요약 생체의 내부환경이 외부인자인 항원에 대하여 방어하는 현상으로 태어날때부터 지니는 선천면역과 후천적으로 얻어지는 획득면역으로 구분된다.
B신체가 우리 몸의 일부분이 아닌 것으로부터 우리 몸을 보호하는 것을 면역이라 하고, 이를 위해 작동하는 기전을 면역체계라고 한다. 면역체계는 외부 인자의 출입을 막거나, 공격하여 파괴하는 역할을 수행하며, 바이러스, 기생충, 세균과 같이 질병을 유발하는 병원체 그리고 종양세포 등이 외부 인자에 해당한다. 면역 체계는 크게 선천 면역과 후천 면역으로 분류할 수 있으며, 두 가지의 면역체계는 상호 협력하여 체내 방어선을 유지한다. 선천 면역은 태어날 때부터 구비되어 있는 방어 작용으로, 우리 몸에 침입하는 특정되지 않는 모든 외부 인자에 반응하며, 후천 면역은 경험을 통해 획득하는 면역력으로, 이미 경험한 특정한 표적을 기억하여 그에 맞는 방어 기전을 가동하여 파괴한다.
선천 면역
신체에 침입하는 외부 물질의 종류를 구분하지 않고 작용한다고 하여 비특이적 면역(non-specific immunity)이라고 부르기도 한다. 모든 병원체에 대해 가장 먼저 반응하는 보호 기전이며, 제1 방어선과 제2 방어선으로 분류한다. 제1 방어선은 피부와 점막이고, 제2 방어선은 방어 세포, 방어 단백질, 염증, 열을 포함한다.
◎ 제1 방어선: 물리적인 장벽, 화학적인 장벽
물리적인 장벽과 화학적인 장벽을 통해 최전선에서 병원체로부터 신체를 보호한다. 가장 먼저 외부 인자와 접촉하는 피부의 바깥층이 물리적인 장벽으로 작용하여 병원체의 침범을 제일 먼저 방어하게 된다. 장벽은 세포 간 결합을 통해 단단하게 유지되며, 세포를 구성하는 성분 중 하나인 케라틴(Keratin)은 장벽을 구성하는 피부 세포가 약한 산과 염기 그리고 외부 인자가 내뿜는 효소와 독소를 견딜 수 있도록 한다.
피부에 있는 샘(gland)에서 분비하는 물질은 또한 화학적인 장벽으로도 기능한다. 피부샘에서 분비하는 땀과 피지의 산 성분은 세균의 성장을 늦춘다. 피부샘 외에도 질 분비물의 산 성분, 위벽에서 분비하는 위산, 침과 눈물에 포함된 라이소자임(lysozyme)이라는 효소 등도 화학적 장벽으로 역할 하여 병원체의 성장을 막거나 파괴하며, 호흡기와 소화기로 연결되는 통로인 코, 인두 등의 조직에 있는 점막에서는 점액을 분비하여 병원체를 가두고, 더 이상 신체 내부로 이동할 수 없도록 한다.
◎ 제2방어선: 방어 세포, 염증 반응, 방어 단백질, 열
물리적 및 화학적 장벽을 뚫고 우리 몸의 내부로 들어오는 모든 종류의 병원체를 막는 비특이적 방어 체계로, 방어 세포∙방어 단백질∙염증 반응∙열을 통한 작용이 제2 방어선에 포함된다. 방어 세포는 침입한 미생물, 기생충 등을 먹어 치워 파괴하거나 이에 감염된 비정상 세포를 죽이며, 큰포식세포와 자연살해세포가 이처럼 기능한다. 큰포식세포(phagocyte)는 혈액 속의 백혈구가 조직 속으로 이동한 후 성장한 것으로 병원체를 섭취하여 제거하는 식세포작용(포식작용, phagocytosis)을 한다. 큰포식세포는 병원체를 세포 내로 잡아들여 소화 효소인 라이소자임을 분비하고, 소화 효소를 이용하여 병원체를 조각낸다. 포식작용 후 병원체의 조각은 세포 바깥으로 배출된다. 자연살해세포(natural killer cell)는 신체를 배회하며 바이러스 등에 감염되거나 종양의 성질을 지닌 세포의 자멸을 유도한다. 비정상 세포의 표면에 구멍을 뚫고 단백질분해효소인 퍼포린(perforin)과 그랜자임(granzyme)을 비정상 세포 내로 주입하여 해당 세포의 자멸을 유도하고, 이와 더불어 주변에 있는 정상 세포에 더 이상 피해가 번지지 않도록 한다.
