면역계
우리 몸에는 외부에서 침입하는 병원균이나 이물질(항원)을 막아내는 방어체계가 있다. 예를 들어보면 소화기관인 위에서 염산을 분비하여 음식물에 포함된 병원균을 죽이거나 눈물, 콧물, 점막, 피부 등의 작용으로 병원균의 침입을 막는 것을 1차 방어 작용이라 한다. 그런데 1차 방어로 항원이 제거되지 않으면 2차 방어가 일어난다. 2차 방어에는 선천성 면역과 후천성 면역으로 나뉘며 후천성 면역에는 세포성 면역과 체액성 면역이 있다. 선천성 면역은 염증 반응과 같이 모든 균에 작용(비특이적)하는 대식세포 등의 식균 작용으로 병원균을 제압하는 것이다. 후천성 면역은 특별한 항원에만 작용하는 특이적이다.
세포성 면역은 대식세포 등이 항원에 대한 정보를 T-림프구에 넘겨주면 특별한 항원에 작용하는 Tc-림프구가 식균 작용(세포성 면역)으로 처리하는 것이다. 체액성 면역은 Tc-림프구의 식균 작용으로도 처리가 되지 않으면 정보에 접한 B-림프구가 침입한 물질과 특별히 작용하는 항체를 생성하여 방어(체액성 면역) 하는 것이며 이때 기억 세포가 형성되어 몸에 남아 있다. 보통 면역이라 함은 기억 세포가 남아 있는 2차 방어를 의미한다. 1차 방어는 선천성 면역으로 비 특이적으로 작용하며 2차 방어는 후천성 면역으로 특이적으로 반응한다.
1. 항원과 항체
가. 항원(병원균, 비 자기 물질)
내 몸을 구성하는 물질과 다른 물질(병원균, 이물질)을 비 자기(non-self) 물질이라 하며, 내 몸에 들어온 이 비 자기(non-self) 물질을 항원이라 한다. 병원균(세균, 진균-곰팡이, 리케차, 바이러스), 꽃가루, 독 물질, 타 단백질 등이 항원으로 작용한다. 우리 몸에 침입한 1종류의 병원균이나 독성 물질에는 한 개의 항원만 존재하는 것이 아니다. 1종류의 병원균이나 독성 물질에는 수많은 종류의 물질로 되어 있고 구조가 복잡하므로 우리 몸의 구성 물질과 일치하지 않는 비 자기 물질, 즉 항원을 여러 종류 가지고 있다.
나. 항체
항체의 구조는 면역 글로불린(globulin)이라는 단백질이 항체를 구성하는 기본 구조이고 여기에 항원에 대한 특이성을 가지는 작용기가 결합되어있다. 어떤 항원이 처음으로 침입하였을 때 항체를 형성한다는 것은 병원균(항원)의 정보를 찾아내고 항원의 구조에 요철(凹凸) 구조로 결합할 수 있는 작용기 모양을 DNA 정보에서 찾아 단백질로 합성하는 것이다. 항체는 특이성을 가지는 작용기의 작용으로 특정한 병원체나 독 물질을 무력화시킬 수 있다. 특이성이란 항원의 구조와 항체의 작용기 구조가 알맞게 작용할 수 있는 요철(凹凸) 구조를 이루는 것을 말하며 한 가지 항원에 한 가지 항체만 작용한다. 우리 몸에 침입한 1종류의 병원균이나 독성 물질에도 여러 종류의 항원이 있으므로 우리 몸에서는 여러 종류의 항체가 만들어지며 그중에서 우리 몸에 해를 끼치는 특정 항원에 대한 항체가 생성되면 항원을 무력화시켜 우리 몸을 보호할 수 있는 것이다.
2. 림프(임파)와 림프관
혈액이 모세혈관에서 조직의 모든 세포에 물질을 전달하기 위해서는 혈액의 혈장이 양분과 산소를 가지고 모세혈관을 빠져나와 조직 세포 사이에 조직액으로 이동한다. 조직액의 양분과 산소는 각 세포에 공급되고 세포에서 발생한 노폐물은 조직액으로 배출된다. 노폐물을 포함한 조직액은 혈관으로 다시 들어가거나 들어가지 못한 조직액은 열려 있는 림프관으로 들어간다. 조직액이 림프관으로 들어가면 림프액이 되고, 림프관은 쇄골하정맥에 연결되어 있으므로 림프액은 혈관으로 들어가 다시 혈장이 된다. 이와 같이 림프관은 우리 몸의 순환기관의 일부이다. 혈관, 조직액, 림프관에 림프구가 존재하여 외부에서 침입하는 균이나 이물질을 막아내는 면역 작용을 하는 것이다.
우리 몸에는 외부에서 침입하는 균이나 이물질을 막아내는 백혈구가 있는데 백혈구에는 림프구도 포함된다(세부적으로는 기원에 따라 백혈구계와 림프구계로 구분함). 백혈구는 혈관 안과 밖으로 출입할 수 있고 대부분의 백혈구는 혈관 밖의 조직에 존재한다. 림프관에 있는 림프구는 림프절(림프선, 림프샘, 임파선)에 존재하며, 해로운 균을 림프절로 유도하여 식균 작용으로 죽이거나 항원 항체 반응으로 죽인다.
