[면역학]면역의 담당자

면역담당자는 크게 나누어 2가지이다. 하나는 세포이고 또 하나는 세포가 만들어내는 물질이다.

세포는 백혈구이며, 물질의 주역을 이루는 것은 항체이다.

면역의 개념에는 체액면역, 세포면역이 있는데, 항체가 주역이 되는 면역을 체액면역, 세포가 주역이 되는 면역을 세포면역이라고 한다.

1. 면역을 담당하는 세포

면역에 관여하는 세포의 기능에는 다음의 5가지가 있다.

① 탐식작용 : 잡아먹는다.

② 항원을 제시한다 : 이물질의 존재를 알림

③ 이물질의 존재를 인식한다 : self와 non-self의 분별

④ 항체를 생산한다 : Ab production

⑤ 이상세포를 죽인다.

1. 호중구 : 일반세균을 전문적으로 죽이는 세포이다. 호중구에는 이물질에 대한 3가지 기능이 있다.

① 모여서 이동한다 : 화학주성기능

② 먹는다 : 탐식기능

③ 죽인다 : 살균기능

2. 대식세포 : 탐식세포라고도 불리는 것처럼 세균이든 쓰레기이든 무엇이든 먹는다. 그러나 대식세포의 좋은 점은 먹기만 하는 것이 아니라 음식찌꺼기를 항원으로서 제시하는 것이다.

3. B세포 : 림프구의 일종으로서, 성숙하면 형질세포(plasma cell)가 되어 항체를 생산한다. 하나의 B세포가 생산하는 항체는 오직 하나의 항원(antigen)밖에 인식할 수 없다. B세포의 세포막 표면에는 자신이 만든 항체가 붙어 있어 성게와 같은 모양으로 되어 있다. 표면의 항체에 결합한 물질을 흡수하고 분해하여 항원제시를 할 수 있다.

4. T세포 : 세포막에 존재하는 단백질 종류로서 크게 2가지로 나누어진다. 하나는 CD4라는 단백질을 갖는 CD4+ T세포이고, 또 하나는 CD8이라는 단백질을 갖는 CD8+ T세포이다.

CD4+ T세포는 일명 helper T세포라고도 불린다. CD8+ T세포는 killer T세포와 suppressor T세포가 있다.

T세포의 큰 역할은 항원제시세포(antigen presenting cell : APC)에서 오는 정보를 인식하여, 이물질인지 아닌지 판단하는 것이다. 이물질이면 배제할 태세를 갖추고, 이물질이 아니면 방치해 둔다. 판단은 T세포에 있는 T세포 수용체(T cell receptor : TCR)이 담당한다.

(1) helper T 세포

helper T세포에는 2종류가 있으며 각기 help 작용도 다르다. 첫 번째는 대식세포의 활성화와 killer T세포의 활성화를 돕는 작용이고, 두 번째는 항체 생산을 돕는 작용이다. 첫 번째 작용, 즉 세포면역을 발동시키는 T세포를 Th1이라 하고, 두 번째 작용을 하는, 즉 체액면역을 발동시키는 T세포를 Th2라고 한다.

① Th1

Th1, Th2는 모두 같은 CD4+ 양성 T세포이다. 그러나 방출하는 cytokine이 다르다. 이것이 양자를 구분하는 이유이다.

Th1이 방출하는 cytokine은 interluekin-2(IL-2), interferon-γ(IFN-γ) 등이고, Th2가 방출하는 cytokine은 interleukin-4, 5, 6 등이다.

IL-2는 killer T세포의 활성화, IFN-γ는 대식세포의 활성화 작용을 한다.

② Th2

Th2가 방출하는 IL-4, 5, 6은 B세포를 형질세포(plasma cell)로 분화시켜 항체생산을 촉진하는 작용을 한다.

(2) killer T 세포

killer T 세포는 TCR를 이용하여 판결을 내리며 비자기로 인식하면 스스로 사형을 집행한다. 

killer T세포는 perforin이라고 불리는 물질을 분비하여 사형을 진행한다.

 

2. 면역을 담당하는 물질

1. 항체 : 항체는 형질세포가 만들어진 단백질로 항원과 결합하는 부위를 가지고 있다. 항체가 항원에 결합함으로써(Ag-Ab complex) 다음과 같은 장점이 생긴다.

