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랑게르한스 세포

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1. 개요

랑게르한스 세포는 피부에 존재하는 면역 세포로, 항원 제시 세포의 역할을 수행한다. 감염 시 미생물 항원을 포획하여 림프절로 이동, 미분화 T 세포와 상호작용하며, 원시 골수계 전구세포에서 유래한다. 랑게린(CD207) 단백질을 가지며, 칸나비노이드 수용체 2형(CB2)을 포함하여 만성 접촉 피부염 완화에 기여한다. 랑게르한스 세포는 아토피 피부염, HIV, 인유두종 바이러스(HPV), 뎅기열 등 다양한 질병과 관련되며, 노화에 따라 이동 능력이 감소한다. 1868년 파울 랑게르한스에 의해 처음 발견되었으며, 면역계 기능은 1970년대 이후 밝혀졌다.

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랑게르한스 세포
기본 정보
표피에서 많은 랑게르한스 세포를 보여주는 피부 단면. 미코박테륨 얼서란스 (M. ulcerans) 감염이 있으며, S100 면역과산화효소 염색한 사진이다.
표피에서 많은 랑게르한스 세포를 보여주는 피부 단면. 미코박테륨 얼서란스 (M. ulcerans) 감염이 있으며, S100 면역과산화효소 염색한 사진이다.
계통면역계
기능수지상세포
위치피부와 점막
영어Langerhans cell
독일어Langerhans-Zellen

2. 기능

랑게르한스 세포는 피부 감염 시 미생물의 항원을 섭취하고 가공하여 항원제시세포 역할을 하며, 면역 항상성과 세포자멸사된 세포를 탐식한다. 또한 수지상세포와 비슷하게 림프절로 이동하여 미분화 T세포와 상호작용할 수 있다.[7] 랑게르한스 세포는 랑게린(CD207)이라는 단백질을 발현한다.[44]

랑게르한스 세포는 임신 첫 3개월 동안 배아 바깥의 난황낭에서 유래하는 원시 골수계 전구세포로부터 유래하며, 평생 동안 국소 부위에서 증식하여 보충된다. 피부에 심한 염증이 발생하면 혈액의 단핵구가 해당 부위로 동원되어 랑게르한스 세포로 분화할 수 있다.[43]

최근 연구에 따르면 랑게르한스 세포는 IgE 수용체를 가지고 있어 알레르기 반응을 가속화하며, 제1형 및 제4형 알레르기 반응에 중요한 역할을 한다. 또한, 표피 장벽 파괴 설과 관련하여 피부 장벽 기능의 결함에 대한 연구가 진행되고 있다.

2. 1. 항원 포획 및 제시

피부에 감염이 발생하면 국소 부위의 랑게르한스 세포가 미생물항원을 섭취하고 가공하여 항원제시세포의 역할을 한다.[5] 일반적으로 조직 상주 대식세포는 면역 항상성과 세포자멸사된 세포를 탐식하는 데에 관여하지만, 랑게르한스 세포는 수지상세포와 비슷한 작용을 하여 림프절로 이동하고 미분화 T세포와 상호작용할 수도 있다.[7]

기질 금속 단백 분해 효소는 랑게르한스 세포가 기저층을 통과할 때 중요하고 필요하다.[6]

랑게르한스 세포는 칸나비노이드 수용체 2형(CB2)을 많이 가지고 있으며, SR-144,528 작용제에 의한 활성화로 반복적인 자극에 의해 유도된 만성 접촉 피부염에서 호산구의 모집과 귀의 알레르기 부종을 모두 약화시킨다.[10]

랑게르한스 세포는 IgE 수용체를 가지고 있으며 IgE 항체를 통해 알레르겐을 포착하여 알레르기 반응을 가속화한다. 제1형 알레르기뿐만 아니라[34], 제4형(지연형) 알레르기 반응에도 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

2005년, 예일 대학교 의과대학 연구자들은 랑게르한스 세포가 병원체의 침입이 있으면 면역계 세포에게 경계 태세를 갖게 할 뿐만 아니라, 감염 및 염증에 대한 피부의 반응을 약화시킨다는 것을 밝혀냈다.[35]

2009년 게이오기주쿠 대학교 의과대학 연구 그룹은 랑게르한스 세포의 세포 돌기가 표피에 형성되는 피부 장벽을 뚫고 외부 항원, 이물질을 포획한다는 것을 발견했다.[36]

2. 2. 면역 항상성 유지

피부에 감염이 발생하면 국소 부위의 랑게르한스 세포가 미생물항원을 섭취하고 가공하여 항원제시세포의 역할을 한다.[5] 일반적으로 조직 상주 대식세포는 면역 항상성과 세포자멸사된 세포를 탐식하는 데에 관여한다. 그러나 랑게르한스 세포는 수지상세포와 비슷한 작용을 하여, 림프절로 이동하고 미분화 T세포와 상호작용할 수도 있다.

