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면역반응

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1. 개요

면역반응은 외부 침입에 대한 신체의 방어 시스템으로, 선천 면역과 적응 면역으로 구분된다. 선천 면역은 즉각적인 방어를 담당하며, 패턴 인식 수용체(PRR)가 병원체 연관 분자 패턴(PAMP)을 인식하여 사이토카인 분비를 유도하고, 보체계를 활성화시켜 병원체를 제거한다. 적응 면역은 B세포와 T세포를 통해 항원에 대한 특이적인 방어 작용을 수행하며, 항원제시세포(APC)가 항원을 T세포에 제시하고, 활성화된 T세포는 B세포를 활성화하여 항체를 생성하고, 기억 세포를 형성하여 재감염 시 빠르고 강력한 면역 반응을 유도한다. 면역 반응은 1형, 2형, 3형으로 분류되며, 알레르기, 자가면역 질환, 암, 이식 거부 반응 등 비 감염성 질환에도 관여한다. 면역 반응은 센서 세포, 적응 면역 세포, 이펙터 세포 등 다양한 세포와 분자들의 복잡한 상호 작용을 통해 이루어진다.

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면역반응
면역 반응 개요
대식세포가 병원균을 식균작용하는 모습
대식세포가 병원균을 식균작용하는 모습
유형선천 면역
적응 면역
관련 질병자가면역질환
면역결핍증
알레르기
상세 정보
관련 세포B세포
T세포
대식세포
수지상 세포
자연 살해 세포
호중구
호산구
비만세포
관련 분자항체
사이토카인
보체계
주조직적합성 복합체
과정항원 제시
사이토카인 신호전달
보체 활성화
세포 용해
항체 매개 세포 독성
목적병원체 제거
조직 손상 복구
자가 항원 내성 유지
조절조절 T세포
면역 관문
장애자가면역
과민반응
면역결핍

2. 선천면역

선천면역적응면역과 달리 외부 침입자에 대해 특이적이지 않으며, 병원체를 빠르게 제거한다.

그람 음성균의 침입에 대한 선천 면역 반응

2. 1. 선천면역계의 구성 요소

선천면역은 외부 침입자에 대해 처음 일어나는 반응이다. 선천면역 반응은 여러 서로 다른 종 사이에서 진화적으로 보존되어 있으며, 모든 다세포 생물은 어떤 형태로든 선천면역을 가진다.[26] 선천면역계를 구성하는 요소에는 피부점막 같은 물리적 장벽, 호중구, 대식세포, 단핵구 같은 면역계의 세포들, 사이토카인이나 보체와 같은 수용성 인자가 있다.[23]

2. 2. 패턴 인식 수용체 (PRR)와 병원체 연관 분자 패턴 (PAMP)

병원체는 패턴인식수용체(PRR)를 통해 인식되고 감지된다. 이러한 수용체는 대식세포 등의 표면에 존재하는 구조로, 외부 침입자에 결합하여 면역 세포 내에서 세포 신호 전달을 시작할 수 있다. PRR은 병원체의 필수 구조적 구성 요소인 병원체연관분자패턴(PAMP)을 식별한다. PAMP의 예로는 세균 세포벽펩티도글리칸이나 지질다당류(LPS)가 있으며, 이들은 모두 세균에 필수적인 요소이므로 여러 세균 종에 진화적으로 보존되어 있다.[27]

2. 3. 선천면역 반응 활성화

외부 병원체가 물리적 장벽을 뚫고 몸 안에 침입하면 대식세포의 패턴인식수용체(PRR)가 병원체를 인식하여 특정 병원체연관분자패턴(PAMP)에 결합한다. PRR과 PAMP가 결합하면 전사인자인 NF-κB가 대식세포의 핵 내부로 들어가 세포 신호전달 경로를 활성화시켜 사이토카인의 일종인 IL-8, IL-1, TNF-α 등을 분비한다.[26] 이런 사이토카인은 호중구혈관에서 감염 조직으로 이동하는 데 필수적이다. 호중구가 감염된 조직 내로 들어가면 식작용을 통해 병원체와 미생물을 죽인다.

