Innate Immunity recap

MOONBI·2022년 5월 7일
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사람의 면역은 크게 선천 면역과 적응 면역으로 나뉠 수 있다.
그리고 그 안에서 다시 체액성 면역과 세포성 면역으로 나뉜다.

면역의 과정은 여러 면역 작용이 동시에 발생한다.
가장 먼저 작용하는 면역 반응은 선천 면역 반응이다.
선천 면역은 빠르고 비특이적으로 작용하며, 때론 수동적이고 때론 능동적이다.

선천면역

선천면역 중에서도 수동적(passive)으로 항상 작동되고 있는 것들이 있는데, 체액에서 분비되는 antimicrobial proteins 와 해부학적인 장벽이 그것이다. 우리 몸은 항상 미생물에 해로운 물질들을 땀이나, 침 등을 통해서 분비한다. 해서 실험할 때는 장갑이 필수다. 애써 키운 세포들 맨손으로 만지다간 다 죽어버릴 수도 있으니까,,,
antimicrobial protein에는 침, 눈물 등에서 분비되는 lysozyme, lactoferrin, calprotectin(미생물 생장 억제), psoriasin(대장균 방어), lectin(장 상피 침입 방어), collectin(호흡기 점막 방어) 등이 있다.

우리 몸은 '피부'라는 엄청 두껍고 단단한 장벽으로 보호되고 있는데, 사실상 거의 대부분의 몸을 다 덮고 있기 때문에 피부를 통한 병원균의 감염...은 거의 드물다. 다만 이 피부가 덜 덮고 있는 부위가 몇군데 존재하는데, 대표적인 기관이 눈, 소화계, 호흡계, 비뇨계이다. 특히나 외부 물질들과 많은 interaction이 일어나는 부위 중 하나가 호흡기계인데, 조직의 표면적에서 기체의 교환이 일어나기 때문에 세포가 그대로 외부에 노출되어 있다. 더구나 흡수된 기체가 빠르게 혈액을 타고 전신으로 퍼져야하기에, 혈관이 노출 세포의 바로 아래에 위치한다. 이는 검염성 병원체로 하여금 감염전략의 타겟이 된다.

여기에 대한 방어를 위해 우리 몸은 점막이라는 것을 분비한다. 입 안쪽이나 성기 외부에서 분비되는 끈적이는 물질(muscus), 장에서 분비되는 장액이나 콧물이 대표적이다. 이 점막은 끈적한 특징을 가지고 있어서 외부의 병원균을 쉽게 trapping하고, 또 미끌거리는 특징을 가지고 있어 신체 조직으로 병원균이 침투하지 못하도록 한다. 더해서 점막에는 항체가 같이 분비되기 때문에, 병원체가 쉽게 힘을 쓰지 못하고 중성화(neutralization;항체로 병원체가 둘러싸여 병원체가 세포막에 interaction하지 못하게 되는 것)된다.

이렇게 이중 삼중으로 철저하게 방어를 하고는 있지만, 때론 이걸 뚫고 들어오는 집요한 병원균도 존재한다. 앞에서 말한 외부로 드러난 부위(노출 상피)를 통한 경로 혹은 상처로 인한 감염이 그것이다.

이렇게 감염이 일어나면 먼저 감염 부위에 염증반응(inflammation)이 일어난다. 모기 물린 부위처럼 되는 것이다.
우선 겉으로 보기에 해당 부위가 붉어지고 부어오른다. 부어오르는 현상을 부종(swelling;edema)이라고 하는데, 염증 부위의 혈관들이 느슨해지면서 이 틈을 타고 평소보다 많은 양의 혈장이 스며나오는 것이다. 염증반응은 상처부위, 감염 부위 등에서 가장 먼저 발생하는 반응으로 우리는 이 현상을 좀 더 자세히 들여다볼 필요가 있다.