3. 면역기관(Immune organs)
체내의 모든 혈액세포는 골수에 있는 혈액 줄기세포(간세포幹細胞)인 조혈모세포(Hematopoietic stem cell)로부터 만들어진다. 조혈모세포는 척추, 늑골, 흉골, 골반, 대퇴부, 팔다리 뼈와 같은 큰 뼈의 골수에서 만들어진다. 조혈모세포가 분화하여 적혈구, 백혈구, 혈소판, B-림프구, T-림프구 등이 만들어진다. 골수의 조혈모세포로부터 분화된 T-림프구를 숙성, 분화시키는 기관은 흉선(胸線, thymus)이고, B-림프구를 숙성, 분화시키는 기관은 골수(骨髓, bone marrow)이며, 대식세포(大食細胞, macrophage, 마크로파지)를 성숙시키는 기관은 지라(비장 脾臟)이다. 이와 같이 1차 림프 기관(primary lymphoid organs)은 림프구가 골수에서 생성되어 흉선, 지라, 골수 등에서 분화가 일어나는 곳이며 2차 림프 기관(secondary lymphoid organs)은 림프구가 항체를 제거하기 위해 작용하는 곳이다.
가. 1차 림프 기관(primary lymphoid organs)
골수에 조혈모세포(hematopoietic stem cell, 혈액 줄기세포)가 존재한다. 조혈모세포는 골수구계 전구세포(myeloid progenitor)와 림프구계 전구세포(lymphoid progenitor)로 분화되는데 기질 세포(stromal cell)가 분비하는 각종 사이토카인(cytokine)에 의해 분화되며, 일단 분화가 끝나면 골수구계 전구세포와 림프구계 전구세포는 서로 전환되지 않는다.
골수에서 생성된 골수구계 전구세포(myeloid progenitor)는 거대핵세포(megakaryocyte : 여러 개의 혈소판으로 각각 분화), 적혈구 전구세포(erythroid progenitor:적혈구로 분화), 비만 세포(mast cell, mastocyte, 알레르기기에 반응, 히스타민 분비), 골수 모세포로 분화된다.
골수에서 생성된 림프구계 전구세포(lymphoid progenitor)는 자연 살생 세포(NK세포, natural killer cell)와 작은 림프구로 분화된다. 작은 림프구는 1차 림프 기관인 흉선(thymus, 가슴샘)과 골수(bone marrow)에서 항원에 맞는 특정한 항체를 생성하는 림프구로 분화된다.
흉선에서 작은 림프구는 T-림프구로 분화가 일어나며 골수에서 작은 림프구는 B-림프구로 분화가 일어난다. 그리고 골수에서는 조혈모세포(hematopoietic stem cell)가 골수구계 전구세포(myeloid progenitor)로 분화되는데 이들은 일정한 수를 유지하고 있다가 혈구 생산 신호가 내려오면 일부를 전구 세포로 분화시킨 후에 자가 복제를 통해 다시 수를 유지한다.
1) 골수구계 전구세포(myeloid progenitor) 분화
골수구계 전구세포(myeloid progenitor)는 거대 핵세포(megakaryocyte : 여러 개의 혈소판으로 각각 분화), 적혈구 전구세포(erythroid progenitor, 적혈구로 분화), 비만 세포(肥滿細胞, mast cell), 골수모세포로 분화된다.
다시 골수모세포는 호산구 전구세포(eosinophil progenitor, 호산구로 분화), 호염구 전구세포(basophil progenitor, 호염구로 분화), 호중구, 단핵구(monocyte progenitor, 대식세포(여러 개의 단구가 합쳐진 것)와 수지상 세포로 분화) 분화된다.
*대식세포와 수지상 세포(dendritic cell)는 항원제시 세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐식 작용, 항원 조각에 HMC로 표지하여 Th에 전달), APC 기능을 한다.
2) 림프구 전구세포(lymphoid progenitor) 분화
가) 자연 살해 세포 (natural killer cells, NK cell)
나) 자연 살해 T 세포 (NKT cell) ; NK세포와 T세포 양쪽의 특징을 갖고 있는 세포이다.
다) T 세포 전구세포(T-cell progenitor) : 림프구 전구세포가 흉선에서 T 림프구로 분화하며, T 림프구는 흉선에서 Tc(세포독성 림프구, T cytotoxic lymphocytes)와 Th(Helper T lymphocytes, 보조 T 림프구, Th-1세포 - Helper T 림프구 1, 알레르기 반응을 억제시키는 림프구, Th-2세포 - Helper T 림프구 2, 알레르기 반응을 일으키는 림프구)로 분화된다.
라) B 세포 전구세포(B-cell progenitor): 림프구 전구세포가 골수에서 B 림프구로 분화된다.
나. 2차 림프 기관(secondary lymphoid organs)
2차 림프 기관에는 각 림프절과 비장(지라), 그리고 점막연관 림프조직, 피부연관 림프조직 등이 있으며 림프구가 작용하는 장소이다.
1) 림프절(lymph nodes)
림프절(lymph nodes)은 림프계에서 겨드랑이나 목, 사타구니 등 신체 말단에서 심장부를 통하는 부위에 있다.
림프절에는 1차 림프여포(primary lymphoid folicles)라는 구조가 있어 T 림프구와 B 림프구들이 다수 머물러있다. 항원이 침입하면 항원을 포식한 항원제시세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등)가 림프절로 모인다. 림프절에서 보조 T 림프구가 항원제시세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등)로 부터 외부 항원을 제시받아 인식하게 되면, 그 항원과 맞는 B 림프구를 찾는다. 항원과 맞는 B 림프구 만나면 보조 T 림프구와 B 림프구는 함께 1차 림프여포(lymph follicle)로 이동하여 보조 T 림프구가 B 림프구를 활성화시키게 된다. 활성화된 B 림프구는 자가 복제를 반복하여 그 수를 늘리게 되는데, 이 과정에서 1차 림프여포에 있는 다른 림프구들은 B 림프구의 클론들에 밀려나고 결국 B 림프구의 클론으로 이루어진 덩어리가 형성된다. 이 덩어리를 2차 림프여포(secondary lymphoid folicles)라 부르는데 속이 비어있어 이 빈 구조를 발아중심(배중심, 종자중심, germinal center)라 부른다. 여기서 충분한 수의 클론이 생성되면, 일부는 기억 세포로 남아있고 나머지 클론(Clone)들은 형질 세포로 분화하여 항체를 생성하게 되는 것이다.
