면역학(immunology)은 신체의 방어작용을 다루는 생물학의 한 분야입니다. 면역학은 ‘자기와 자기가 아닌 것을 구분하는 과학’으로 설명될 수 있습니다. 면역학의 어원은 ‘짐 혹은 의무로부터의 자유’라는 의미의 라틴어 immunis에서 유래하였다고 합니다.
[면역학이란 무엇일까요?]
감염이나 질병으로부터 신체를 보호하는 면역반응에 관여하는 조직, 장기, 세포를 통틀어 면역체계라고 합니다. 면역체계는 주위 환경으로부터 생체로 침입하여 문제를 일으킬 수 있는 미생물들을 제거함으로써, 생체의 안전성을 유지합니다. 또한 면역작용은 악성종양으로 발전할 수도 있는 위협적 존재인 돌연변이 세포(mutant cell)를 공격합니다.
면역방어에는 선천면역과 획득면역의 두 종류가 있습니다.
①자연 또는 선천면역(innate immunity): 태어나면서부터 갖고 있는 면역이며, 항체에 의하지 않은 것도 있습니다. 항원(antigen)에 비특이적인 기존 방어수단입니다.
②적응 또는 획득면역(acquired immunity): 위협을 상쇄하기 위한 항원 특이적 반응이며, 위협하는 것을 기억함으로써, 미래에 같은 위협이 있을 경우, 더욱 가속화되고 강화된 방어작용을 보입니다. 병에 걸린 후 얻는 병후면역과 인위적으로 면역을 갖도록 하는 인공면역으로 나뉩니다.
면역계는 생체에 정상적으로 존재하는 어떠한 성분에 대해서는 반응하지 않도록 교육을 받습니다. (=면역관용 immunological면역관용 tolerance) 한편 너무 과다한 면역반응이 나타날 수도 있습니다. 성공적인 면역반응에 따르는 부수적 반응으로, 정상세포에 손상을 주는 경우가 생길 수 있습니다. 하지만 대개의 경우는 엄격한 면역 조절 기전을 통해 이와 같은 현상은 정상적으로는 제한됩니다. 면역 조절의 결핍은 자가면역(auto immune)과 알레르기 (allergy) 같은 과민성 질환의 근본적인 원인이 될 수 있습니다.
1) 물리적 및 화학적 방어(mechanical and chemical barrier)
미생물은 일반적으로 정상적인 피부를 통과할 수 없습니다. 신체의 조직과 장기를 둘러싸고 있는 점막상피세포는 점액, 산의 분비 및 라이소자임(lysozyme:세균 세포벽의 proteoglycan을 파괴할 수 있음)과 같은 효소들에 의해서 보호를 받습니다.
2)포식작용(phagocytosis)
만약 물리적 방어가 파괴되는 경우 포식세포들(phagocytic cells) 이다음이 다음 단계의 방어를 형성합니다. 포식세포로는 다형핵 백혈구(polymorphonuclear leukocyte)와 대식세포(macrophage)가 있습니다. 다형핵 백혈구는 다형핵호중구라고도 하며, 핵이 여러 개로 나뉜 백혈구로서 수명이 짧고 조직 내로 침투할 수 있는 반면, 대식세포는 백혈구의 한 유형으로 혈액 내 단핵세포가 조직에 정착한 형태의 성숙한 세포입니다.
포식세포는 간의 굴모양혈관(liver sinusoids), 신장 사구체간질(kidney mesangnium), 폐포 및 림프절(lymph node)과 같이 혈액이 여과되는 곳에서 발견되며 이곳에서 외부물질을 식별하는 기능을 합니다.
포식세포는 비특이적 세포막 수용체를 이용하여 미생물에 결합하며 결합 후 이물질 주변으로 위족(pseudopodia)을 형성하여 이물질을 포식소체(phagosome) 내로 유입시킵니다. 단백용해효소를 함유한 리소좀소포(lysosomal vehicles)는 포식소체와 융합하여 산소 및 질소라디칼을 생성함으로써 포식소체에 있는 미생물이 죽게 됩니다.
