[스크랩] 면역학

제 1장  면역학의 소개 (Introduction to Immunology)

1. 면역이란 무엇인가 2. 여러 가지 생명체에서 나타나는 면역 반응 3. 두 가지 형태의 면역 반응       3-1) 자연면역과 획득면역을 구성하는 요소들       3-2) 획득면역반응의 성질       3-3) 능동면역반응이 유도되는 세 가지 과정       3-4) 체액성면역반응과 세포매개성 면역반응       3-5) 클론 선택 이론 (clonal selection theory) 4. 면역을 구성하는 분자, 세포 및 조직       4-1) 항원 (antigen)과 항체 (antibody)       4-2) 사이토카인 (cytokine)과 보체 (complement)       4-3) 면역세포

1. 면역이란 무엇인가

면역이란 질병, 특히 감염성 질병으로부터 숙주를 보호하는 체계를 말한다.  즉, 우리 몸에는 면역기능이 있어서 질병에 걸리지 않고 일상생활을 할 수 있는 것이다.  우리도 모르는 사이에 면역기능에 의하여 병원균이 침입할 수도 없게 되기도 하고, 일시적으로 질병이 생기다가도 곧 완전히 회복되기도 하며, 자신도 모르는 사이에 질병에 대하여 저항성을 얻게 되기도 한다.  면역현상에 대한 보다 구체적인 관찰 및 이용은 오래 전부터 이미 존재하여 왔다.  고대 중국에서는  천연두 환자의 고름을 채취하여 건강한 사람에게 접종함으로서 천연두를 예방하고자 하였다 (variolation).  이러한 방법으로 일부의 사람에서는 천연두에 대한 예방 효과를 얻기도 하였지만, 오히려 천연두에 걸리는 경우도 자주 있었다. 이러한 방법은 유럽으로 전파되어 영국의사 E. Jenner에 의하여 개량되어 종두법으로 발전되게 된다.   그는 천연두환자의 고름을 이용하는 것은 너무 위험한 방법이라고 생각하였으며, 소의 천연두 (우두)에 걸렸던 사람들은 천연두에 잘 걸리지 않는 것을 보고, 소의 어떤 물질이 천연두에 대하여 저항성을 가져다 줄 것이라고 생각하였다.  1798년에 그는 소의 천연두 상처에서 고름을 채취하여 이를 건강한 사람에게 접종함으로서 안전하게 천연두의 감염을 예방할 수 있다는 것을 확인하였다.  이 방법을 종두법 (vaccination)이라고 부르며, 이것이 면역현상에 대한 최초의 과학적이며 실체적인 확인이었다.  표 1)에서는 면역학 분야의 획기적인 발견들을 요약해 놓은 것으로, 1901년에 본베링이 항혈청을 이용한 혈청치료법 (antitoxin therapy)을 개발한 공로로 최초의 노벨생리의학상 수상자가 된 것을 시작으로, Bordet의 보체, Porter 와 Edelman의 항체구조, Jerne의 network theory, Burnet과 Medawar의 면역내성 (immune tolerance), Snell과 Benacerraff의 MHC 발견, Zinkernagel과 Doherty의 MHC 기능에 대한 연구, Tonegawa의 항체유전자의 분리등을 거쳐 면역학에 대한 이해는 단순히 하우언항체 반응의 수준을 뛰어 넘는 보다 복잡한 과정으로 이해되고 있다.  또한 면역학의 발달은 실질적인 질병의 치료와 진단에도 크게 기여를 하였다.  von Behring의 혈청치료법, Landesteiner의 혈액형 분류, Richet의 anaphylaxis, Kohler와 MIlstein의 단일클론항체, Thomas와 Murray등의 이식면역학적 연구등이 대표적인 예이다. 최근에 들어 면역현상에 대한 이해는 세포생물학과 분자생물학의 발달로 급속히 이루어지고 있으며, 인간의 유전자의 염기배열이 다 밝혀짐에 따라 면역현상에 대한 보다 깊이 있는 이해가 가능해 질 것으로 기대된다.         일반적으로 면역반응은 외부에서 우리 몸으로 들어오는 모든 물질에 대해서 나타나는 데, 그 중에서도 특히 살아있는 생명체인 미생물들이 질병의 발생과 직접적으로 또는 간접적으로 관련되어있기 때문에, 이들에 대한 면역반응이 숙주에게 매우 중요하다고 할 수 있다. 만약에 우리 몸의 면역체계가 침입하는 미생물들을 효과적으로 제거하거나 억제하지 못하게 되면, 이들이 우리 몸에서 증식하여 질병을 일으킬 수도 있다. 미생물에 대한 면역반응이 중요하기는 하지만, 면역반응이 단지 미생물들에 대하여 만 일어나는 것은 아니다.  면역반응은 여러 종류의 화학물질에 대하여도 나타나며, 자신의 세포나 외부에서 이식된 세포에 대해서도 나타날 수 있다.  특히, 정상세포가 변형되어 만들어진 암세포는 면역반응에 의하여 수시로 제거되고 있으며 (immune surveillance, 면역 정찰), 이식된 세포에 대한 면역반응은 이식된 장기를 해치게 되어 (graft rejection, 이식 거부) 장기이식에서 가장 중요한 장애요인이 되기도 한다.           면역은 질병으로부터 숙주를 보호하는 과정임에도 불구하고, 면역반응이 언제나 자신에게 유리하게만 나타나는 것은 아니다.  일반적으로 방어에 관여하는 요소들은 침입자를 제거하는 방법들을 갖추게 되는 데, 이를 잘 사용하면 숙주를 보호하는 데 사용되지만, 그렇지 않은 경우는 오히려 자신을 해치게 될 수도 있다.  이러한 대표적인 예로서 감염증에서 흔하게 볼 수 있는 염증반응 (inflammation)을 들 수 있다.  미생물이 우리 몸에 들어오면 이들을 제거하기 위하여 면역세포들이 미생물이 있는 곳에 많이 모이게 되는 데, 이를 염증반응이라 한다.  염증반응결과 만들어지거나 활성화된 물질이나 세포들은 미생물을 제거하기도 하지만, 종종 이웃한 세포나 조직에 손상을 끼칠 수 있게 되어, 실제로 많은 감염증들이 염증성 질환으로 나타나기도 하여, 간염, 폐염, 기관지염 등등 각종 염증성 질환을 유도하기고 한다. 해로운 면역반응의 또 다른 예로는 알러지 (allergy)와 같은 과민반응 (hypersensitivity)을 들을 수 있다.  이 반응은 외부에서 들어온 물질이 별로 해가 되지 않아 그냥 두어도 되는데 민감하게 반응하여 나타나는 귀찮은 반응 중 하나이다.  또한, 자신의 세포나 조직에 대하여 면역반응이 일어나 질병이 발생하는 자가면역증 (autoimmune disease)도 해로운 면역반응의 하나이며, 다른 사람의 장기에 대하여 면역반응이 일어나 조직이식을 어렵게 하는 조직이식 거부반응 (transplantation rejection)도 귀찮은 면역반응 중에 하나가 된다.

