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면역 체계의 개요

작성자:

Peter J. Delves

, PhD, University College London, London, UK

최근 전체 검토/개정 5 2019| 최근 내용 수정일 5 2019
주제 참고 자료

면역 체계는 인체를 외부의 위험한 침입자로부터 방어하기 위해 만들어졌습니다. 그러한 침입자에는 다음이 포함됩니다.

  • 미생물(일반적으로 병원균이라고 함, 예: 세균, 바이러스, 곰팡이)

  • 기생충(예: 벌레)

  • 암세포

  • 이식받은 장기 및 조직

이러한 침입자로부터 인체를 방어하기 위해 면역 체계는 다음을 구별할 수 있어야 합니다.

  • 무엇이 인체에 속하는지(자기)

  • 무엇이 그렇지 않은지(비자기 또는 이물질)

항원은 면역 체계가 인식하여 면역 반응을 자극할 수 있도록 하는 물질입니다. 항원이 위험한 것으로 인식될 경우(예: 질병을 유발할 수 있는 경우) 인체의 면역 반응을 자극할 수 있습니다. 항원은 세균, 바이러스, 다른 미생물, 기생충 또는 암세포 내부나 표면에 포함될 수 있습니다. 항원은 예를 들어 음식 분자나 꽃가루 형태로 스스로 존재할 수도 있습니다.

정상적인 면역 반응은 다음과 같이 이루어집니다.

  • 해로울 가능성이 있는 외부 항원 인식

  • 이를 방어하기 위해 능력 활성화 및 동원

  • 공격

  • 공격 제어 및 종료

면역 체계가 제 기능을 하지 않거나 자기를 비자기로 오인할 경우 자신의 신체 조직을 공격하여 류마티스 관절염, 하시모토 갑상선염, 또는 전신 홍반 루푸스(루푸스) 등 자가면역 질환을 야기합니다.

면역 체계 질환은 다음과 같은 경우 발생합니다.

  • 인체가 자신에 대한 면역 반응을 야기하는 경우(자가면역 질환).

  • 인체가 침입 미생물에 대하여 적절한 면역 반응을 수행하지 못하는 경우(면역결핍 질환).

  • 인체가 무해한 외부 항원에 과도하게 면역 반응을 발생시켜 정상 조직을 손상하는 경우(알레르기 반응).

면역 체계의 구성요소

면역 체계에는 다음과 같은 많은 구성요소가 존재합니다.

항체(면역글로불린)B 세포라는 백혈구에 의해 생성되고 침입자의 항원에 단단히 결합하여 침입자를 공격 대상으로 표시하거나 직접 중화하는 단백질입니다. 인체는 수천 종의 서로 다른 항체를 생성합니다. 각 항체는 주어진 항원에 특이적입니다.

항원은 면역 체계가 인식하여 면역 반응을 자극할 수 있도록 하는 물질입니다.

B 세포(B 림프구)는 항체 생산을 자극했던 항원에 해당되는 항체를 생산하는 백혈구입니다.

호염기구는 히스타민(알레르기 반응에 관련된 물질)을 분비하고 문제 부위로 다른 백혈구(호중구 및 호산구)를 유인하는 물질을 생산하는 백혈구입니다.

세포는 핵과 세포질로 구성되며 막으로 둘러싸여 있는 살아 있는 가장 작은 유기체 단위입니다.

주화성은 세포를 특정 부위로 유인하기 위해 화학 물질을 사용하는 과정입니다.

보체계는 인체를 방어하기 위해 설계된 일련의 반응(보체 연쇄반응이라 함, 예를 들어 세균 및 기타 외부 세포를 죽이고, 외부 세포를 대식세포가 식별하여 삼키기 쉽도록 만들고, 대식세포와 호중구를 문제 부위로 유인함)에 관여하는 단백질 집단으로 구성됩니다.

사이토카인은 면역 세포와 기타 세포들이 분비하고 면역 반응 조절을 위해 면역 체계의 전달체 역할을 하는 단백질입니다.

수지상 세포는 백혈구에서 유래하며, 조직에 존재하여 T 세포가 외부 항원을 인식하도록 도와줍니다.

호산구는 삼키기에는 너무 큰 세균 및 다른 외부 세포를 죽이는 백혈구로, 기생충을 움직이지 못하게 하여 죽이고 암세포를 파괴하는 데 도움이 될 수 있습니다. 호산구는 알레르기 반응에도 참여합니다.

