감염 세포와 암세포 등 이상 세포를 인식하여 죽이는 백혈구의 일종입니다.
호중구는 세균과 다른 외부 세포를 삼켜서 죽이는 백혈구입니다.
식세포는 침입 미생물, 기타 세포 및 세포 분해물을 삼켜서 죽이거나 파괴하는 세포의 일종입니다. 식세포에는 호중구 및 대식세포가 포함됩니다.
식균 작용이란 침입 미생물, 기타 세포 또는 세포 분해물을 에워싸서 삼키는 세포 작용을 말합니다.
수용체는 정확히 자신에게 맞는 (자물쇠에 맞는 키처럼) 특정 분자를 식별할 수 있는 세포 표면 또는 내부에 있는 분자.
조절(억제) T 세포는 면역 반응 종료를 돕는 백혈구입니다.
T 세포(T 림프구)는 후천 면역에 관여하는 백혈구입니다. T 세포에는 도움, 살해(세포독성), 조절의 세 가지 유형이 있습니다.
방어선
인체에는 일련의 방어선이 있습니다. 그 방어 체계에는 물리적 장벽, 백혈구, 항체 및 보체 단백질과 같은 분자 등이 있습니다.
물리적 장벽
침입자에 대한 첫 번째 방어선은 기계적 또는 물리적 장벽입니다.
눈의 각막
호흡관, 소화관, 배뇨관, 생식관을 둘러싼 점막
이러한 장벽이 제대로 유지되는 한 많은 침입자들이 인체에 들어올 수 없습니다. 하지만 장벽이 파손되면(심한 화상으로 피부가 손상된 경우) 감염 위험이 높아집니다.
또한 세균을 파괴할 수 있는 효소가 포함된 분비물이 장벽을 방어하고 있습니다. 예를 들면 땀, 눈물, 호흡관 및 소화관의 점액, 질 분비물 등이 있습니다.
그 다음 방어선으로서 백혈구가 있는데 이는 혈류를 따라 흘러 조직에 들어가 미생물과 다른 침입자들을 찾아서 공격합니다.
이러한 방어체계는 두 부분으로 이루어집니다.
선천(자연적) 면역은 예전에 미생물이나 다른 침입자를 접하지 않았어도 기능을 발휘합니다. 즉 침입자를 인식하는 방법을 배우지 않고서도 즉시 침입자에 반응합니다. 여기에는 몇 가지 종류의 백혈구가 관여합니다.
식세포는 침입자를 삼켜버립니다. 식세포에는 대식세포, 호중구, 단핵세포, 수지상 세포 등이 있습니다.
자연 살해 세포가 형성되어 암세포와 특정 바이러스가 감염된 세포를 인식하여 죽입니다.
일부 백혈구(예: 호염기구 및 호산구)는 염증에 관여하는 물질(예: 사이토카인) 및 알레르기 반응에 관여하는 물질(예: 히스타민)을 분비합니다. 이러한 세포 중 일부는 침입자를 직접 파괴할 수 있습니다.
후천 면역(적응성 면역 또는 특이 면역)의 경우, 림프구라고 불리는 백혈구(B 세포 및 T 세포)가 침입자를 만나서 공격 방법을 학습하고, 특정 공격자를 기억하여 다음에 만날 때 보다 효과적으로 공격할 수 있게 됩니다. 후천 면역은 새 침입자를 처음에 만난 후에 시간이 흘러야 생기는데 그 이유는 림프구가 이에 적응해야 하기 때문입니다. 그러나 그 후에는 신속히 반응합니다. B 세포와 T 세포가 협력하여 공격자를 파괴합니다. 침입자를 인식하기 위해 T 세포는 항원 제시 세포라고 하는 세포(예: 수지상 세포— T 세포가 항원을 인식하는 방법)로부터 도움을 받습니다. 이들 세포가 침입자를 삼키고 조각으로 분해합니다.
선천 면역과 후천 면역이 상호작용하여 서로 간에 직접적으로 또는 면역 체계의 다른 세포를 유인하거나 활성화하는 분자를 통해서 영향을 주는데 이는 방어를 위한 동원 단계의 일부로서 수행됩니다. 이러한 분자에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
사이토카인(면역 체계의 전달체입니다)
보체 단백질(보체계를 구성합니다)
이들 물질은 세포에 포함되어 있지 않고 혈장(혈액의 액체 부분) 등 체액에 녹아 있습니다.
일부 사이토카인 등 분자의 일부는 염증을 촉진합니다.
