생명공학 -제2판- 역자 오계헌 소재성 송홍규 이병욱

4장 면역학의 기본원리

표 4.1 병원체를 방어하는 세가지 방법 신체 표면의 장벽 (비특이적 목표) : 비특이적 반응 (비특이적 목표) : 완벽한 피부 ; 다른 신체 표면의 점액질 막 눈물, 침 등에 감염 – 대항물질 병원성 침입자와 경쟁에서 이기는 신체 표면의 정상적으로 무해한 세균의 서식 눈물, 소변, 설사의 수세식 효과 비특이적 반응 (비특이적 목표) : 염증 a. 빠르게 반응하는 백혈구 (중성호성백혈구, 호산성백혈구, 호염기성백혈구) b. 대식세포 (면역 반응에서 참여한다) c. 보체 단백질, 혈액 응고 단백질, 다른 감염 대항 물질들 식균기능을 갖는 기관들 (예, 림프절) 면역반응 (특이적 목표) : 백혈구 (대식세포, T세포, B세포) 상호대화 신호 (예, 인터루킨) 및 화학 무기들 (예, 항체, 보체, 단백질 등)

그림 4.1 선천적 면역은 병원체에 대한 일반적인 반응을 포함하며, 더 특이적이고 후천적인 면역 체계가 반응할 수 있기 전에 우산처럼 작용한다.

표 4.2 선천적 및 후천적 면역의 특성 특징 본질 면역 적응 면역 특징 본질 면역 적응 면역 반응 속도 빠름, 수 시간 내에 활동 시작 늦음, 활동이 수일 혹은 수주 소요 자연적 분포 모든 동물에 존재 척추 동물에만 존재 시간에 따른 변이 변이 없음, 일생 동안 변하지 않는 미생물 및 외부 물질에 노출과 함께 변화 유전적인 능력 병원체 인식법 미생물 그룹에서 공유하는 분자군을 특정 병원체의 표면 분자를 인식 인식 (예, 펩티도글리칸) (예, 콜레라 엔테로톡신) 인식하는 분자수 소수 거의 무한대 반응 중 변화 항상 동일 반응 중에 강화됨

그림 4.2 인터페론은 바이러스에 감염된 세포에서 분비되며 중재 전달 물질이다. 바이러스는 대개 감염된 세포를 죽인다 ; 그러나 분비된 인터페론은 인접세포에서 바이러스의 복제를 방해하는 항바이러스 단백질의 합성을 유도한다.

표 4.3 대식세포에서 분비되는 일부 사이토카인의 활동 사이토카인 국부 효과 전신 효과 인터류킨 - 1 조직파괴 ; 다른 백혈구의 접근 증가 발열 인터류킨 - 6 적응 면역 반응 증가 (항체 생산) 발열 인터류킨 – 8 주화성 인자 ; 감염 부위로 중성호성 백혈구를 포함한 백혈구를 유인 인터류킨 – 12 NK 세포를 활성화 ; CD4 T 세포의 분화를 유도 종양괴사인자 – 알파 감염 부위의 모세혈관에서 투과성을 증가시킴 발열 ; 쇼크 대부분의 사이토카인은 여러 효과를 나타낸다 ; 가장 관련된 것만 여기에 표시하였다.

그림 4.3 보체 체계. (a) 보체 체계는 여러가지 방법으로 작용한다. (b) 막 공격 복합체 (MAC). 보체 단백질들 (C5b-6, C7)은 미생물의 원형질막으로 삽입되고 세포 내로 수분이 이동하도록 구멍을 만들고 미생물이 터지 도록 한다.

그림 4.4 식세포가 식균작용에 의해서 미생물 및 다른 세포들을 분해한다. (a) 식균 작용 과정. (b) 연쇄상구균을 포식하는 식세포를 보여주는 주사현미경 사진.

그림 4.5 효모를 포식하는 식세포 (왼쪽)을 보여주는 주사현미경 사진.