2. 여러 가지 생명체에서 나타나는 면역 반응

일반적으로 면역반응은 세균처럼 하나의 세포로 구성된 생명체에서 보다는 여러 개의 세포들이 모여서 이루어진 다세포 생명체에서 잘 발달되어 있다.  단세포 생명체들은 감염이 되면 최악의 경우 자신이 죽어버리면 되지만, 다세포 생명체들은 자신을 다시 만든다는 것이 쉽지 않으므로 가능하면 침입자를 제거해야 한다.  또한 다세포생명체는 다른 여러 가지의 세포들이 모여서 만들어진 생명체이므로 이들 세포들 간의 조화도 자신을 유지하는 데 매우 중요하다.  즉, 자신이 가지고 있는 세포들이 서로 잘 지낼 수 있는 친구와 같은 세포들인지, 아니면 자신에게 해악이 되는 적과 같은 세포들인지를 구별해야 할 필요가 있다. 국가의 경우도 그 사회를 유지하기 위하여 내부 치안을 위하여 경찰이 필요하고, 외부에서 침입하는 적을 막기위하여 군대가 있는 것 처럼, 면역체계도 자신 외부에서 발생하는 문제 뿐아니라, 내부에서 발생하는 문제도 잘 제어하여야 할 필요가 있었을 것이다. 아마도 면역이란 이러한 필요성, 즉 내부의 적과 외부의 적을 모두 가려 내야 하는 임무를 충족시키기 위하여 진화되어 왔는지도 모른다.   생명체가 점점 고등화되어 감에 따라 이러한 문제들이 점점 더 심각해지게 되며, 그러한 문제들을 해결하기 위하여 고등생물들의 면역체계는 점점 더 복잡해지고 전문화 되게 되었다.         하나의 세포로 구성된 생명체에서도 면역반응과 같은 현상은 볼 수 있다.  예를 들어 아메바와 같은 원생동물 (protozoa)은 식균작용 (phagocytosis)을 통하여 다른 미생물을 잡아먹을 수가 있으며, Streptomyces와 같은 세균이나 많은 종류의 곰팡이들은 항생물질 (antibiotics)을 만들어 주위의 다른 미생물의 성장을 억제하고 있다. 세포와 세포를 서로 구분하는 능력은 산호나 해면동물과 같은 하등생물에서 처음으로 관찰할 수가 있다.  어떤 산호에 다른 산호를 잘라서 부쳐주면, 이식된 산호가 자라지 못하고 죽게 되는데 (graft rejection), 이러한 현상은 이식 받은 산호가 이식된 산호를 남 (foreign)으로 인식할 수 있다는 것을 보여주는 것이다 (recognition of nonself).   해면동물에서는 같은 종류의 해면동물이 서로 합쳐져서 자라는 아주 특이적인 응집 현상을 볼 수 있는 데, 이는 해면동물이 자신의 것에 대한 인식기능이 있다는 것을 보여주는 것이다 (recognition of self). 하등 생물에서 나타나는 식균작용이나 자신의 것과 남의 것을 인식하는 성질은 면역현상의 기초가 되며, 고등 생물의 면역에서도 볼 수 있는 현상들이다.  동물이 진화되어가면서 점진적으로 면역반응의 종류도 다양화되고 보다 더 전문화되고 있으며, 포유동물들에는 사람이 가지고 있는 여러 가지의 면역기능들이 모두 존재하며, 비슷하게 작용하는 것으로 받아들여지고 있다 (그림 1, 표 2).             포유동물에서 면역계를 구성하는 요소들은 동물들마다 서로 비슷하며, 나타나는 면역반응도 비슷하다.  그러므로, 사람의 면역계에 대한 연구는 대부분의 경우 실험동물을 이용하여 훨씬 과학적으로 이루어질 수 있다.   면역학은 실험을 통하여 이해되고 입증되는 실험과학이며, 이러한 면역학 연구에는 병원에서 얻어진 사람에 대한 임상결과들도 이용될 뿐 아니라, 토끼 (rabbit), 생쥐 (mouse), 기니픽 (guinea pig)등과 같은 실험동물이 직접적으로 이용되기도 한다.   이들 실험동물들 중에서 생쥐는 면역학에 대한 이해에 상당한 공헌을 한 생명체이다. 생쥐가 면역학실험에 많이 이용된 이유는 다음의 여러 가지를 들 수가 있을 것이다.  우선 생쥐는 사람과 같은 포유동물이므로 그 면역체계가 사람의 면역체계와 매우 비슷하여, 생쥐에서 얻은 연구결과가 대부분 사람에서도 같은 방법으로 나타나는 것으로 확인되고 있다.  또한 생쥐는 사람에 비하여 아주 작으며, 한 세대간의 길이가 약 6주정도 밖에 안되어, 새로운 개체를 얻기가 매우 쉽다는 장점이 있다.  이러한 성질은 생쥐를 형제 자매끼리 교배하여 (내교배, inbreeding) 유전적인 배경이 동일한 생쥐의 strain을 얻는 데 이용되었다. 이와 같이 하여 얻어진 생쥐를 내교배 생쥐 (inbred strain)라고 부르는데, 같은 inbred strain에 속하는 생쥐들은 사람에서는 일란성 쌍둥이와 같아서 서로 같은 생쥐로 취급된다.  이러한 inbred strain을 이용하게 되면, 연구를 통하여 얻어진 결과를 해석하는 데 있어서 각 개체들 간의 유전자의 차이에 의한 영향은 고려하지 않아도 된다는 용이한 점이 있다. 현재에는 이들 생쥐 strain들을 이용하여 재조합 생쥐 (recombinant strain), congenic strain, transgenic mice등의 새로운 변형생쥐들이 만들어지고 있으며, 최근에는 유전자 조작을 통하여 특정한 유전자가 돌연변이된 돌연변이 생쥐 (mutant mice, knock out mice)까지도 얻어져, 면역현상을 유전자 수준에서 보다 정확하게 이해하는 데 커다란 도움을 주고 있다.