염증은 분자가 면역 체계 세포를 해당 조직으로 유인하기 때문에 발생합니다. 이들 세포를 조직으로 보내기 위해 인체는 더 많은 혈액을 해당 조직으로 보냅니다. 조직에 더 많은 혈액을 보내기 위해 혈관이 확장되고 구멍이 많아져서 더 많은 액체와 세포가 혈관을 떠나 조직으로 들어가게 됩니다. 그러므로 염증은 홍조, 열기, 부기를 야기합니다. 염증의 목적은 감염체가 확산되지 않도록 한정하는 것입니다. 이후 면역 체계가 생산한 다른 물질이 염증을 해소하고 손상된 조직을 치유합니다. 염증은 괴로울 수 있지만 면역 체계가 자기 역할을 수행하고 있음을 나타냅니다. 하지만 과도한 또는 장기적(만성적) 염증은 해로울 수 있습니다.
면역 체계에는 인체에 퍼져있는 세포들 외에도 몇 가지 기관이 포함되어 있습니다. 이들 기관은 1차 또는 2차 림프 기관으로 분류됩니다.
1차 림프 기관은 백혈구가 생산되어 증식하는 곳입니다.
골수는 호중구, 호산구, 호염기구, 단핵세포, B 세포 및 T 세포로 발전하는 세포(T 세포 전구체) 등 모든 다양한 백혈구를 생산합니다.
흉선에서는 T 세포가 증식하여 외부 항원을 인식하고 인체의 자체 항원은 무시하는 훈련을 합니다. T 세포는 후천 면역을 위해 매우 중요합니다.
인체 방어가 필요할 경우 주로 골수에서 백혈구를 동원합니다. 그 다음에 혈류로 들어가 필요한 곳으로 이동합니다.
림프계는 흉선, 골수, 비장, 편도, 충수 및 소장 내 파이어판과 함께 면역 체계에서 매우 중요한 부분입니다.
림프계는 림프관으로 연결된 림프절의 망입니다. 림프계는 인체 내에서 림프를 전달합니다.
림프는 모세혈관의 얇은 벽을 통해서 인체 조직에 스며드는 액체로 구성됩니다. 이 액체에는 산소, 단백질 및 조직에 필요한 기타 영양분이 포함되어 있습니다. 이 액체 중 일부는 다시 모세혈관으로 들어가고, 일부는 림프관으로 들어가서 림프가 됩니다.
작은 림프관들이 큰 림프관으로 연결되고 최종적으로 흉관을 형성합니다. 흉관은 가장 큰 림프관입니다. 흉관은 쇄골하 정맥에 연결되어 림프를 혈류로 돌려보냅니다.
또한 림프는 조직에 있는 외부 물질(세균 등), 암세포, 죽은 세포나 손상된 세포를 림프관으로 보내어 림프절에서 처리하게 합니다. 림프에는 많은 백혈구가 포함되어 있습니다.
림프가 전달하는 모든 물질은 최소한 하나의 림프절을 통과하고, 거기서 외부 물질을 걸러내고 파괴한 후 다시 혈류로 돌아갑니다. 림프절에서는 백혈구가 항원을 수집하고 서로 또는 항원과 상호작용하여 외부 물질에 대한 면역 반응을 야기합니다. 림프절에는 B 세포, T 세포, 수지상 세포, 대식세포가 조밀하게 밀집된 조직 망이 포함되어 있습니다. 유해한 미생물을 이 망에서 걸러낸 후 B 세포와 T 세포가 식별하여 공격합니다.
림프절은 목, 겨드랑이, 사타구니 등 림프관이 분기하는 곳에 밀집된 경우가 많습니다.
2차 림프 기관에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
충수
소장 내 파이어판
이들 기관은 미생물과 기타 외부 물질을 끌어 모으고, 면역 체계의 성숙 세포가 외부 물질을 수집하여 상호작용하는 장소를 제공하며 특정 면역 반응을 야기합니다.
림프절은 인체의 전략적 부위에 위치하며, 방대한 림프관 망인 림프계로 연결됩니다. 림프계는 미생물, 기타 외부 물질, 암세포, 조직의 죽은 세포나 손상된 세포를 림프절로 운반하고 거기서 이물질과 세포들을 여과하여 파괴합니다. 그 다음에 여과된 림프는 다시 혈류로 돌아갑니다.
림프절은 암세포가 확산될 수 있는 첫 번째 장소 중 하나입니다. 그러므로 의사는 암 전이 여부를 판단하기 위해 림프절을 평가합니다. 림프절에 있는 암세포는 림프절을 부어 오르게 합니다. 감염이 되면 림프절이 부어 오를 수 있는데 그 이유는 림프절에서 감염에 대한 면역 반응이 일어나기 때문입니다. 때로는 림프절로 운반된 세균이 죽지 않고 림프절에서 감염(림프절염)을 야기하기 때문에 림프절이 부을 수도 있습니다.
림프절에는 조직망이 있는데 거기에서 해로운 미생물과 죽거나 손상된 세포를 걸러내고 파괴합니다.
침입자에 대한 성공적인 면역 반응을 위해서는 다음이 필요합니다.