림프절에서 모두 제거되지 못하고 일부 혈액 중에 남아있는 항원은 비장에서 제거된다.
2) 지라(비장, spleen)
지라(비장, spleen)는 혈액을 저장하고 수명이 다한 혈구 세포를 파괴하며 림프 기관으로 작용한다. 내부에 1차 림프여포 구조가 다수 형성되어 있는데, 특히 혈관을 중심으로 집중적으로 형성되어 있으며, 혈관을 아예 감싸는 형태의 동맥주위림프집(periarterial lymphatic sheath)이라는 구조에 다량의 T 림프구가 포진하고 있다. 이 1차 림프여포와 동맥주위림프집이 집중된 곳을 백색수(white pulp)라 부르고 나머지 부분을 적색수(red pulp)라 부른다. 백색수의 측면(marginal zone)과 적색수 부분에는 대식세포들이 다량 존재하여 파괴된 적혈구를 처리하거나 항원을 잡는 역할을 맡는다.
3) 점막(페이에르판(Peyer's Patches 파이어판)과 M세포)
우리 몸에서 가장 병원체가 침투하기 쉬운 곳은 바로 점막(mucosa)이다. 점막은 소화계, 호흡계, 비뇨계 등에서 외부 환경과 끊임없이 접촉하는 기관이다.
따라서 점막을 통해 침투하는 병원체를 막기 위해 점막연관림프조직(MALT, mucosa-associated lymphoid tissue)이 발달되었다.
우리 몸의 점막조직에는 1677년 스위스 해부학자 존 콘라드 페이에르(Johann Conrad Peyer(1653 ~ 1712)가 발견한 수많은 페이에르판(peyer's patch, 파이어판)이 붙어있다. 페이에르판은 점막의 진피층에 위치하며 수많은 림프구들이 포진해 있는 조직이다.
점막 상피에 있는 흡수 세포(absorptive cell)와 일반 장 M세포와 다르게 페이에르판(Peyer's Patches)의표면에는 넓은 미세 주름 세포(microfold cell)가 덮고 있어 M세포라고 부른다.
페이에르판(Peyer's Patches)의 표면은 '원주 상피세포'라는 원주형 세포로 덮여 있다. 그 일부에 M세포가 있다.
M세포에 항원제시세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등)인 대식세포(大食細胞, macrophage)나 수지상 세포(dendritic cell) 등이 많이 분포한다. 우리 몸에 이물질이 들어오면 페이에르판(Peyer's Patches) 위에 느슨하게 있는 M세포가 붕괴되어 들어온 병원균을 포위하게 되고 이어서 대식세포(大食細胞, macrophage)나 수지상 세포((dendritic cell) 등이 대응하게 된다. (大食細胞, macrophage)나 수지상 세포(dendritic cell) 등이 항원을 인식하고 정보를 림프구의 킬러-T세포나 NK세포 등에 전달하면 림프구의 킬러-T세포나 NK세포 등이 활성화되면서 면역 반응을 일으킨다.
기관지 점막에서는 페이에르판(Peyer's Patches)에서 항체의 작용으로 운동성이 약해진 항원을 점액과 함께 섬모운동을 통하여 외부로 배출시킨다.
특히 장에서도 병원균을 막아야 하므로 소장에는 수많은 면역세포가 집중되어 있다. 전신에 존재하는 림프구의 70%는 소장에 집중돼 있다. 이들을 '장관 면역'이라고 한다. 장관 면역을 대표하는 것이 페이에르판(Peyer's Patches)이라는 집합 림프절이다. 림프절이란 림프관이 분기하는 부분에 있는 샘인데, 회장을 중심으로 180-240개가 존재한다. 소장은 십이지장, 공장, 회장으로 구성되며 회장에서 영양소를 최종적으로 흡수한다. 영양을 흡수할 때는 이물까지 함께 들어오지 않도록 배제하거나 중화하는데, 그런 면역활동을 하는 곳이 페이에르판(Peyer's Patches)이다.
4) 피부
피부도 항상 외부 환경과 맞닿아 있으므로 병원체의 침투가 우려되는 기관이다. 따라서 피부연관 림프조직(cutaneous-associated lymphoid tissue)이라는 조직이 피부에 광범위하게 퍼져있다.
피부연관 림프조직은 점막연관 림프조직과는 다르다. 피부에 M 세포 같은 조직이 있다면 외부의 작은 충격에도 피부가 쉽게 상하기 때문이다.
피부는 병원체가 침투하면 피부의 각질형성 세포(keratinocytes)에서 국소적인 염증반응을 일으키는 사이토카인(cytokine)을 분비하며, T 림프구에 의해 MHC class-2를 발현하여 제한적인 항원 제시 세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등)가 모여 방어 작용을 할 수 있다. 그 외에도 랑게르한스 세포(LH cells, langerhans cells)라는 수지상 세포도 있다.
그리고 특이한 것은 피부 진피층에 상피 림프구(intraepidermal lymphocytes)가 많이 존재한다. 주로 T 림프구, 그중에서도 이미 기억 T 림프구나 한번 활성화가 되었던 T 림프구들이 대다수이다.