3. 두 가지 형태의 면역 반응

면역은 그 특성에 따라 자연면역 (natural immunity)과 획득면역 (acquired immunity)으로 나눌 수가 있다.  자연면역은 항원과 상관없이 자연히 있는 것이라 하여 붙혀진 이름으로, 외부로부터 항원이 들어오기 전에도 이미 존재하고 있기 때문에 기존의 면역 (innate immunity)이라고도 부른다.  자연면역은 항원과 상관없이 이미 존재하고 있으며, 침입한 미생물들에 대하여 즉시 반응할 수가 있기대문에, 항원을 일차적으로 제거해주는 역할을 한다. 이러한 자연면역의 성질은 근본적으로 자연면역이 대부분의 항원과 언제나 반응할 준비를 하고 있어야 한다는 뜻이되며, 그러기 위하여 자연면역은 한가지 요소가 여러 항원과 동시에 반응할 수 있어야 한다.  만일 각각의 항원마다 그에 대응하는 자연면역 요소가 따로 존재한다면, 우리 몸은 자연면역으로 가득찰 지도 모르는 일이다. 즉, 자연면역은 항원을 개별적으로 인식하지 않고 여러 항원이 공통적으로 가지고 있는 패턴 (common pattern)을 인식함으로서 하나의 자연면역요소가 동시에 많은 다양한 항원과 반응할 수 있을 것이다.  예를 들어 보체단백질은 여러 가지의 서로 다른 세균과 반응할 수 있는 데, 이는 보체가 세균들이 공통적으로 가지고 있는 세포표면 다당체와 반응하기 때문이다. 이와같이 자연면역은 그 반응 특이성을 없애거나 낮춤으로서 다양한 종류의 항원과 반응할 수 있는 것이며, 결과적으로 항원의 침임과는 상관없이 언제나 활성을 가지고 항원의 침입에 대응할 수 있는 것이다. 반면에 획득면역은 항원이 침입하게 되면, 그 항원에 의하여 유도되어 얻어지는 (획득되는, acquired) 반응으로, 그 반응이 반응을 유도한 항원에 대하여 만 나타나기 때문에, 특이적 면역 (specific immunity)이라고도 불리기도 한다.  획득면역 반응은 유도되는 데 어느 정도의 시간이 필요하기 때문에 자연면역보다 늦게 항원과 반응하게 된다.  즉, 획득면역은 자연면역반응에 의하여 항원들이 완전히 제거되지 않았을 때, 유도되어 나타나는 이차적인 방어체계가 된다.  비록, 획득면역반응이 자연면역보다 느리게 나타나기는 하지만, 자연면역과는 다른 여러 가지 성질로 인하여 우리 몸의 중요한 면역반응이 되며, 실제로 우리들이 일반적으로 생각하는 면역이라는 것은 바로 이 획득면역을 말하는 것이기도 하다.  획득면역반응은 자연면역반응과는 달리 항원을 각각 다르게 구분할 수 있는 능력이 있으며, 특정한 항원에 대하여 특정한 반응만이 나타나므로, 자연면역보다는 경제적이고 전문화된 면역반응이라고 볼 수 있다. 또한,획득면역은 이전에 들어 왔던 항원을 기억하는 성질이 있어서, 같은 항원이 다시 들어왔을 때에는 처음 보다 더 빠르게 반응할 수 있기 때문에, 자주 침입하는 항원에 대하여는 자연면역보다 더 효과적으로 항원을 제거할 수 있는 것이다 (면역기억, immunologic memory).  이러한 획득면역반응의 성질 때문에 Jenner의 종두법이 성공할 수가 있었던 것이며, 우리는 B형 간염 예방 주사를 맞고서 HIV에도 예방되었다고 생각하지 않는 것이다.   그러나 자연면역반응에는 침입하는 미생물들을 각각 구별할 수 있는 능력이 없기 때문에 자주 침입하는 미생물이라 하여 특별하게 대비할 수가 없기 때문에 예방접종에 의해서 그 기능이 향상되는 면역반응은 아닌 것이다.          이들 두 가지 면역반응은 작용하는 방법과 시간이 서로 다르긴 하지만, 서로 별개로 존재하는 것이 아니라, 서로 잘 협동하여 침입자로부터 숙주를 보호한다는 공동의 임무를 효과적으로 수행하고 있다.     3-1) 자연면역과 획득면역을 구성하는 요소들 (표 3)         자연 면역은 우리 몸에 있는 여러 가지 일차적인 방어기구들이 여기에 속한다.  우선, 우리 몸의 가장 바깥부분은 피부라고 부르는 딱딱한 세포들로 둘러싸여 있는데, 이것은 미생물이나 다른 이물질들이 외부로부터 침투하는 것을 막아주는 중요한 역할을 한다.  그러므로, 피부에 상처가 생겼을 때에는 몸 밖으로부터 감염의 가능성이 커지게 되며, 심한 화상의 경우는 아주 심각한 문제가 발생할 수도 있는 것이다.  우리 몸의 내부 장기들 중 외부의 물질과 직접적으로 접촉할 수 있는 호흡기, 소화기, 생식기 등에는 자연면역체계가 잘 발달되어 있다.  