2. 4. 보체계

보체계는 세 가지 경로를 통해 활성화된다. IgGIgM이 표적 항원에 결합하여 활성화되는 고전경로, 바이러스, 진균, 세균, 기생충 등의 표면 물질에 의해 활성화되어 C3에 의해 자가 활성화될 수 있는 대체경로, 만노스결합렉틴(MBL)이나 피콜린 같은 특정 패턴인식수용체(PRR)가 효모, 세균, 기생충, 바이러스 등의 외부에서 들어온 미생물의 표면 병원체연관분자패턴(PAMP)에 결합하면 개시되는 렉틴경로가 있다.[28] 이처럼 보체를 활성화하는 세 경로가 각각 존재하여 하나의 경로가 멈추거나 외부 침입자가 하나의 활성화 경로를 회피하더라도 보체가 제대로 기능할 수 있다.[26] 세 경로는 모두 다른 방식으로 활성화되지만, 보체계의 전반적인 역할은 병원체를 옵소닌화하고 감염과 맞서 싸울 수 있도록 염증 반응을 유도하는 것이다.

3. 적응면역

리간드/면역수용체 결합 보조 자극과 MHC-펩타이드 항원제시 과정.


적응면역선천면역 이후 작동하는 신체의 두 번째 방어선으로, B세포T세포를 통해 특이적인 항원에 대한 방어 작용을 수행한다. 적응면역은 세포가 매우 특이적이며 실제 작용하기 전에 활성화되어야 한다는 점 때문에 선천면역보다 속도가 느리지만, 면역학적 기억을 통해 같은 항원에 다시 노출되었을 때 더 빠르고 강력한 반응을 유도한다.[29]

3. 1. 적응면역 반응의 특이성

적응면역은 B세포와 T세포가 발달 초기에 특정 항원에만 반응하는 항원 수용체를 발달시키기 때문에 매우 특이적인 면역 반응을 보인다. 이러한 특이성은 B세포와 T세포가 무분별하게 숙주 세포를 공격하는 것을 막기 위해 엄격한 활성화 과정을 거치도록 한다.[29]

항원제시세포(APCs)가 세포 표면에 MHC 클래스 II 분자를 통해 외부 항원을 제시하면 미성숙 보조 T세포가 활성화된다. 항원제시세포에는 수지상세포, B세포, 대식세포가 있으며, 이들은 MHC 분자뿐만 아니라 보조 T세포의 보조 자극 수용체에 의해 인식되는 보조 자극 리간드도 발현한다. 보조 자극 분자가 없으면 T세포는 무반응 상태에 빠진다.[30]

보조 T세포가 활성화되면 림프절에서 미성숙 B세포를 활성화할 수 있다. B세포 활성화는 두 단계로 일어나는데, 먼저 특정 B세포에 특이적인 IgM, IgD인 B세포 수용체(BCR)가 항원과 결합해야 한다. 항원과 BCR이 결합하면 항원이 내부에서 처리되어 B세포의 MHC 클래스 II 분자를 통해 제시된다. 이 과정이 발생하면 MHC와 결합한 항원을 확인할 수 있는 보조 T세포가 보조 자극 분자와 상호작용하여 B세포를 활성화시킨다. 결과적으로 B세포는 항체를 분비하는 형질세포로 분화한다.

이처럼 B세포와 T세포 하나하나가 모두 다르기 때문에 다양한 종류의 침입자를 인식하고 공격할 수 있다.[29] 또한, 항원을 마주친 후 면역학적 기억을 통해 기억 T세포와 기억 B세포를 생산하여 같은 항원이 다시 들어왔을 때 더 빠르고 강력한 면역 반응을 일으킬 수 있게 한다.[29]

3. 2. 항원제시세포 (APC)와 T세포 활성화



항원제시세포(APC)는 세포 표면에 MHC 클래스 II 분자를 통해 외부 항원을 제시하여 미성숙 보조 T세포를 활성화한다. 항원제시세포에는 수지상세포, B세포, 대식세포가 있으며, 이들은 MHC 분자뿐만 아니라 보조 자극 리간드도 발현한다. 보조 자극 리간드는 보조 T세포의 보조 자극 수용체에 의해 인식된다. 보조 자극 분자가 없으면 적응면역 반응이 불충분하게 일어나며 T세포는 무반응 상태에 빠진다.[30] 특정 APC에 의해 여러 T세포 아집단이 활성화될 수 있으며, 각각의 T세포는 특정 미생물 항원을 처리하기 위해 준비되어 있다. 활성화되는 T세포와 면역 반응의 종류는 APC가 항원을 처음 마주친 상황에 부분적으로 의존한다.[30]

보조 T세포가 활성화되면 림프절에서 미성숙 B세포를 활성화할 수 있다. B세포 활성화는 두 단계로 진행된다. 먼저, 특정 B세포에 특이적으로 존재하는 IgM, IgD인 B세포 수용체(BCR)가 항원과 결합해야 한다. 항원과 BCR이 결합하면 항원이 내부에서 처리되어 B세포의 MHC 클래스 II 분자를 통해 제시된다. 이후 MHC와 결합한 항원을 확인한 보조 T세포가 보조 자극 분자와 상호작용하여 B세포를 활성화시킨다. 결과적으로 B세포는 항체를 분비하는 형질세포로 분화하며, 항체는 침입자에 대한 옵소닌으로 작용한다.

