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후천 면역

작성자:

Peter J. Delves

, PhD, University College London, London, UK

최근 전체 검토/개정 2020년 4월 1일| 최근 내용 수정일 2020년 4월 3일
주제 참고 자료

신체의 방어선(면역 체계) 중 하나로 백혈구 세포(백혈구)가 있는데, 백혈구는 혈류를 통해 조직으로 이동하여 미생물과 다른 침입자를 찾아서 공격합니다. (면역 체계의 개요 또한 참조.)

이러한 방어체계는 두 부분으로 이루어집니다.

후천 면역(적응성 면역 또는 특이 면역 )은 출생 시에는 존재하지 않으며, 학습된 결과입니다. 학습 과정은 사람의 면역 체계가 외부 침입자를 만나고 비자기 물질(항원)을 인식할 때 시작됩니다. 그런 다음, 후천 면역 성분이 항원을 가장 잘 공격하는 방법을 배우고 항원에 대한 기억을 개발하기 시작합니다. 후천 면역은 특이 면역이라고도 하는데, 그 이유는 예전에 접촉한 특정 항원에 대해 맞춤형 공격을 하기 때문입니다. 즉 학습하고, 적응하고, 기억하는 특성을 갖고 있습니다.

후천 면역이 생기려면 새 항원에 처음 노출된 후에 시간이 필요합니다. 하지만 그 후에 항원을 기억하면, 해당 항원에 대한 이후의 반응은 처음 노출된 후 일어난 반응보다 더 빠르며 더 효과적입니다.

후천 면역을 담당하는 백혈구는 다음과 같습니다.

  • 림프구(T 세포 및 B 세포)

후천 면역에 참여하는 다른 물질은 다음과 같습니다.

림프구

림프구는 인체가 항원을 기억하고 자기와 유해한 비자기(바이러스와 세균 포함)를 구별하도록 합니다. 림프구는 혈류와 림프계에서 순환하고 필요 시 조직 안으로 이동합니다.

면역 체계는 접촉한 모든 항원을 기억할 수 있는데, 그 이유는 접촉 후에 일부 림프구가 기억 세포가 되기 때문입니다. 이들 세포는 수 년 또는 수십 년 동안 오래 생존합니다. 기억 세포가 항원을 두 번째로 만나면 즉시 인식하여 해당 항원에 적합한 방식으로 신속하게 반응합니다. 이 특이 면역 반응 때문에 사람들이 수두나 홍역에 두 번 걸리지 않는 것이며 백신을 통해 특정 질환을 예방할 수 있는 것입니다.

T 세포나 B 세포가 림프구가 될 수 있습니다. T 세포와 B 세포가 협력하여 공격자를 파괴합니다.

T 세포

T 세포는 흉선이라 부르는 흉부의 기관으로 이동한 골수의 줄기 세포에서 발생합니다. 그 곳에서 T 세포는 인체 자신의 조직을 공격하지 않도록 자기와 비자기 항원을 구별하는 법을 학습합니다. 일반적으로 인체 자신의 항원(자기 항원)을 무시하도록 학습한 T 세포만이 성숙하여 흉선을 떠나도록 허용됩니다.

T 세포는 거의 무제한의 다양한 항원을 인식할 수 있습니다.

성숙한 T 세포는 2차 림프 기관(비장, 림프절, 편도, 충수 및 소장 내 파이어판)에 저장됩니다. 이들 세포는 혈류와 림프계를 통해 순환합니다. T 세포가 감염 세포나 이상 세포를 처음 접하면 활성화되어 해당 특정 세포를 찾습니다.

일반적으로 T 세포가 활성화되기 위해서는 항원을 조각으로 분해(항원 처리라고 함)한 후 감염 세포 또는 이상 세포의 항원을 T 세포에 제공하는 다른 면역 세포의 도움을 필요로 합니다. 그 후 T 세포는 여러 유형의 T 세포로 증식하고 특화됩니다. 유형은 다음과 같습니다.

  • 살해(세포독성) T 세포는 감염 세포 또는 이상 세포(예: 암세포)에 부착됩니다. 그 다음 살해 T 세포는 세포막에 구멍을 뚫고 세포에 효소를 주입하여 세포를 죽입니다.

  • 도움 T 세포는 다른 면역 세포들을 도와줍니다. 일부 도움 T 세포는 B 세포가 외부 항원에 대한 항체를 생산하도록 도와줍니다. 다른 도움 T 세포들은 살해 T 세포가 감염 세포 또는 이상 세포를 죽이도록 도와주거나 대식 세포 활성화를 도와주어 그들이 감염 세포 또는 이상 세포를 보다 효율적으로 삼키도록 합니다.

  • 억제(조절) T 세포는 면역 반응이 끝나도록 도와주는 물질을 생산하고 때로는 특정 유해 반응이 발생하지 않도록 예방하기도 합니다.