이들 기관에는 점막조직이 발달되어 있어서 침입한 미생물이 정착하기 어렵게 만들기도 하며, 미생물을 죽이거나 밖으로 강제적으로 배출해내는 기능을 가지고 있다.  우리가 기침을 하고, 배설을 하는 작용들도 침입자를 내보내는 하나의 과정이기도 한 것이다.  또한 눈물에는 세균을 분해하는 Lysozyme이라는 효소가 있어서 세균을 죽이게 되며, 위에는 산성이 강한 염산이 있어서 음식물 중에 들어있는 미생물을 파괴할 수 있다.             이러한 물리화학적인 장벽외에도 많은 종류의 세포나 단백질들이 미생물의 침입을 막아주는 자연면역에 관여하고 있다.  자연면역에서 중요한 역할을 하는 세포로는 아메바처럼 식균작용 (phagocytosis)을 나타내어 침입한 미생물을 잡아먹고 분해하는 대식세포 (macrophage)와 호중구 (neutrophil) 같은 세포들이 있다. 또한, 자연살해세포 (natural killer cell, NK cell)는 정상세포에는 영향을 미치지 않지만 바이러스에 감염된 세포나 암세포를 선택적으로 파괴하는 중요한 기능을 가지고 있다. 이들 세포들은 미생물이 들어오면 즉시 그 활성을 나타낼 수 있으며, 미생물의 종류에 상관없이 그들을 제거하는 등, 자연면역의 특성을 가지고 있다. 자연면역반응에 관여하는 단백질들로는 보체 (complement proteins) 와 사이토카인 (cytokines)을 들을 수 있다.  보체는 미생물이 침입하게 되면 활성화되어 침투한 미생물이 파괴되도록 만드는 단백질들을 말한다. 사이토카인은 면역세포가 만들어내어 면역세포의 작용을 조절하는 단백질을 말하는 데, 인터페론 (interferon)이나 암괴사인자 (tumor necrosis factor)등과 같은 사이토카인 단백질은 각각 바이러스의 성장을 억제하거나 암세포를 파괴하는 중요한 역할을 한다.  이들 보체나 cytokine도 다른 자연면역반응의 다른 요소들처럼 항원을 특이적으로 구별할 수 없기 때문에 그 작용이 항원특이적이지는 않지만, 침입한 미생물이나 종양세포들을 일찍 감지하여 파괴하는 중요한 기능을 한다. 비록 대식세포, 호중구, 보체, cytokine 등이 주로 자연면역에서 그 역할을 하지만, 이들은 종종 획득면역에서도 중요한 기능을 가지고 있다. 예를 들어 식균세포나 세포살해와 같은 기능은 항체에 의하여 그 작용이 크게 증가되기도 하며, 보체의 작용도 항체에 의하여 영향을 받을 수도 있다.  또한, 여러 가지 cytokine들이 T 림프구와 같은 획득면역세포에 의하여 만들어지기도 하며, 그들 세포의 작용을 조절하기도 하기 때문에, 자연면역과 획득면역은 서로 완전히 별개의 면역반응이 아닌 셈이다.            획득면역반응은 B 림프구와 T  림프구에 의하여 나타나는 면역반응으로, 그 반응이 항원특이적으로 나타난다. B 림프구와 T  림프구의 표면에는 특정한 항원과 특이적으로 반응하는 수용체 (항원수용체, antigen receptor)가 있기 때문에, 각각의 림프구들은 각각 서로 다른 항원을 특이적으로 인식할 수 있다. 획득면역반응은 림프구와 같은 세포에 의하여도 나타나지만, 항체 (antibody)라는 단백질에 의하여도 수행된다.  항체는 원래 B 림프구 세포표면에 있던 항원수용체 역할을 하던 단백질이, 항원의 자극에 의하여 B 림프구 밖으로 분비되어 혈액이나 조직 내에 존재하게 된 단백질을 말한다.  혈액에 분비된 항체는 여전히 같은 항원과 반응할 수 있으며, 결과적으로 항원과 특이적으로 반응하여 항원을 제거한다.             -----------------------------------------------------------                                                        자연면역                          획득면역           -----------------------------------------------------------                    물리화학적 장애물         피부, 점막, 털                    피부 점막 면역계                    단백질                         보체,                                항체                    세포                            식균세포, 자연살해세포       림프구                    사이토카인                   인터페론, 암괴사인자          인터루킨                   -----------------------------------------------------------                                                 표 3) 자연면역 및 획득면역의 요소들   3-2) 획득면역반응의 성질         획득면역반응이 자연면역반응 보다 나중에 작용하긴 하지만, 다음의 몇 가지 성질로 인하여 숙주의 면역기능을 결정 짖는데 중요한 역할을 하며, 일반적으로 면역반응이라 함은 바로 이 획득면역을 일컫는 것으로 인정되고 있다.  