수지상 세포(dendritic cell)만이 새로 생긴 보조 T 림프구를 분화시킬 수 있으며 대부분의 새로 생긴 림프구들은 활성화가 되기까지의 시간이 오래 걸린다.
수지상 세포(dendritic cell)는 미성숙 상태에서 항원을 잡아먹은 후에 림프절로 이동하며 차차 성숙하여 항원 제시를 수행하는 세포다. 시간을 단축하여 빠른 시간에 문제를 해결하기 위한 것이다.
진피층에는 수지상 세포(dendritic cell) 외에도 대식세포들이 쓰레기를 청소한다. 피부에 병원체가 침입했을 때, 대식세포가 잡아먹은 후에 근처의 상피 림프구를 활성화시키는데 이때 상피 림프구들은 전에 활성화가 되었던 림프구들이 활성화되는 것이다.
5) 충수(蟲垂, vermiform appendix)
충수에는 수많은 종류의 균이 있는 데, 특히 박테리아들이 있어 비타민을 합성하며 대장의 균들이 설사 등으로 배출되어 부족하게 되면 충수가 공급한다.
6) 편도(扁桃, tonsil)
공기 중의 균들이 편도에서 파괴된다.
4. 자기 물질과 비 자기 물질의 식별(Self- non-self- discrimination)과 면역 작용
가. MHC(major histocompatibility complex, 주조직 적합성 복합체)
모든 세포에는 자기 물질과 비 자기 물질의 식별(Self- non-self- discrimination)이 기능하도록 세포 표면에 MHC(major histocompatibility complex, 주조직 적합성 복합체)라는 분자를 가지고 있다.
MHC유전자는 6개의 유전자가 서로 다른 6종류의 단백질 분자를 세포표면에 발현시키는데, 한 사람은 어머니에게서 6종류를 아버지에게서도 6종류의 MHC(HLA) 유전자를 받아 최대 12종류의 MHC(HLA) 분자가 세포표면에 나타나게 된다.
형제자매는 4분의 1이라는 확률로 HLA가 일치한다.
각 세포는 MHC에 세포가 합성하거나 분해한 단백질 조각(10개 정도의 아미노산으로 된 펩타이드)을 끼워 밖으로 제시하는 것이다. 끼워진 단백질 조각(펩타이드)을 T세포가 T세포 수용체(T cell receptor : TCR)를 매개로 해서 MHC와 항원 펩타이드를 인식하여 자기 물질인지 비 자기 물질인지를 식별한다. 이와 같이 T 세포는 MHC가 제시하는 self 항원에만 반응하는 것이다(MHC restriction of T cells).
MHC에는 MHC class I molecule, MHC class II molecule, MHC class III molecule가 있다.
MHC class I molecule은 모든 체세포의 표면에 나타나 있다. 하나의 개체에 속하는 모든 체세포는 같다. 이것이 다르면 비 자기가 되는 것이다.
MHC class II분자는 항원제시 세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등)인 대식세포, B세포 및 수지상세포 표면에 있다.
MHC class III molecule는 백혈구에 여러 종류가 있다.
1) MHC class I molecule
모든 체세포는 MHC class I molecule을 가지고 있으며 DNA로 단백질을 합성한다.
이때 세포가 정상적(self)인 단백질을 합성하고 있는지 항사 점검하는 것이다. 정상적인 세포는 정상적(self)인 단백질을 만들지만, 암세포화(cancerization)가 일어나거나 바이러스에 감염되는 등의 경우에는 비정상적인 단백질을 합성하는 것이다.
이렇게 비 자기 단백질이 합성되면 면역계는 다음과 같은 순서로 반응한다.
① 세포가 합성한 단백질의 일부(peptide)를 분해한다.
② 세포 내에서 펩타이드를 MHC class I molecule에 끼운다.
③ 펩타이드가 MHC class I molecule에 끼워져 세포표면에 나타난다.
④ 항원제시가 된다.
모든 세포는 항상 이렇게 작동되고 있다. 모든 세포가 항상 정상적인 단백질을 만들어 내는지 아닌지 확인하기 위해 제시하는 것이다.
T세포는 CD8 수용체(T cell receptor : TCR)를 매개로 해서 MHC와 항원 펩타이드를 인식하여 자기 물질인지 비 자기 물질인지를 확인한다.
2) MHC class II molecule
MHC class II molecule을 갖고 있는 세포 대식세포, B세포 및 수지상 세포(dendritic cell)로 한정되어 있다. 그래서 특별히 MHC class II molecule을 갖고 있는 대식세포, B세포 및 수지상 세포(dendritic cell)를 항원제시 세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, 탐지 작용, APC)라고 부른다. 모든 세포가 MHC class I molecule을 이용하여 항원제시를 하지만, 항원제시 세포(抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등)라고는 부르지 않는다.
MHC class II molecule에 끼우는 펩타이드는 대식세포, B세포 및 수지상 세포(dendritic cell)가 자신의 세포 속으로 끌어들인 외래 물질(세포 사이에 침입한 박테리아)을 분해한 것이다.
대식세포(Macrophage)는 무엇이든 먹는다. (vesicle에 싸여 있는 bacteria를 골지체 Golgi body와 합체하여 분해) 그리고 일단 먹은 것의 단백질을 세포 내 소화효소로 분해하여 잘게 부순 펩타이드를 MHC class II molecule에 끼워 제시한다. 제시 펩타이드가 비 자기 물질이고 선천성 면역으로 해결할 수 없으면 그 항원에 특화된 T세포(helper T세포)가 대식세포에 결합하고 이어서 같이 특화된 B세포가 T세포(helper T세포)에 결합하고 항원이 B세포에 결합하면 T세포(helper T cell)가 인터루킨을 B세포에 전달하여 B세포를 형질세포와 기억 세포로 분화시킨다.