표 4.4 백혈구와 방어 역할의 요약 세포 종류 주요 특징 세포 종류 주요 특징 대식세포 식세포 ; 비특이적 및 특이적으로 활동 ; 세포에 항원 제공, 손상 조직의 청소와 수리를 도움 중성호성백혈구 빠르게 작용하는 식세포 ; 염증에 참여, 지속적인 반응에 불참여 ; 세균에 가장 효과적 호산성백혈구 어떤 기생충을 공격하는 효소들을 분비 호염기성백혈구 가는 혈관에서 염증이 일어나도록 작용하는 히스타민 및 다른 물질을 분비 ; 또한 알레르기의 원인 및 비만세포 수지상세포 보조 T 세포에 직접 항원을 제공 림프구 대부분 면역 반응에 참여 ; 항원 인식 후에 효과기 세포와 기억세포의 클론 집단을 형성 B 세포 다섯 종류 (IgM, IgG, IgA와 특별한 방법으로 숙주세로를 보호하는 것으로 알려진 IgD ; 또는 IgE)의 항체를 분비하는 효과기 세포 보조 T 세포 B 세포와 T 세포의 빠른 분열과 분화를 자극하는 인터류킨을 분비하는 효과기 세포 세포독성 T 세포 감염된 세포, 종양 세포 및 외부의 세포를 접촉하여 죽이는 기작을 이용하여 죽이는 효과기 세포 자연살생(NK)세포 미결정 세포독성 세포 ; 바이러스 감염 세포와 종양세포를 접촉하여 죽이는 기작을 이용하여 죽임

그림 4.6 아메바 모습을 보이는 중성호성 백혈구. 이 중성호성 백혈구는 연쇄상구균을 포식하는 중이다 (주사현미경 사진).

그림 4.7 상처 혹은 감염은 주변 조직에 홍반, 열, 부종 및 통증이 동반된 염증 반응을 시작하게 한다.

표 4.5 염증 중개자 염증 중개자 원천 / 정체 활동 히스타민 비만세포의 입자분해 / 아미노산 히스티딘으로부터 혈관 확장과 혈관 투과성 증가 ; 유도된 작은 분자 신경 말단을 작극, 통증의 원인 보체 절편 보체 체계의 활성화 동안 형성 / 작은 단백질 혈관확장, 백혈구를 활성화시키고 유인함 키닌(Kinin) 혈액 응고로 형성 / 짧은 펩티드 군 혈관 확장과 혈관 투과성 증가 ; 통증의 원인인 신경 말단을 자극 세균 부산물 식균작용에 의해 분해되는 세균의 부산물 / 예, 짧은 손상 부위에 백혈구를 유인하고 활성화 시킴 펩티드인 formyl-methionyl-leucyl-phenylalaanine 프로스타글란딘 아라키돈산으로부터 비만세포에서 형성 혈관 확장과 혈관 투과성 증가 세포막의 지방산인자 / 작은 분자 류코트리엔스 아라키돈산으로부터 비만세포에서 형성 히스티딘과 동일하나 100배의 활성 어떤 사이토카인 또한 염증 반응의 중재자로 작용한다. 아스피린은 프로스타글란딘의 합성을 방해하여 염증을 완화시킨다.

그림 4.8 후천적 면역이라 부르는 특이적 면역 반응

그림 4.9 하나의 항원은 동일한 항원결정기를 하나 이상 갖거나 다른 항원결정기를 보유할 것이다. 항원결정기는 항원결정부라고도 한다.

그림. 4.10 후천적 면역, 세포성 면역, 항체성 면역, 모두 복잡한 신호에 의해 많은 다른 세포들의 상호작용을 필요로 한다.

그림 4.11 T 세포는 변형된 신체세포 표면의 항원과 반응한다. 이 현미경사진은 T 세포가 암세포와 직접 반응하는 것을 보여준다.

그림 4.12 항체 분자가 세포 표면에 다른 항원을 갖는 세포의 항원 결정기에 결합한다.

