선천면역

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선천면역

[ innate immunity ]

병원체 감염을 막기 위한 숙주의 초기 방어 기전을 말한다. 물리적, 화학적 방어선을 구축하여 미생물의 감염으로부터 숙주를 보호하는데, 주로 대식세포(macrophage), 수지상세포(dendritic cell), 자연살해세포(natural killer cell), 과립세포(granulocyte) 등이 항원을 비특이적으로 인식하여 반응한다. 감염 초기에 선천면역 반응이 즉각적으로 일어나며, 이후에 유발되는 적응면역(adaptive immunity)을 매개하는데 중요한 역할을 한다.

목차

  1. 1.물리 · 화학적 방어벽
  2. 2.보체계
  3. 3.선천면역 세포
  4. 4.패턴인식수용체
  5. 5.염증반응
  6. 6.선천면역과 적응면역의 상호작용
  7. 7.관련용어
  8. 8.집필
  9. 9.감수
  10. 10.참고문헌

물리 · 화학적 방어벽

  • 상피층(epithelial layer)은 피부, 소화관, 호흡기 등 감염원에 노출되기 쉬운 부위에서 물리적 방어벽을 구축한다. 상피세포는 밀착연접(tight junction)을 하고 있어 미생물이 세포 사이로 통과하는 것을 차단하고 점액(mucus)을 분비하여 미생물이 상피에 부착하는 것을 막고 섬모(cilia)운동을 통해 미생물을 밖으로 밀어낸다.
  • 각 조직은 미생물의 침입을 막기 위해 특화된 생화학적 작용을 통해 미생물의 성장을 억제한다. 예를 들어, 소화관은 낮은 pH 환경으로 미생물이 살아남기 어려운 환경을 조성하고 눈물에 있는 라이소자임(lysozyme)은 박테리아 세포 벽 성분인 펩티도글리칸(peptidoglycan)을 분해한다.
  • 상피세포와 상피층에 존재하는 면역세포는 항균펩타이드(antimicrobial peptide)를 생성하여 면역반응에 기여한다. 디펜신(defensin), 카델리시딘(cathelicidin), 히스타틴(histatin)이 주된 항균펩타이드이며 이들은 미생물에 직접 작용하여 죽이거나 다른 면역세포의 활성을 유도하여 미생물의 제거를 촉진한다1).

보체계

보체계(complement system)는 선천면역반응 중 하나의 기전이며 체액성면역의 주요 인자이기도 하다. 보체단백질(complement protein)은 미생물 표면에 결합하여 옵소닌작용(opsonization)을 하여 식세포작용을 촉진, 면역세포를 불러모아 염증반응을 촉진하거나 보체계 활성화를 통해 막공격복합체(membrane attack complex; MAC)를 형성하여 박테리아를 용해시킬 수 있다. 보체계는 고전적 경로(classical pathway), 대체경로(alternative pathway), 렉틴경로(lectin pathway)에 의해 활성화될 수 있다. 

선천면역 세포

  • 대식세포는 대부분의 조직에 존재하고 있다. 미생물이 침입하면 이를 탐식하고 사멸시키며 항원을 T 세포에 전달하는 항원제시세포(antigen-presenting cell)의 일종이다. 또한 숙주의 사멸되거나 손상된 세포를 제거하기도 한다.
  • 수지상세포는 전문적인 항원제시세포이다. 항원을 처리하여 T 세포에 항원을 제시하여 활성화시킴으로써 선천면역과 적응면역을 연결하는 중요한 역할을 담당한다.
  • 호중구(neutrophil)는 선천면역에서 가장 수가 많은 세포이며 감염부위로 신속히 도달하여 면역반응을 일으킨다. 식세포작용을 통해 미생물을 죽이거나 가수분해효소 및 항균성 물질을 포함하는 과립을 분비, 호중구 세포외덫(neutrophil extracellular trap)을 생성하여 미생물을 제거한다.
  • 비만세포(mast cell)는 주로 피부, 장이나 기도의 점막 상피에 존재하며 연충(helminth)에 대한 방어작용을 하고 알러지 반응을 일으킨다. 세포질에 히스타민 및 다른 염증매개물질을 포함하는 과립을 가지고 있고 세포막에 IgE와 결합하는 수용체가 존재한다. IgE 수용체로 항원의 결합을 인식하면 탈과립이 일어나 염증을 일으킨다.
  • 호산구(eosinophil)와 호염구(basophil)는 호중구와 유사하게 다핵성림프구(polymorphonuclear lymphocyte) 형태이며 세포질 과립을 가진다. 호산구는 기생충에 대한 방어작용을 하며 호염구는 비만세포와 유사하게 IgE에 대한 수용체를 발현하여 알러지 반응을 일으킨다.
  • 자연살해세포는 주로 세포 내 바이러스, 박테리아 감염에 대해 작용한다. 자연살해세포는 감염된 세포나 손상된 세포를 직접 죽이거나 사이토카인(cytokine)을 분비하여 대식세포를 활성화함으로써 미생물 제거를 촉진한다.