획득면역은 항원에 대한 특이성 (specificity)을 가지고 있어서, 원칙적으로 자신의 활성을 유도한 항원에 대해서만 그 반응을 나타내며 비슷한 다른 항원에 대해서는 반응하지 못한다 (그림 2).  이러한 특이성은 반응을 정확하게 한다는 측면에서는 중요하지만, 그 특이성이 몇 가지 밖에 없다면 심각한 문제가 될 것이다. 그러므로 획득면역반응이 존재하는 수많은 다양한 종류의 항원에 대하여 골고루 나타나기 위하여, 획득 면역에서 나타나는 특이성의 종류는 항원만큼이나 다양하게 존재하여야 한다 (다양성, diversity).  실제로 획득면역반응은 이 세상에 존재하는 거의 모든 물질에 대하여 일어날 수 있으며, 아직까지 세상에 나타나지도 않은 물질에 대해서도 반응할 수 있는 능력이 있을 정도로 다양한 것으로 확인되고 있으며, 어떻게 이러한 일이 가능하지는 한동안 면역학의 중요한 의문사항 중 하나이기도 하였다. 획득면역의 또 다른 주요한 특징 중 하나는 아마도 이전에 들어온 항원을 기억 (memory)한다는 점일 것이다.  이는 획득면역반응의 한번 들어왔던 항원에 대하여는 처음으로 들어온 항원과는 다르게 반응한다는 것을 말한다. 즉, 획득면역반응은 같은 항원이 다시 들어오게 되면 처음보다는 훨씬 빠르고 강하게 반응하여 그 항원을 보다 효율적으로 제거할 수 있다 (그림 2).  획득면역의 이러한 기억능력은 비록 획득면역반응이 유도되는 반응임에도 불구하고 이 반응이 자주 침입하는 항원에 대하여는 보다 경제적이고 효율적으로 대처할 수 있음을 보여주는 것으로, 실제로 예방접종의 방법은 획득면역반응의 기억능력을 이용한 것이기도 하다.           자연면역반응은 항원이 있건 없건 존재하지만, 획득면역반응은 항원에 의해 유도되어 결과적으로 자신의 활성을 유도한 항원을 제거한다. 획득면역반응은 또한 항원이 사라지게 되면 항원과 같이 다시 사라지게 된다.  숙주에서 어떤 특정한 획득면역반응을 유도하는 가장 손쉬운 방법은 숙주에 특정한 항원을 넣어주면 된다.  이러한 방법으로 획득면역반응을 유도하는 것을 숙주가 스스로 항원에 대한 면역반응을 나타내는 것으로 보아 능동면역 (active immunization)이라 한다.  일반적으로 항원이 자연히 들어와 유도되는 획득면역반응은 대부분이 능동면역이지만, 획득면역반응은 항원을 주입하지 않고 수동 면역 (passive immunity)이라는 방법으로 유도될 수도 있다.  예를 들어, 질병에서 회복 중인 사람으로부터 항체를 분리하여 같은 질병에 걸린 사람이나 걸릴 가능성이 있는 사람에게 주사하여 주면, 그 질병을 치료하거나 예방할 수 있다.  이러한 방법을 면역학적 용어로 특정한 항원에 대해 면역반응을 겪지 않은 숙주 (naive recipient)에 항체와 같은 면역반응을 수행할 수 있는 면역작용기능 (immune effector)을 옮겨 줌으로서 획득면역반응을 얻는 방법이라고 한다.  이러한 수동 면역법에는 항체를 옮겨주는 방법이외에도 항원에 의하여 활성화된 림프구를 옮겨 주는 방법도 있다 (양자들이기, adoptive transfer).   3-3) 능동면역반응이 유도되는 세 가지 과정         능동면역반응은 다음의 세 가지 단계를 거쳐 나타나는 것으로 이해되고 있다.  능동면역반응이 일어나기 위하여 림프구가 먼저 침입한 항원을 확인하여야 하며 (인식단계, cognitive phase), 그 결과 항원을 인식한 림파구의 활성화가 유도되고 (할성화단계, activation phase), 활성화된 림프구나 림프구가 만들어낸 항체에 의하여 항원이 제거되는 과정으로 나타난다 (작용단계, effector phase) (그림 3).           우리 몸에 어떠한 항원이 들어왔는 지는 특정한 항원이 T 림프구나 B 림프구 세포표면에 있는 특정한 항원수용체와 결합하기 때문에 알 수 있게된다.  우리 몸에 존재하는 항원수용체가 가지고 있는 그 특이성의 종류 (항원특이성)는 매우 다양하여, 어떠한 항원이 들어오더라도 그 항원을 인식할 수 있는 항원수용체가 존재한다.  그러나 하나의 림프구에 이들 모든 다양한 종류의 특이성이 존재하는 것이 아니라 개개의 림프구의 표면에는 특정한 한가지특이성의 항원수용체 만이 존재한다.  