염증반응

염증반응은 히스타민의 분비로 시작한다. 피부를 날카로운 물건이 찢고 들어와 혈관벽을 찢어놓아서 세포 안에 있던 애들이 떠돌아다니거나(DAMP;Damage-assosiated molecular pattern), 상피 아래에 있는 세포들이 병원체를 감지하면 히스타민을 분비한다. 여기서 '감지'하는 부분이 좀 중요한데, 우리 몸은 길고 긴 진화를 거쳐오면서 흔히 우리 몸속에 들어오게 되는 병원체의 패턴을 분석하고, 저장해왔다. 그런 패턴들을 PAMP(pathogen-assosiated molecular pattern)이라고 하는데, 우리 몸은 이를 인식하는 일종의 센서를 발달시켰고, 이를 PRR(pattern reconition receptor)이라 부른다. 이런 센서(생물학적으로는 수용체)는 면역 작용에 포함되는 세포들에서 발현되며, 그 종류로는 TLR(세포 내외부의 병원체 인식), CLR(진균류 표면의 당 성분 인식), NLR(세균의 세포벽 성분 인식), ALR(병원체 유래 DNA 인식), RLR(바이러스 RNA 인식)이 있다. 이러한 센서들은 PAMP를 감지하는 즉시 세포 핵으로 신호를 전달하고, 세포는 히스타민이나 사이토카인이라는 물질을 뿌려대며 그 일대에 일종의 진돗개 하나를 발령한다. 이 사이토카인은 주변 세포들의 성질을 변화시키기도 하고, 분화시키기도 하며 심지어 혈관을 순찰 중이던 면역계 세포들을 유도하는 역할(chemokine)까지 하게 된다. 혈관 벽을 느슨하게 만들어 감염부위를 붓게 하는 것도 사이토카인 때문이라고 할 수 있다. 혈관 벽이 백혈구들이 더 잘 통과할 수 있도록 느슨해진 덕분에 많은 백혈구, 항체, 면역 물질들이 감염부위 인근에 모여 들 수 있게 된 것이다. 여기까지 오면 드디어 우리가 흔히 아는 백혈구들이 병원체들을 삼키는 반응이 일어난다.

선천 면역 세포

우리는 혈액의 성분을 혈장, 혈소판, 적혈구, 백혈구 정도로만 배워왔지만, 실제로 혈액 속에는 더 많은 종류의 세포들이 있다. 이 세포들은 크게 골수계, 림프계로 나누어지며, 우리가 흔히 백혈구라고 부르는 것들은 이들 중 포식작용 (phagocytosis)이 가능한 세포들(APC;antigen pregenting cell)을 이른다.

선천 면역에 참여하는 세포들은 주로 골수계 세포이다. 골수계, 림프계 세포들은 조혈줄기세포(hSC)로부터 유래되며, 골수계 세포들은 hSC에서 분화된 골수계 전구세포(CMP;common myeloid progenitor cell)로부터 분화되며, 적혈구나 혈소판도 여기에 포함된다. 이외에 CMP는 단핵구와 과립구로도 나누어지는데, 여기에서 과립구가 우리가 흔히 현미경으로 혈액을 관찰했을 때 보이는 세포가 되겠다. 단핵구는 혈액 속을 순찰하다가 앞서 말한 염증이나 감염부위로 이동해 대식세포(MØ; macrophage)와 수지상 세포(DC;dendritic cell)로 분화된다. 두 세포는 모두 염증 부위에서 침입한 병원균을 먹어치우는데, MØ는 그 자리에서 감염부위로 찾아온 림프계 면역 세포(T cell)에게 먹어치운 병원체의 조각을 제시하고, 활성화시킨다. DC는 병원체를 먹어치운 즉시 자리를 이탈하여 2차 림프 기관(림프절;lymph node)으로 이동해 B cell과 T cell에게 병원체의 조각을 제시한다. 이렇듯 병원체가 있는 부위에서 병원체를 먹어치운 후(phagocytosis) 세포 내에서 병원체를 잘게 쪼개 림프계 세포에게 제시(display)하는 기능이 있는 세포들을 항원제시세포(APC)라고 부른다.