패턴인식수용체

항원 특이적으로 일어나는 적응면역과 달리 선천면역은 미생물이 공통적으로 가지고 있는 구조인 PAMP (pathogen-associated molecular pattern; PAMP)를 인식하거나, 손상된 숙주세포가 발현하는 분자인

손상-연관 분자패턴(damage-associated molecular pattern; DAMP)를 인식함으로써 일어난다. PAMPs와 DAMPs를 인식하는 세포의 수용체를 패턴인식수용체(pattern recognition receptor)라고 한다2). 각각의 패턴인식수용체는 특정 PAMPs 또는 DAMPs와 결합하는 특성이 있으며, 이들 간의 결합 이후 세포 내 신호전달경로가 활성화되어 면역반응이 일어난다. 현재까지 규명된 주요 패턴인식수용체들과 이들과 결합하는 특정 PAMPs 또는 DAMPs들의 종류는 아래와 같다.

패턴인식수용체들과 결합분자(ligands)의 종류 (편집: 한승현/서울대학교)
Pattern recognition receptor PAMPs or DAMPs
Toll-like receptors (TLRs) TLR1 : TLR2 Lipoprotein, Lipoteichoic acid, β-glucan
TLR2 : TLR6
TLR3 Viral dsRNA
TLR4 LPS
TLR5 Bacterial flagellin
TLR7 Viral ssRNA
TLR8 Viral ssRNA
TLR9 CpG DNA
TLR10 (human only) Unknown
TLR11 (mouse only) Profilin
TLR12 (mouse only) Profilin
TLR13 (mouse only) Bacterial ribosomal RNA
NOD-like receptors (NLRs) NOD1/2 Bacterial peptidoglycan
NLRP family PAMPs, DAMPs
RIG-like receptors (RLRs) RIG-1 Viral ssRNA
MDA-5 Viral dsRNA
Cytosolic DNA sensors (CDSs) STING Bacterial cyclic dinucleotides
AIM2 dsDNA

염증반응

미생물에 의한 감염이나 조직손상시 선천면역에 의해 염증반응(inflammatory response)이 개시된다. 염증은 감염부위로 면역세포를 불러모아 미생물을 제거, 감염의 전파를 억제하고 손상된 조직의 회복을 돕는 역할을 한다. 감염이 생기면 감염부위의 혈관이 확장되고 내피세포(endothelial cell)가 활성화되어 호중구를 비롯한 여러 세포들이 혈관외유출(extravasation)을 통해 감염부위로 이동하고 혈관 투과성이 증가하여 체액과 단백질이 조직 내에 축적되면서 고통(pain), 발적(redness), 발열(heat), 부어오름(swelling) 및 기능상실(loss of function)등의 증상을 수반한다.

감염에 의한 염증반응 (출처: GettyImages-1069351592)

선천면역과 적응면역의 상호작용

감염에 의해 선천면역계의 항원제시세포가 활성화되어 항원제시 및 보조자극분자(costimulatory molecule), 사이토카인들을 발현하여 T 세포와 B 세포를 활성화시킴으로써 적응면역 반응을 유도한다. 특히 수지상세포는 전문 항원제시세포로써 T 세포 활성화에 중요한 역할을 한다. 수지상세포가 항원에 의해 활성화되면 림프노드(lymph node)로 이동하여 T 세포의 증식과 분화를 유도한다. T 세포는 작용세포(effector cell) 또는 기억세포(memory cell)로 분화되어 항원특이적인 작용을 하며 항원에 대한 기억을 가지게 된다. B 세포는 T 세포에 의해 활성화되어 항체를 생성하는 형질세포(plasma cell) 또는 기억세포로 분화한다. 반대로, 적응면역도 선천면역에 영향을 줄 수 있는데 예를 들어 형질세포가 분비하는 항체에 의해 선천면역의 보체계가 대체경로를 통해 활성화될 수 있다.

관련용어

병원체, 대식세포(macrophage), 수지상세포(dendritic cell), 자연살해세포(natural killer cell), 과립세포(granulocyte), 적응면역(adaptive immunity), 섬모(cilia), 점액(mucus), 라이소자임(lysozyme), 펩티도글리칸(peptidoglycan), 항균펩타이드(antimicrobial peptide), 보체계(complement system), 항원제시세포(antigen-presenting cell), 호중구(neutrophil), 비만세포(mast cell), 히스타민, 호산구(eosinophil), 호염구(basophil), 기생충, 사이토카인(cytokine), 손상-연관 분자패턴(damage-associated molecular pattern; DAMP), 패턴인식수용체(pattern recognition receptor), 염증, 항체

집필

한승현/서울대학교 

감수

윤상선/연세대학교

참고문헌

1. Murphy, K. 2016. Janeway’s Immunology 9th Edition. Taylor & Francis Inc.
2. Abbas, A.K. 2017. Cellular and Molecular Immunology 9th Edition. Elsevier.

동의어

선천성 면역, 선천면역, innate immunity, 선천성면역, 선천 면역, 내재면역, Innate immunity, 자연면역, 선천면역(Innate immunity)