B세포(B lymphocyte)는 각 세포마다 특별한 항체(BCR)를 세포막에 성게처럼 가지고 있어 이 항체에 결합한 항원을 탐식하여 분해한 다음 대식세포와 마찬가지로 항원(펩타이드)을 제시한다. 이와 같이 B세포는 자신이 갖고 있는 항체에 결합하는 것만을 세포 내로 끌어들인다. 한 종류의 B세포는 한 종류의 항체만 가진다. 그래서 우리 몸속에 있는 B세포 종류는 항원 종류만큼 수가 많다(1000개의 유전자로 10억 개의 항원을 생성할 수 있다).
MHC class II molecule에 끼운 펩타이드를 판별하는 것은 CD4 양성 T세포(helper T세포)이다. CD4 양성 T세포(helper T세포)는 항원제시로 나타난 펩타이드를 자기 물질인지 비 자기 물질인지를 판단한다.
나. T세포의 Help
CD4 양성 T세포(helper T세포)는 항원 제시된 펩타이드가 비 자기 물질인 것으로 판명되면 ‘help(도움)’ 작용을 한다.
T세포의 Help에는 2가지가 있는데, 하나는 항체 생산에 대한 help이고 또 하나는 대식세포나 killer T세포의 활성화에 대한 help이다.
1) 항체 생산에 대한 T세포의 Help(도움)
B세포의 항원제시를 비 자기 물질로 판결한 CD4 양성 T세포(Th2)는 사이토카인(cytokine)을 방출한다. 이때, 항원제시 세포인 B세포가 가장 가까이에 있기 때문에 시토카인의 영향을 가장 많이 받는다. B세포는 시토카인의 명령에 따라 증식, 분화하여 항체를 생산한다. 이렇게 만들어진 항체는 처음에 B세포가 먹은 항원에 결합하여 항원을 무력화한다.
이 시스템의 좋은 점은 비 자기 물질과 결합하는 항체를 대량 생산할 수 있다는 점이다. B세포는 우선 항체에 결합하는 물질을 무조건 끌어들여 분해한다. 여기에는 비 자기 물질과 자기 물질 모두가 포함된다. 그렇게 해서 T세포에게 판정을 받는 것이다.
만약 비 자기 물질이라고 판정되면 그때는 T세포의 작용(help)을 받아 비 자기 물질에 대한 항체를 많이 생산한다. 반대로 자기 물질이라고 판정되면 그 B세포는 T세포의 작용(help)을 받지 못해 형질세포(plasma cell)로 분화되지 않는다.
2) 대식세포(macrophage)와 Killer T세포의 활성화에 대한 T세포의 Help
대식세포와 Killer T세포는 탐식 후에 살균, 분해능이 증가한다.
5. 우리 몸의 방어 작용
가. 1차적인 방어(선천적 면역, 비특이적 반응)
병원균이 제일 먼저 침입하는 피부나 각 기관의 표피에서는 1차적인 방어가 일어난다. 병원균이 침입하여 피부나 표피에 상처가 나면 혈액이 병원균을 이동을 차단하고 혈액에 있는 염화나트륨(소금)으로 살균을 한다. 혈액 중에 있는 생리식염수의 농도가 낮으면 살균작용이 잘 일어나지 않는다. 또 피부에 있는 케라틴 단백질은 박테리아 효소에 대해 저항성을 나타내며, 땀샘, 지방샘의 분비물에 있는 지방산은 박테리아(세균)에 독성으로 작용한다. 땀, 눈물, 침 등 분비물에는 항박테리아 효소인 라이소자임(lysozyme)이란 물질이 있어 박테리아 세포벽의 구성 물질을 분해한다.
위액에는 염산이 들어 있으므로 음식물의 살균작용을 한다.
나. 2차 방어
2차 방어에는 선천성 면역(Innate immunity)과 후천성 면역(acquired immunity)이 있다.
1) 선천성 면역(자연면역)은 특정한 균에만 작용하는 것이 아니라 일반적, 범용적으로 작용하므로 비특이적 반응(non-specific reaction)이라 한다.
선천성 면역(자연면역, 비특이적 반응)은 병원균의 종류에 관계없이 병원균이 침입하면 즉각적으로 화학물질과 특정 백혈구를 사용하여 방어한다.
선천성 면역(자연면역, 비특이적 반응)을 다시 선천성 면역의 화학적 방어와 선천성 면역의 세포적 방어로 나눈다.
선천성 면역의 화학적 방어란 병원균이 침입하면 세포가 화학물질(히스타민 histamine, 키닌 kinin, 보체 complement, 인터페론 interferon)을 분비하여 방어, 백혈구 유도, 침입 속도를 줄이는 작용을 한다. 특히 히스타민은 병원균이 침입하면 간세포(mast cell 줄기세포)에서 분비되며 선천성 면역 세포의 방어를 유도하는 등 면역 체계를 활성화시킨다.
선천성 면역의 세포적 방어란 백혈구 중에 식세포 작용(식균 작용)을 하는 산성 백혈구, 중성 백혈구, 단핵구와 림프구에서 유래한 자연 킬러 세포(NK 세포)가 침입한 병원균을 식균 작용으로 방어한다. 대부분의 감염은 선천성 면역으로 방어가 되며 이때 자연 킬러 세포와 상처 부위에서 대식세포(macrophage)로 성장하는 단핵구가 방어에 가장 큰 역할을 한다.