바이러스 감염 등으로 인한 조직의 손상은 염증 반응을 일으킨다. 급성 염증은 국소적인 부분의 면역 기전을 활성화하며, 이 과정 내에서 발적(redness), 열, 부종, 통증이라는 염증의 네 가지 기본 징후도 동반되게 된다. 염증 반응은 여러 가지 화학 물질이 방출되면서 시작되는데, 그중 큰포식세포가 내뿜는 시토카인(cytokine)과 비만세포가 내뿜는 히스타민(histamine) 그리고 프로스타글란딘(prostaglandin)이 대표적이다. 시토카인은 염증 반응을 촉발하고 백혈구를 조직이 손상된 곳으로 유인하며, 히스타민과 프로스타글란딘은 세동맥을 확장하여 손상 부위의 혈류량을 늘리고 모세혈관의 투과성을 증가시킨다. 국소적인 혈류량과 모세혈관의 투과성 증가는 침입자가 내뿜는 독소와 같은 유해 물질을 씻어내어 그 영향을 약화하며, 조직으로의 방어 단백질, 치유 인자의 유입을 늘린다. 하지만 이와 동시에 혈류 증가로 생기는 국소적인 충혈은 발적과 열을 야기하고, 투과성 증가는 모세혈관에서 세포 사이를 채우는 액체인 사이질액(interstitial fluid)으로 수분이 다량 빠져나가게 하여 부종과 통증을 발생시킨다.
방어 단백질에는 인터페론과 보체가 있으며, 바이러스 복제를 늦추고 다른 방어 기전을 증강하는 역할을 담당한다. 인터페론(interferon)은 바이러스에 감염된 세포 내에서 합성하여 주변에 있는 정상 세포로 분비하는 당단백질이다. 인터페론은 정상 세포와 결합하여 해당 세포가 바이러스 재생산을 저해할 수 있도록 하는 항바이러스 단백질(antiviral protein)을 생산하게 하고, 이를 통해 더 이상의 전파를 막는다. 보체는(complement system) 20개 이상의 혈장 단백질로 구성된 것으로, 평소에는 비활성화된 상태로 혈액 속을 떠다닌다. 보체는 주로 선천 면역 기전 강화에 도움을 주지만, 병원체를 파괴하는 등 후천 면역 기전 증강에도 역할을 한다. 체내 감염으로 인하여 보체가 활성화되면 염증 반응을 강화하고, 구성 당단백질의 일부가 결합하여 형성하는 막공격복합체(membrane attack complex, MAC)를 이용해 특정 병원체의 표면에 구멍을 내서 용해한다.
염증 반응이 미생물 침입에 대한 국소적인 면역 기전이라면 경미한 또는 중등도 정도의 열은 전신에 영향을 미치는 좀 더 넓은 범위의 면역 기전이다. 체내로 들어온 침입자를 대면한 백혈구와 큰포식세포는 신체 온도를 높이는 파이로젠(pyrogen)이라는 화학 물질을 내뿜고, 파이로젠은 체온을 조절하는 중추신경계에 있는 시상하부(hypothalamus)를 자극하여 전신에서 열을 발생하도록 한다. 경미한 또는 중등도 정도의 열은 체내로 들어온 미생물의 생존과 재생산에 불리한 환경을 제공한다. 많은 수의 미생물은 재생산을 위해서 철이나 아연을 필요로 하는데, 경미한 열은 간과 비장이 혈액 내에서 해당 이온을 제거하도록 하며, 또한 체세포의 대사율을 높여 치유의 속도를 높인다.
후천 면역
이미 경험한 특정 병원체를 기억했다가 이에 맞춰 빠르게 대항하는 면역 반응으로, 특이적 면역(specific immunity)이라고 부르기도 한다. 후천 면역 반응에는 백혈구의 한 종류인 림프구(lymphocyte)가 중추적인 역할을 수행하며, 림프구의 한 종류인 B세포가 반응하는 체액 면역(humoral immunity)과 T 세포가 반응하는 세포 면역(cellular immunity)으로 분류할 수 있다. 체액 면역은 피와 체액에서 자유롭게 떠돌아다니는 특정 병원체를 인식한 후 이에 맞는 항체를 생산하여 신체를 방어하는 것이며, 세포 면역은 항원제시세포와 T 세포가 소통한 후, 병원체 또는 병원체에 감염된 비정상 세포를 파괴하는 면역 기전이다.
후천 면역은 우리 몸의 일부와 병원체를 구별하는 과정을 거친 후, 병원체만을 파괴한다. 신체의 일부와 병원체는 각각 자기(self)와 비자기(nonself)라고 부르며, 자기와 비자기 식별이 제대로 이루어지지 않는다면 면역계가 자기 신체를 공격하는 자가면역질환이 나타날 수 있다. 우리 몸의 일부임을 표시하기 위해 체내의 세포들은 특별한 단백질인 주조직적합성 복합체(major histocompatibility complex, MHC)를 표면에 지니고 있다. MHC를 지니고 있지 않은 비자기 개체는 항원(antigen)이라고도 칭하며, 특정 항원을 비활성화하기 위하여 우리 몸에서 만들어내는 당단백질은 항체(antibody)이다.