랑게르한스 세포는 임신 첫 3개월 동안 배아 바깥의 난황낭에서 유래하는 원시 골수계 전구세포로부터 유래한다. 정상적인 상황에서는 일생 동안 국소 부위에서 증식하여 보충되어 쭉 존재한다. 만약 감염 등으로 인해 피부에 심하게 염증이 발생하면 혈액의 단핵구가 해당 부위로 동원되어 랑게르한스 세포로 분화할 수 있다.[43]

2005년, 예일 대학교 의과대학 연구자들은 랑게르한스 세포가 병원체의 침입이 있으면 면역계 세포에게 경계 태세를 갖게 하는 것에 그치지 않고, 감염 및 염증에 대한 피부의 반응을 약화시킨다는 것을 밝혀냈다.[35]

2. 3. 림프절 이동 및 T 세포 상호작용

피부에 감염이 발생하면 국소 부위의 랑게르한스 세포가 미생물항원을 섭취하고 가공하여 항원제시세포의 역할을 한다.[5] 일반적으로 조직에 상주하는 대식세포는 면역 항상성과 세포자멸사된 세포를 탐식하는 데에 관여한다. 그러나 랑게르한스 세포는 수지상세포와 비슷한 작용을 하여, 림프절로 이동하고 미분화 T세포와 상호작용할 수도 있다.[7]

2. 4. 세포 이동과 기질 금속 단백 분해 효소

피부 감염의 경우, 국소 랑게르한스 세포는 미생물 항원을 섭취하고 처리하여 완전한 기능을 갖춘 항원 제시 세포가 된다.[5]

일반적으로 조직 내에 있는 대식세포는 면역 항상성 및 세포 사멸체 섭취에 관여한다. 그러나 랑게르한스 세포는 또한 수지상 세포와 유사한 표현형을 띠며 림프절로 이동하여 미분화 T 세포와 상호 작용할 수 있다.

기질 금속 단백 분해 효소는 랑게르한스 세포가 기저층을 통과할 때 중요하고 필요하다.[6]

2. 5. 칸나비노이드 수용체 2형 (CB2)

랑게르한스 세포는 칸나비노이드 수용체 2형(CB2)을 많이 가지고 있으며, SR-144,528 작용제로 활성화하면 반복적인 자극으로 유발되는 만성 접촉 피부염에서 호산구가 모이는 것과 귀의 알레르기 부종을 약화시킨다.[10]

3. 발생 기원

1868년, 독일의 해부학자 파울 랑게르한스가 표피에서 랑게르한스 세포를 발견했다. 1961년, 버베크(M. S. Birbeck) 등은 랑게르한스 세포에서 라켓 모양의 세포 내 소기관을 발견했다. 1970년, 펠트만(J. E. Veldman)은 네덜란드 흐로닝언 대학교 박사 학위 논문에서 랑게르한스 세포가 림프절에서 T세포에 항원을 제시하는 상호 연결성 삽입 세포와 동일하다고 밝혔다. 1973년, 록펠러 대학교의 랄프 스타인만은 쥐의 비장에서 같은 세포를 재발견하고, 돌기가 있는 팔을 가진 외관을 보고 "수지상 세포"로 명명했다. 2005년, 예일 대학교 의과대학에서 랑게르한스 세포가 면역 반응을 조절한다는 것을 발표했다. 2009년, 게이오기주쿠 대학 의학부의 쿠보 료지 특별 연구 강사, 아마야 마사유키 교수는 랑게르한스 세포의 세포 돌기가 표피에 형성되는 피부 장벽을 뚫고 외부의 항원, 이물질을 섭취하는 것을 발견했다.

4. 임상적 중요성

랑게르한스 세포는 여러 질병과 관련되어 임상적으로 중요한 역할을 한다.

랑게르한스 세포 조직구증(LCH)은 랑게르한스 세포와 비슷한 세포가 과도하게 생산되는 희귀병이다. 이 세포들은 단핵구 표지자인 CD14에 양성으로 염색되어 혈액 계통에서 기원했음을 보여준다.[11] LCH는 피부, 등 여러 기관에 손상을 일으킬 수 있다.[46]

랑게르한스 세포는 HIV,[47][48] 인유두종 바이러스(HPV),[50][51][52][53] 뎅기열[65][30] 바이러스 등 다양한 바이러스 감염에서 초기 표적이 되거나 면역 반응을 조절하여 감염 진행에 영향을 미친다.