앞서 말한 과립구들도 이러한 대게 이러한 역할을 하게 되는데, 호중구(제일 많음, 병원체 포식), 호산구(세균 포식, 알러지 반응), 호염구(포식 못함, 기생충 방어) 및 비만세포(히스타민 분비)를 포함한다. 이들은 세포내에 과립(granula)라고 불리는 막으로 둘러싸인 주머니를 다량 가지고 다니는데, 염증 반응이 일어날 시에 이 세포군들은 가지고 있던 과립들을 세포 밖으로 터트려 안에 있는 물질을 내보낸다. 과립 속에는 면역 작용에 필요한 각종 물질들이 포함되어 있는데, 대표적으로는 알러지, 염증을 일으키는 히스타민, 다른 면역계 세포들을 불러들이는 케모카인, 사이토카인, 병원체를 직접 손상시킬 수 있는 protease 등을 포함한다.

림프계 세포 중에서는 특이하게 NK cell(natural killer cell)이 선천 면역에 기여하는데, 이 NK cell 들은 앞서 말한 '병원체 조각의 제시'를 비롯한 세포의 이상 상태를 감지한다. 병원체 조각은 세포막에 존재하는 MHC라는, 그릇처럼 생긴 일종의 단백질 복합체에 의해 제시되는데, 말 그대로 MHC의 그릇에 병원체 조각을 끼워 넣고 다른 세포에 제시하는 방식으로 antigen pregenting이 일어난다. 이 MHC는 병원체 조각 뿐만 아니라 자기(self) 세포의 일부도 항상 제시하고 있는데, 제시된 조각이 정상적이지 않거나 병원체인 경우 NK cell은 이 세포가 감염되었다고 판단하고 세포에게 자멸 신호를 보내 사멸시킨다. MHC는 크게 1형과 2형으로 나뉘는데, 1형은 대부분 세포에 존재하고 있어 NK cell에게 자신이 감염되었거나 고장나 있다는 신호를 보낼 수 있다.

체액성 면역, 보체

이 글의 처음쯤에 면역은 체액성 면역과 세포성 면역으로 나뉠 수 있다고 언급했었다. 체액성 면역 중에서도 보체는 선천 면역에 포함되는 기능을 가지며, 보체의 면역에서의 역할은 옵소닌화(opsonization)와 염증매개(anaphylatoxins), 그리고 막공격(MAC; membrance attack complex) 등이 있다.

보체는 체액 속에 떠다니는 일종의 단백질 복합체로서 항체를 매개하는 방식(고전 경로) 혹은 직접 병원균의 다당질을 인식하는 방식(렉틴 경로)으로 병원균에 달라붙는다. 보체가 병원균에 달라붙음으로써 포식작용을 하는 세포들에게 '이건 먹어도 돼'하는 신호를 보내는데, 이것을 생물학적으로는 옵소닌화라고 한다. 더해서 얘들은 달라붙은 병원체의 막에 빼빼로 같은 단백질들을 속이 빈 원형으로 둥글게 꽂아 병원체 막에 구멍을 내 버리는데, 이러한 작용을 하는 단백질 복합체를 막공격복합체(MAC)라고 한다. 더해서 이런 보체 단백질 조각 중에는 혈관을 팽창시키고(염증 매개) 다른 면역 세포들을 면역부위로 유인하게 되는데, 이런 역할을 하는 보체 조각을 아나필락시스 독소라고 하고, 이 반응이 과도해지면 아나필락시스 쇼크가 오게 된다. 아나필락시스 독소는 호중구와 결합해서 호중구의 탈과립을 유도하는 기능도 가지고 있다.

이처럼 보체는 과다하게 발현되면 신체에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문에, 그 활성화의 조절이 굉장히 예민해야 한다. 우리 신체는 보체 자체를 반감기가 짧게 생산하거나, 보체를 생산하는 단백질에 결합하거나 혹은 보체를 분해시켜 대응한다. 또 보체가 가지는 대표적인 세포막 공격 기능인 MAC를 기민하기도하고, 아나필락시스 독소를 불활성화시키기도 한다.

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