단핵구

백혈구(leukocyte, White Blood Cell, WBC)는 혈액을 원심분리할 때 혈장층과 적혈구층 사이에 흰색의 층인 '버피 코트'(buffy coat)를 형성하며, 이 층의 색이 백색이기 때문에 백혈구라고 한다. 정상 성인은 혈액 1L 당 약 4.5~11.0×10⁹개의 백혈구를 가지고 있으며, 이 수는 적혈구(erythrocyte, Red Blood Cell, RBC)와 비교하면 상당히 적은 양이다. 백혈구는 골수, 지라, 림프샘에서 만들어지고, 수명은 백혈구의 종류에 따라 다르다. 적혈구보다 크고, 핵이 있으며, 과립성 백혈구, 림프구, 단핵구로 나뉜다. 과립성 백혈구에는 호산구(eosinophil), 호염구(basophil), 호중구(neutrophil)가 있고, 염증반응에 관여한다. 무과립성 백혈구에는 림프구(림프球, lymphocyte)와 단핵구가 있다. 단핵구는 백혈구 중에서 가장 큰 세포로, 대식세포(macrophage)나 수지상 세포(dendritic cell; DC)로 분화할 수 있고 전체 백혈구의 2-10%를 차지한다. 선천성 면역에 매우 중요한 역할을 담당하며 적응성 면역에도 영향을 미친다. 사람의 경우 표면의 수용체에 따라 적어도 세가지 이상이 존재한다.

목차

단핵구는 외관상 단세포 생물인 아메바(Amoeba) 모양이고, 과립화되지 않은 세포질(cytoplasm)을 가지고 있어서, 무과립성 백혈구(agranulocyte)로 분류된다. 단핵구는 아주르친화성 과립(azurophil granule)을 갖고 있는 백혈구의 유형 중 하나이고, 크고 매끄러운 핵의 전형적인 모양은 타원형이고, 말굽이나 콩팥과 같은 모양을 하고 있다. 단핵구는 인체의 모든 백혈구의 2~10%를 구성하며, 선천성 면역과 적응성 면역에서 다양한 역할을 수행한다. 성인의 경우 단핵구의 절반이 비장에 저장된다.

단핵구와 단핵구로부터 분화된 대식세포와 수지상 세포는 면역계에서 식균작용, 항원제시 및 사이토카인(cytokine) 생성의 3 가지 주요 기능을 제공한다.

식균작용

식균작용은 미생물이나 입자 같은 이물질을 흡수, 소화 및 파괴하는 과정이다. 단핵구가 갖고 있는 아주르친화적 과립에는 myeloperoxidase, phospholipase A2, acid hydrolases, elastase, defensins, serine protease, lysozyme, cathepsin G, proteinase 3 와 그람음성세균의 막에 구멍을 뚫는 물질(BPI) 등이 들어 있어서 세균이나 진균 및 바이러스를 죽이는 역할을 한다. 예를 들어, 골수세포형과산화효소로 알려져 있는 myeloperoxidase(MPO)는 과산화수소(H₂O₂)와 염소이온(Cl^-)에서 차아염소산(HOCl)을 생산하는 반응을 촉매하여 항균 및 항바이러스작용을 갖고, 라이소자임(Lysozyme)은 세균 세포벽의 펩티도글리칸(peptidoglycan)을 가수분해하는 항균성 효소이다. 단핵구는 또한 병원체를 코팅하는 항체 또는 보체와 같은 매개체(옵소닌화) 단백질을 사용하고 병원체를 인식하는 패턴 인식 수용체(pattern recognition receptor; PRR)를 통해 미생물에 직접 결합함으로써 식균작용을 수행할 수 있다.

항원제시

식균작용을 통한 미생물 병원체의 소화 후에 남은 미생물 유래 물질은 항원으로서 작용할 수 있다. 이런 물질은 주요 조직 적합성 복합체(Major histocompatibility complex; MHC) 분자에 결합된 다음 단핵구(대식세포 및 수지상 세포)의 세포 표면으로 이동될 수 있다. 이 과정을 항원제시라고 하며 T 림프구(T lymphocyte)의 활성화를 유도하여 항원에 대한 특정 면역 반응을 유발한다.

사이토카인(cytokine) 생성

식균작용으로 소화되기 전의 체내 조직에 잔류하는 미생물은 단핵구를 직접 활성화시킬 수 있으며, 이는 염증전(pro-inflammatory) 사이토카인의 생성과 항염증성 사이토카인의 생성을 유발한다. 단핵구에 의해 생성된 전형적인 사이토카인은 TNF, IL-1 및 IL-12 이다. 사이토카인은 면역 세포가 분비하는 단백질로서, 세포에서 분비된 후 대식세포의 증식을 유도하거나 분비 세포 자신의 분화를 촉진하기도 한다.