즉, 각각의 림프구 세포에는 각각 서로 다른 특이성의 항원수용체가 존재하므로, 림프구는 비록 그 성질이 비슷하긴 하지만, 결코 항원특이성이라는 측면에서 보면 결코 같지 않은 다른 세포 (림프구 클론, lymphocyte clones)로 존재하는 것이다. 그러나 우리 몸에는 서로 다른 한가지 항원특이성을 가진 림프구의 수가 수없이 많이 존재하기 때문에, 전체적으로 보면 어떠한 항원이 들어오더라도 그 항원과 반응할 수 있는 것이다. 림프구에는 크게 보아 두가지 종류의 항원수용체가 있는데, B 림프구에는 면역글로부린 (immunoglobulin, Ig)라고 부르는 항원수용체가 있으며, T 림프구에는 T 세포 수용체 (T cell receptor, TCR)라고 부르는 항원수용체가 있다. B 임프구의 항원수용체 즉 면역글로부린이 B 림프구에서 나와서 혈액에 있는 상태를 우리는 항체 (antibody)라고 부르고 있다.  TCR은 항체의 경우와는 달리 세포표면에서 떨어져 나가서 작용하지 않고, 언제나 T 림프구의 표면에 존재하기 때문에 혈액 중에는 TCR 단백질이 없는 것이다.  면역글로부린이나 TCR이 항원을 특이적으로 인식할 수 있는 이유는 이들 수용체와 항원의 상호작용이 서로 열쇠와 자물쇠처럼 서로 상보적 (complementary)으로 나타나기 때문이다.             림프구의 항원수용체와 항원이 서로 결합하고 적절한 조건이 주어지면, 림프구들은 그 수가 증가되고 (proliferation) 새로운 기능을 획득하게 된다 (differentiation).  이러한 단계를 활성화 단계 (activation phase)라고 하는 데, 이 과정을 통하여 특정한 항원과 작용할 수 있는 림프구 클론의 수가 늘어나고 그 기능도 향상되기 때문에, 획득면역반응은 보다 효과적으로 항원을 제거할 수 있게 된다.  이 과정을 거치는 동안 B 림프구는 플라즈마 세포 (plasma cell)이라고 부르는 특별한 세포로 분화되어, 다량의 항체를 세포 밖으로 분비하게 된다.  T 림프구는 활성화되면 면역반응을 조절하는 여러 가지의 T 림프구로 변화하게 되며, 다양한 형태의 면역반응이 나타나게 조절한다 (그림 4).           림프구들이 항원을 인식하고 활성화되면, 최종적으로 항원제거를 위한 면역반응이 일어나게 된다. 이러한 단계를 작용 단계 (효과단계, effector phase)라고 부른다. 이 과정에도 면역세포와 단백질이 관여하는 데, 이들을 각각 작용세포 (effector cells) 또는 작용단백질 (effector proteins)이라 부른다.  예를 들어, B 림프구는 활성화되면 플라즈마 세포로 전환되어 항체를 체액이나 혈액 중으로 방출하게 되는 데, 이 경우 플라즈마 세포는 항체를 만드는 작용세포인 것이다.  또한 플라즈마 세포가 만들어낸 항체는 항원과 결합하여 직접 항원을 무력화시키거나 제거되도록 하기 때문에 항체는 작용단백질인 것이다. 항원 의하여 활성화된 T 림프구들 중 일부는 도와주는 T 림프구 (조력 T cell, helper T cell)로 변하게 되어, B 림프구를 도와 항체가 만들어지게도 할 수 있으며, 기타 다른 면역세포와 작용하여 여러 종류의 면역반응이 유도되도록 작용한다.  일부의 T 림프구들은 세포독성 T 림프구 (cytotoxic T cell)로 활성화되어 직접 항원을 가지고 있는 세포를 파괴하여 항원이 제거되도록 한다.  이들 helper T cell이나 CTL도 작용세포인 것이다.     3-4) 체액성면역반응 (humoral immunity)과 세포매개성 면역반응 (cell mediated immunity)         면역반응은 면역작용을 수행하는 기작이 세포에 의해서 나타나는 지 단백질에 의해서 나타나는 지에 따라 다시 세포매개성면역반응과 체액성면역반응으로 구분한다 (그림 5).  세포매개성 면역반응은 cytotoxic T cell이나 자연살해세포의 경우처럼 세포가 직접 항원을 제거하는 경우를 말한다. 반면에 체액성 면역반응은 항체나 보체처럼 체액이나 혈액에 녹아있는 물질, 즉 세포와는 독립적으로 존재하는 단백질에 의하여 나타나는 면역반응을 말한다.  세포매개성 면역반응은 문제가 있는 세포를 직접 파괴함으로서 항원과 함께 문제가 된 세포를 죽이는 방법으로, 주로 종양세포에 대한 면역반응이나 바이러스에 감염된 세포에 대한 면역반응에서 볼 수 있다.  반면에 체액성면역반응은 세포와는 독립적으로 항원과 반응하므로, 세포와 연관되어 있지 않는 세균 등과 같은 항원에 대한 면역반응에서 볼 수 있다.  