Living in a Microbial World Bruce V. Hofkin Living in a Microbial World Chapter 11 Host Defense Copyright © Garland Science 2011

Host-pathogen interaction Not always get sick, not always recover

Host defense Plan A- block invading organisms barrier to entry Plan B- destroy invading microbes 1. innate immune system- nonspecific 예: phagocytic cells 2. adaptive immune response- directed, specific 많은 외부 침입자 항체 secondary response – 신속, 강력 immunological memory

Barrier to entry 1. Anatomical barrier skin – burn, injury thick layer of mucus – 탈수 (alcohol) cilia – 오염물질, 흡연 acid 2. Microbial barrier normal flora -inhibiting substances -nutrients 소모 -서식공간 차지 3. Genetic barrier genetic resistance – malaria

Innate immune response 초기 반응- 감염부위 세포- 화학물질 방출- 백혈구 유도 neutrophil, macrophage – 식균작용 dendritic cell (수지상세포), macrophage- innate 와 adaptive immunity 연결 식세포의 병원체 인식 - pattern recognition; 병원체 고유의 분자 인식 – macrophage 등 Toll-like receptors (TLRs) 다양한 TLR이 다른 분자 인식 - 면역세포들의 TLR이 활성화- 각각 다른 cytokine 분비 - inflammation 촉진 – 부종, 홍반, 열, 통증 – 혈관 확장(vasodilation), 투과성 증가, interleukune-1(IL-1) 작용- 뇌가 체온 상승- 식세포 효과적, 일부 병원체 증식 저하 면역반응은 double-edged sword- 심하면 숙주 피해

Interferon 바이러스 감염 시 중요한 cytokine 주변 세포들 antiviral state 유도 – 단백질 합성 차단, 바이러스 증식 저해 숙주에 피해 가능- 피로, 두통, 오한 등 숙주 내에서 단기간만 활성 hepatitis C 등에 효과

Adaptive immunity 활성화 Innate immunity 실패 시 macrophage와 dentritic cell이 adaptive immunity 활성화 병원체 수, 병원체의 병독성, 숙주 방어 등에 따라 실패

항원 표지 macrophage 와 dendritic cell의 식세포작용 후 병원체 일부 (단백질 등)를 major histocompatibility complex(MHC) 단백질에 결합-표면 표지 항원 (antigen), 항원표지세포

Adaptive immunity 활성화 항원표지세포가 림프계로 이동- lymph 가 lymph node 통과 – 내부에 lymphocyte 존재 T cell, B cell 림프계 순환하다 항원표지세포 만나면 adaptive response 활성화- 림프절 내 림프구 급증- swelling 병원체가 혈액에 존재 시 림프절 대신 spleen이 여과 – adaptive immunity 개시

Adaptive immune response 항원표지세포가 cytokine 분비 - helper T cell 유인, 활성화 – adaptive response 개시 Helper T cell; 골수에서 생성- 흉선(thymus)에서 성숙 표면에 T-cell receptor- 항원표지세표 표면 MHC 결합 항원 인식, 10만개 이상 receptor – 각 Th cell이 다른 T-cell receptor 보유- 매우 많은 수, genetic recombination에 의해 특정 Th cell 활성화- 증식

Activation of cytotoxic T cell by activated Th cell 활성화된 helper T cell 이 IL-2 이용- 특정 T cell receptor 가진 cytotoxic T cell 활성화 -> 증식 독성물질 분비하여 감염된 세포 사멸 – cell-mediated response 활성화된 모든 T cell을 effector T cell; 일부 비활성화, 장기간 생존하는 memory T cell

Activation of B cell by activated Th cell 활성화된 helper T cell 이 IL-4, IL-5 분비 – B cell (bursa나 골수에서 성숙) 활성화 – B cell 표면에 antibody 존재, 특정 항원 인식 (T cell receptor와 유사하게 많은 수 인식 가능) -> 증식 – 독성물질 분비하여 감염된 세포 사멸 – cell-mediated response 활성화된 모든 T cell을 effector T cell; 일부 비활성화, 장기간 생존하는 memory T cell

Activation of B cell by activated Th cell 활성화된 helper T cell 이 IL-4, IL-5 분비 – B cell (bursa나 골수에서 성숙) 활성화 – B cell 표면에 antibody 존재, 특정 항원 인식 (T cell receptor와 유사하게 많은 수 인식 가능) -> plasma cell 로 전환되어 증식- 항체 분비 – 체액성 면역 (humoral immunity) 일부 활성화 B cell은 장기간 생존하는 memory B cell

Ab functions neutralization - 항원과 결합하여 숙주에 결합 방해 agglutination - Ag-Ab clumping opsonization – opsonin으로 작용, 식세포와 결합 식균작용 도움

Ab 종류 IgM, G, A, E: 체액 내 IgM, D: 막 초기 IgM pentamer -> IgG IgG 우점, 태아로 전달, 모유 IgA- dimer, 분비

Course of immune response inductive period- 초기 감염과 adaptive response 사이- T cell, V cell 활성화, 증식, 항미생물 활성- 이 때 병원체 증가- T cell, B cell 작용으로 병원체 감소 – 림프구 감소 regulatory T cell (TR) 다른 T cell의 활성 억제 - Memory cell Adaptive response의 실패 number of pathogen, virulence, host defense 상태에 따라

Immunological memory 1차 감염 시 primary immune response- inductive period 2차 감염 시 secondary response – 짧은 inductive period, Ig 수준, 병 증상의 차이 - Memory cell Vaccine -Immunological memory 유도, 여러 번 접종하기도 (booster) 백신 종류: killed vaccine- 면역반응 유도 안되기도, 안전, Salk attenuated vaccine- 강한 면역반응 유도, 발병 가능성, Sabin subunit vaccine -강한 항원 부위만

HIV human immunodeficiency virus(HIV)- acquired immune deficiency syndrome(AIDS) pneumocystis pneumonia HIV- Th cell의 CD4 인식, 결합-세포 파괴

HIV HIV- Th cell 파괴-cytotoxic T cell, B cell 활성화 안됨 기회적 감염 증가 anti-HIV drugs 바이러스 증식 저해

Progression of HIV -감염과 심한 병 증상 10년 - 초기 감염 시 강한 면역반응- 이후 바이러스 서서히 증가- 기회적 감염

Host versus pathogen threshold of disease – dose, replication, immune response