활성화 및 동원
침입자를 파괴하려면 면역 체계가 먼저 침입자를 인식해야 합니다. 즉 면역 체계가 자기와 비자기(이물질)을 구별할 수 있어야 합니다. 모든 세포는 표면에 식별 분자가 있기 때문에 면역 체계는 이러한 구별이 가능합니다. 미생물을 인식할 수 있는 것은 그 표면에 있는 식별 분자가 이물질이기 때문입니다.
사람에서 가장 중요한 자기 식별 분자는 다음과 같습니다.
인간 백혈구 항원(HLA) 또는 주조직적합복합체(MHC)
HLA 분자를 항원이라고 하는데, 그 이유는 신장이나 피부 이식처럼 이식할 경우 다른 사람에게서 면역 반응을 야기하기 때문입니다(일반적으로 자신에게서는 면역 반응을 야기하지 않습니다). 개개인은 거의 고유한 HLA 조합을 갖고 있습니다. 개인의 면역 체계는 일반적으로 이 고유한 조합을 자기로 인식합니다. 자신의 세포에 있는 분자와 동일하지 않은 분자를 표면에 갖고 있는 세포는 이물질로 식별됩니다. 그러면 면역 체계가 그 세포를 공격합니다. 이러한 세포는 이식된 조직의 세포 또는 침입 미생물에 감염되었거나 암으로 변형된 인체 세포 중 하나입니다. (조직 이식이 필요할 때 의사들이 일치시키려고 하는 것이 바로 HLA 분자입니다.)
일부 백혈구 즉(B 세포(B 림프구))는 침입자를 바로 인식할 수 있습니다. 하지만 다른 세포(T 세포(T 림프구))들은 항원 제시 세포라고 하는 세포의 도움이 필요합니다.
항원 제시 세포는 침입자를 삼키고 조각으로 분해합니다.
이후 항원 제시 세포는 침입자의 항원 분해물을 세포 자신의 HLA 분자와 결합시킵니다.
항원 분해물과 HLA 분자의 결합물은 세포 표면으로 이동합니다.
표면에 맞는 수용체가 있는 T 세포는 마치 자물쇠에 맞는 열쇠처럼 항원 분해물을 전달하고 있는 HLA 분자 부분에 붙을 수 있습니다.
T 세포는 이후 활성화되고 해당 항원을 가진 침입자와 싸우기 시작합니다.
T 세포가 항원을 인식하는 방법
T 세포는 면역 감시 체계의 일부로서, 혈류와 림프계를 이동합니다. T 세포가 림프절이나 다른 2차 림프 기관에 도달하면 인체에서 외부 물질(항원)을 찾습니다. 하지만 외부 항원을 완전히 인식하여 반응하기 전에 다른 백혈구(항원 제시 세포)가 항원을 처리하여 T 세포에 전달해야 합니다. 항원 제시 세포는 (가장 효과적인) 수지상 세포, 대식세포 및 B 세포로 구성됩니다.
백혈구가 침입자를 인식하면 활성화됩니다. 예를 들어 항원 제시 세포가 HLA에 결합된 항원 분해물을 T 세포에 전달하면 T 세포가 분해물에 부착하여 활성화됩니다. B 세포는 침입자에 의해 바로 활성화될 수 있습니다. 백혈구가 활성화되면 침입자를 삼키거나, 죽이거나 두 가지를 모두 수행하게 됩니다. 침입자를 죽이려면 일반적으로 두 종류 이상의 백혈구가 필요합니다.
대식 세포, 활성화된 T 세포 등 면역 세포는 문제 부위로 다른 면역 세포를 유인하는 물질을 분비하여 방어 체계를 동원합니다. 면역 세포를 유인하는 물질을 침입자 자체가 분비할 수도 있습니다.
자가면역 질환과 같이 인체에 과도한 손상을 방지하기 위해서 면역 반응이 조절되어야 합니다. 조절(억제) T 세포는 면역 반응을 억제하는 사이토카인(면역 체계의 화학적 전달체)을 분비하여 반응을 조절하도록 돕습니다. 이들 세포가 면역 반응이 무한정으로 진행되는 것을 방지합니다.
분해는 침입자를 한정하여 인체에서 제거하는 기능입니다. 침입자가 제거되고 나면 대부분의 백혈구가 스스로 파괴되어 흡입됩니다. 남은 세포를 기억 세포라고 합니다. 인체는 후천 면역의 일부인 기억 세포를 유지하여 특정 침입자를 기억하여 나중에 만나면 훨씬 격렬하게 반응합니다.
(면역 체계의 개요 또한 참조.)
