면역계의 세포 종류 및 기능

면역세포는 백혈구라고도 불리며, 크게 골수 세포(myeloid cell)와 림프 세포(lymphoid cell)로 나눌 수 있다.

면역계 세포

면역계의 세포는 골수의 만능 조혈모세포(pluripotent hematopoietic stem cell)로부터 유래한다. 만능 조혈모세포로부터 공통 림프 전구세포(common lymphoid progenitor) 및 공통 골수 전구세포(common myeloid progenitor)가 생성되고, 다양한 유형의 림프구와 골수 세포로 분화된다. 구체적으로 생성된 공통 림프 전구세포로부터 주요 림프구 세포 유형인 T 세포, B 세포, 자연살해세포(NK 세포)가 만들어진다. 생성된 공통 골수 전구세포로부터 주요 골수 세포 유형인 호중구(neutrophil), 호산구(eosinophil), 호염기구(basophil), 수지상세포(dendritic cell), 비만세포(mast cell) 및 단핵구(monocyte)/대식세포(macrophage)와 적혈구, 혈소판이 만들어진다. 성숙한 특정 림프구와 골수 세포 유형으로 분화되면 골수를 빠져나가 혈류를 따라 순환하면서 필요할 때까지 또는 죽을 때까지 순환하거나(과립구), 조직 특이적 인자의 영향 하에 추가로 분화하는 말초조직으로 이동하거나(단핵구, 비만세포, 수지상세포), 특화된 구획에서 추가로 선별 및 분화를 거친다.

각각의 세포들의 역할 및 기능을 살펴보고자 한다.

선천면역계의 대다수를 이루고 있는 세포는 골수 세포다. 골수 세포 유형으로 대식세포(macrophage), 비만세포(mast cell) 및 수지상세포(dendritic cell)는 선천면역계에서 보초병 역할을 한다. 대식세포와 비만세포는 조직에 상주하는 세포로 병원체의 존재를 인식하는 첫 번째 전용 면역세포이다. 이들 세포 유형은 사이토카인(cytokine), 케모카인(chemokine) 및 혈관 활성 아민과 지방 같은 기타 유동성 매개체의 생성하여 감염을 감지하고 면역반응을 증폭시키는 역할을 한다.

대식세포

대식세포는 혈류에서 순환하는 단핵구(monocyte)가 조직 내에서 자리 잡게 되면 조직에 특화되어 분화된 세포이다. 따라서 조직에 따라 간에서는 쿠퍼세포, 뇌에서는 소교세포, 신장에서는 사구체 간질세포, 폐에서는 폐포세포, 뼈에서는 파골세포로 불린다. 이처럼 대식세포는 조직 특이적이지만, 조직에 상주하는 모든 대식세포는 식균 작용(phagocytosis)/세포 내부 살해 작용을 나타내고, PRR을 통해 사이토카인 및 케모카인을 생산한다. 또한, 항원 제시 및 NET(neutrophil extracellular trap) 형성 기능을 가진다.

비만세포

비만세포는 수많은 세포질 과립의 내용물을 방출함으로써, 혈관 투과성 증가에 중요한 역할을 한다. 비만세포 과립은 국소 혈관계에 큰 영향을 미치는 혈관 활성 아미노산 히스타민을 많이 함유하고 있다. 비만세포의 탈과립(degranulation) 작용은 과립의 직접적인 손상, 보체 성분에 의한 반응, PAMP와의 접촉 및 비만세포의 세포막 수용체와 결합된 항체(IgE)에 결합하는 특정 항원에 의해 유발될 수 있다. 탈과립 작용으로 기형성 된 물질로 히스타민뿐만 아니라 과립 단백질 분해효소와 결합하는 프로테오글리칸(proteoglycan), 보체 C3의 활성화 및 글루코사민의 분리 효과를 나타내는 중성 단백질 분해효소(β-glucosaminidase), 호산구 주화성 인자 ECF(eosinophil chemotactic factor), 호중구 주화성 인자 NCF(neutrophil chemotactic factor), 혈소판 활성 인자, 인터류킨(interleukin), GM-CSF(granulocyte-macrophage colony stimulating factor), TNF(tumor necrosis factor)을 방출한다.