T 세포가 처음에 항원을 만나면 대부분 지정된 기능을 수행하지만 일부는 기억 세포가 되어 항원을 기억하고 나중에 다시 만날 때 보다 적극적으로 대응하게 됩니다.

때로는 완전히 알려지지 않은 이유 때문에 T 세포가 자기와 비자기를 구별하지 못하기도 합니다. 이러한 오작동 때문에 자가면역 질환이 발생하며 이 경우 인체가 자신의 조직을 공격합니다.

B 세포

B 세포는 골수에서 형성됩니다. B 세포의 표면에는 항원이 부착되는 특정 부위(수용체)가 있습니다. B 세포는 거의 무제한 수의 다양한 항원을 인식할 수 있습니다.

B 세포의 주된 목적은 공격하기 위해 항원을 표지하거나 이를 직접 중화시키는 항체를 생산하는 것입니다. 또한, B 세포는 T 세포에 항원을 제시하여 T 세포를 활성화시킬 수 있습니다.

B 세포의 항원에 대한 반응에는 두 단계가 있습니다.

  • 1차 면역 반응: B 세포가 항원을 처음 만나면 항원이 수용체에 부착되어 B 세포를 자극합니다. 일부 B 세포는 기억 세포로 변하여 특정 항원을 기억하고, 어떤 B 세포는 형질 세포로 변합니다. 이 과정에서 도움 T 세포가 B 세포를 도와줍니다. 형질 세포는 항체 생산을 자극했던 항원에 해당되는 항체를 생산합니다. 최초로 항원을 만난 후에는 특정 항체가 충분하게 생산되는 데에 수 일이 소요됩니다. 그러므로 1차 면역 반응은 느리게 진행됩니다.

  • 2차 면역 반응: 하지만 그 후에 B 세포가 항원을 다시 만나면 기억 B 세포가 항원을 신속히 인식하고 증식하여 형질 세포로 변해서 항체를 생산합니다. 이 반응은 신속하고 매우 효과적입니다.

수지상 세포

수지상 세포는 인체 전반의 피부, 림프절 및 조직에 존재합니다. 대부분의 수지상 세포는 항원 제시 세포입니다. 즉, 이들은 항원을 삼켜서 처리하고 제시하여 도움 T 세포가 항원을 인식할 수 있게 합니다. 수지상 세포는 항원 분해물을 림프절의 T 세포에 제시합니다.

다른 유형의 수지상 세포인 여포상 수지상 세포는 림프구에 존재하며 항체와 연결된 미처리(온전한) 항원(항체-항원 복합체)을 B 세포에 제시합니다. 여포상 수지상 세포는 B 세포가 항원에 반응하는 것을 돕습니다.

T 세포와 B 세포에 항원이 전달되면 이들 세포가 활성화됩니다.

항체

B 세포가 항원을 다시 만나면 자극을 받아 형질 세포나 기억 B 세포로 성숙합니다. 그 다음, 형질 세포는 항체(면역글로불린, Ig라고도 함)를 분비합니다. 항체를 분류하면 IgM, IgG, IgA, IgE, IgD의 5가지 계열이 있습니다.

항체는 아래와 같은 방법으로 인체를 보호합니다.

  • 세포가 항원을 삼키도록 도와줌(항원을 삼키는 세포를 식세포라 함)

  • 세균이 생산하는 독성 물질을 비활성화함

  • 세균과 바이러스를 직접 공격함

  • 세균 및 바이러스가 세포에 부착하여 침입하는 것을 방지함

  • 다양한 면역 기능을 가진 보체계를 활성화함

  • 자연 살해 세포와 같은 특정 세포를 돕고 감염된 세포나 암세포를 죽임

항체는 특정 유형의 세균 및 진균 감염과 싸워서 물리칠 때 필수적이며, 바이러스와 싸울 때에도 도움이 됩니다.

항체는 인식하도록 만들어진 항원에 부착하여 면역 복합체(항체-항원 복합체)를 형성합니다. 항체와 항원은 마치 조각 그림 맞추기처럼 서로 꼭 들어 맞습니다. 항체가 생성될 때 인식하여 부착된 항원과 비슷한 항원들이 있으면 항체가 다른 항원에 부착할 수도 있습니다.

항체의 기본 Y 구조

항체 분자는 기본적으로 Y자 모양을 하고 있으며, 이 분자에는 두 부분이 있습니다.

  • 가변 부분: 이 부분은 항체의 표적 항원에 따라 항체마다 다릅니다. 항원은 가변 부분에 부착됩니다.

  • 불변 부분: 이 부분은 항체의 종류(class)를 결정하는 다섯 가지 구조(IgM, IgG, IgA, IgE, IgD) 중 하나일 수 있습니다. 각 종류 내에서는 이 부분이 동일합니다.

항체의 기본 Y 구조

각 항체 분자는 두 부분으로 구성됩니다.

  • 가변 부분: 이 부분은 서로 다르며, 특정 항원에 부착하는 기능을 전문적으로 수행합니다.