염증은 피부 등에서 항원에 작용하여 일어나는 2차 방어의 선천성 면역으로 비 특이적이다. 피부는 물리적인 방어벽으로 작용하므로 세균이나 바이러스 같은 병원체가 피부를 직접 뚫고 들어올 수 없다. 하지만 피부에 상처가 생겨 손상되면 병원체가 침입하게 된다. 이때 피부에서는 즉각적인 염증(炎症, inflammation) 현상이 일어난다. 염증 반응은 비특이적 반응이며 감염 확대를 방지하고 손상된 세포를 제거하는 역할을 한다.
가시에 피부가 찔렸을 경우처럼 병원균과 같은 항원이 피부를 뚫고 들어오면 상처 난 피부 아래쪽의 비만 세포에서 히스타민(histamine)이라는 화학 물질을 분비한다. 히스타민은 신호 물질로 작용하여 모세 혈관을 확장시켜 모세 혈관을 흐르는 혈액량을 증가시킨다. 모세관 벽의 확장으로 혈관 내에 있던 대식세포(大食細胞, macrophage)와 호중성 백혈구가 혈관 밖으로 빠져나와 항원에 식균 작용으로 작용한다. 또 모세관 벽의 확장으로 피부 주위는 붉은색을 띠게 된다. 그리고 상처 부위가 부풀어 오르는데, 이는 모세 혈관에서의 물질 투과도가 증가하여 혈액의 액체 성분인 혈장이 모세 혈관 밖으로 유출되었기 때문이다. 염증 주위에는 열이 발생하여 상처 난 부위가 화끈거린다. 이는 시상 하부의 자극으로 열이 발생했기 때문인데, 온도가 상승하면 백혈구에 의한 식세포 작용이 더 활발해진다고 알려져 있다. 염증에는 통증이 동반된다. 피부가 손상되고 염증 반응이 시작되면 대뇌에서는 통증을 감지하여 병원체가 침입한 부위를 계속해서 경계하게 된다.
그리고 상처 난 부위에서 생기는 고름에는 죽은 백혈구와 죽은 세균 등이 들어 있다.
2) 후천성 면역(acquired immunity, 특이적 반응)
항원이 침입하였을 때 선천성 면역으로 해결이 안 되면 후천적 면역(면역 작용, 특이적 반응, specific reaction)으로 대응한다. 후천적 면역(획득면역, acquired immunity, 특이적 반응)은 특정한 병원균(항체)에 대해서만 작용하며 세포성 면역과 체액성 면역으로 나눈다.
가) 세포성 면역(cellular immunity)
병원균(항원)이 침입하면 대식세포(大食細胞, macrophage) 등이 대응하는데 해결이 불가능하면 대식세포(마크로파지) 등이 주변에 있는 T-림프구에게 병원균(항원)의 특징과 정보를 알려준다(항원제시 세포, 抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등).
흉선(胸腺)에서 T-림프구에서 분화된 Tc-림프구(세포독성 림프구, T cytotoxic lymphocytes)가 병원균(항원)을 인지하여 림포카인(lymphokine)을 분비하여 죽이거나 직접 감염된 세포를 식균 작용으로 죽이는 세포성 면역(cell-mediated immunity)을 한다.
나) 체액성 면역(humoral immunity)
체액성 면역에는 1차 면역과 2차 면역이 있다.
(1) 1차 면역
Tc-림프구(세포독성 림프구, T cytotoxic lymphocytes)가 병원균(항원)을 식균 작용으로 해결하지 못하면 식균 작용으로 부서진 항원 조각에 자기가 가지고 있던 HMC을 표지해 놓으면 Th-림프구(helper-T-림프구)가 침입한 항원의 특성을 탐지해서 정보를 B-림프구에 전해주게 된다. B 림프구가 항원의 특성을 인지하고 형질세포와 기억 세포로 분화되는데 형질세포는 항체(抗體, antibody)를 만들고 이 항체가 감염된 병원균을 제거하며 기억 세포는 오랫동안 체내에 남아 같은 항원이 들어오면 즉각 형질세포를 분화하여 대량의 항체를 생성하여 대응하게 된다. 이를 체액성 면역(humoral immunity)이라 한다.
그런데 보통 대식세포(macrophage), 수지상 세포(dendritic cell) 등이 그들의 식균 작용으로 항원을 완전히 제거하지 못하고 항원을 부수면 자기가 가지고 있던 HMC을 항원 조각에 표지해 놓으면(항원제시 세포, 抗原提示細胞, antigen-presenting cell, APC, 탐지 작용, 대식세포, 수지상세포 등) 이 정보를 Th 림프구가 포착하여 B-림프구로 넘기면 특정한 병원균(항원)에 작용할 형질세포를 분화시키고 방어물질(항체)을 생성하는데 일정 시간이 필요하다. 그래서 강한 균이 침입하여 빠른 기간에 활성화되면 항체가 만들어지기 전에 죽게 될 수 있다. 이와 같이 항원이 처음 침입하여 Th-림프구(helper-T-림프구)가 침입한 항원의 특성을 탐지해서 정보를 B-림프구에 전해주면 B 림프구가 항원의 특성을 인지하고 형질세포(plasma cell)와 기억 세포(memory cell)로 분화되는데 형질세포(plasma cell)는 항체(抗體, antibody)를 만들고 이 항체가 감염된 병원균을 제거하며 기억 세포(memory cell)는 오랫동안 체내에 남게 되는 것을 1차 면역이라 한다.