도움 T 세포는 B 세포가 외부 항원에 대한 항체를 생산하도록 지원하고 살해 T 세포가 활성화되는 것을 돕고, 대식세포를 자극하여 감염 세포 또는 이상 세포를 보다 효율적으로 삼킬 수 있게 해주는 백혈구입니다.

조직 적합성(문자 그대로 조직에 대한 적합성)은 인간 백혈구 항원(자기 식별 분자)에 의해 결정됩니다. 조직 적합성은 이식된 조직이나 장기가 수용자에게 받아들일 수 있는지 여부를 판정할 때 사용됩니다.

인간 백혈구 항원(HLA)은 개인별로 거의 고유한 모든 세포의 표면에 위치하여 인체가 자기와 비자기를 구별할 수 있게 하는 식별 분자 집단입니다. 이 식별 분자 집단을 주요 조직 적합 유전자 복합체라고도 합니다.

면역 복합체는 항원에 부착된 항체를 말합니다.

면역 반응은 항원에 대한 면역 체계의 반응입니다.

면역글로불린은 항체의 또다른 이름입니다.

인터루킨은 다른 백혈구에 영향을 주기 위해 일부 백혈구가 분비하는 일종의 전달체(사이토카인)입니다.

살해(세포독성) T 세포는 감염 세포 및 암세포에 부착하여 이를 죽이는 T 세포입니다.

백혈구(leukocyte)는 단핵세포, 호중구, 호산구, 호염기구, 또는 림프구(B 세포 또는 T 세포)와 같은 백혈구(white blood cell)의 또다른 이름입니다.

림프구는 후천(특이) 면역을 담당하는 백혈구로서 (B 세포를 통해) 항체를 생산하고, (T 세포를 통해) 자기와 비자기를 구별하며 (살해 T 세포를 통해) 감염 세포와 암세포를 죽이는 기능도 수행합니다.

대식세포는 단핵세포라고 하는 백혈구로부터 발달하는 거대한 세포입니다. 이 세포는 세균 및 기타 외부 세포를 삼키고 T 세포가 미생물 및 기타 이물질을 식별하는 데 도움을 줍니다. 대식세포는 일반적으로 폐, 피부, 간 및 기타 조직에 존재합니다.

주요 조직 적합 유전자 복합체(MHC)는 인간 백혈구 항원과 같은 말입니다.

비만 세포는 히스타민과 염증 및 알레르기 반응에 관여하는 기타 물질을 분비하는 조직 내 세포입니다.

분자란 고유한 물질을 형성하기 위해 화학적으로 결합된 원자 집단입니다.

자연 살해 세포는 해당 세포가 이상 세포인지 여부를 먼저 학습하지 않고서도 특정 감염 세포와 암세포 등 이상 세포를 인식하여 죽이는 백혈구의 일종입니다.

호중구는 세균과 다른 외부 세포를 삼켜서 죽이는 백혈구입니다.

식세포는 침입 미생물, 기타 세포 및 세포 분해물을 삼켜서 죽이거나 파괴하는 세포의 일종입니다. 식세포에는 호중구 및 대식세포가 포함됩니다.

식균 작용이란 침입 미생물, 기타 세포 또는 세포 분해물을 에워싸서 삼키는 세포 작용을 말합니다.

수용체는 정확히 자신에게 맞는 (자물쇠에 맞는 키처럼) 특정 분자를 식별할 수 있는 세포 표면 또는 내부에 있는 분자.

조절(억제) T 세포는 면역 반응 종료를 돕는 백혈구입니다.

T 세포(T 림프구)는 후천 면역에 관여하는 백혈구입니다. T 세포에는 도움, 살해(세포독성), 조절의 세 가지 유형이 있습니다.

방어선

인체에는 일련의 방어선이 있습니다. 방어에는 다음이 포함됩니다.

  • 물리적 장벽

  • 백혈구

  • 항체 및 보체 단백질과 같은 분자

  • 림프 기관

물리적 장벽

침입자에 대한 첫 번째 방어선은 기계적 또는 물리적 장벽입니다.

  • 피부

  • 눈의 각막

  • 호흡관, 소화관, 배뇨관, 생식관을 둘러싼 점막

이러한 장벽이 제대로 유지되는 한 많은 침입자들이 인체에 들어올 수 없습니다. 하지만 장벽이 파손되면(심한 화상으로 피부가 손상된 경우) 감염 위험이 높아집니다.

