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면역/일차면역체계 #
개요 #
일차면역체계(Primary immune system)는 면역작용 전반에서 작용하는 비특이적 신체 방어 시스템이다. 이 면역 시스템은 항원 (antigen)이라는 위해요소의 종류(eg. 화학물질, 바이러스, 박테리아)를 구별하지 않고 작용한다는 점에서 이차면역체계와 구분된다. 특이성을 갖지 않는다는 것은 다른 말로 태어난 후 다양한 경험으로 감염 및 항원에 대한 노출에서 얻어지는 획득면역(adaptive immune)과 달리 유전적 요인에 의해 그 기능이 이미 결정되었다는 점에서 선천적 면역(innate immune)으로도 불린다. 일차면역체계는 이러한 특성으로 감염 등의 문제가 발생했을 때 신속하게 작용하는 특징을 가진다.[그림 1]
그림 1. Toll-like receptor의 항원 특이성. 출처: Ossama Motawae. SlideShare.net
일차면역체계가 이차면역체계와 독립적으로 작용한다는 의미는 아니다. 이 둘은 면역체계(Immune system) 안에서 서로 간에 유기적으로 작용한다는 점에서 매우 복잡한 네트워크(Network)를 형성한다. 따라서 여전히 활발히 연구되고 있다. 일차면역 체계는 암(cancer), 대사증후군(metabolic syndrome) 등 현대 질환의 발생과 밀접한 연관이 있으면 면역질환(Immune disease)이라는 범주에서 아우르는 이도 있다.
이번 글에서는 먼저 일차면역을 구성하는 요소인 일차면역세포와 그 기능에 대해 간단히 알아보도록 하겠다. 두 번째로 외인성 및 내인성 항원에 대한 일차면역 세포의 작용을 살펴보도록 하겠다. 세 번째로 일차면역에서 이차면역으로 이어지는 기작과 이차면역에서 일차면역으로 신호전달 기작에 대해 설명할 것이다. 마지막으로 일차면역과 관련된 대표적인 질환과 그 연관성을 설명한다.
일차면역세포 #
우리가 항원(antigen)에 노출됐을 때 피부를 넘어 가장 우선하여 대응에 나서는 것이 바로 일차면역세포이다. 따라서 적군이 어떤 무기를 가졌는지, 어떻게 생겼는지 생각할 겨를이 없다. 따라서 항원 비특이적 면역반응(non-specific immune response)이 일어나게 된다.
면역세포는 대부분 골수(Bone marrow)와 같은 조혈기관에서 생성된다. 이때 조혈모세포(Hematopoietic stem cells, HSCs)에서 분화되어 각 각의 면역세포가 형성된다. 일차면역세포는 기능적으로 식작용(Phagocytosis)과 항원표출(Antigen presenting)의 기능을 하게 된다.[그림 2]
그림 2. 대식세포의 탐식 작용(왼쪽), 항원표출작용(오른쪽) 모식도. 출처: Ossama Motawae. SlideShare.net(왼쪽), Front. Immunol., 16 June 2014(오른쪽)
일차면역에 관여하는 주요 세포는 단핵구(Monocyte), 호중구(Neutrophil), 림프구의 일종인 자연 살해 세포 (Natural killer cell)이다. 단핵구는 대식세포(Macrophage), 수지상세포(Dendritic cell) 등으로 분화되어 기능을 한다. 각 각의 특성에 대해 알아보도록 하자.
1) 단핵구 (Monocyte)
단핵구는 전체 백혈구(Leukocyte) 중 10%정도 차지한다. 조혈모세포에서 전구체인 단아구(Monoblast) -> 전단구(Promonocyte)에서 기인한다. 분화된 단핵구는 혈류(blood stream)를 타고 온몸에 전해져 조직으로 스며들게 된다. 단핵구는 또다시 대식세포와 수지상세포로 분화되어 각각 기능한다. 면역세포는 주로 특이적인 세포 표면단백질(cell surface proteins)에 의해 구분된다. 단핵구의 경우 CD14이나 CD16 단백질이 마커 단백질이다. 단핵구의 포식작용은 항원, 즉, 이물질을 인식하는 과정에서 시작한다. 이때 항원을 인식하는 단백질을 Toll-like receptor라고 하며 인식하는 항원의 종류가 다르다.[그림 3]
그림 3. Toll-like receptor의 항원 특이성. 출처: The Role of Toll-like Receptors in the Pathogenesis and Treatment of Dermatological Disease. J Invest Dermatol 125:1 –8, 2005
2) 호중구 (Neutrophil)
호중구는 혈중 백혈구에서 가장 많은 비율(40~70%)을 차지하는 것으로 알려졌다. 형태학적으로 조직 염색법인 Hematoxylin & Eosin에서 다른 호산, 호염기구보다 옅은 핵(nucleus)의 색을 보이며 옆(lobule)의 형태를 보인다. 감염 혹은 외상(trauma) 부위 발생 시 수 분 내로 이동하여 주로 탐식 작용(phagocytosis)을 한다.