① 세포가 탐식되기 쉬워진다.

② 독소를 중화(neuralization)할 수 있다.

③ 바이러스를 비활성화할 수 있다.

④ 보체를 활성화할 수 있다.

(1) 항체의 구조

항체(=면역글로불린, immunoglobulin)는 2개의 H chain(heavy chain, 중쇄)과 2개의 L chain(light chain, 경쇄)이 S-S결합(interchain disulfide bond)으로 연결되어 있다.

H chain에는 γ, μ, α, δ, ε의 5종류가 있으며, 각각 IgG, IgM, IgA, IgD, IgE를 구성하고 있다. 즉, γ가 IgG, μ가 IgM 등과 같이, 면역글로불린군과 H chain은 1대 1로 대응하고 있다.

한편, L chain에는 κ, λ의 두 종류가 있으며, 이 L chain은 각 면역글로불린에 공통으로 있다. 예를 들어 IgG에는 (γ, κ), (γ, λ)의 두 종류가 있게 된다.

따라서 면역글로블린에는, 구조상 10종류가 존재한다.

(2) 항체의 종류

① IgG : 혈청 속 면역글로불린의 약 75%를 차지하며, 면역반응 후 IgM이 발생한 후 뒤늦게 대량으로 나타난다. IgG가 태반을 통과할 수 있다는 것은 중요하므로 꼭 기억해 두기 바란다. 또, 류마티스 인자에 결합하는 것은 IgG이다.

② IgM : IgG에 해당하는 것이 5개 결합한 형태 즉, 5량체(pentamer)를 형성하고 있다. 그 때문에 분자량이 90만으로 커져 거대글로불린(macroglobulin)이라고 불린다. 면역반응 후, 빠르게 증가하며 보체활성화 능력이 강한 것도 특징이다.

③ IgA : 단량체 또는 2량체, 3량체로 존재한다. 혈청속 외에도 기도 분비액이나 침, 눈물, 소화관액 등의 점액속에 존재하여 이물질(특히 바이러스)이 점막에 결합하여 침입하는 것을 저지한다. 분비액 속의 IgA를 특히 secretory IgA라고 하여, 혈청 IgA와 구별한다. secretory IgA는 국소면역의 주역으로서 중요하다.

④ IgD : 기능은 충분히 해명되지 않고 있다.

⑤ IgE : 혈청속에 극소량만이 존재한다. 호염기구와 비만세포의 막 표면에도 존재하는데, 그 막 표면의 IgE에 알레르기 항원이 결합하면 이들 세포로부터 알레르기 반응을 일으키는 물질(histamine 등)이 방출된다. 기생충 질환과 아토피 등의 알레르기성 질환에서는 IgE가 현저하게 증가한다. 두드러기의 주역이다. 1형 알레르기 반응을 일으킨다.

2. 보체 : 보체는 항체가 결합된 세균이나 세포를 살균하거나 용해하는 작용을 하는 단백질이다. 항체의 기능을 돕는 역할을 하는 인자라고 하여 보체라고 명명되었다. 보체계 성분의 대부분은 혈액 속에서는 활성을 나타내지 않는 효소이다. 보체가 활성화되어 기능을 발휘하기 위해서는 일정한 자극이 필요하다.

(1) 보체의 활성화 : 보체계가 면역복합체에 반응하여 활성화되는 경로를 고전적 경로(classical pathway)라 하고, 세포벽의 리포 다당체 등에 의해 활성화 되는 경로, 즉 면역복합체를 통하지 않는 경로를 부경로(제2경로, alternative pathway)라고 한다.

보체계의 성분은 C1에서 C9까지 존재한다. C는 complement의 머리글자이다. 다음 사항을 꼭 기억하자.

① 고전적 경로는 면역복합체가 C1을 활성화하는 것에서 시작된다.

② 부경로는 중도(C3)에서 시작된다.

③ 최종적으로, 막공격복합체(membrane attack complex : MAC)를 형성한다.

MAC란 세포막에 꽂히는 관과 같은 것으로, 이것이 형성되면 세포는 파열되어 버린다. 예를 들어, 세균에 항체가 결합했기 때문에 거기에는 면역복합체가 존재하게 된다. 따라서 보체가 활성화되어 최종적으로 MAC를 형성한다. 세포막에 구멍이 생기면 세포내로 물이 들어와 결국 세포는 파열되어 버린다.