비록 체액성면역반응이 세포와는 독립적이긴 하지만, 항체를 만들기 위하여 여러 가지 세포들의 상호작용이 필요할 뿐 아니라, 항체와 반응한 항원을 제거하는 데에도 다른 면역세포가 관여하기 때문에 체액성 면역반응이 세포와는 완전히 독립되어 있는 것은 아니다.    3-5) 클론 선택 이론 (clonal selection theory)         획득면역반응은 아주 특이적이긴 하지만, 아주 다양하여 어떠한 항원에 대하여도 일어날 수 있다.  항체의 경우 어떻게 그 특이성과 다양성이 동시에 얻어질 수 있는 지 살펴보자.  항체는 원래 B 림프구들이 세포표면에 있는 항원수용체로서, 항원에 의하여 B 림프구가 활성화되면 만들어져 혈액이나 체액에 분비되는 단백질이다.  각각의 항체 분자는 한가지의 항원과만 특이적으로 결합할 수 있기 때문에, 다양한 항원과 반응하기 위하여는 특이적인 항체가 아주 많이 존재하여야 한다. Burnet은 획득면역의 다양성과 특이성이 항원이 자신과 반응할 수 있는 항원수용체를 가진 림프구 클론을 선택하여 활성화시킴으로서 나타난다고 주장하였다 (그림 6).  우리 몸에 있는 수많은 B 림프구들은 각각 세포표면에 한가지 특이성의 항원수용체 즉 한가지 특이성의 항체만을 가지고 있으며, 서로 다른 B 림프구들은 세포 표면에 있는 항체분자가 서로 다르다.   이와 같이 항원수용체 즉 항체의 항원특이성이 서로 다른 각각의 B 림프구들을 B 림프구 클론 (B lymphocyte clone)이라고 부르는데, 우리 몸에는 항원이 들어오기도 전에 이미 수많은 항원과 반응할 수 있는 다양한 종류의 림프구 클론들이 존재하고 있다 (B cell repertoire).  항원이 들어오면 그 항원과 반응할 수 있는 항원수용체를 가진 B 림프구 클론들만이 항원을 인식하여 활성화되며, 결과적으로 항원에 특이적인 항체 반응이 나타나는 것이다.  Burnet의 이러한 주장은 항원이 자신과 반응할 수 있는 림프구 클론 만을 선택적으로 활성화시킨다 하여 클론선택이론이라고 부른다.  이와 같은 클론선택 과정은 T 림프구에 의한 면역반응에서도 나타난다.  수많은 T 림프구들도 각각 서로 다른 한가지 항원특이성의 T 세포 수용체만을 가지고 있는 T 림프구 클론으로 존재하기 때문에, 항원에 의하여 특정한 클론만이 선택되게 되어 특이적인 T 림프구 반응이 유지되는 것이다.  이 이론에 의하면 면역반응이 다양한 항원과 반응할 수 있기 위하여는 다양한 항원의 수만큼 많은 림프구가 필요하다는 단점이 있지만, 면역반응이 정확하게 주어진 항원에 대하여만 유도된다는 획득면역반응의 특이성을 잘 설명하여 주고 있다. 실제로, 우리 몸에 있는 T 림프구나 B 림프구의 수는 엄청나며, 그 항원 특이성도 매우 다양한 것으로 확인되었으며, 특정한 항원과 반응할 수 있는 특이적인 항원수용체는 그 항원이 들어오기 전에도 이미 우리 몸 안에 존재하는 것으로 확인되었다.  항원이 들어오기 전에 이미 존재하는 수많은 다양한 항원특이성을 가진 전체 림프구의 모임을 T 림프구 레파토리 또는 B 림프구의 레파토리 (T cell repertoire or B cell repertoire)라고 부른다.  마치 우리가 노래방에서 선곡하듯이, 획득면역반응은 B 림프구와 T 림프구 레파토리 중에서 항원과 결합한 림프구 클론이 선택적으로 증식하고 분화하여 나타나는 것이다.  이 클론선택의 방법은 다양성에 대하여는 잘 대처하고 있는 방법이기는 하지만, 면역체계의 유지와 면역반응의 강도를 생각한다면 한가지 문제를 가지게된다.  우리 몸의 면역체계는 수 억가지의 다양한 임프구 클론을 유지하기 위하여 개객 클론의 수를 최소한 보유하게된다.  즉 우리 몸은 골수에서 혈구생성과정을 통하여 적은 수의 다양한 클론만을 가지고 있게 되며, 결과적으로 항원이 처음들어왔을 때 그 반응이 느리게 나타나게된다. 즉, 특정한 항원이 우리 몸에 처음으로 들어오게되면, 다양한 림프구 클론 중에 그 항원과 반응하는 소수의 특정한 클론이 활성화되어 증식하게되어 그 클론의 수가 많이 늘어나게 되며, 결국 그 클론들이 가지고 있는 면역반응이 유도되는 것이다. 그 후 면역반응 결과 특정한 항원이 사라지게 되면, 활성화된 림프구 클론들은 세포자살과정을 통하여 대부분 사라지게되고, 일부 만이 같은 항원의 재침입을 대비하여 남게된다. 이렇게 면역반응결과 활성화된 후 죽지 않고 남아있는 림프구들을 기억세포 (memory cell)라고 부르며, 그 결과 한번 침입한 항원과 반응할 수 있는 클론의 수는 처음보다 많이 증가되게 되는 것이다. 이들기억세포 클론들은 또한 같은 항원이 다시 침입하게되면 보다 효과적으로 그 항원과 반응하여 순식간에 많은 수의 림프구 클론으로 증식하게 되어, 재 침입한 항원을 효과적으로 제거하게 된다. 이러한 반응이 면역반응의 특이성과 기억성질을 설명해주는 것이다.