단핵구는 혈액에서 가장 큰 세포로서 골수(bone marrow)에서 조혈모세포(hematopoietic stem cell, HSCs, hemocytoblasts)에서 유래한 공동골수전구세포(Common myeloid progenitor)로부터 골수아세포(Myeloblast)를 거쳐 만들어진다. 단핵구는 일반적으로 혈관에서 약 1~3일 정도 순환한 다음 온몸 구석구석의 조직으로 이동하여 대식세포(macrophage)와 수지상 세포(dendritic cell)로 분화된다.

대식세포는 이물질로부터 조직을 보호하는 역할을 한다. 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 심장과 뇌와 같은 중요한 기관의 형성에도 관여하는 것으로 추정하고 있다.

사람의 경우 세포표면수용체인 CD14과 CD16 발현 수준에 따라 단핵구가 구분된다.

고전 단핵구(classical monocyte, CD14⁺⁺ CD16^– 단핵구)

CD14의 세포 표면 수용체가 높은 수준으로 발현됨.

비고전 순찰 단핵구(non-classical patroling monocyte, CD14⁺ CD16⁺⁺ 단핵구)

CD14의 세포 표면 수용체가 낮은 수준으로 발현되고, CD16의 세포 표면 수용체가 추가적으로 공동 발현됨.

중간체 단핵구(intermediate monocyte, CD14⁺⁺ CD16⁺ 단핵구)

CD14의 세포 표면 수용체가 높은 수준으로 발현되고, CD16의 세포 표면 수용체가 낮은 수준으로 발현됨. 슬랜 세포(slan cell, 6-sulfo LacNAc) 표면 마커가 비고전적 단핵구와 중간체 단핵구 유형을 명백하게 구분한다.

혈관에서 다른 조직으로 이동한 단핵구는 조직에 상주하는 대식세포나 수지상 세포로 분화된다. 대식세포와 수지상 세포는 크고 매끄러운 핵을 가지며, 넓은 면적의 세포질과 이물질 처리를 위한 내부 소포를 많이 가진 세포이다.

대식세포(macrophage)

대식세포는 세포 찌꺼기, 이물질, 미생물, 암세포, 비정상적인 단백질 등을 집어삼켜서 분해하는 식균작용 기능이 있으며, 비특이적 면역() 및 림프구와 같은 다른 면역 세포와 상호작용을 통한 특이적 면역()을 시작하는데도 중요한 역할을 한다. 대식세포는 체내의 모든 조직에 존재하면서 위와 같은 방어작용을 하며, 간에서는 쿠퍼세포(Kuffer cell), 폐에서는 폐포 대식세포(alveolar macrophage), 신장에서는 혈관사이 세포(mesangial cell), 중추신경계에서는 미세아교 세포(microglial cell), 뼈에서는 파골세포(osteoclast)라고 부르는 등 조직에 따라 대식세포의 명칭이 다르다. 이뿐만 아니라 대식세포는 심장과 뇌와 같은 중요한 기관의 형성에도 중요하게 관여한다는 보고도 있다.

수지상 세포(dendritic cell, DC)

피부(랑게르한스 세포라는 특화된 형태의 DC)와 코, 폐 및 장 내부의 경계면과 같은 외부 환경과 접촉해 있는 조직에 존재하는 수지상 세포는 처리한 항원을 세포의 표면에 발현하여 다른 T 세포에게 제시하는 포유동물 면역계의 항원제시세포이다. 이를 통해 선천면역(innate immunity)계와 적응성면역계를 연결해 주는 전달자로서 작용한다. 전체 부피에 비하여 매우 큰 표면적을 특징으로 가지고 있는 수지상 세포는 일반적인 골수성 DC(myeloid DC: mDC) 또는 전통적 DC(conventional DC: cDC)와 형질세포성 DC(plasmacytoid DC: pDC)로 구분된다. 시험관 내에서도, 단핵구는 사이토카인의 일종인 과립대식세포집락자극인자(GM-CSF, Granulocyte macrophage-colony stimulating factor)와 인터루킨 4를 첨가할 때 수지상 세포로 분화된다는 보고도 있다.

호중구(neutrophil), 호산구(eosinophil), 호염구(basophil), 대식세포(macrophage), 수지상 세포(dendritic cell; DC), 아메바(Amoeba), 세포질(cytoplasm), 무과립구(agranulocyte), 사이토카인(cytokine), 라이소자임(Lysozyme), 펩티도글리칸(peptidoglycan), 패턴 인식 수용체(pattern recognition receptor; PRR), T 림프구(T lymphocyte), 주요 조직 적합성 복합체(Major histocompatibility complex; MHC), 골수(bone marrow), 쿠퍼세포(Kuffer cell), 선천면역(innate immunity)

나종욱/민족사관고등학교

석영재/서울대학교