선천(자연) 면역은 태어날 때부터 존재하고 침입자에 대한 노출을 통해 배울 필요가 없기 때문에 붙여진 이름입니다. 따라서 외부 침입자에 즉시 반응합니다. 하지만 그 성분이 모든 외부 침입자들을 거의 동일한 방식으로 처리합니다. 그리고 외부 침입자에 있는 제한된 수의 식별 물질(항원)만 인식합니다. 하지만 이들 항원은 많은 다양한 침입자들에 존재합니다. 선천 면역은 후천 면역과 달리 접촉 기억이 없으며, 특정 외부 항원을 기억하지 않고, 미래의 감염에 대하여 지속적인 보호 기능을 제공하지는 않습니다.
선천 면역에 관련된 백혈구는 다음과 같습니다.
단핵세포(대식세포로 발전함)
이들은 각각 다른 기능을 갖고 있습니다.
선천 면역에 참여하는 다른 물질은 다음과 같습니다.
비만 세포
보체계
단핵세포 및 대식세포
대식세포는 단핵세포라고 하는 유형의 백혈구로부터 발달합니다. 단핵세포는 혈류에서 조직으로 이동할 때 대식세포가 됩니다.
감염이 발생하면 단핵세포는 조직으로 이동합니다. 단핵세포는 조직에서 약 8시간 동안 크게 비대해져 자체 내에 과립을 생산하고 대식세포가 됩니다. 과립에는 세균과 다른 외부 세포를 죽여서 삼키는 효소와 기타 물질이 들어 있습니다. 대식세포는 조직에 머물며, 세균, 외부 세포, 손상된 세포나 죽은 세포를 삼킵니다. (세포가 미생물, 다른 세포나 세포 분해물을 삼키는 과정을 식균 작용이라 하며 삼키는 세포를 식세포라고 합니다.)
대식세포는 다른 백혈구를 감염 부위로 유인하는 물질을 분비합니다. 또한 T 세포가 침입자를 인식하고 후천 면역 작용에 참여하도록 도와줍니다.
혈류에 있는 가장 일반적 유형의 백혈구인 호중구는 가장 먼저 감염을 방어하는 세포 중 하나입니다. 호중구는 식세포로, 세균과 다른 외부 세포를 삼킵니다. 호중구에는 그러한 세포를 죽여서 삼키도록 도와주는 효소를 분비하는 과립이 포함되어 있습니다.
호중구는 혈류에서 순환하며 혈류를 벗어나 조직으로 들어가려면 신호를 받아야 합니다. 이 신호는 세균 자체에서, 보체 단백질에서 또는 손상된 조직에서 나오며 이들은 모두 호중구를 문제 부위로 유도하는 물질을 생산합니다. (세포를 특정 부위로 유인하기 위해 물질을 사용하는 과정을 주화성이라고 합니다.)
또한 호중구는 주변 조직에 섬유질을 생산하는 물질을 분비하기도 합니다. 이 섬유질이 세균을 가둬서 확산을 방지하고 쉽게 파괴하도록 만듭니다.
호산구는 세균을 삼킬 수 있지만 너무 커서 삼킬 수 없는 외부 세포를 표적으로 삼을 수도 있습니다. 호산구에는 외부 세포를 만나면 효소와 다른 독성 물질을 분비하는 과립이 포함되어 있습니다. 이들 물질이 표적 세포막에 구멍을 만듭니다.
호산구는 혈류를 타고 순환합니다. 하지만 호중구나 대식세포보다 세균에 대한 활성도가 떨어집니다. 호산구의 주요 기능 중 하나는 기생충에 부착해서 움직이지 못하게 하고 죽이는 기능입니다.
호산구는 암세포 파괴를 도울 수 있습니다. 또한 호산구는 염증 및 알레르기 반응에 관여하는 물질을 생산합니다. 알레르기, 기생충 감염 또는 천식이 있는 사람은 그렇지 않은 사람보다 혈류에 호산구가 더 많이 들어 있습니다.
호염기구는 외부 세포를 삼키지 않으며, 알레르기 반응에 관여하는 물질인 히스타민으로 채워진 과립을 함유하고 있습니다. 호염기구는 알레르기 항원(알레르기 반응을 유발하는 항원)을 만나면 히스타민을 분비합니다. 히스타민은 손상된 조직으로의 혈류를 증가시켜 부기 및 염증을 유발합니다.
또한 호염기구는 호중구와 호산구를 유인하는 물질을 생산합니다.
자연 살해 세포는 형성 즉시 죽일 준비가 되어 있기 때문에 "자연" 살해 세포라고 합니다. 자연 살해 세포는 감염된 세포나 암세포를 인식하고 그에 부착되어 해당 세포의 외막을 파손하는 효소와 다른 물질을 분비합니다. 자연 살해 세포는 바이러스 감염의 초기 방어 시에 중요합니다.
또한 자연 살해 세포는 T 세포, B 세포 및 대식세포의 일부 기능을 조절하는 사이토카인을 생산합니다.