아토피 피부염과 관련하여 랑게르한스 세포는 IgE 수용체를 통해 알레르겐을 포착, 알레르기 반응을 가속화하며 제1형 및 제4형 알레르기 반응에 중요한 역할을 한다.[34] 또한 표피 장벽 기능 결함과 관련된 연구에서도 주목받고 있다.[36] 2005년 예일 대학교 연구진은 랑게르한스 세포가 피부 반응을 약화시킨다는 사실을 발견했고,[35] 2009년 게이오기주쿠 대학 연구진은 랑게르한스 세포의 돌기가 피부 장벽을 뚫고 외부 항원을 포획한다는 것을 발견했다.[36]

노화가 진행되면 랑게르한스 세포의 이동 능력이 감소하여[66] [31] 면역력이 손상되고 피부가 감염병이나 에 취약해진다.

4. 1. 랑게르한스 세포 조직구증 (LCH)

희귀병인 랑게르한스 세포 조직구증(LCH)에서는 랑게르한스 세포와 비슷한 세포가 과도하게 생산된다. 그러나 LCH의 세포 염색은 CD14 양성으로 나타난다. CD14는 단핵구의 표지자이다.[46] LCH는 피부, , 기타 다른 기관을 손상시킬 수 있다. LCH 세포는 단핵구 표지자인 CD14에 양성으로 염색되며, 이 질환이 혈액 계통에서 기원했음을 보여준다.[11]

4. 2. 바이러스 감염

랑게르한스 세포는 HIV,[47][48] 인유두종 바이러스(HPV),[50][51][52][53] 뎅기열[65][30] 바이러스 등 다양한 바이러스 감염에서 중요한 역할을 한다. 랑게르한스 세포는 이들 바이러스의 초기 표적이 되거나, 면역 반응을 조절하는 방식으로 바이러스 감염의 진행에 영향을 미친다.

4. 2. 1. HIV

랑게르한스 세포는 HIV가 성적으로 전파될 때 첫 표적 세포가 될 수 있으며,[47] HIV의 표적, 저장고, 그리고 다른 기관으로 퍼질 때의 매개체가 될 수도 있다.[48]

랑게르한스 세포는 사람의 포피, , 구강 점막에서 발견될 수 있다. 구강 점막에는 질 점막이나 포피에 비해 랑게르한스 세포가 비교적 덜 집중되어 있다. 따라서 구강 점막은 질이나 포피에 비해 HIV 감염원이 될 가능성이 낮다.[49]

4. 2. 2. 인유두종 바이러스 (HPV)

고위험 인유두종 바이러스(HPV)는 성관계를 통해 전파되는 바이러스로, 자궁경부암, 질암, 항문암, 두경부암 등 전 세계적으로 발병률과 사망률이 높은 여러 암과 관련되어 있다.[50][51][52][53] 자궁경부암 환자의 절반 이상은 암을 일으키는 가장 위험한 유전자형인 HPV16과 관련되어 있다.[54] HPV16은 피부나 점막의 가장 아래층인 기저세포에 감염되어 상피층의 랑게르한스 세포와 상호작용한다.[55] 랑게르한스 세포는 상피에 침투한 병원체에 대한 면역 반응을 시작하는 역할을 한다.[56]

그러나 HPV는 생체외(in vitro)에서는 랑게르한스 세포를 활성화하지 않는데, 이는 HPV가 생체내(in vivo)에서 면역계의 감시를 피하는 주요 기전일 수 있다.[57][58][59][60] 특히 HPV16은 아넥신 A2/S100A10 이종사량체(두 종류의 단백질이 각각 두 개씩 결합한 복합체)를 통해 랑게르한스 세포로 들어가 억제성 신호를 보내고, 결과적으로 랑게르한스 세포가 매개하는 면역 반응을 억제한다.[61] 이처럼 랑게르한스 세포를 표적으로 삼아 면역 반응을 회피하는 기전은 서로 다른 HPV 유전자형 사이에서 보존되는 것으로 보이며, 이로 인해 여러 HPV 유전자형이 염증 반응 없이 면역계에 탐지되지 않고 살아남을 수 있다.[62] 비활성화된 랑게르한스 세포에 노출된 T세포는 무반응 상태가 아니므로, 나중에 적절한 자극을 받으면 HPV에 대항하여 활성화될 수 있다.[63]

HPV에 의해 유도된 자궁경부 병변에서 랑게르한스 세포는 돌기가 없는 구형이며, 생체내에서 억제성 사이토카인인 IL-10을 분비하는 것으로 나타났다.[64] 또한, IL-10을 방출하는 면역억제성 랑게르한스 세포의 수와 병변에서 방출된 IL-10의 양이 조직병리학적 심각성과 HPV의 양에 비례한다는 사실도 밝혀졌다. 이는 HPV가 랑게르한스 세포를 표적으로 하는 생체내의 능동적인 면역억제 기전의 근거가 된다.