  • 불변 부분: 이 부분은 항체의 종류(class)를 결정하는 다섯 가지 구조(IgM, IgG, IgA, IgE, IgD) 중 하나입니다. 이 부분은 각 종류 내에서는 동일하고 항체의 기능을 결정합니다.

항체는 불변 부분을 바꾸어 다른 종류가 될 수 있으나 가변 부분은 변하지 않습니다. 그러므로 항체는 붙을 수 있도록 만들어진 특정 항원을 항상 인식할 수 있습니다.

IgM

이 항체 종류는 특정 항원(예: 감염성 미생물의 항원)을 처음 만날 때 생산됩니다. 항원과 처음 만날 때 발생하는 반응이 1차 면역 반응입니다. 그 다음, IgM은 항원에 부착하여 보체계를 활성화하여 미생물을 삼키기 쉽게 만듭니다.

일반적으로 IgM은 조직이 아닌 혈류에 존재합니다.

IgG

가장 일반적인 항체 종류로서 특정 항원을 다시 만나면 생산됩니다. 이 반응(2차 면역 반응)에서는 1차 면역 반응보다 더 많은 항체가 생산됩니다. 2차 면역 반응은 훨씬 신속하고 생산되는 항체(주로 IgG)는 더욱 효과적입니다.

IgG는 세균, 바이러스, 진균, 독성 물질에 대항하며,

혈류와 조직에 존재합니다. 이것은 산모의 태반에서 태아로 넘어갈 수 있는 유일한 항체 종류입니다. 영아의 면역 체계가 자체 항체를 생산할 수 있을 때까지 산모의 IgG가 태아와 영아를 보호합니다.

또한 IgG는 치료에 사용되는 가장 일반적 종류의 항체이기도 합니다. 예를 들어, 면역 글로불린(정상적인 면역 체계를 가진 사람들의 혈액에서 얻어진 항체)는 주로 IgG로 구성됩니다. 면역 글로불린은 일부 면역결핍 질환자가면역 질환을 치료하는 데 사용됩니다.

IgA

이 항체는 코, 눈, 폐, 소화관 등 점막이 있는 인체 표면을 침입하는 미생물을 방어하도록 도와줍니다.

IgA는 다음과 같은 곳에 존재합니다.

  • 혈류

  • 점막에 의해 생성되는 분비물(예: 눈물 및 침)

  • 초유(모유가 생산되기 전 분만 후 처음 몇 일 동안 유방에서 생산되는 체액)

IgE

이들 항체는 즉각적인 알레르기 반응을 유발합니다. IgE는 혈류에 있는 호염기구(일종의 백혈구)와 조직에 있는 비만 세포에 결합합니다. IgE가 결합된 호염기구 또는 비만 세포가 알레르기 항원(알레르기 반응을 유발하는 항원)을 만나면 염증을 야기하고 주변 조직을 손상시키는 물질(예: 히스타민)을 배출합니다. 따라서 IgE는 좋은 일보다 나쁜 일을 더 많이 하는 것처럼 보이는 유일한 항체 종류입니다. 하지만 IgE는 개발도상국에서 흔한 특정 기생충 감염에 대한 방어를 도와줍니다.

혈류와 소화계의 점막에 소량의 IgE가 존재합니다. 천식, 건초열, 기타 알레르기 질환이나 기생충 감염이 있는 사람은 그 양이 많아집니다.

IgD

IgD는 주로 미성숙 B 세포 표면에 존재하며, 세포의 성숙을 돕습니다.

이 항체는 혈류에 소량으로 존재합니다. 혈류에서 이 항체의 기능은 아직 명확히 규명되지 않았습니다.

공격 전략

다양한 종류의 미생물이 다양한 방법으로 공격을 받아 파괴됩니다.

일부 미생물은 침입자를 삼키는 세포(식세포)가 직접 인식하여 삼키고 파괴하는데, 이에 해당되는 세포는 호중구와 대식세포입니다.

하지만 식세포는 특정 세균을 직접 인식할 수 없는데 그 이유는 세균이 캡슐에 싸여 있기 때문입니다. 이 경우 B 세포가 식세포의 인식을 도와줘야 합니다. B 세포는 세균 캡슐에 있는 항원에 대한 항체를 생산하고, 이 항체들이 캡슐에 부착됩니다. 그러면 식세포가 세균을 인식할 수 있습니다.

일부 미생물은 완전히 제거할 수 없습니다. 이러한 미생물을 방어하기 위해 면역 체계가 미생물 주변에 벽을 형성합니다. 이 벽은 식세포 특히 대식세포가 서로 부착할 때 형성됩니다. 미생물 주변의 벽을 육아종이라고 합니다. 이렇게 갇힌 일부 세균은 인체 내에서 영구히 살 수도 있습니다. 면역 체계가 (심지어 50~60년 후에) 약화되면 육아종의 벽이 깨지고 세균이 증식을 시작하여 증상이 발생할 수도 있습니다.

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