면역은 외부에서 침입한 바이러스나 세균들을 식별하여 제거함으로써 인체를 보호하는 생체방어시스템이다. 생물체 안에서 자기(self)와 비자기(non-self)를 구분하여 비자기(non-self)로 인식되는 물질을 항원(antigen)으로 인지하여 제거안다. 질병으로부터 생명체를 보호하는 구조 및 과정이다.
면역시스템은 내재면역인 선천면역과 적응 또는 획득면역인 후천면역으로 구분하여 설명할 수 있다.
내재(선천)면역(innate immunity)
선천면역은 내재면역, 자연면역이라고도 하며, 연령이나 감염 경험과 상관없이 우리가 태어날 때부터 우리 몸 안에 존재하는 감염에 대한 면역체계이다. 즉 인체를 침입한 침입자(항원)를 학습(항원 인식 후 기억하는 것)할 필요 없이 제거할 수 있는 능력을 갖고 있어 붙여진 이름이다. 선천면역은 병원체의 종류를 구분하지 않고 모든 비 자기 물질에 대해 배제하는 역할을 한다. 병원체 종류를 가리지 않고 공격하여 제거하므로 비특이적 면역반응이라고 한다. 기본적으로 지구상의 모든 생물은 외부로터 자신을 보호하기 위한 기능인 선천면역 능력이 있다.
이러한 선천면역 기능은 병원체에 인체에 침입했을 때 즉각 반응하여 빠르게 제거함으로써 병원체의 인체 내 증식으로 인해 숙주가 감염되는 것을 방지하는 목적이 있다. 다만 면역기능이 오래 지속되지 않고 후천면역과 달리 접촉 기억을 하지 못하므로 항원을 기억하는 면역기억이 없고, 미래 감염에 대해 지속적인 인체 보호기능을 제거하지 못한다. 선천면역계는 1차 방어선과 2차 방어선으로 설명할 수 있다.
인체의 1차 방어선은 피부, 점액, 호흡계의 섬모운동, 위산, 라이소자임, 눈문, 위장관의 연동운동 등이다. 2차 반응은 세포매개 선천방응이라고 하는 데 염증반응에서 활동하는 호중구, 대식세포의 식작용 활동과 자연살해세포에 의한 인체 내 비정상세포의 제거 작용이다.
선천면역과 관련된 백혈구는 다음과 같다.
- 단핵세포: 혈중에서 단핵구로 존재하다가 각 인체 기관에서 대식세포로 분화하여 선천면역에 관여한다
- 호중구, 호산구, 호염기구 등
- 자연살해세포(NK Cell)
- 기타 선천면역 관련 세포 및 물질: 비만세포(mast cell), 보체계, 사이토카인
선천면역계에서 가장 먼저 출동하는 이물질인 적(항원)을 제거하는 군사(세포)는 대식세포(탐식세포라고 함, macrophages)이다. 대식세포는 이물질이 침입하면 이를 인지하여 세포 내로 끌어들여 탐식하여 제거하고 케모카인과 사이토카인을 방출한다. 이 상황에서 호중구는 병원체와 대항하여 전투를 계속하고 장렬히 사망한 후 자신의 몸을 마지막까지 희생하여 세포 내 라이소자임에 의해 이물질을 제거한다. 염증반응에서 발생하는 고름 (pus)은 인체를 침입한 이물질과 싸우다 장렬히 전사한 호중구의 주검이다.
세포매개 선천면역 중에서 자연살해세포는 비특이적 면연방응을 하는 매우 강력하고 무자비한 세포이다. NK 세포는 인체 내 세포가 조금이라도 수상하다면 무조적 공격하여 제거한다. 그럼 NK세포는 인체 내에 문제를 일으킨 세포라는 것을 어떻게 인지하는 것일까? 그것은 바로 제1형 주조직적합복합체(MHC class I)라는 인체 내 세포임을 증명할 수 있는 주민등록증과 같은 인체 세포 내 펩타이드이다. 인체 내 적혈구(성숙한 적혈구는 핵이 없음)를 제외한 모든 유핵세포(핵이 있는 세포)에는 인체 내 정상세포임을 증명하는 제1형 주조직적합복합체가 제6번 유전자에 부호화되어 존재한다. 인체 내 세포가 바이러스에 감염되거나 종양세포로 변이가 된 경우 이 제1형 주조직적합복합체가 손상되거나 훼손된다. 주민등록증이 손상되거나 훼손되어 인체 내 정상세포라고 증명할 수 없게 된다는 것이다. 인체 내 혈액이나 림프조직에 존재하는 NK 세포가 이렇게 손상된 제1형 주조직적합복합체를 소지한 바이러스감염세포나 종양세포를 만나면 즉시 공격하여 제거한다. 이러한 NK세포의 선천방어능력은 암세포가 성장하여 증식하는 것을 방지하므로 인체가 암에 걸리는 것을 예방한다. 인체 내 정상세포에서 변절한 암세포 입장에서 보면 NK 세포는 변절세포를 찾아 제거하는 헌병세포와 같다고 할 수 있다.