비만 세포는 조직에 존재하며, 기능은 혈액의 호염기구와 유사합니다. 비만 세포는 알레르기 항원을 만나면 히스타민 및 염증과 알레르기 반응에 관련된 기타 물질을 분비합니다.
보체계는 순서대로 작용하는 30개 이상의 단백질로 구성됩니다. 즉, 한 단백질이 또다른 단백질을 활성화시키며 이는 다시 또 다른 단백질을 활성화시켜 감염을 방어합니다. 이러한 절차를 보체 연쇄반응이라고 합니다.
보체 단백질은 후천 면역과 선천 면역에서 다음과 같은 다양한 기능을 합니다.
세균을 직접 죽임
세균에 부착하여 호중구와 대식세포에 의해 쉽게 식별되어 삼켜지도록 함으로써 세균 파괴를 도움
대식세포와 호중구를 문제 부위로 유인함
바이러스를 중화함
면역 세포가 특정 침입자를 기억하도록 도와줌
항체 형성을 촉진함
항체의 효능을 향상시킴
인체가 죽은 세포 및 면역 복합체(항원에 부착된 항체로 구성됨)를 제거하도록 도와줌
사이토카인은 면역 체계의 전달체입니다. 백혈구와 면역 체계의 다른 특정 세포들은 항원이 감지되면 사이토카인을 생산합니다.
사이토카인은 다양한 종류가 있으며 다양한 면역 체계 부분에 영향을 줍니다.
일부 사이토카인은 활동을 자극합니다. 그들은 보다 효율적으로 죽이고 다른 백혈구들을 문제 부위로 유인하기 위해 특정 백혈구를 자극합니다.
다른 사이토카인은 활성을 억제하여 면역 반응이 끝나도록 도와줍니다.
인터페론이라고 하는 일부 사이토카인은 바이러스의 재생산(복제)을 방해합니다.
또한 사이토카인은 후천 면역 과정에 참여하기도 합니다.
후천 면역(적응성 면역 또는 특이 면역 )은 출생 시에는 존재하지 않으며, 학습된 결과입니다. 학습 과정은 사람의 면역 체계가 외부 침입자를 만나고 비자기 물질(항원)을 인식할 때 시작됩니다. 그런 다음, 후천 면역 성분이 항원을 가장 잘 공격하는 방법을 배우고 항원에 대한 기억을 개발하기 시작합니다. 후천 면역은 특이 면역이라고도 하는데, 그 이유는 예전에 접촉한 특정 항원에 대해 맞춤형 공격을 하기 때문입니다. 즉 학습하고, 적응하고, 기억하는 특성을 갖고 있습니다.
후천 면역이 생기려면 새 항원에 처음 노출된 후에 시간이 필요합니다. 하지만 그 후에 항원을 기억하면, 해당 항원에 대한 이후의 반응은 처음 노출된 후 일어난 반응보다 더 빠르며 더 효과적입니다.
후천 면역을 담당하는 백혈구는 다음과 같습니다.
림프구(T 세포 및 B 세포)
일반적으로 B 세포(B 림프구)가 생산한 항체가 항원을 만나면 후천 면역 반응이 시작됩니다.
후천 면역에 참여하는 다른 물질은 다음과 같습니다.
보체계(항체의 효과를 높입니다)
림프구는 인체가 항원을 기억하고 자기와 유해한 비자기(바이러스와 세균 포함)를 구별하도록 합니다. 림프구는 혈류와 림프계에서 순환하고 필요 시 조직 안으로 이동합니다.
면역 체계는 접촉한 모든 항원을 기억할 수 있는데, 그 이유는 접촉 후에 일부 림프구가 기억 세포가 되기 때문입니다. 이들 세포는 수 년 또는 수십 년 동안 오래 생존합니다. 기억 세포가 항원을 두 번째로 만나면 즉시 인식하여 해당 항원에 적합한 방식으로 신속하게 반응합니다. 이 특이 면역 반응 때문에 사람들이 수두나 홍역에 두 번 걸리지 않는 것이며 백신을 통해 특정 질환을 예방할 수 있는 것입니다.
T 세포나 B 세포가 림프구가 될 수 있습니다. T 세포와 B 세포가 협력하여 공격자를 파괴합니다.
T 세포는 골수의 줄기 세포에서 발달한 후 흉선이라고 불리는 흉부에 있는 기관으로 이동합니다. 그 곳에서 T 세포는 인체 자신의 조직을 공격하지 않도록 자기와 비자기 항원을 구별하는 법을 학습합니다. 일반적으로 인체 자신의 항원(자기 항원)을 무시하도록 학습한 T 세포만이 성숙하여 흉선을 떠나도록 허용됩니다.
T 세포는 거의 무제한의 다양한 항원을 인식할 수 있습니다.
