면역체계는 무엇인가?

개요

면역체계(immune system)는 다양한 생물학적 구조와 질병으로부터 신체를 보호하는 과정으로 구성되어 있습니다. 이러한 과정은 선천면역(innate immunity)과 적응면역(adaptive immunity; 후천면역)으로 분류될 수 있습니다. 면역체계가 효과적으로 작동하려면 인체의 구조와 외부의 요소를 구분해 병원체(pathogen; 병원균)를 검출해야 합니다. 만약 이 결정이 실패하면 면역체계가 신체의 조직에 반응하는 자가면역질환(autoimmune disease)이 발생합니다.

선천면역 체계는 빠르고 비특이적으로 작용합니다.

선천면역 체계는 감염에 대한 첫 번째 방어선입니다. 이 체계는 물리적 장벽과 숙주에게 외래의 요소 (즉, 비자기; non-self)에 대하여 신속하고 비특이적(non-specific)으로 작용하는 다양한 세포를 포함합니다. 포유류의 물리적 장벽의 예로는 피부, 위장관 내막, 점액, 침과 같은 분비물이 있습니다. 일단 침입자가 물리적인 장벽을 극복하면, 염증 반응 세포가 진입 지점으로 모이게 됩니다: 비만세포(mast cell)는 선천면역 체계의 다른 세포를 끌어들이고 적응면역 체계를 활성화하는 많은 화학 물질들을 방출합니다. 호중구(neutrophil)와 대식세포(macrophage)와 같은 식세포(phagocytic cell; phagocyte)는 병원체를 섭취해 파괴합니다. 특별한 종류의 백혈구인 자연살해세포(natural killer cell)는 바이러스에 감염된 세포를 파괴합니다. 선천면역 체계의 세포들은 함께 침입자를 제거하거나 침입자의 확산을 방해하고 적응면역 체계를 활성화합니다.

패턴 인식 수용체는 유기체가 자기를 비자기로부터 구별할 수 있게 합니다.

어떻게 유기체가 자신의 조직(자기)과 외부 요소 또는 침입자(비자기)를 구별할 수 있을까요? 이 능력은 패턴 인식 수용체(pattern recognition receptor, 줄여서 PRR)에서 옵니다. 이 수용체는 박테리아, 바이러스, 기생충, 또는 곰팡이의 고유한 미생물 연관 분자 패턴 (microbe-associated molecular pattern, 줄여서 MAMP; associated molecular pattern, 줄여서 PAMP; 병원체 연관 분자 패턴; 병원균 연관 분자 패턴)을 인식합니다. MAMP의 예로는 박테리아 외막 또는 바이러스의 이중 가닥 RNA의 일부가 있습니다. MAMP는 별개의 종이나 병원체 변종에 특정하지 않지만 광범위한 종류의 병원체(예: 그람 음성 박테리아 또는 곰팡이)의 특징을 인식합니다. 따라서 선천면역 체계는 병원체에 대해 비특이적으로 작용합니다.

적응면역 체계은 매우 특이(specific)합니다

척추동물은 이전의 공격에 대한 “기억”을 저장하고 그 후에 특정 병원체에 대해 더 강한 반응을 일으킬 수 있는 적응면역 체계를 진화시켰습니다. 선천면역 체계는 광범위한 종류의 세포를 사용하는 반면, 적응면역 체계는 병원체를 대상으로 두 종류의 백혈구, 즉 B 세포(B cell)와 T 세포(T cell)에 의존합니다. T 세포가 세포 매개 면역(cell-mediated immunity)의 일부인 반면, B 세포는 적응면역의 체액성 면역(humoral immunity) 일부를 구성합니다.

B 세포는 직접적으로 이물질을 파괴하거나 항체(antibody)를 방출하는 형질세포(plasma cell)로 분화할 수 있습니다. 그런 다음 항체는 침입자를 다른 세포에 의해 파괴되도록 표적으로 삼습니다. T 세포는 표면 수용체(surface receptor) 구성 및 화학 무기에 따라 여러 가지 기능을 수행합니다. 모든 T 세포는 각각 단일 항원(antigen)에 특이한 표면 수용체를 가지고 있습니다. 항원을 접한 후, T 세포는 면역 체계의 다른 부분을 자극하거나 감염된 세포와 암세포를 적극적으로 파괴할 수 있습니다. 일부 B 세포와 T 세포는 감염이 끝난 후에도 오랫동안 사용할 수 있으며 동일한 외부 요소에 반복적으로 노출되면 더 강하고 빠른 면역 반응을 보입니다.

선천면역 체계는 위협이나 감염이 일어난 지 몇 분에서 몇 시간 내에 작용하지만, 적응면역 체계는 며칠에 걸쳐 반응합니다. 오직 적응면역 체계만이 유기체의 평생 동안 “학습”(즉, 적응)합니다.

자가면역질환

자가면역질환은 면역체계가 제대로 작동하지 않는 경우에 발생합니다. 일반적으로 면역 체계가 신체의 건강한 조직과 외부 요소를 구별하지 못하면 자가 면역 질환이 발생합니다. 대체로 3가지 병리학적 영향 중 하나 (조직의 손상이나 파괴, 장기 성장 변화, 장기 기능 변화)가 자가면역질환에서 발생합니다.

자가면역질환의 한 예는 제1형 당뇨병(Type 1 diabetes mellitus, 줄여서 T1DM)입니다. T1DM 발병 시 일반적으로 소아기에서 성인기 초반까지 면역 세포는 췌장의 인슐린(insulin) 생산 세포, 이른바 베타 세포(beta cell; β cell)를 공격하는 항체를 생산합니다. 그 결과 베타 세포가 파괴되고 결과적으로 혈당을 조절하지 못하게 됩니다. T1DM은 현재 치료될 수 없지만, 인슐린 치료, 특별한 식이요법, 그리고 운동은 환자들이 병을 관리하는 데 도움을 줍니다. 인슐린을 생성하는 모든 세포가 파괴되기 전에 질병을 조기에 진단하고 관리를 시작하는 것이 필수적입니다.