수지상세포

수지상세포는 림프절 내에 존재하는 T 림프구를 위한 항원제시 작용을 통해 선천면역계와 적응 면역계의 가교 역할을 한다. 수지상세포는 수상돌기를 가지고 있어, 주변 환경과 접촉을 극대화할 수 있다. 수지상세포는 대식세포와 다르게 PRR을 통한 자극이 들어오면 활성화되지 않고 림프구로 이동하여 항원제시를 통한 적응 면역을 활성화하는 기능을 수행한다. 수지상세포는 항원의 펩타이드 조각을 주조직 적합성 복합체(major histocompatibility complex, MHC) 분자로 만들어 T 세포에 제시하고, B7 리간드를 통한 공동 자극 신호(costimulatory signal)를 생산해 낸다. PAMP 매개 자극은 효과적인 항원제시 및 공동 자극 신호의 제공이 가능한 세포로의 성숙을 유도하여 림프절로의 이동을 향상한다.

과립구

호중구, 호산구 및 호염기구를 포괄적으로 과립구(granulocyte)라 부른다. 과립구는 조직에 상주하지 않고 혈류를 순환하면서 말초조직으로 들어가는 신호를 기다린다. 호중구는 혈류를 순환하는 백혈구 중 가장 백혈구이며, 백혈구의 50% 이상 및 과립구의 97%를 차지하고 식균 작용 및 살균 능력이 우수하다. 세포 외부 박테리아와 효모를 포획하여 잡아먹는 데 능숙하고, 감염이 발견된 지 몇 시간 이내에 감염된 부위에 신속하게 도달한다. 호산구 및 호염기구는 좀 더 전문화된 역할을 한다. 이들은 탈과립 과정을 통해 히스타민, DNA 분해효소, 지방분해효소, 과산화효소, 단백질분해효소 및 세포독성 단백질 등 과립 성분들을 기생충에 직접적으로 방출하여 기생충의 바깥쪽 껍질을 공격하고 뚫을 수 있다. 또한, 적응 면역반응의 고유성을 형성하는 데 중요한 역할을 하는 사이토카인을 생산한다.

림프구

적응 면역계의 대다수를 이루고 있는 세포는 림프 세포(림프구)이다. 림프 세포의 주요 유형은 T 림프구(T-lymphocyte), B 림프구(B-lymphocyte) 및 NK 세포(natural killer cell)이다. T 림프구 및 B 림프구는 적응 면역계의 중심 역할을 한다. 이들은 비교적 제한된 수의 수용체 전구체 유전자로부터 유전자 재조합 과정을 통해 항원이라는 특정 분자 구조에 반응하는 세포 표면 수용체를 생성한다. T 세포 수용체(TCR) 및 B 세포 수용체(BCR 또는 항체)는 항원에 대해 정교하게 특화되어 있다. T 림프구와 B 림프구는 클론 확장(clonal expansion)을 통해 병원균에 특이적인 TCR 및 BCR을 보유한 림프구의 신속한 증대할 수 있고, 면역반응 개시 5 내지 7일 이내에 많은 수의 병원균 특이적 T 세포 및 B 세포가 만들어진다. 이들 세포는 수년 동안 신체에 머물 수 있고 이후 동일한 병원균이 다시 침입하게 되면 신속하게 병원균에 특화된 면역반응을 일으킬 수 있다.

NK세포

NK 세포는 림프구이지만 선천면역계에서 중요한 역할을 하며, 적응 면역계에서 핵심 역할을 하는 MHC의 존재 여부를 감시한다. NK 세포는 T 세포 및 B 세포의 수용체와 구별되는 생식세포 계열 발현(germline-encoded) 수용체(NK 수용체)를 사용하여 비정상적인 MHC 프로파일을 나타내는 세포를 죽인다. 예컨대 바이러스가 감염되면 세포 내 단백질 합성이 저해되어 MHC 단백질 발현이 억제되고 이러한 비정상적인 MHC 단백질 발현을 보이는 세포를 인지하여 죽인다. 또한 DNA 손상과 같은 특정 스트레스 조건에서 발현되는, 정상적인 세포에서 발현되지 않는 비고전적 MHC 단백질 또는 다른 종류의 단백질을 인식하여 표적세포를 죽인다.