성숙한 T 세포는 2차 림프 기관(비장, 림프절, 편도, 충수 및 소장 내 파이어판)에 저장됩니다. 이들 세포는 혈류와 림프계를 통해 순환합니다. T 세포가 감염 세포나 이상 세포를 처음 접하면 활성화되어 해당 특정 세포를 찾습니다.
일반적으로 T 세포가 활성화되기 위해서는 항원을 조각으로 분해(항원 처리라고 함)한 후 감염 세포 또는 이상 세포의 항원을 T 세포에 제공하는 다른 면역 세포의 도움을 필요로 합니다. 그 후 T 세포는 여러 유형의 T 세포로 증식하고 특화됩니다. 유형은 다음과 같습니다.
살해(세포독성)T 세포는 감염 세포 또는 이상 세포(예: 암세포)에 부착됩니다. 그 다음 살해 T 세포는 세포막에 구멍을 뚫고 세포에 효소를 주입하여 세포를 죽입니다.
도움 T 세포는 다른 면역 세포들을 도와줍니다. 일부 도움 T 세포는 B 세포가 외부 항원에 대한 항체를 생산하도록 도와줍니다. 다른 도움 T 세포들은 살해 T 세포가 감염 세포 또는 이상 세포를 죽이도록 도와주거나 대식 세포 활성화를 도와주어 그들이 감염 세포 또는 이상 세포를 보다 효율적으로 삼키도록 합니다.
억제(조절) T 세포는 면역 반응이 끝나도록 도와주는 물질을 생산하고 때로는 특정 유해 반응이 발생하지 않도록 예방하기도 합니다.
T 세포가 처음에 항원을 만나면 대부분 지정된 기능을 수행하지만 일부는 기억 세포가 되어 항원을 기억하고 나중에 다시 만날 때 보다 적극적으로 대응하게 됩니다.
때로는 완전히 알려지지 않은 이유 때문에 T 세포가 자기와 비자기를 구별하지 못하기도 합니다. 이러한 오작동 때문에 자가면역 질환이 발생하며 이 경우 인체가 자신의 조직을 공격합니다.
B 세포는 골수에서 형성됩니다. B 세포의 표면에는 항원이 부착되는 특정 부위(수용체)가 있습니다. B 세포는 거의 무제한 수의 다양한 항원을 인식할 수 있습니다.
B 세포의 주된 목적은 공격하기 위해 항원을 표지하거나 이를 직접 중화시키는 항체를 생산하는 것입니다. 또한, B 세포는 T 세포에 항원을 제시하여 T 세포를 활성화시킬 수 있습니다.
B 세포의 항원에 대한 반응에는 두 단계가 있습니다.
1차 면역 반응: B 세포가 항원을 처음 만나면 항원이 수용체에 부착되어 B 세포를 자극합니다. 일부 B 세포는 기억 세포로 변하여 특정 항원을 기억하고, 어떤 B 세포는 형질 세포로 변합니다. 이 과정에서 도움 T 세포가 B 세포를 도와줍니다. 형질 세포는 항체 생산을 자극했던 항원에 해당되는 항체를 생산합니다. 최초로 항원을 만난 후에는 특정 항체가 충분하게 생산되는 데에 수 일이 소요됩니다. 그러므로 1차 면역 반응은 느리게 진행됩니다.
2차 면역 반응: 하지만 그 후에 B 세포가 항원을 다시 만나면 기억 B 세포가 항원을 신속히 인식하고 증식하여 형질 세포로 변해서 항체를 생산합니다. 이 반응은 신속하고 매우 효과적입니다.
수지상 세포는 인체 전반의 피부, 림프절 및 조직에 존재합니다. 대부분의 수지상 세포는 항원 제시 세포입니다. 즉, 이들은 항원을 삼켜서 처리하고 제시하여 도움 T 세포가 항원을 인식할 수 있게 합니다. 수지상 세포는 항원 분해물을 림프절의 T 세포에 제시합니다.
다른 유형의 수지상 세포인 여포상 수지상 세포는 항체에 연결된 미처리(온전한) 항원(항체-항원 복합체)을 B 세포에 전달합니다. 여포상 수지상 세포는 B 세포가 항원에 반응하는 것을 돕습니다.
T 세포와 B 세포에 항원이 전달되면 이들 세포가 활성화됩니다.
B 세포가 항원을 다시 만나면 자극을 받아 형질 세포나 기억 B 세포로 성숙합니다. 그 다음, 형질 세포는 항체(면역글로불린, Ig라고도 함)를 분비합니다.
항체는 아래와 같은 방법으로 인체를 보호합니다.
세포가 항원을 삼키도록 도와줌(항원을 삼키는 세포를 식세포라 함)
세균이 생산하는 독성 물질을 비활성화함
세균과 바이러스를 직접 공격함
세균 및 바이러스가 세포에 부착하여 침입하는 것을 방지함
다양한 면역 기능을 가진 보체계를 활성화함
자연 살해 세포와 같은 특정 세포를 돕고 감염된 세포나 암세포를 죽임
항체는 특정 유형의 세균 및 진균 감염과 싸워서 물리칠 때 필수적이며, 바이러스와 싸울 때에도 도움이 됩니다.