Killer T세포와 NK세포는 perforin이라는 물질을 분비해서 표적세포를 손상시키는데, 이 perforin이라는 물질도 보체와 유사하여 세포막에 구멍을 낸다.

(2) 보체의 역할

앞에서 서술한 바와 같이, 보체의 가장 큰 역할은 항체와 결합한 세포를 파열(cytolysis)시키는 것이다. 그 외에도 중요한 역할이 있는데, 하나는 화학주성작용(chemotaxis, 대식세포, 호중구를 불러들인다)이고, 또 하나는 옵소닌작용(opsonin)이다.

조금 전의 예를 다시 생각해보자. 세균에 항체가 결합하면 보체가 활성화된다. 여기까지는 동일하다. 그러나 이와는 달리 이번에는 MAC를 형청하지 못했다고 하자. 그렇지만 활성화된 보체가 세균의 막 표면에 남아있고, 남아 있는 보체는 대식세포를 끌어들이는 작용한다. 또, 보체와 결합한 세균은 대식세포에게 쉽게 먹히게 된다. 보체가 세균막 표면 위에 결합하는 것을 옵소닌화한다고 하며, 대식세포가 탐식하기 쉽게 만드는 작용을 옵소닌작용(opsonization)이라고 한다.

* 보체가의 감소

① 혈중보체가 : 혈중보체가의 증감이 문제가 되는 경우가 있다. 특히 보체가의 감소가 자주 문제가 된다. 보체는 간에서 생산되는 효소이므로 간질환이 생기면 감소한다. 또 다른 감소의 기전으로는 소비의 증가가 있다. 소비증가에 의한 보체의 감소는 다음과 같은 정보를 제공해 준다.

소비증가 -> 어디에선가 보체가 사용되고 있다 -> 보체는 면역복합체에서 활성화되기 때문에, 몸의 어딘가에 면역복합체로 존재한다 -> 물론, 혈액속에서 사라진 보체는 면역복합체의 근처에 존재한다 -> 어디에 면역복합체가 침착되어 있는지 조사하는 것은 의사가 해야 할 일이다.

따라서 '혈중 보체가가 감소하는 질환 = 몸의 어딘가에 면역복합체가 존재하고 있는 질환'이라는 것을 기억해 둘 필요가 있다. 보체가가 감소하는 질환으로는 결합조직 질환(SLE, RA), 콩팥 질환(루푸스 콩팥염, PSGN, MGN) 등이 있다.

② 보체계의 조절

세균 등의 대한 보체의 작용은 매우 유익하지만, 자기에 대해서 보체계가 활성화되는 것은 불리한 일이다. 따라서 이와 같은 불필요한 활성화를 막기 위해 세포막에는 보체의 활성화를 억제하는 인자가 존재하고 있다.

이 억제인자가 제대로 작용하지 않아서 생기는 질환에, 발작야간혈색뇨증(PNH)이 있다. 이 질환은 적혈구막에 보체 억제인자가 없기 때문에 아주 작은 보체 활성화 자극에 의해서도 막공격복합체(MAC)가 형성되어 용혈이 일어나기 때문에 초래된다.

3. 싸이토카인

cytokine이란 세포, 주로 백혈구에서 분비되는 단백활성 물질이라는 읨이다.

앞에서 항원제시를 받은 helper T세포는 B세포의 분화증식을 촉진하여, 항체 생산을 증가시킨다고 하였다. 그러나 helper T세포가 항원제시를 받은 후, B세포가 자동적으로 항체생산을 시작하는 것은 아니다. 항원제시 자극을 받은 helper T세포는 cytokine을 방출하고, 이를 받은 B세포가 항체생산 등의 다음 동작으로 이해하는 것이다.

이와 같이, cytokine이란 세포간의 정보전달에 쓰이는 단백질이다. 쉽게 말하자면, 명령 내용이 쓰여 있는 단백질이라고 말할 수 있다. 어떤 세포로부터 명령(cytokine)이 떨어지면 그 명령을 받은 세포는 그대로 실행하는 것이다.