4. 2. 3. 뎅기열

랑게르한스 세포는 뎅기열의 원인 바이러스가 발달하는 동안 첫 표적 세포가 된다.[65][30]

4. 3. 아토피 피부염

랑게르한스 세포는 아토피 피부염과 관련하여 최근 다양한 연구가 진행되고 있다. 랑게르한스 세포는 IgE 수용체를 가지고 있어 IgE 항체를 통해 알레르겐을 포착, 알레르기 반응을 가속화한다. 제1형 알레르기뿐만 아니라[34], 제4형(지연형) 알레르기 반응에도 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 최근 표피 장벽 파괴 설, 즉 장벽 기능 결함이라는 피부의 생리학적 이상에 대한 분자 수준의 해명이 진행되면서 주목받고 있다.

2005년 예일 대학교 의과대학 연구자들은 랑게르한스 세포가 병원체 침입 시 면역계 세포에 경계 태세를 갖게 할 뿐만 아니라, 감염 및 염증에 대한 피부 반응을 약화시킨다는 새로운 사실을 밝혀냈다.[35]

2009년 게이오기주쿠 대학 의과대학의 쿠보 료지 특별 연구 강사, 아마야 마사유키 교수 등의 연구 그룹은 랑게르한스 세포의 세포 돌기가 표피에 형성되는 피부 장벽을 뚫고 외부 항원, 이물질을 포획한다는 것을 발견했다.[36] 아토피 피부염의 병태 이해 및 치료법 개발에 기여할 가능성이 기대되지만, 이 영역에서 랑게르한스 세포의 역할은 아직 충분히 밝혀지지 않았다.

4. 4. 노화와 기능 감소

노화가 진행될수록 랑게르한스 세포의 이동 능력은 떨어진다.[66] [31] 이로 인해 면역이 손상되며 피부는 감염병이나 에 더 노출되기 쉬워진다.

5. 역사

랑게르한스 세포라는 이름은 독일의사이자 해부학자인 파울 랑게르한스의 이름에서 붙여졌다. 랑게르한스는 그가 21살의 의과대학생이었을 때 이 세포를 발견하였다.[67] 랑게르한스 세포의 돌기가 가지돌기를 닮았기 때문에 그는 이 세포가 신경계에 속한다고 잘못 생각하였다.[68] 전자현미경이 발달하면서 랑게르한스 세포가 신경계에 속한다는 주장은 반증되었다. 그 후 1960~70년대 들어 형태적인 유사성과 더불어 백반증 환자에서 파괴된 멜라닌세포의 자리를 랑게르한스 세포가 차지하고 있다는 점 때문에 랑게르한스 세포가 멜라닌세포와 발생학적으로 관련이 있다는 주장이 제기되기도 하였다. 랑게르한스 세포와 각질세포가 발생 과정을 공유한다는 주장도 있었다. 그러나 1970년대 중반 이후로 랑게르한스 세포가 골수에서 유래하는 백혈구라는 사실, 랑게르한스 세포가 풍부한 표피세포는 랑게르한스 세포가 없는 표피세포와 달리 항원 특이적인 T세포 증식을 강력하게 자극한다는 사실 등 여러 가지 새로운 연구 결과가 발표되면서 랑게르한스 세포의 면역계 기능이 제대로 밝혀졌다.[69]

랑게르한스 세포 연구와 관련된 주요 발견들은 다음과 같이 정리할 수 있다.

연도내용
1868년독일의 해부학자 파울 랑게르한스가 표피에서 랑게르한스 세포를 발견
1961년버베크(M. S. Birbeck) 등이 랑게르한스 세포에서 라켓 모양의 세포 내 소기관을 발견
1970년펠트만(J. E. Veldman)이 네덜란드 흐로닝언 대학교 박사 학위 논문에서 랑게르한스 세포를 림프절에서 T세포에 항원을 제시하는 상호 연결성 삽입 세포와 동일하다고 밝힘
1973년록펠러 대학교의 랄프 스타인만이 쥐의 비장에서 같은 세포를 재발견하고 "수지상 세포"로 명명
2005년예일 대학교 의과대학에서 랑게르한스 세포가 면역 반응을 조절한다는 것을 발표
2009년게이오기주쿠 대학 의학부 연구진이 랑게르한스 세포의 세포 돌기가 표피에 형성되는 피부 장벽을 뚫고 외부의 항원, 이물질을 섭취하는 것을 발견


참조

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