선천 면역반응 VS 적응 면역반응

병원체의 감염에 맞서는 방어체계를 면역(immunity)이라 한다. 병원체는 세포 내부 및 세포 외부의 박테리아, 바이러스, 효모, 기생충, 단세포 기생충, 곰팡이 등 여러 종류가 있으므로, 다양한 면역 반응이 필요하다.

면역반응은 비 자기(non-self)로부터 유래한 병원체 연관 분자 패턴(pathogen-associated molecular pattern, PAMP)이나 숨겨진 자기(hidden self)로부터 유래한 위험 연관 분자 패턴(danger-associated molecular pattern, DAMP)의 인지로 시작된다. 세포 표면에 부착되어 있거나 유동적으로 존재하는 패턴 인식 수용체(pattern recognition receptor, PRR) 분자는 PAMP나 DAMP를 인지한다. PRR의 활성화는 직접적으로 감염체를 죽이거나 식균 작용에 의해 병원체를 에워싸서 다양한 사이토카인(cytokine) 또는 케모카인(chemokine)과 같은 신호 매개 단백질을 통해 면역반응을 유도 및 증폭한다.

선천 면역반응 VS 적응 면역반응

면역계

면역계는 세 가지 방어 메커니즘으로 이루어져 있다. 첫 번째 면역 방어체계는 물리적 방어체계(physical barrier)이다. 물리적 방어체계로 피부와 호흡기, 소화관, 생식기관의 안쪽 표면에 위치한 점막 상피가 점액 물질을 분비하여 외부 감염으로부터 보호한다. 다양한 종류의 감염 병원체들은 상기 점막에 침입하여 체내로 들어오기 때문에 물리적 방어체계의 손상은 쉬운 감염의 원인이 된다. 예컨대, 상처와 긁힘 등에 의해 쉽게 감염이 일어나게 된다. 두 번째 면역 방어체계는 선천 면역반응(innate immunity)이다. 선천 면역반응은 외부 감염 물질이 체내에 들어오자마자 활성화되며 효율적인 방어체계를 구축하여 빠르게 감염 병원체를 제거한다. 또한, 세 번째 면역 방어체계인 적응 면역반응(adaptive immunity)을 활성화하여 항체(antibody)와 같은 면역 특이적 방어체계를 구축하고, 감염 물질의 특성을 감별할 수 있는 능력을 획득하여 이후 시간이 지나 재차 침입한 병원체를 특이적이고 효과적으로 제거할 수 있게 한다.

선천 면역계

선천 면역계는 체내에 정상적으로 존재하는 물질이 아닌 감염체에서 광범위하게 보존된 성분인 PAMP를 인지한다. 선천 면역계가 PAMP를 인지하기 위해 사용하는 분자 및 수용체, 구체적으로 PRR은 미생물 감염체에서 일반적으로 발현되는 넓은 범주의 외부 분자에 반응한다. PRR은 자기와 비 자기를 구별할 수 있는 능력을 갖추고 있다는 점에서 장점이 있는 반면, 돌연변이가 잘 일어나지 않으므로 각각의 병원체에 대한 특이성이 약하다는 점에서 단점이 있다. 이러한 이유로 선천 면역반응은 특정 병원체에 맞게 특화될 수 없다.

선천 면역계가 PAMP를 인지하면 빠르게 활성화되어, 병원체를 잡아먹거나 단백질 분해효소 또는 병원체의 세포막을 공격하는 단백질을 이용해 단시간에 제거할 수 있다. 선천 면역반응의 주요 구성요소는 대식세포(macrophage), 호중구(neutrophil), 보체(complement), 라이소자임(lysozyme)과 같은 유동성 살균 단백질을 포함한다.

그러나 감염체가 초기 공격을 피하게 되는 상황에서는 각각의 병원체에 존재하는 특이적 결정 인자에 맞춰 보다 특화된 면역반응이 필요하며, 이때 적응 면역반응이 가동되어야 한다.

선천 면역반응이 일어나고 4 내지 5일 후 적응 면역반응이 활성화되어 감염된 병원체가 원래 가지고 있는 특정 부분에 특이적으로 면역작용이 일어난다. 

적응 면역계

적응 면역계는 적은 수의 수용체 전구체의 임의적 유전자 재조합을 통해 많은 수의 특정 항원에 대한 수용체, 예컨대 항체를 만들 수 있다. 적응 면역계의 항원 수용체가 특정 병원체를 인식하도록 제작되고 면역 기억(immunological memory)에 의해 특정 감염체를 접할 때마다 면역반응이 향상된다.

적응 면역반응은 다양한 세포막 수용체를 통한 병원체의 특이적인 구조를 인지하는 T 림프구와 B 림프구로 구성되어 있다. 적응 면역반응은 T 림프구와 B 림프구에 의해 유도되며 세포 표면에 특정 항원에 대한 특정 수용체를 발현하여 다양한 외부 병원체를 인지할 수 있다. T 림프구 또는 B 림프구에 의해 인지되는 외부 물질을 항원(antigen)이라고 하며, 림프구에 의한 항원 인지 반응은 1차 면역반응을 일으켜 면역세포들을 분화하거나 증식한다. 또한 다양한 면역반응을 유도 및 활성화할 수 있는 여러 종류의 면역세포의 수 및 기능을 증폭한다. 특정 항원 수용체를 갖는 세포의 빠른 분열을 가능하게 하는 클론 확장(clonal expansion)이라는 과정을 통해 특정 항원을 보유한 감염체를 처리할 수 있는 림프구를 증가시키고, 다음에 같은 항원에 노출되면 기억 반응(memory response)에 의해 면역반응이 더 강력하고 신속하게 일어날 수 있도록 한다.

선천 면역계와 적응 면역계의 상호작용

선천 면역반응과 적응 면역반응은 서로 상호의존적으로 외부 병원체를 인지하여 제거한다. 외부 병원체가 감염되었을 때 초기에 비특이적인 선천 면역반응이 즉시 빠르게 활성화되어 감염 병원체를 죽이거나 더 이상 감염 물질이 퍼지지 않도록 유지해 적응 면역반응이 활성화될 수 있는 시간을 확보한다. 적응 면역반응이 활성화되면 특정 감염 물질에 대해 선택적이고 특이적인 면역반응을 유도하는 면역세포들을 증식하여 병원체를 공격해 죽인다.