또한 세균을 파괴할 수 있는 효소가 포함된 분비물이 장벽을 방어하고 있습니다. 예를 들면 땀, 눈물, 호흡관 및 소화관의 점액, 질 분비물 등이 있습니다.

백혈구

그 다음 방어선으로서 백혈구가 있는데 이는 혈류를 따라 흘러 조직에 들어가 미생물과 다른 침입자들을 찾아서 공격합니다.

이러한 방어체계는 두 부분으로 이루어집니다.

  • 선천 면역

  • 후천 면역

선천(자연) 면역: ‘선천’이란 가지고 태어나는 것을 의미합니다. 그러므로 선천(자연) 면역은 이전에 미생물이나 다른 침입자를 접하지 않았어도 효과적으로 기능을 발휘합니다. 즉 침입자를 인식하는 방법을 배우지 않고서도 즉시 침입자에 반응합니다. 여기에는 몇 가지 종류의 백혈구가 관여합니다.

  • 식세포는 침입자를 삼켜버립니다. 식세포에는 대식세포, 호중구, 단핵세포, 수지상 세포 등이 있습니다.

  • 자연 살해 세포가 형성되어 암세포와 특정 바이러스가 감염된 세포를 인식하여 죽입니다.

  • 일부 백혈구(예: 호염기구호산구)는 염증에 관여하는 물질(예: 사이토카인) 및 알레르기 반응에 관여하는 물질(예: 히스타민)을 분비합니다. 이러한 세포 중 일부는 침입자를 직접 파괴할 수 있습니다.

후천(적응성 또는 특이) 면역: 후천 면역의 경우, 림프구라는 백혈구(B 세포T 세포)가 침입자를 만나고, 공격 방법을 학습하며, 특정 공격자를 기억하여 다음에 만나면 보다 효과적으로 공격할 수 있습니다. 후천 면역은 새 침입자를 처음에 만난 후에 시간이 흘러야 생기는데 그 이유는 림프구가 이에 적응해야 하기 때문입니다. 그러나 그 후에는 신속히 반응합니다. B 세포와 T 세포가 협력하여 공격자를 파괴합니다. 침입자를 인식할 수 있도록 T 세포는 항원 제시 세포라는 세포(예: 수지상 세포—T 세포가 항원을 인식하는 방법 그림 참조)의 도움을 받습니다. 이들 세포가 침입자를 삼키고 조각으로 분해합니다.

분자

선천 면역과 후천 면역이 상호작용하여 서로 간에 직접적으로 또는 면역 체계의 다른 세포를 유인하거나 활성화하는 분자를 통해서 영향을 주는데 이는 방어를 위한 동원 단계의 일부로서 수행됩니다. 이러한 분자에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

이들 물질은 세포에 포함되어 있지 않고 혈장(혈액의 액체 부분) 등 체액에 녹아 있습니다.

일부 사이토카인 등 분자의 일부는 염증을 촉진합니다.

염증은 분자가 면역 체계 세포를 해당 조직으로 유인하기 때문에 발생합니다. 이들 세포를 조직으로 보내기 위해 인체는 더 많은 혈액을 해당 조직으로 보냅니다. 조직에 더 많은 혈액을 보내기 위해 혈관이 확장되고 구멍이 많아져서 더 많은 액체와 세포가 혈관을 떠나 조직으로 들어가게 됩니다. 그러므로 염증은 홍조, 열기, 부기를 야기합니다. 염증의 목적은 감염체가 확산되지 않도록 한정하는 것입니다. 이후 면역 체계가 생산한 다른 물질이 염증을 해소하고 손상된 조직을 치유합니다. 염증은 괴로울 수 있지만 면역 체계가 자기 역할을 수행하고 있음을 나타냅니다. 하지만 과도한 또는 장기적(만성적) 염증은 해로울 수 있습니다.

림프 기관

면역 체계에는 인체에 퍼져있는 세포들 외에도 몇 가지 기관이 포함되어 있습니다. 이들 기관은 1차 또는 2차 림프 기관으로 분류됩니다.

1차 림프 기관은 백혈구가 생산되어 증식하는 곳입니다.

  • 골수는 호중구, 호산구, 호염기구, 단핵세포, B 세포 및 T 세포로 발전하는 세포(T 세포 전구체) 등 모든 다양한 백혈구를 생산합니다.