3) 자연살세포(Natural Killer cell, NK cells)
자연살세포는 특정 유형의 종양세포와 바이러스에 감염된 세포에 부착하는 혈액세포이자, 포식작용을 보이지 않는 림프구로서 바이러스에 감염된 세포 및 암세포를 죽입니다. 이 세포는 서로 반대작용을 하는 두 종류의 수용체(활성신호/비활성신호)를 지닙니다. 항원 수용체는 표적세포의 특정 분자를 인식하여 자연살세포에 활성 신호를 전달합니다.
제1형 자기 주조직 적합 복합체항원(self-major histocompatibility complex type 1 antigens, MHC-1)을 인식하는 수용체는 비활성신호를 전달하게 됩니다. MHC는 면역계가 이물질을 인식하는 데 도움을 주는 세포 표면의 단백질을 암호화하는 유전자 그룹으로, class1과 class II로로 나뉩니다. MHC class I 분자는 체내 거의 모든 핵세포의 표면에 존재하며, 세포 내에서 세포독성 T세포에 항원을 제시하여 감염되거나 비정상적인 세포를 파괴합니다. MHC class II 분자는 주로 대식세포, 수지상세포, B세포 등의 항원 제시 세포에 존재하며, 세포 외부에서 항원을 제시하여 면역반응을 조율하는 데 중심적인 역할을 하는 T세포를 도와줍니다. 자연살세포는 비활성신호가 없을 때만 활성화됩니다. 따라서 MHC-1 항원의 발현이 저하된 바이러스 감염 세포나 암세포는 자연살 세포의 세포독성에 민감하게 반응하며, MHC-1을 발현하는 정상세포는 보호됩니다.
자연살세포의 세포독성 기전은 바이러스에 의해 감염된 세포, 조직세포, 림프구 및 자연살세포가 생성하는 cytokine(신호전달 단백질)에 의해 활성화됩니다. 또한 자연살세포는 항체에 의해 둘러싸인 미생물을 죽일 수 있는 세포로서 항체의존 세포매개 세포독성(antibody dependent cell mediated cytotoxicity, ADCC) 획득획득 면역 반응에서도 중요한 역할을 합니다.
4) 급성기 단백질(acute phase proteins)
감염, 외상, 스트레스 등에 대한 신체의 다양한 반응을 ‘급성기반응’이라 하며, 급성기반응동안 합성과 분비에 급격한 변화가 일어나는 단백질들을 ‘급성기단백질’이라고 합니다. 조직에 손상이나 감염이 있는 경우 체액의 여러 단백질의 농도가 급속히 증가합니다. C-반응성단백질(CRP), 알파-1 산 당단백질(AGP), 알파-1항 트립신(AAT),합토글로빈(Haptoglobin, Hp), 세룰로플라스민(Ceruloplasmin, Cp), 혈청아밀로이드 A(SAA)등이 있습니다.
①C-반응성 단백질(C-reactive proteins)은 세균에 붙어 포식세포의 세균 포식작용을 촉진합니다.
②α1 -antitrypsin은 세균이나 손상된 조직으로부터 유리되는 단백질 분해효소(protease)를 중화시킵니다.
5) 염증 (inflammation)
염증반응이란, 조직변질/순환장애와 삼출/조직증식의 세 가지를 병발하는 복잡한 병변을 일컫습니다. 면역체계에 관여하는 성분들을 불러 모으기 위해서, 손상 또는 감염 부위에 염증반응(inflammation)이 일어납니다. 염증의 목적은 조직 손상을 최소화하고 감염체를 제거하는 것입니다. 조직 내로 혈액 공급이 증가하고 수용성 매개체 및 백혈구에 대한 모세혈관의 투과도가 더욱 증가하며, 백혈구는 화학주성인자(chemotactic factors)의 생성에 의해 감염 부위로 이동하게 됩니다.
정상면역 = 자기에 대한 특이 무반응/비자기에 대한 특이반응
과민면역 = 알레르기/자가면역
면역저하 = 면역결핍/감염/종양