항체는 인식하도록 만들어진 항원에 부착하여 면역 복합체(항체-항원 복합체)를 형성합니다. 항체와 항원은 마치 조각 그림 맞추기처럼 서로 꼭 들어 맞습니다. 항체가 생성될 때 인식하여 부착된 항원과 비슷한 항원들이 있으면 항체가 다른 항원에 부착할 수도 있습니다.
항체의 기본 Y 구조
항체 분자는 기본적으로 Y자 모양을 하고 있으며, 이 분자에는 두 부분이 있습니다.
가변 부분: 이 부분은 항체의 표적 항원에 따라 항체마다 다릅니다. 항원은 가변 부분에 부착됩니다.
불변 부분: 이 부분은 항체의 종류(class)를 결정하는 다섯 가지 구조(lgM,lgG,lgA,lgD) 중 하나 일 수 있습니다. 각 종류 내에는 이 부분이 동일합니다.
각 항체 분자는 두 부분으로 구성됩니다.
가변 부분: 이 부분은 서로 다르며, 특정 항원에 부착하는 기능을 전문적으로 수행합니다.
불변 부분: 이 부분은 항체의 종류(class)를 결정하는 다섯 가지 구조(IgM, IgG, IgA, IgE, IgD) 중 하나입니다. 이 부분은 각 종류 내에서는 동일하고 항체의 기능을 결정합니다.
항체는 불변 부분을 바꾸어 다른 종류가 될 수 있으나 가변 부분은 변하지 않습니다. 그러므로 항체는 붙을 수 있도록 만들어진 특정 항원을 항상 인식할 수 있습니다.
이 항체 종류는 특정 항원(예: 감염성 미생물의 항원)을 처음 만날 때 생산됩니다. 항원과 처음 만날 때 발생하는 반응이 1차 면역 반응입니다. 그 다음, IgM은 항원에 부착하여 보체계를 활성화하여 미생물을 삼키기 쉽게 만듭니다.
일반적으로 IgM은 조직이 아닌 혈류에 존재합니다.
가장 일반적인 항체 종류로서 특정 항원을 다시 만나면 생산됩니다. 이 반응(2차 면역 반응)에서는 1차 면역 반응보다 더 많은 항체가 생산됩니다. 2차 면역 반응은 훨씬 신속하고 생산되는 항체(주로 IgG)는 더욱 효과적입니다.
IgG는 세균, 바이러스, 진균, 독성 물질에 대항하며,
혈류와 조직에 존재합니다. 이것은 산모의 태반에서 태아로 넘어갈 수 있는 유일한 항체 종류입니다. 영아의 면역 체계가 자체 항체를 생산할 수 있을 때까지 산모의 IgG가 태아와 영아를 보호합니다.
또한 IgG는 치료에 사용되는 가장 일반적 종류의 항체이기도 합니다. 예를 들어, 면역 글로불린(정상적인 면역 체계를 가진 사람들의 혈액에서 얻어진 항체)는 주로 IgG로 구성됩니다. 면역 글로불린은 일부 면역결핍 질환 및 자가면역 질환을 치료하는 데 사용됩니다.
이 항체는 코, 눈, 폐, 소화관 등 점막이 있는 인체 표면을 침입하는 미생물을 방어하도록 도와줍니다.
IgA는 다음과 같은 곳에 존재합니다.
점막에 의해 생성되는 분비물(예: 눈물 및 침)
초유(모유가 생산되기 전 분만 후 처음 몇 일 동안 유방에서 생산되는 체액)
이들 항체는 즉각적인 알레르기 반응을 유발합니다. IgE는 혈류에 있는 호염기구(일종의 백혈구)와 조직에 있는 비만 세포에 결합합니다. IgE가 결합된 호염기구 또는 비만세포가 알레르기 항원(알레르기 반응을 유발하는 항원)을 만나면 염증을 야기하고 주변 조직을 손상시키는 물질(예: 히스타민)을 배출합니다. 따라서 IgE는 좋은 일보다 나쁜 일을 더 많이 하는 것처럼 보이는 유일한 항체 종류입니다. 하지만 IgE는 개발도상국에서 흔한 특정 기생충 감염에 대한 방어를 도와줍니다.
혈류와 소화계의 점막에 소량의 IgE가 존재합니다. 천식, 건초열, 기타 알레르기 질환이나 기생충 감염이 있는 사람은 그 양이 많아집니다.
IgD는 주로 미성숙 B 세포 표면에 존재하며, 세포의 성숙을 돕습니다.