3. 3. 면역학적 기억

적응 면역은 면역학적 기억이라는 특징을 가지고 있다. 항원을 마주친 후, 적응 면역은 기억 T세포와 기억 B세포를 생산한다. 기억 세포는 같은 항원이 다시 생명체 내로 들어왔을 때 더 빠르고 강력한 면역 반응을 일으킬 수 있게 한다.[29]

4. 면역 반응의 유형

외부 요인에 따라 다양한 유형의 면역 반응(IR)이 나타난다. 선천 면역 및 적응 면역을 포함한 면역계와 비 면역계의 세포 및 분자 구성 요소는 뚜렷한 노출체(exposome)의 도전에 최적으로 대응하도록 구성된다.

선천 면역은 외부 침입자에 대해 처음 일어나는 반응이다. 여러 종 사이에서 진화적으로 보존되어 있으며, 모든 다세포 생물은 어떤 형태로든 선천 면역을 가진다.[26] 피부점막 같은 물리적 장벽, 호중구, 대식세포, 단핵구 같은 면역 세포, 사이토카인이나 보체와 같은 수용성 인자가 선천 면역계를 구성한다.[23] 적응 면역과 대조적으로 선천 면역은 외부 침입자에 특이적이지 않으며 병원체를 빠르게 제거한다.

병원체는 패턴인식수용체(PRR)에 의해 인식되고 감지된다. PRR은 대식세포 등에 존재하는 구조로 외부 침입자에 결합하여 면역 세포의 세포 신호를 시작한다. PRR은 병원체의 병원체연관분자패턴(PAMP)과 결합한다. PAMP의 예시에는 세균 세포벽펩티도글리칸이나 지질다당류(LPS)가 있다. 이들은 세균에 필수적인 요소이므로 많은 세균 종에 진화적으로 보존되어 있다.[27]

외부 병원체가 물리적 장벽을 뚫고 몸 안으로 들어오면 대식세포의 PRR이 특정 PAMP에 결합한다. 전사인자인 NF-κB가 대식세포 핵 내부로 들어가 IL-8, IL-1, TNF-α 같은 사이토카인을 분비하도록 세포 신호전달 경로를 활성화한다.[26] 이런 사이토카인은 호중구혈관에서 감염 조직으로 유출되는 데에 필수적이다. 호중구는 감염 조직 내에서 식작용을 일으켜 병원체와 미생물을 죽인다.

보체는 선천 면역계를 구성하는 또 다른 요소로, 세 가지 경로를 통해 활성화된다. 고전 경로는 IgGIgM이 표적 항원과 결합하여 활성화된다. 대체 경로는 바이러스, 진균, 세균, 기생충 등의 표면 물질에 의해 활성화되며, C3에 의해 자가 활성화될 수도 있다. 렉틴 경로는 만노스결합렉틴(MBL)이나 피콜린 같은 특정 PRR이 효모, 세균, 기생충, 바이러스 등의 외부 미생물 표면 PAMP에 결합하면 시작된다.[28] 세 경로는 모두 다른 방식으로 활성화되지만, 보체계의 전반적인 역할은 병원체를 옵소닌화하고 감염과 맞서 싸울 수 있도록 염증 반응을 유도하는 것이다.