적응(후천)면역(adaptive immune system)
후천면역은 인체가 살아가면서 다양한 병원체를 만나고 그에 대항하고 적응하여 후천적으로 획득한 면역이다. 그래서 적응면역, 획득면역이라고도 한다. 이하 적응면역이라 하겠다.
내재(선천)면역이 인체 내부에 침입한 외부 이물질에 무조건 병원체의 종류에 관계없이 제거하여 인체를 방어하는 것이 목적이라면 후천면역인 획득면역은 인체에 침입한 이물질과 만나 한번 싸워서 그 상대에 대해 특징, 약점을 잘 파악하여 이를 제거할 수 있는 무기에 대한 설계도와 몽타주를 갖춘 상태라고 할 수 있다. 이러한 적응면역의 특징을 항원 특이적 반응이라 한다. 백혈구의 일종인 림프구에 의해 외부물질을 항원으로 인식 항원마다 선택적 반응을 하여 각 항원에 대해 특이적 반응을 한다. 적응면역은 병원체 증식을 예방하거나 제거하는 역할을 한다. 적응면역시스템은 병원체를 인식하여 파괴하고 항원 표식을 기억하는 면역기억을 통해 해당 병원체가 재침임하면 더욱 빠르고 효과적으로 인체를 방어하는 보다 강력한 면역반응이 가능하다.
획득면역에 관여하는 세포는 다음과 같다.
- T 림프구
- B 림프구
- 항원제시세포(APC, angen presenting cell): 수지상세포, 대식세포 등
획득면역은 항원 특이적 세포성 면역과 체액성 면역반응이 있다. T림프구는 불활성 상태로 말초 림프조직 등에 존재하다가 항원에 의해 활성화되면 보조 T림프구, 세포독성 T 림프구, 억제 T 림프구로 분화한여 각각 획득면역의 특정 부분을 담당한다. T림프구가 특정항원을 인식하여 공격능력을 갖추기 위해서는 항원제시세포(APC)의 항원제시과정을 통해 외부에서 침입한 이물질을 비자기 항원으로 인식할 수 있게 된다. 대표적인 항원제시세포는 수지상세포(dendritc cell)와 단핵세포로부터 분화된 대식세포이다. 항원제시세포는 제2형 주조직적합복합체(MHC class II)라는 자기 펩타이드를 세포막에 생성한다. 항원제시세포는 인체 내에 이물질이 침입하면 이물질을 자신의 세포 내로 탐식하여 잘게 부수어 단백조각인 항원펩타이드로 만들고 자신의 제2형 주조직적합복합체와 결합하여 세포 표면으로 이동시켜 걸어둔다(전시하여 제시함). 이 결합체에 붙어 있는 항원조각은 보조 T림프구가 인지하고 사이토카인을 방출하여 B림프구에게 항원을 전달한다(항원에 대한 무기 설계도를 전달한다고 생각해 볼 수 있다). 항원에 대한 설계도면을 전달받은 B 림프구는 형질세포(plsma cell) 분화 증식하여 항체(항원을 제거하는 무기)를 체액으로 방출하여 항원 특이적 항체에 의한 체액성 면역을 담당한다. 그리고 일부의 형질세포는 기억세포로써 이 항원에 대한 기억을 한다(항원에 대한 무기 설계도면을 보관하다고 생각하라). 또한 보조 T 림프구는 사이토카인을 통해 세포독성 T세포에게 항원의 침입을 알린다(항원 몽타주를 전달한다고 생각해보라). 몽타주를 받은 세포독성 T세포는 항원조각을(몽타주) 인지하면 즉시 직접 파괴하여 제거한다.
