식세포작용
[ Phagocytosis ]
고형 성분을 세포내로 도입하는 과정
목차
개요
식세포작용은 세포 밖의 물질을 세포 안으로 유입시키는 세포내도입 (endocytosis)의 한 형태로 주로 750 nM 이상의 고형 성분 (solid substance)을 도입하는 데 관여한다.
어원 및 역사
식세포작용 (phagocytosis)이라는 말은 그리스어로 먹는다는 (devour) 것을 뜻하는 phagein과 작용 또는 과정 (process)을 의미하는 osis가 합성된 말이다. 즉 잡아먹는 과정이라는 말이다. 식세포작용 현상은 캐나다 의사인 William Osler에 의해 1897년 처음 발견되었으며 그 후 19세기 말~20세기 초에 프랑스 파스퇴르 연구소에서 일하던 러시아 과학자 Ilya Metchnikoff에 의해 본격적으로 연구되었고 그 업적으로 Metchnikoff는 1908년 노벨 의학상을 받았다.
기능
거의 모든 세포에서 일어나는 음세포작용 (pinocytosis)과 달리 식세포작용은 전문적인 식세포 (phagocyte)에 의해 일어난다. 식세포에는 대식세포 (macrophage), 중성구 (neutrophil) 등이 있으며, 주로 외부에서 침입하는 균을 탐식하게 되어 균으로부터의 감염 방지, 퇴치에 일차적 역할을 한다. 이러한 과정은 선천 면역 (innate immunity)의 가장 중요한 부분으로서 나중에 작용하게 되는 좀 더 정교한 후성 면역 (adaptive immunity)과 달리 면역계의 최일선 방어 (first-line defense)에 해당한다. 식세포 작용은 선천 면역에만 관계하는 것은 아니고 대식세포 등 항원 제시 세포 (antigen-presenting cell)가 항원을 포함하는 물질을 탐식하고 항원을 처리 (process)한 후 후성면역 세포인 T 림프구 등에 항원 제시 (antigen presentation)을 하는 데 작용하는 등 후성 면역이 작동하는 데도 필수적인 역할을 한다. Ilya Metchnikoff는 식세포작용을 하는 세포를 대식세포 즉 macrophage와 소식세포 (microphage)로 분류한 바가 있는데 microphage가 현재의 분류상 중성구 (neurophil) 또는 다핵성 백혈구 (polymorphonuclear leukocyte)에 해당한다 (1, 2).
기작
식세포 작용에서는 탐식 대상 물질이 식세포 표면의 수용체와 작용하여 세포 내 신호 전달 과정을 거쳐 능동적으로 일어난다. 식세포 수용체로는 면역 글로불린 Fc 부분을 인지하는 Fc 수용체, 보체 (complement)를 인식하는 보체 수용체 (complement receptor), 미생물의 만노스 (mannose)를 인식하는 만노스 수용체 (mannose receptor) 등이 있다. 식세포 수용체가 면역 글로불린 Fc 부분 등과 작용하면 Rho GTPase가 활성화되고 포스파티딜이노시톨 인산화효소 (PI kinase)도 활성화되어 국소적으로 PtdIns(4,5)P2가 증가하게 된다. 이는 액틴 중합화 (actin polymerization)을 유도하여 식세포작용이 시작되며 PtdIns(4,5)P2가 PtdIns(3,4,5)P3로 변환되면 식세포소체 (phagosome)가 닫히고 액틴이 탈중합화 (depolymerize)되고 식세포작용이 끝나게 된다 (그림 1). 이때 항체 또는 보체는 탐식 대상 물질과 식세포 표면의 수용체 즉 Fc 수용체 또는 보체 수용체 간의 상호 작용을 증진해주기 때문에 옵소닌 (opsonin)이라고 하게 된다. 탐식 작용 후 식세포소체는 리소좀과 결합하여 탐식리소좀 (phagolysosome)이 되며 리소좀의 각종 효소에 의해 탐식된 물질은 분해된다.
그림 1. 식세포작용의 기전. 식세포 대상이 되는 물질에 면역 글로불린 Fc 부분, 또는 보체 등 식세포 수용체에 대한 리간드가 부착되고 그 코팅된 물질이 대식 세포 등의 식세포 수용체에 결합하면 수용체의 클러스터가 형성되며 세포 내 신호 전달이 일어난다. 세포 내 신호 전달 과정의 Src의 활성화, 포스파티딜이노시톨 인산화효소의 활성화, 액틴의 중합화 등이 일어나서 식세포작용이 본격적으로 진행된다. ()
자연사와의 관계
균 등 외부 침입자 외에도 내인적으로 발생하는 자연사에 의한 사멸 세포, 퇴화한 세포를 탐식하여 처리하는 것도 식세포 작용의 주요 기능이다. 이를 efferocytosis라고 부른다. 자연사한 세포의 처리는 외부로부터의 침입, 균의 감염 여부와 관계없이 항상 일어나는 것이며 양적으로는 훨씬 큰 비중을 차지한다. 이것이 잘못되면 자가면역 질환이 올 수 있다. Efferocytosis를 진행하기 위한 수용체는 감염의 경우와는 달리 MerTK, LRP, Tim1/3/4, BAI1 등이다.
관련 용어
세포내 도입 (Endocytosis), 거대음세포작용 (Macropinocytosis), 식세포작용 (phagocytosis).
참고 문헌
1) Allen LA, Aderem A. Mechanisms of phagocytosis. Curr Opin Immunol 8(1):36-40, 1996
2) Alberts B et al. Molecular Biology of the Cells. 6th edition. Garland Science 2015.p730-739.