4. 면역을 구성하는 분자, 세포 및 조직

4-1) 항원 (antigen)과 항체 (antibody)         일반적으로 항원은 항체와 결합하는 물질로서, 항체의 생산을 유도하는 물질로 알려져 있다. 그러나 어떤 항원은 항체가 아닌 다른 종류의 면역반응과도 반응을 하기도 한다.  예를 들어 T 림프구와 반응하는 물질도 항원이라고 부른다.  원칙적으로 단백질, 지방, 핵산, 탄수화물 그리고 수많은 화학물질등 거의 모든 물질이 항원이 될 수 있으며, 이런 모든 종류의 항원에 대하여 항체가 만들어질 수 있다.   그러나, 모든 종류의 항원이 언제나 스스로 면역반응을 유도할 수 있는 것은 아니다. 일부의 항원은 항체와 결합할 수는 있지만, 그 항원 자체만 가지고는 스스로 항체 생산을 유도할 수가 없는 경우도 있다.           항체 (antibody)는 항원과 결합하는 단백질을 말하며, 주로 혈액에 많이 존재하고, 체액이나 조직에도 존재하며, 심지어 조직 밖으로 분비되기도 한다. 항체는 원래 B 림프구의 표면에 있던 면역글로부린 (immunoglobulin, Ig)이며, B 림프구에서 항원수용체의 기능을 하는 단백질이다. B 림프구 표면에 있던 면역글로부린이 항원의 자극으로 인하여 세포 밖으로 분비된 형태를 항체라고 부른다. B 림프구의 표면에 있는 면역글로부린은 B 림프구 클론마다 한 가지 종류 밖에 가지고 있지 않기 때문에, 특정한 항원에 의하여 일부의 B 림프구 클론들만이 선택적으로 활성화되어 항체가 만들어진다.  항체는 단지 항원과 결합하기만 하며, 그 결과 항원의 작용을 무력화시켜,  항원의 감염성이나 독성을 중화시킬 수 있다 (neutralization).  항체는 또한 효과적으로 다른 세포나 다른 단백질들을 활성화시킬 수 있는 데, 그 결과 항체와 결합되어 있는 항원이 제거되도록 만들 수 있다.   4-2) 사이토카인 (cytokine)과 보체 (complement)         면역반응의 진행에는 세포와 세포사이의 상호작용이 매우 중요하다.   예를 들어 대식세포가 항원을 T 림프구에 보여준다든지, T 림프구가 B림프구에 도움을 준다든지 하는 모든 과정에 세포들 간의 직접적인 접촉이 필요하다 (그림 7).  세포들의 상호작용에는 세포간의 직접적인 접촉 외에도, 면역세포들이 만들어서 분비한 특별한 단백질들에 의해서도 나타날 수 있는 것으로 확인되었다 (그림 7). 이러한 단백질들은 호르몬처럼 자신이나 다른 세포에 작용하여 세포의 성질을 변하게 만들기 때문에 사이토카인 (cytokine) 또는 림포카인 (lymphokine)이라고 부른다.           보체 (complement)는 혈액 중에 녹아 있는 단백질들로서, 항체가 결합된 미생물을 죽이는 단백질로 처음에 확인되어, 항체의 기능을 보충해주는 단백질, 즉 보체라는 이름을 얻게 되었다.  보체는 활성이 없는 전구체 상태로 존재하는 여러 가지의 단백질들의 모임인데, 이들은 미생물의 어떤 구조에 의해 활성화되기도 하며, 항원과 결합된 항체에 의해서도 활성화되어, 항원을 제거하는 역할을 한다.       4-3) 면역세포         면역세포는 일반적으로 백혈구라고 부르는 세포로서, 혈액에도 존재하며, 조직에도 존재한다.  림프구 (lymphocytes)는 면역반응을 결정짓는 가장 중요한 세포들로서, B 림프구, T 림프구, 자연살해세포등 세 가지 그룹이 있다.  이들은 모두 골수 (bone marrow)의 전구세포 (stem cell)부터 분화 성숙되어 만들어지며, 일정기간 활동한 후 없어지고 다시 만들어지는 세포들이다.   B 림프구는 항원과 반응하여 항체를 만드는 세포이고, T 림프구는 다른 면역세포와 작용하여 면역반응을 조절하거나 직접 다른 세포를 죽이는 세포들이고 자연살해세포 (NK cell)은 자연면역반응에서 세포를 죽이는 역할을 수행하는 세포이다.         림프구를 도와 면역반응이 효과적으로 일어나도록 도와주는 세포 통틀어 보조세포 (accessory cells)라고 하는 데, 여기에는 단핵식균세포 (mononuclear phagocytic cells)와 과립구 (granulocytes)를 들 수 있다.  단핵식균세포들은 자연면역반응에서 침입한 미생물을 식균작용으로 죽이는 기능을 하기 때문에 일차적인 방어체계를 형성한다. 과립구(granulocytes)는 혈액에 존재하는 백혈구 (leukocytes)로서 세포질에 많은 과립성 입자를 가지고 있다.  이들 세포들은 염색약에 염색되는 성질에 따라 호중구 (neutrophil)나 호염구 (basophil) 또는 호산구 (eosinophil)로 나뉘어 진다.  이들은 식균작용이 있으며, 염증반응이나 알러지 (allergy) 반응에서 중요한 역할을 한다.  그 외에 mast cell (비만세포), dendritic cell (수지상세포), platelet (혈소판) 등도 면역반응에서 중요한 역할을 하는 세포들이다

출처 : 현기블로그

글쓴이 : 조현기 원글보기

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