  • 흉선에서는 T 세포가 증식하여 외부 항원을 인식하고 인체의 자체 항원은 무시하는 훈련을 합니다. T 세포는 후천 면역을 위해 매우 중요합니다.

인체 방어가 필요할 경우 주로 골수에서 백혈구를 동원합니다. 그 다음에 혈류로 들어가 필요한 곳으로 이동합니다.

림프계: 감염을 방어하도록 도와줌

림프계는 흉선, 골수, 비장, 편도, 충수 및 소장 내 파이어판과 함께 면역 체계에서 매우 중요한 부분입니다.

림프계는 림프관으로 연결된 림프절의 망입니다. 림프계는 인체 내에서 림프를 전달합니다.

림프는 모세혈관의 얇은 벽을 통해서 인체 조직에 스며드는 액체로 구성됩니다. 이 액체에는 산소, 단백질 및 조직에 필요한 기타 영양분이 포함되어 있습니다. 이 액체 중 일부는 다시 모세혈관으로 들어가고, 일부는 림프관으로 들어가서 림프가 됩니다.

작은 림프관들이 큰 림프관으로 연결되고 최종적으로 흉관을 형성합니다. 흉관은 가장 큰 림프관입니다. 흉관은 쇄골하 정맥에 연결되어 림프를 혈류로 돌려보냅니다.

또한 림프는 조직에 있는 외부 물질(세균 등), 암세포, 죽은 세포나 손상된 세포를 림프관으로 보내어 림프절에서 처리하게 합니다. 림프에는 많은 백혈구가 포함되어 있습니다.

림프가 전달하는 모든 물질은 최소한 하나의 림프절을 통과하고, 거기서 외부 물질을 걸러내고 파괴한 후 다시 혈류로 돌아갑니다. 림프절에서는 백혈구가 항원을 수집하고 서로 또는 항원과 상호작용하여 외부 물질에 대한 면역 반응을 야기합니다. 림프절에는 B 세포, T 세포, 수지상 세포, 대식세포가 조밀하게 밀집된 조직 망이 포함되어 있습니다. 유해한 미생물을 이 망에서 걸러낸 후 B 세포와 T 세포가 식별하여 공격합니다.

림프절은 목, 겨드랑이, 사타구니 등 림프관이 분기하는 곳에 밀집된 경우가 많습니다.

림프계: 감염을 방어하도록 도와줌

2차 림프 기관에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

  • 비장

  • 림프절

  • 편도

  • 충수

  • 소장 내 파이어판

이들 기관은 미생물과 기타 외부 물질을 끌어 모으고, 면역 체계의 성숙 세포가 외부 물질을 수집하여 상호작용하는 장소를 제공하며 특정 면역 반응을 야기합니다.

림프절은 인체의 전략적 부위에 위치하며, 방대한 림프관 망인 림프계로 연결됩니다. 림프계는 미생물, 기타 외부 물질, 암세포, 조직의 죽은 세포나 손상된 세포를 림프절로 운반하고 거기서 이물질과 세포들을 여과하여 파괴합니다. 그 다음에 여과된 림프는 다시 혈류로 돌아갑니다.

림프절은 암세포가 확산될 수 있는 첫 번째 장소 중 하나입니다. 그러므로 의사는 암 전이 여부를 판단하기 위해 림프절을 평가합니다. 림프절에 있는 암세포는 림프절을 부어 오르게 합니다. 감염이 되면 림프절이 부어 오를 수 있는데 그 이유는 림프절에서 감염에 대한 면역 반응이 일어나기 때문입니다. 때로는 림프절로 운반된 세균이 죽지 않고 림프절에서 감염(림프절염)을 야기하기 때문에 림프절이 부을 수도 있습니다.

알고 계십니까?

  • 림프절에는 조직망이 있는데 거기에서 해로운 미생물과 죽거나 손상된 세포를 걸러내고 파괴합니다.

행동 계획

침입자에 대한 성공적인 면역 반응을 위해서는 다음이 필요합니다.

  • 인식

  • 활성화 및 동원

  • 조절

  • 분해

인식

침입자를 파괴하려면 면역 체계가 먼저 침입자를 인식해야 합니다. 즉 면역 체계가 자기와 비자기(이물질)를 구별할 수 있어야 합니다. 모든 세포는 표면에 식별 분자(항원)가 있기 때문에 면역 체계는 이러한 구별이 가능합니다. 미생물을 인식할 수 있는 것은 그 표면에 있는 식별 분자가 이물질이기 때문입니다.