적응 면역은 몸의 이차 방어선이다. 적응 면역계 세포는 매우 특이적인데, B 세포와 T 세포가 발달 초기에 특정 항원에 대해서만 특이적으로 반응하는 항원 수용체를 발달시키기 때문이다. B 세포와 T 세포의 이러한 활성화 과정은 이들이 미성숙 상태에서 숙주 생명체의 정상 세포를 공격할 수 있는 위험을 방지하기 위함이다.[29] 항원제시세포(APC)가 세포 표면에 MHC 클래스 II 분자를 통해 외부 항원을 제시하면 미성숙 보조 T 세포가 활성화된다. APC에는 수지상세포, B 세포, 대식세포가 있으며, MHC 분자뿐 아니라 보조 자극 리간드도 발현한다. 보조 자극 리간드는 보조 T 세포의 보조 자극 수용체에 의해 인식된다. 보조 자극 분자가 없으면 적응 면역 반응이 불충분하게 일어나 T 세포는 무반응 상태에 빠진다. 여러 T 세포 아집단이 특정 APC에 의해 활성화될 수 있으며, 각각의 T 세포는 특정 미생물 항원을 처리한다. 활성화되는 T 세포와 면역 반응의 종류는 APC가 항원을 처음 마주친 상황에 부분적으로 의존한다.[30] 보조 T 세포가 활성화되면 림프절에서 미성숙 B 세포를 활성화할 수 있다. B 세포 활성화는 두 단계로 일어난다. 먼저 특정 B 세포에 특이적인 IgM, IgD인 B 세포 수용체(BCR)가 항원과 결합해야 한다. 항원과 BCR이 결합하면 항원이 내부에서 처리되어 B 세포의 MHC 클래스 II 분자를 통해 제시된다. 이후 MHC와 결합한 항원을 확인할 수 있는 보조 T 세포가 보조 자극 분자와 상호작용하여 B 세포를 활성화시킨다. 결과적으로 B 세포는 항체를 분비하는 형질세포로 분화하며, 항체는 침입자에 대한 옵소닌으로 작용한다.

적응 면역의 특이성은 B 세포와 T 세포 개개의 다양성에서 기인한다. 어떤 종류의 침입자가 들어와도 다양한 세포가 인식하고 공격할 준비를 갖추게 된다.[29] 그러나 세포가 매우 특이적이며 활성화가 필요하기 때문에 선천 면역보다 속도가 느리다. 적응 면역은 면역학적 기억이라는 특징을 가진다. 항원을 마주친 후 기억 T 세포와 기억 B 세포를 생산하여 같은 항원이 다시 들어왔을 때 더 빠르고 강력한 반응을 일으킨다.[29]

4. 1. 1형 면역 반응



'''제 1형''' 면역 반응(IR)은 바이러스, 세포 내 세균, 기생충에 의해 유발된다. 여기서 주된 역할자는 제1군 선천 림프양 세포(ILC1), NK 세포, Th1 세포, 대식세포, 옵소닌화 IgG 동형이다.[10][11]

4. 2. 2형 면역 반응

독소와 다세포 기생충에 의해 발생한다. 제2군 선천 림프양 세포(ILC2), 상피 세포, Th2 림프구, 호산구, 호염구, 비만 세포, IgE가 여기서 핵심적인 역할을 한다.[10][11]

4. 3. 3형 면역 반응

3형 면역 반응은 세포 외 세균과 진균을 표적으로 하며, ILC3, Th17, 호중구, 옵소닌화 IgG 동형을 모집한다.[10][11]

4. 4. 비 감염성 병리에서의 면역 반응

비감염성 병리에서도 추가적인 유형의 면역 반응(IR)이 관찰될 수 있다.[12]

모든 유형의 IR은 ''센서'' (ILC, NK 세포), ''적응'' (T 세포 및 B 세포), 그리고 ''이펙터'' (호중구, 호산구, 호염구, 비만 세포) 부분을 갖는다.[11]

4. 5. 면역 반응의 구성 요소

면역 반응은 '센서'(ILC, NK 세포), '적응'(T 세포 및 B 세포), '이펙터' (호중구, 호산구, 호염구, 비만 세포) 부분으로 구성된다.[11]

참조

[1] 서적 How the immune system works 2019
[2] 웹사이트 Immune system – Evolution of the immune system https://www.britanni[...] 2020-03-09
[3] 웹사이트 vaccine {{!}} Definition, Types, History, & Facts https://www.britanni[...] 2020-03-09
[4] 서적 Kuby immunology 2018
[5] 서적 Clinical immunology : principles and practice 2018
[6] 웹사이트 The Innate Immune System: Early Induced Innate Immunity: PAMPs http://faculty.ccbcm[...] 2020-03-08
[7] 저널 The complement system 2011
[8] 저널 Adaptive immunity 2010-02
[9] 서적 Immunobiology https://www.ncbi.nlm[...] Garland Science
[10] 저널 Adaptive immunity 2014-12
[11] 서적 Janeway's Immunobiology Garland Science
[12] 저널 Immune response patterns in non-communicable inflammatory skin diseases 2018-05
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[16] 서적 Kuby immunology 2018-03-12
[17] 서적 Clinical immunology : principles and practice 2018-01-13
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[29] 저널 Adaptive immunity 2010-02
[30] 서적 Immunobiology https://www.ncbi.nlm[...] Garland Science



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