초항원

일반 항원(antigen)은 항원에 특이적인 면역세포만을 활성화시킨다. 이에 반해 초항원(superantigen; SAg)은 비특이적으로 상당수의 면역세포를 활성화시키게 되어 지나친 면역반응을 유도하는 특징을 가진다.

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초항원(superantigen; SAg)은 항원의 일종으로 면역시스템을 과도하게 활성화시키는 항원을 말한다. 초항원은 병원성 미생물이나 바이러스가 인체 면역 시스템을 회피하기 위한 목적으로 만들어내곤 한다. 일반적인 항원은 인체 내 T 세포의 <0.01% 이하만 활성화시키는데 반해 초항원은 인체내 T 면역세포의 2~30%까지 활성화를 시킨다. 세균에 의한 초항원 유래 질병의 대표적인 예는, Staphylococcus의 enterotoxin이나 toxin-1에 의한 toxic shock syndrome, 식중독 등이다. 크론병 역시 superantigen-12와 관련성이 있다고 알려져 있다. 초항원은 T세포 뿐만 아니라 B 세포에도 결합하여 면역 반응을 일으키기도 한다.

초항원은 바이러스에 의해서도 만들어진다. Mouse mammary tumor virus(MMTV)에 감염되면 바이러스의 유전자들이 세포의 게놈 속으로 들어가는데 이 중 일부 유전자가 만드는 단백질이 superantigen 역할을 한다. 일부 연구자들은 자가면역 질병의 기저에 초항원이 영향을 주는 게 아닌가 생각하기도 한다. 초항원은 류마티스 관절염, 크론병, IDDM, Vasculitis, HIV/AIDS, Burkitt’s lymphoma, Systemic sclerosis, Arthus reaction, CTCL/Lymphomas, Kawasaki disease, 식중독, Atopic dermatitis, Psoriasis등과 관련이 이 있다.

초항원은 antigen processing 없이 직접 antigen presenting cell의 세포막에 존재하는 MHC class II와 T-cell의 세포막에 존재하는 T-cell receptor(TCR)의 variable domain에 존재하는 beta chain과 결합한다(그림 1). 이로 인해 특정 epitope에 반응하는 T-cell이 아니라 무작위적으로 T-cell이 활성화되고 세포분열과 분화를 통해 effector cell을 형성하게 된다. 그 결과 T-cell이 interleukin-2, tumor necrosis factor-alpha, interleukin-1beta 등을 광범위하게 생산하고 분비하게 된다. 특히 TNF-alpha가 지나치게 많이 분비될 경우 hypovolemic shock가 나타나기도 하며, 지나친 면역반응의 활성에 의해 세포나 조직이 파괴되어 septic shock과 유사한 증상을 보이게 된다. 예를 들어, MHC class II에 의해 활성화된 cytotoxic T-cell에 의한 세포의 사멸(SAg-dependent cell-mediated cytotoxicity), 초항원에 의해 활성화된 T-cell의 자기괴사 등이 일어나며 질병이 발생하게 된다.

그림 1. 초항원의 결합 (제작: 나도균/중앙대)

초항원에 의한 면역반응을 정리하면,

(1) antigen presenting cell에 의한 항원 processing 과정 없이 면역세포를 활성화하며, 이때 epitope 종류와 무관하게 면역세포를 활성화 시키므로 인체 세포나 조직의 파괴를 일으킨다.

(2) 인체 내 T-cell의 20-30% 정도를 활성화 시키며 과도한 면역 반응으로 인해 인체에 손상을 입히는 결과를 가져오게 된다.

알려진 초항원 toxin으로는, Staphylococcus의 enterotoxin A, B, C, D, E, G, H, I, J 및 TSST-1, SpA가 있으며, Streptococcus의 경우 SPE-A, SPE-B, SPE-C, SPE-D, SPE-F, SPE-G, SPE-H, SPE-J, SMEZ, MF, SSA 등이 있다. 바이러스에 의한 초항원으로는 EB virus의 HERV-K18 env, HIV의 HIV-gp120 등이 있다. 

초항원은 MHC class II와 TCR의 V beta와 직접 결합하여 T-cell이 활성화되도록 유도하게 된다. 이때 epitope 유무/종류와 상관없이 활성화가 되므로 adaptive immune response가 아닌 무작위적인 면역 반응이 발생하게 된다.

초항원에 의한 질병치료를 위한 전략은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

첫 번째는 초항원을 제거하는 것과 두 번째는 지나친 면역반응을 억제하는 것이다.

첫 번째 전략으로는 초항원에 의한 면역반응이 일어난 곳에 발생한 농양을 제거하거나, 항생제 등을 이용하여 질병 초기에 세균을 제거하는 방법이 있다.

두 번째 전략으로는 면역반응 조절을 위해 TNF-alpha inhibitor, Antibody, receptor antagonist (SAg와 V beta의 결합을 방해함) 등을 이용하는 것이 가능하다.

면역반응(Immune response), 항원(Antigen), T 세포, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 장독소(enterotoxin), 식중독(food poisoning), B 세포(B cell), 항체(Antibody)

나도균/중앙대학교

송미령/한국외국어대학교