그리고 이물질(항원)이 침입한 첫번째 전투에서는 항원제시세포로부터 항원을 인식하고, 보조 T 세포로부터 B 림프구와 세포독성 T세포에게 전달하는 과정 등이 있어 항원을 제거하는 과정이 느리게 일어나지만 같은 항원에 재노출되면 이미 일부의 형질세포가 기억세포로서 항원에 대한 설계도면을 가지고 있으므로 항원 인지과정 없이 즉각적으로 신속히 항원을 제거하기 위한 항체 생성에 돌입하고 항체를 대량으로 생성하여 이물질에 대항하여 제거한다.
예를 들어 홍역같은 경우 홍역바이러스가 우리 몸에 들어왔을 때는 홍역을 며칠간 앓고 치료가 되는데 이것은 홍역바이러스를 인체가 인지하고 면역반응을 일으키기까지 시간이 걸리기 때문이다. 그런데 이렇게 홍역을 앓고 난 사람이 다시 홍역에 걸리지 않는 이유는 홍역바이스가 인체에 재침입하는 경우 홍역바이러스를 퇴치할 수 있는 획득면역이 작동하여 인체에 들어온 지도 모르게 제거해 버리는 것이라고 볼 수 있다.
적응면역(획득, 후천면역)은 수동면역(passive immunity)와 능동면역( active immunity)이 있다.
수동면역은 다른 숙주내에서 이미 만들어진 항체를 투여받음으로써 면역을 획득하는 것이다. 항체를 직접 투여받게 되므로 즉각적인 효과를 제공하지만 신체는 항원을 기억하지 못하므로 이후 동일 항원에 노출되었을때는 감염의 위험이 있다. 수동면역은 자연수동면역과 인공수동면역으로 구분할 수 있다. 자연 수동면역의 대표적인 예는 모체에서 만들어진 항체가 태반을 통해 태아에게 전달되어 신생아가 수동적으로 면역을 획득하는 경우이다. 모자면역이라 한다. 인공수동면역은 다른사람의 회복기혈청 또는 면역혈청을 투여하거나 감마글로블린 주사이다. 치료목적으로 투여하게 된다. 다른 예로는 디프테리아, 파상품, 보툴리툼증 등 외독소 원인 질병 시 항독소를 혈청에 투여하여 독소를 중화시키는 경우를 들 수 있다.
능동면역은 인체가 미생물 등 외래항원과 유효한 접촉을 한 다음에 항체가 형성되고, 면역기억에 의해 면역이 형성되는 경우이다. 자연능동면역과 인공능동면역이 있다. 자연능동면역은 인체가 감염 혹은 불현성 감염 후에 항체를 획득하는 경우이고, 인공능동면역의 대표적 방법은 백신 접종(생백신 사백신 주사 등)으로 인체 내에서 직접 능동적을 항체를 생성시켜 면역반응에 대비하도록 하는 것이다.
정리
선천면역과 획득면역에 대해 살펴보았다.
획득면역시스템을 이용한 방법이 바로 예방접종이다. 어렸을 때 약독화시킨 홍역바이러스를 인체에 넣어주면 이를 인지하여 인체는 홍역바이스에 특이적인 항체를 생성하고 기억하였다가. 재노출시 아주 빠르게 대량의 홍역퇴지 항체를 생성하여 홍역에 걸리지 않도록 하는 것이다.
그렇다면 왜 매년 독감바이러스에 대한 예방접종을 하는 것일까? 그것은 독감을 일으키는 바이러스가 매해 변이를 일으키기 때문이고 획득면역은 항원특이적인 반응을 하므로 항원이 변이를 일으키면 항원을 제거하는 항체(무기설계도)도 다시 만들어져야 공격력을 갖기 때문이다.
해다마다 세계보건기구(WHO)는 유행가능성이 높은 독감 바이러스 유형을 파악하여 백신을 개발하고 투여할 수 있도록 하는 것이다. 어떤 해는 백신을 투여했는데도 독감이 유행하는 경우가 있다. 이 경우에는 세계보건기구의 독감바이러스 예측이 틀렸기 때문에 항원 특이적으로 대항을 할 수 없어 일어나는 현상이라 할 수 있다.
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