1차 면역으로 전에 한번 침입한 항원(병원균, 예방 주사, 백신)에 대해 기억하는 기억 세포(memory cell)를 생성, 보관함으로서 다시 침입할 때 형질 세포를 생성하여 항체를 대량 생성하여 즉각적이고 특이적으로 반응하므로 효과적으로 항원을 제거할 수 있다. 보통 획득면역, 면역이란 이것을 말한다.
생성된 항체는 병원균과 항원-항체 반응을 일으켜 항원을 방어하고 이때 생긴 쓰레기(항원 항체 반응의 덩어리)를 다시 대식세포의 식균 작용으로 제거한다
(2) 2차 면역
1차 침입한 특정 항원에 대한 B 세포(B-림프구)의 분화에 의해 항체를 생성하는 형질세포(plasma cell)와 기억 세포(memory cell)라는 것이 함께 분화되어 생성된다. 생성된 항체와 형질세포(plasma cell)는 항원이 모두 제거되면 대부분 분해되지만 기억 세포(memory cell)는 오랫동안 남는다. 이를 1차 면역이라 하고 1차 면역이 있은 후에 같은 항원이 2차 침입을 하면 체내에 존재하는 기억 세포(memory cell)의 작용으로 형질세포가 급속히 분화되어 항체의 생산 속도가 빨라지고 생산량도 많아지므로 강한 병원균이라도 쉽게 제압할 수 있는데 이를 2차 면역이라 한다.
다) 예방주사(豫防接種, vaccination)
1차 면역을 인위적으로 시행하는 것이 예방 주사이다.
예방 주사는 병원균이나 병원균의 독소를 약하게 하여 1차 침입 항원으로 이용하는 것이다. 이와 같이 인위적인 항원으로 예방접종을 하면 후천적 면역(획득면역)을 얻을 수 있으며, 이와 같은 면역을 인공면역(artificial immunity)이라 한다. 이때 병원균이나 독소를 약하게 만든 인위적인 항원을 백신(Vaccine)이라 한다.
6. 림프구(백혈구)의 종류
림프구(백혈구)는 세포질에 특징적인 과립을 갖는 호중구, 호산구, 호염기구를 과립구라 하며 단구, T 림프구, B 림프구를 무과립구라 한다.
가. T-림프구
항원 정보 인식과 기억, 항체 생산 및 억제 명령
나. B-림프구
T-림프구의 명령에 의해 형질 세포로 변하고, 면역 글로불린 생산
다. 단구(單球, monocyte)
조직 내에서는 마크로파지(macrophage, 단구 여러 개체가 합쳐진 것, 대식세포)로 분지, 단구는 항원을 인식과 식균 작용을 하며 항원을 탐식 작용-식균 작용으로 해결하지 못하면 식균 작용으로 부서진 항원 조각에 자기가 가지고 있던 HMC을 표지해 항원 정보를 T-림프구에 전달한다. Phagocyte일종
단구는 수지상세포(dendritic cell)로 분지, 수지상세포도 항원 탐식 작용이 있으며 항원을 탐식 작용-식균 작용으로 해결하지 못하면 식균 작용으로 부서진 항원 조각에 자기가 가지고 있던 HMC을 표지해 항원 정보를 T-림프구에 전달한다. Phagocyte일종
라. 호중구(好中球, neutrophil, 탐식 작용-식균 작용)
알레르기 반응이 일어나면 이 장소에 모이고, 항원과 항원-항체 복합물을 식균 작용으로 처리한다. 호중구의 시체를 고름, 농(膿)이라고 함, Phagocyte일종
마. 호산구(好酸球, eosinophilia)
알레르기 반응을 억제하는 작용)
바. 호염기구(好鹽基球, 호염구, basophilis)
조직 내에서 비만세포, IgE 항체와 결합한 상태에서 항원과 다시 반응하여 히스타민 등 방출
사. NK(natural killer, 자연 살해 세포 )
범용 킬러 세포, 식균 작용, 작용이 완전히 알려지지 않았음
아. NKT cell(natural killer T cell, 자연 살해 T 세포)
NK세포와 T세포 양쪽의 특징을 갖고 있는 세포.
7. 림프구(백혈구)의 작용
가. 우리 몸에 바이러스나 세균, 이물질 등이 들어오면, 백혈구의 한 종류인 호중구가 처음으로 탐식 작용(식균 작용)으로 잡아먹는다. 호중구가 이들을 처리하지 못하면 대식 세포(마크로파지)가 탐식 작용으로 대항하게 된다. 대식 세포(마크로파지)는 많이 먹기 때문에 대식세포(大食細胞)라고 불리며 먹는 방법으로는 적을 둘러싸서 먹는 방법과 분해 처리해서 먹는 방법이 있다. 이때 대식 세포(마크로파지)가 잡아먹지 못하는 균이나 이물질이 있으면 대식 세포(마크로파지)는 세포 표면과 침입해 들어온 이물질에 표시하고, 이 표시를 T-세포에 연락을 한다.
나. T-세포에는 ① 킬러 T-세포가 있고(Tc), ② 헬퍼 T-세포(Th), ③ 서프레서 T-세포가 있다. 킬러 T-세포는 대식 세포(마크로파지)가 표시해놓은 세균 등의 이물질 직접 잡아먹는다. 헬퍼 T-세포는 대식세포(大食細胞, macrophage)가 표시해놓은 이물질 일부를 B-세포에 전달해 항체를 생산케 한다. 서프레서 T-세포는 항체가 항원-항체의 면역반응으로 제거되면, 면역 억제 물질을 방출하여 면역 활동을 중지시키는 일을 한다.