이 항체는 혈류에 소량으로 존재합니다. 혈류에서 이 항체의 기능은 아직 명확히 규명되지 않았습니다.
다양한 종류의 미생물이 다양한 방법으로 공격을 받아 파괴됩니다.
일부 미생물은 침입자를 삼키는 세포(식세포)가 직접 인식하여 삼키고 파괴하는데, 이에 해당되는 세포는 호중구와 대식세포입니다.
하지만 식세포는 특정 세균을 직접 인식할 수 없는데 그 이유는 세균이 캡슐에 싸여 있기 때문입니다. 이 경우 B 세포가 식세포의 인식을 도와줘야 합니다. B 세포는 세균 캡슐에 있는 항원에 대한 항체를 생산하고, 이 항체들이 캡슐에 부착됩니다. 그러면 식세포가 세균을 인식할 수 있습니다.
일부 미생물은 완전히 제거할 수 없습니다. 이러한 미생물을 방어하기 위해 면역 체계가 미생물 주변에 벽을 형성합니다. 이 벽은 식세포 특히 대식세포가 서로 부착할 때 형성됩니다. 미생물 주변의 벽을 육아종이라고 합니다. 이렇게 갇힌 일부 세균은 인체 내에서 영구히 살 수도 있습니다. 면역 체계가 (심지어 50~60년 후에) 약화되면 육아종의 벽이 깨지고 세균이 증식을 시작하여 증상이 발생할 수도 있습니다.
면역 체계는 평생 동안 변화합니다.
출생 시에는 후천(특이) 면역이 완전히 발달하지 않은 상태입니다. 하지만 신생아에게는 임신 중에 산모의 태반에서 넘어온 일부 항체가 있습니다. 이들 항체는 신생아의 자체 면역 체계가 완전히 발달할 때까지 신생아를 감염으로부터 보호합니다. 또한 모유를 먹는 신생아는 산모의 모유로부터 항체를 받습니다.
나이가 들면 다음과 같이 면역 체계의 효과가 떨어지게 됩니다.
면역 체계가 자기와 비자기를 구별하는 능력(즉 외부 항원을 식별하는 능력)이 떨어지게 됩니다. 따라서 자가면역 질환이 더 자주 발생합니다.
대식세포(세균과 기타 외부 세포를 삼키는 세포)가 세균, 암세포 및 기타 항원을 보다 천천히 파괴합니다. 이렇게 면역 체계가 둔화되는 것이 노인에게서 암이 빈발하는 이유가 될 수 있습니다.
T 세포(과거에 접했던 항원을 기억하는 세포)가 항원에 덜 신속하게 반응합니다.
새로운 항원에 반응할 수 있는 백혈구의 수가 줄어듭니다. 그러므로 노인이 새로운 항원을 접하면 인체가 그것을 기억하여 방어하는 능력이 떨어집니다.
노인에게는 보체 단백질이 적고 젊은 사람들이 세균 감염에 반응할 때만큼 많은 보체 단백질을 생산하지 못합니다.
항원에 반응하여 생산되는 항체의 수가 대체로 거의 동일함에도 불구하고 항체가 항원에 부착하는 능력이 떨어집니다. 그렇기 때문에 폐렴, 독감, 감염성 심내막염, 파상풍이 노인에게 더 많이 발생하고 사망에 이르게 되는 한 이유가 될 수 있습니다. 또한 이러한 변화는 노인에서 백신이 덜 효과적인 이유 및 노인에서 (일부 백신에서 이용할 수 있는) 추가접종을 받는 것이 중요한 이유를 부분적으로 설명할 수 있습니다.
이러한 면역 기능의 변화 때문에 노인이 일부 감염과 암에 보다 취약할 수 있습니다.
면역요법은 면역 체계의 구성 요소를 모방하는 약물을 사용하는 것입니다. 질환에 대항하기 위해 이러한 약물을 사용하는 방법이 빠르게 발전하고 있습니다.
여러 유형(종류)의 면역요법 약물이 개발되었는데, 가장 일반적인 종류 중 하나가 단클론 항체입니다.
단클론 항체(mAb)는 원하는 항체를 생산하도록 변형된 살아있는 세포를 이용하여 실험실에서 생산되는 항체입니다. 사람의 혈류에 주사되는 경우, 인체에서 생성된 항체와 같은 역할을 합니다. 단클론 항체는 보통 암세포 또는 류마티스 관절염과 같은 질환에서 염증을 유발하는 물질을 공격하도록 설계됩니다.
단클론 항체는 다음을 위해 사용됩니다.
다양한 암(예: 유방암, 결장직장암) 및 염증성 질환(예: 류마티스 관절염, 크론병, 건선) 치료
장기이식 거부반응 예방
단클론 항체는 종종 면역 체계를 억제하는 데 사용되기 때문에 감염 위험 증가와 같은 심각한 부작용이 있을 수 있습니다.