사람에서 가장 중요한 자기 식별 분자는 다음과 같습니다.

  • 인간 백혈구 항원(HLA) 또는 주조직적합복합체(MHC)

HLA 분자를 항원이라고 하는데, 그 이유는 신장이나 피부 이식처럼 이식할 경우 다른 사람에게서 면역 반응을 야기하기 때문입니다(일반적으로 자신에게서는 면역 반응을 야기하지 않습니다). 개개인은 거의 고유한 HLA 조합을 갖고 있습니다. 개인의 면역 체계는 일반적으로 이 고유한 조합을 자기로 인식합니다. 자신의 세포에 있는 분자와 동일하지 않은 분자를 표면에 갖고 있는 세포는 이물질로 식별됩니다. 그러면 면역 체계가 그 세포를 공격합니다. 이러한 세포는 이식된 조직의 세포 또는 침입 미생물에 감염되었거나 암으로 변형된 인체 세포 중 하나입니다. (조직 이식이 필요할 때 의사들이 일치시키려고 하는 것이 바로 HLA 분자입니다.)

일부 백혈구 즉(B 세포(B 림프구))는 침입자를 바로 인식할 수 있습니다. 하지만 다른 세포(T 세포(T 림프구))들은 항원 제시 세포라고 하는 세포의 도움이 필요합니다.

  • 항원 제시 세포는 침입자를 삼키고 조각으로 분해합니다.

  • 이후 항원 제시 세포는 침입자의 항원 분해물을 세포 자신의 HLA 분자와 결합시킵니다.

  • 항원 분해물과 HLA 분자의 결합물은 세포 표면으로 이동합니다.

  • 표면에 맞는 수용체가 있는 T 세포는 마치 자물쇠에 맞는 열쇠처럼 항원 분해물을 전달하고 있는 HLA 분자 부분에 붙을 수 있습니다.

  • T 세포는 이후 활성화되고 해당 항원을 가진 침입자와 싸우기 시작합니다.

T 세포가 항원을 인식하는 방법

T 세포는 면역 감시 체계의 일부로서, 혈류와 림프계를 이동합니다. T 세포가 림프절이나 다른 2차 림프 기관에 도달하면 인체에서 외부 물질(항원)을 찾습니다. 하지만 외부 항원을 완전히 인식하여 반응하기 전에 다른 백혈구(항원 제시 세포)가 항원을 처리하여 T 세포에 전달해야 합니다. 항원 제시 세포는 (가장 효과적인) 수지상 세포, 대식세포 및 B 세포로 구성됩니다.

T 세포가 항원을 인식하는 방법

활성화 및 동원

백혈구가 침입자를 인식하면 활성화됩니다. 예를 들어 항원 제시 세포가 HLA에 결합된 항원 분해물을 T 세포에 전달하면 T 세포가 분해물에 부착하여 활성화됩니다. B 세포는 침입자에 의해 바로 활성화될 수 있습니다. 백혈구가 활성화되면 침입자를 삼키거나, 죽이거나 두 가지를 모두 수행하게 됩니다. 침입자를 죽이려면 일반적으로 두 종류 이상의 백혈구가 필요합니다.

대식 세포, 활성화된 T 세포 등 면역 세포는 문제 부위로 다른 면역 세포를 유인하는 물질을 분비하여 방어 체계를 동원합니다. 면역 세포를 유인하는 물질을 침입자 자체가 분비할 수도 있습니다.

조절

자가면역 질환에서와 같이 인체에 대한 광범위한 손상이 발생하지 않도록 면역 반응은 조절되어야 합니다. 조절(억제) T 세포는 면역 반응을 억제하는 사이토카인(면역 체계의 화학적 전달체)을 분비하여 반응을 조절하도록 돕습니다. 이들 세포가 면역 반응이 무한정으로 진행되는 것을 방지합니다.

분해

분해는 침입자를 한정하여 인체에서 제거하는 기능입니다. 침입자가 제거되고 나면 대부분의 백혈구가 스스로 파괴되어 흡입됩니다. 남은 세포를 기억 세포라고 합니다. 인체는 후천 면역의 일부인 기억 세포를 유지하여 특정 침입자를 기억하여 나중에 만나면 훨씬 격렬하게 반응합니다.

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