다. 림프카인(Lymphokine 면역조절 물질-(예) 대식세포 활성화)은 면역 세포를 활성화시키는 물질을 총칭하는 것이다. 헬퍼 T-세포는 대식세포(大食細胞, macrophage)가 표시한 항원을 인식하면 많이 증식되어, 인터로이킨(Interleukin Ⅰ 및 Ⅱ), 인터페론(Inetrpherone) 등과 같은 면역세포를 활성화시키는 물질을 생산하는데, 이런 활성화 물질을 총칭하여 림프카인이라 하며, 약 50여 종류가 있다. 인터페론은 갖가지 면역세포를 활성화시킬 뿐만 아니라, 자기 자신이 암세포나 바이러스를 활성화시고, 자기 자신이 암세포나 바이러스를 공격하는 힘도 가지고 있다.
라. B-세포는 헬퍼 T-세포가 활성화하여 림포카인(lymphokine)을 분비하면, 이 자극을 받은 B-세포는 플라스마 셀(plasma cell)이라고 하는 형질세포(形質細胞, plasma cell)로 분화하고, 항원에 대응하는 면역 글로불린(immunoglobulin)을 대량 생산한다.
마. 면역글로불린(Immuno-globulin)은 좁은 의미에서 항체라고 하는데, 이것은 침입해온 외적을 둘러싸서 항원을 무력화시키고, 대식세포(大食細胞, macrophage)의 대식 작용을 도와주며, 킬러 T-세포가 항원을 파괴시킬 수 있는 상태로 만들어 주며, 직접 항원과 반응하여 항원-항체라는 면역반응을 일으킨다.
면역 글로불린이란 혈액의 혈장에 있는 감마 글로불린(ｒ-globulin)인데, 면역 글로불린의 머리글자를 따라 Ig로 표시하며 그 종류는 5가지이다.
① IgG : 면역 글로불린 중 가장 많은데 바이러스, 세균을 싸워 없애는 일을 한다.
② IgA : 침이나 기관지의 분비물 중에 많이 포함되어 있다.
③ IgM : IgG와 같은 구실을 하는데, IgG보다 빨리 생산된다.
④ IgD : 림프구 표면에 많이 있다.
⑤ IgE : 편도선, 기관지, 소화관 등의 점막에 많은데, 알레르기의 원인물질이다. IgE 항체는 보통 혈액 중에 미량 포함되어 있는데, 알레르기 환자 때는 정상인의 40-50배로 증가한다.
아직까지 감기 바이러스는 수천 가지가 넘고 돌연변이가 많이 일어나 새로운 종이 생기므로 감기를 예방하는 백신을 만들 수 없다. 흔히 감기는 7 - 15일 안에 완치된다. 그것은 면역계가 활동을 해서 이긴 결과이다.
. 대식세포(大食細胞, macrophage)나 수지상 세포 등이 항원을 인식하고 정보를 림프구의 킬러-T세포나 NK세포 등에 전달하면 림프구의 킬러-T세포나 NK세포 등이 활성화되면서 면역 반응을 일으킨다.
8. 면역 관련 질병
가. 자가 면역(autoimmunity) 질환
그리고 내 몸에서 만들어진 항체는 항원으로 작용을 할 수 없다.
골수의 조혈모세포에서 만들어진 B 세포(B-림프구)가 생성한 항체는 자기 몸의 물질과 반응을 안 하도록 되어있다. 자기 몸의 물질과 반응(항원-항체 반응) 하는 B 세포(B-림프구)는 그 반응의 결과로 자살 기작이 작동하여 스스로 죽기 때문이다. 그런데 이 과정이 제대로 되지 않는 경우가 있으며 그러면 자기 몸의 물질과 반응하는 항체를 만드는 B 세포(B-림프구)에 의해 류머티즘 관절염과 같은 자가 면역(autoimmunity) 질환을 일으키게 된다. 이는 항원의 세포 표면이 자신의 세포와 비슷해 항원을 인식하지 못함으로써 빚어진다고 알려져 있다.
자가 면역(autoimmunity) 질환에는 관절염, 신장염, 류머티즘 열, 전신성 홍반성 루푸스(lupus), 여러 호르몬 이상, 1차 당뇨병의 일부, 정신분열증 등이 있다.
나. 알레르기(allergy, 엘러지, 거부반응)
알레르기(엘러지, 거부반응)란 비 자기 물질(항원)에 너무 예민하게 면역 반응하는 현상을 말한다. 알레르기 반응이 일어나는 이유는 내 몸의 면역력이 떨어져 어떤 물질에 의해 질병을 일으킬 수 있다고 판단되면 세포들이 몸을 보호하기 위해 그 물질을 없애려는 반응이다. 물론 면역력이 강하면 이런 알레르기 증세를 보이지 않는다.
역글로불린E라는 항체는 비만세포의 세포 표면에 집결하여, 체내에 침입한 세균과 결합하고 비만세포에게 세균 침입 사실을 신호로 전달한다. 이때 비만세포는 히스타민을 방출하는데, 이 히스타민은 세균을 공격하기에는 적절한 것이지만 혈관 확장, 내장 평활근을 확장시키는 부작용을 가지고 있다. 그 결과 피부가 충혈이 되거나 재채기를 하는 등 알레르기 반응이 일어난다(처방으로 항히스타민제를 사용). 아토피 등이 있다.
1차방어, 2차방어, 1차면역, 2차면역, 면역기관, 림프절, 페이에르판(Peyer's Patches) 등 면역계에 대한 간단한 소개입니다.
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