3) 자연 살해 세포 (Natiral killer cell, NK cell)
자연 살해 세포는 림프구 (Lymphocyte)에서 기인하지만 다른 림프구와 달리 골수에서 성숙한다. CD56 단백질을 특이적 세포 표면단백질로 발현한다. 면역 사이토카인에 의한 화학적 방식으로 항원의 세포막을 분해하는 작용을 한다. 감염조직에서 항원표출 세포의 주조직 적합성 복합체 I 형(Major Histocompatibility Complex-I)에 의한 항원을 인식하면 상대적으로 빠른 속도로 면역 사이토카인이 분비되는 기작을 가진다.
내, 외인성 일차면역 #
면역작용은 작용의 대상에 따란 내인성과 외인성 면역으로 구분할 수 있다. 내인성 면역은 자가면역(Autoimmunity)을 일컬으며 개체에서 기인한 세포 혹은 물질에 대한 면역작용이다. 외인성 면역 작용이란 외부로부터 침투한 항원에 대항해 일어나는 면역작용을 일컫는다. 주로 세균이나 바이러스, 기생생물(parasite)이 체 내 유입되어 발생한다. 일차면역은 항원에 대한 선대응 및 이후 림프구 작용을 위한 화학적 기호(chemical sign)을 발생시킨다. 크게 면역 다른 면역세포에 감염을 알리는 키모카인(Chemokine) 분비, 림프구 활성 및 B 림프구, 기억 T 림프구 등에 항원표출작용(Antigen presentation)이 있다. 이러한 작용은 같은 항원에 감염되었을 때 빠르고 강력한 이차면역반응(secondary immune response)을 유도한다. [그림4]
그림 4. 감염 시간 경과에 따른 일차, 이차 면역반응. 출처: Biological Science, 2/e
내인성 면역 작용, 다른 말로 자가면역은 비감염상태의 신체에서 일어나는 면역작용이다. 적절한 면역작용상태를 유지하며 감염 및 상처가 발생하였을 때 신속한 반응이 가능하게 한다. 그 외에도 체내 항상성 유지와 같은 기능으로써 반드시 필수적인 기작이다. 질병의 단계에서는 암(cancer)과 같은 이형성 세포의 제거나 자신의 세포를 항원으로 인식하는 경우 발생한다. 정 상세포의 손상은 개체 생존을 저해한다. 한 예가 제1형 당뇨병이며 췌장 내 인슐린 주요 생산 세포인 베타세포의 기능이 저해되며 혈당(blood glucose) 상승이 지속되는 질환이다.[그림 5]
그림 5. 자가면역질환. 출처: www.drionelahubbard.com
마치며 #
일차면역작용은 사실 체내 면역작용의 시작과 끝이라고 볼 수 있다. 신속하고 유동적(mobile)이며 비특이적 반응을 통해 감염을 인식하고 확산시키는 작용을 한다. 항원 인식 및 감염 신호를 체액성 면역세포에 전달하여 활성화시킨다는 점에서 이차면역반응과 긴밀하게 상호작용한다는 것을 알 수 있다. 사실상 암, 당뇨병, 심혈관 질환 등이 자가면역 시스템의 오작동이 공통적인 원인이라는 점에서 일차면역과 질병 간 연관성 연구는 현재도 활발하게 진행 중이다. 또 연구가 진행됨에 따라 일차면역과 이차면역을 세포수준에서 구분하는 것은 그 의미가 떨어진다고 본다.
참고문헌 #
- Ralph van Furtha, Henry Beekhuizenb, in Encyclopedia of Immunology (Second Edition), 1998
- Autoimmunity might aid in the recognition of neoplastic cells by CD8+ T cells, and thus reduce the incidence of cancer. WikiPedia.
- Protective immunity against hepatitis C: many shades of gray. Front. Immunol., 16 June 2014