◎ 체액 면역
항체(antibody)를 매개로 하는 면역 기전으로, 항체 매개성 면역(antibody-mediated immunity)이라고도 부른다. 체액 면역은 이미 겪어본 항원을 대상으로 하며, 처음 경험하였을 때보다 더욱 빠른 속도로 많은 양의 항체를 만들어 효과적으로 대응할 수 있다. 항체는 능동 또는 수동적으로 생성될 수 있으며, 능동 면역에는 질병 이환과 백신 접종이 포함된다. 질병 이환과 백신을 통해 능동적으로 항체가 만들어진 경우, 기억 B세포 또는 기억 T세포에서 수 년, 길게는 수십 년동안 항원을 기억하게 된다. 수동 면역은 면역력 자체를 외부로부터 수여 받는 것으로, 태아가 모체로부터 받는 면역과 인공 제재를 투여하는 것이 이에 해당하며, 기억 세포의 활성화가 동반되지 않는다.
체액 면역에서는 림프구의 한 종류인 B세포(B cell)가 주요한 역할을 수행한다. B세포가 이미 경험한 항원을 맞닥뜨렸을 때, 해당 세포는 빠르게 분열하여 항체를 생산하여 분비하는 형질세포(plasma cell)와 항원을 기억하는 기억 B세포(memory B cell)를 만든다. 대다수의 분열된 세포는 수일간만 생존이 가능한는 형질 세포가 되며, 형질 세포는 항원에 대항하기 위하여 면역글로불린(immunoglobulin, Ig)이라고도 부르는 항체를 1초에 대략 2,000분자의 속도로 만들어 낸다. 항체의 단위체는 Y자 모양의 당단백질이며, 이중 V자 부분은 항체의 종류에 따라 모습을 바꾸는 가변부(可變部)로, 양쪽 끝에는 항원 수용체가 있다. 항원 수용체는 각 항원에 특이적으로 반응할 수 있도록 이에 맞는 모습을 하고 있으며, 형질 세포는 지니고 있는 수백 개의 유전자 조각을 조합하여 수 천개의 항원에 맞는 다양한 항원 수용체를 만들어 낼 수 있다. 이렇듯 항원 수용체는 항원과 결합하여 항원-항체 복합체(antigen-antibody complex)를 형성하게 되며, 항체의 단위체는 동시에 두 개의 항원과 결합할 수 있다. 단위체의 아랫부분인 l자 부분은 모든 항체에서 동일하게 나타나는 불변부(不變部)로, 끝부분에 화학 물질과 항원 제거 세포가 부착하여 기능하도록 한다.
항원-항체 복합체 형성은 다양한 방어 기전을 발동시킨다. 우선 바이러스, 박테리아 등의 특정 부분을 차단하여 항원이 내뿜는 독성을 중화(neutralization)한다. 포식 작용을 용이하게 하기 위하여 항체에 여러 개의 항원 세포가 결합하도록 하여 덩어리로 응집(agglutination)시키며, 용해성이 있는 항원 분자는 림프액에서 침전(precipitation)되도록 한다. 응집 작용은 항체 종류 중 가장 크기가 크고, 가장 많은 항원과 동시에 결합할 수 있는 IgM(immunoglobulin M)에서 흔히 관찰된다. 마지막으로 보체 활성화(complement activation)를 통해 항원을 용해하는데, 항체 자체는 항원을 파괴할 수 없기 때문에, 방어 단백질인 보체를 유인한 후 항체의 불변부에 부착하여 이를 수행하게 한다.
◎ 세포 면역
림프구의 한 종류인 T세포(T cell)가 항원제시세포를 매개로 하여 면역 기전을 활성화한다고 하여 세포 매개성 면역(cell-mediated immunity)이라고도 부른다. 체액 면역과 달리, 세포 면역은 항체를 이용하지 않으며, 세포독성 T 림프구라 불리는 살해 세포를 직접 만들어내 병원체와 병원체에 감염된 비정상 세포를 파괴한다. 이처럼 살해 세포를 직접 만들어 내기 때문에 세포 면역은 병원체에 감염된 세포 또는 종양 세포 파괴에 효과적인 면역 기전이다.