그림 4.13 림프절은 합쳐지는 림프관과 퍼져나가는 림프관이 함께 모여지는 교차점에 위치한다. 절은 대식세포와 림프구로 채워져 있다. 림프구는 동맥혈로 들어가 모세혈관을 지나고 저장하는 곳으로 들어간다.

표 4.6 면역체계의 조직과 관 조직 위치 후천적 면역에서의 역할 일차림프조직 조직 위치 후천적 면역에서의 역할 일차림프조직 골수 척추동물 내에, 갈비, 흉골, 장골, 골반 백혈구, 림프구를 포함하는 모든 혈액 세포 생산 ; B 세포의 분화 장소 흉선 심장 앞에 있는 선 (gland) T 세포의 분화 장소 이차림프조직 림프절 전신에 림프관을 따라서 존재하는 작은 신장 모양의 기관 숙성된 림프구가 저장되고 서로 상호 작용하며, 혈액과 림프관 사이를 이동 비장 복부 위쪽 숙성된 림프구 저장과 상호작용 편도선 목에 있는 한 쌍의 림프조직 숙성된 림프구 저장과 상호작용 인두 코 주변의 고리형 림프조직 숙성된 림프구 저장과 상호작용 충수 장관에서 돌출된 작은 주머니 숙성된 림프구 저장과 상호작용 Peyers patch 내장 벽에 있는 림프 조직의 작은 모임 숙성된 림프구 저장과 상호작용 림프 순환계 림프관 림프액을 모으고 혈액으로 돌려보내는 전신에 존재하는 관 림프구의 수송 흉관 거대한 림프관 심장으로 흘러가고 혈액을 향해서 림프액이 돌아감

그림 4.14 림프구는 골수의 기간세포에서 유래한다. T 세포는 골수에서 발생하고 흉선에서 분화한다. B 세포는 골수에서 분화한다.

그림 4.15 T 세포 수용체는 세포 표면의 항원-MHC 복합체 [인간에서는 인간 백혈구 항원 (HLA)]에 체로서 목표 세포의 표면에 전개된 외부 항원의 일부에 결합하는 수용복합체 홈(groove)을 형성한다. (b) T 세포는 이 바이러스 감염 세포의 조직적합성 항원의 변화에 반응한다. 바이러스가 신체 세포에 감염되면, 바이러스 항원은 세포 표면의 HLA 단백질과 복합체를 이룬다. T 세포는 이 변화를 감지하 고 바이러스 감염된 세포를 죽인다.

(b) T 세포는 이 바이러스 감염 세포의 조직적합성 항원의 변화에 반응한다. 바이러스가 신체 세포에 감염되면, 바이러스 항원은 세포 표면의 HLA 단백질과 복합체를 이룬다. T 세포는 이 변화를 감지하 고 바이러스 감염된 세포를 죽인다.

그림 4.16 항체를 생산하는 B 세포에서의 항원 인식. 두 B 세포에 결합된 항체는 단일 세포의 표면 항원에서 다른 항원결정부를 인식하고 결합한다.

그림 4. 17 B 세포 활성화. B 세포는 항원 존재 세포 (APC)와 보조 T 세포에 의해서 활성화된다 그림 4.17 B 세포 활성화. B 세포는 항원 존재 세포 (APC)와 보조 T 세포에 의해서 활성화된다. (a) APC (예, 대식세포)가 세균 세포를 포식하고 세포 표면에 외부 항원이 존재하여, 외부 항원-MHC복합체를 형성한다. B 세포는 세균 세포 표면의 외부 항원과 연계되어 있다. (b) 보조 T 세포는 그 수용체가 APC 표면의 외부 항원-MHC 복합체에 결합하면 활성화한다. 두 세포에서 생산되는 사이토카인들은 세포 신호전달 역할을 한다. (c) 활성화된 보조 T 세포는 B 세포를 활성화하는 사이토카인을 분비한다. B 세포는 분열되고 B 세포의 클론을 형성한다.