세포 면역은 항원제시세포가 제시하는 항원 조각을 T세포가 발견하면서 시작된다. 항원제시 세포(antigen-presenting cell, APC)는 신호수와 같은 역할을 하며, 항원의 조각을 세포 표면에 있는 MHC에 제시함으로써 T세포가 항원을 인식하여 세포 면역이 시작될 수 있도록 한다. APC의 표면에 있는 MHC는 3개의 유형으로 나뉘며, 세포 면역에 주로 관여하는 MHC 1형과 2형(MHC class Ⅰ& Ⅱ)은 항원의 조각이 어디에서 기원한 것인지에 따라 서로 다른 역할을 수행하게 된다. MHC 1형은 항원제시세포 내부에서 분해한 항원의 조각을 MHC에 제시하는 것으로, 이러한 과정을 내부 항원(endogenous antigen)이라고 부른다. MHC 1형은 적혈구를 제외한 거의 모든 세포가 지니고 있다. 따라서 바이러스에 감염이 되었거나, 종양의 성질을 지닌 세포가 이를 통해 외부에 빠르게 알릴 수 있으므로, 항원의 조각을 지닌 MHC 1형은 이러한 비정상적인 세포를 파괴하는 면역 반응을 촉진하게 된다. MHC 2형은 반대로 항원제시세포의 외부에서 포식작용을 하고 남은 항원 조각을 세포 내부로 들여와 제시하는 것으로, 외부 항원(exogenous antigen)이라고 한다. MHC 2형은 결합조직의 표피에 있는 가지돌기세포(dendritic cell), 큰포식세포, B세포에 존재하며, 이는 외부 침입자를 파괴하는 면역 반응을 촉진하게 된다.
T 세포 활성화는 세포 면역 시작의 신호탄이 된다. T 세포는 체액 면역의 B세포와는 다르게 두 가지 조건을 충족시켜야 활성화가 되며, 이는 MHC가 대부분의 세포에 분포해 있기 때문에 건강한 세포 파괴를 방지하기 위함이다. 우선 T 세포가 항원의 조각을 지닌 MHC인 항원-MHC 복합체와 결합하여야 하며, 두 번째로 항원제시세포에서 만들어내는 B7 단백질과 T세포에 있는 CD28 수용체(Cluster of Differentiation 28 receptor)의 결합도 이루어져야 한다. 모든 조건을 만족시켜 T세포가 활성화가 되면, 복제와 분화를 시작한다. CD4(Cluster of Differentiation 4)와 CD8으로 분화하며, 다시 CD4와 CD8은 각각 작동 세포(effector cell)와 항원을 수년에서 수십 년 동안 기억할 수 있는 기억 T세포(memory T cell)로 분화하여 작동한다. CD4는 MCH 2형에만 반응하여 항원을 파괴하는 면역 반응을 촉진한다. CD4의 작동 세포는 다시 도움 T세포(helper T cell)와 조절 T세포(regulatory T cell)로 분화하며, 도움 T세포는 세포 면역과 체액 면역 촉진에 주요한 역할을 한다. 시토카인(cytokine)을 분비하여 B세포가 항체를 만들도록 유도하고, CD8이 분화하여 작동 세포인 세포독성 T세포를 만들도록 한다. 일부 B세포는 도움 T세포의 보조 없이도 항체를 만들어낼 수 있지만, 그 강도가 약하고 오랜 시간 지속되지 못한다. 조절 T세포는 이와 반대로 면역 반응을 약화한다.
CD8은 MCH 1형에만 반응하며, 바이러스에 감염된 세포와 암세포 등 비정상적인 세포를 파괴하는 면역 기전을 작동시킨다. CD8은 작동 세포인 세포독성 T세포(cytotoxic T cell)와 기억 T세포로 분류한다. 세포독성 T세포는 자연살해세포와 같은 파괴 세포로, 비정상 세포에 결합한 후에 두 가지 기전으로 세포 자멸(apoptosis)을 유도하게 된다. 첫 번째는 단백질분해효소인 퍼포린과 그랜자임을 비정상 세포 내로 주입하여 세포를 제거하는 것이고, 두 번째로는 세포 표면에 위치한 자멸을 유도하는 Fas 수용체에 결합하는 방식이다. 자연살해세포도 역시 이 같은 방식으로 세포를 살해하며, 선천 면역의 자연살해세포와 후천 면역의 세포독성 T세포는 비슷한 방식으로 비슷한 역할을 수행한다. 다만 활성화되는 방식에서 차이가 있으며, 자연살해세포는 MHC 1형을 지니고 있지 않은 세포를 파괴하고, 세포독성 T세포는 항원 조각을 지닌 MHC 1형에 반응한다. 즉, 두 파괴 세포는 서로 다른 방식으로 비정상 세포를 감시하여 상호보완적으로 작용하게 된다.
