The Immune System

The Immune System

생명체의 방어 작용 - 침입자들과 그들이 생산하는 해로운 물질로부터 몸을 보호하도록 기능하는 기관의 조직과 세포들로 구성



1. The first line of defense

- 표피 (integument) : 외부의 침입에 대한 1차 방어선 역할
- 피부 -> 케라틴 (keratin) 단백질 : 박테리아 효소에 대한 저항성
- 땀샘, 지방샘에서 분비하는 지방산 : 박테리아에 대한 독성
- 호흡기관 - 점액 분비 -> 미생물을 모아 섬모 운동을 통해 수송
- 위 : 위산 분비
- 분비액 : 항박테리아 효소인 리소자임 (lysozyme) 분비 -> 박테리아 세포벽의 화학결합을 끊는다.


2. Secondary defenses : Non-specific and specific

- 비특성 방어 : 균 종류에 무관하게 작용, 직접적&즉각적 -> 화학 물질과 특정 백혈구 사용
- 특성 방어 : 특정 균에 대해서만 작용, 방어 물질을 준비하는데 일정 시간 필요


(1) 비특성 화학적 방어 

침입당한 세포가 침입한 미생물을 죽이거나 침입 속도를 저지하는 화학 물질을 분비하는 것


1. 히스타민 (histamine) 
- 피부에 염증에 생기고 감염되면 빨갛게 부풀어 오르는 현상을 일으킴, 상처 부위로 흐르는 혈액량을 늘리고 그 부위의 모세혈관의 투과성을 높임 
-> 여러 방어 물질이 빠른 속도로 도달할 수 있게함
cf. 항히스타민 (antihistamine) : 히스타민의 반응을 감소시킴

2. 키닌 (kinin) 
- 혈액 순환을 활발하게 하고, 모세혈관의 투과성을 촉진시킴, 식세포인 백혈구 유도, 신경 말단에 작용하여 통증 유발 
-> 똑같은 상처를 내지 못하도록 심리적 영향 줌

3. 보체 (complement) 
- 약 20 종류의 혈장 단백질, 연쇄적으로 작용하며 각 단계마다 효과 증폭, 박테리아 표피를 둘러싼 후 식세포막의 C3b 수용체와 결합 
-> 특정 인식부위와 결합함으로써 식세포로 하여금 박테리아 분해를 쉽게 한다. 
-> 옵소닌 작용 (opsonization), 박테리아의 지질막에 구멍을 뚫어 세포에 물이 들어가 터지게 함

4. 인터페론 (interferon) 
- 바이러스의 침입에 저항하도록 생체내 세포를 자극하는 물질, 바이러스의 침입을 받지 않은 세포 표면에 붙어 보호 
-> 바이러스의 외피단백질 합성 차단, 염증반응과 면역반응 촉진


(2) 비특성 세포적 방어 

백혈구가 침입한 미생물을 공격하는 것 (백혈구는 적색골수의 간에서 형성)


1. 식세포 (phagocyte)
- 산성백혈구 (eosinophil), 중성백혈구 (neutrophil), 단핵구 (monocyte)
- 키닌, 보체 등의 화학물질에 의해 감염 장소로 유도 (때로는 침입 박테리아가 직접 유도 물질 분비)
- 박테리아와 망가진 세포 조각 삼킴 -> 액포 속으로 이동 -> 액포가 리소자임과 결합하여 박테리아 분해
e.g. 고름 (pus) - 식세포들이 체내에 침입한 박테리아와 싸우다 죽은 잔해

a) 산성백혈구 (eosiniphil) - 기생충 및 연한 몸을 가진 유충 공격
(표면에 결합한 뒤 독성 입자를 축적시킴), 약한 식세포 작용

b) 중성백혈구 (neutrophil) - 침입 부위에 가장 먼저 도착. 침입 부위에서 방출되는 화학물질에 의해 유도

c) 단핵구 (monocyte) - 상처 부위에 도착하면 커다란 대식세포 (macrophage)로 성장 -> 침입세포와 세포 조각 제거. 특성 방어, 일차 면역반응에 중요
                              


2. 자연킬러 세포 (natural killer cell; NK 세포)
- 소화되어 있는 것, 바이러스에 감염된 것을 없앤다.
- 림프구군에서 유래
- 림프구가 특성방어를 할 수 있는 부수적 기능을 갖고 있는데 반해 비특성 방어만 수행
- 자신의 병든 세포만을 공격 (NK cell에 문제가 생기면 암의 발달과 확산으로 연결)


3. Specific chemical and cellular defenses



(1) 림프조직과 림프구

림프조직 (lymphoid tissue) - 림프구가 모여있는 조직
- 1차 림프조직 : 흉선과 적색골수에 존재
- 2차 림프조직 : 지라, 림프절, 편도선, 아데노이드에 존재
- 림프구 : 초기 태아기의 적색골수에서 생성되는 백혈구
- 1차 림프 조직에서 발생하고 성숙하며, 2차 림프조직에서 작용

(2) B 림프구와 T 림프구

- T cell : 흉선에서 분화
- B cell : 적색골수와 태아의 간에서 생성 -> 불활성 상태의 T cell과 B cell은 비슷하지만 활성화되면 T cell에는 유리 리보솜 수가 증가하고, B cell에는 조면소포체 발달
1) 체액성 반응 (humoral response) : 특성 화학적 방어인 항체를 분비하는 현상. 대부분의 B cell은 항체를 분비하는 체액성 반응을 한다. (일부는 기억세포 (memory cell) 로 활동 -> 면역성 지속 역할)

2) 세포성 반응 (cell-mediated response) : 침입세포에 직접 작용. B cell 활성화, 면역작용 억제, 기억세포 역할

(3) 항체와 체액성반응

항체 (antibody = 면역글로불린, immunoglobulin)
- B cell에서 생산되는 특수 단백질, 항원에 대한 반응으로 생성

항원 (antigen = 면역원, immunogen)
- 항체에 결합하여 반응을 자극하는 특수 부위 (항원결정소, antigenic diterminant) 를 갖는다 (항원 결정소 -> 각기 다른 항체의 형성 유도)

1) 항체의 구조
- 4개의 폴리펩티드로 구성 -> 2개의 긴 H 사슬 (heavy chain) 과 2개의 짧은 L 사슬 (light chain) 이 이황화물 결합 (disulfide linkage) 으로 연결되어 Y자 모양 형성
- 변이부 (variable region) -> 각 사슬의 말단, 항원과 결합하는 부위로 아미노산 서열이 항체마다 다름
- 불변부 (constant region) -> 변이부 밑에 위치, 같은 부류에 속하는 항체끼리 아미노산 서열이 똑같은 부위. 불변부 특성에 따라 IgG, IgA, IgM, IgD, IgE로 구분

IgG	단량체 구조, 1차 감염 후기와 2차 감염시 혈액에 존재  보체를 활성화시킴, 태아의 면역 (침입세포 용해)
IgA	2량체 또는 단량체, 젖, 호흡기 점액, 침샘, 눈물, 창자벽 등에 존재
IgM	혈액 내에 5량체로 존재, 단량체는 B cell의 세포막에 있는 수용체로 만들어져 처녀 B cell 형성에 중요한 역할 수행
IgD	B cell 표면에 단량체로 존재, IgG와 함께 1차 면역반응 수용체와 촉진자 역할
IgE	단량체로 극소량 존재, 알레르기 반응에서 마스트 세포와 협동하여 조직의 염증과 관계있는 히스타민 분비 촉진

- 자유롭게 떠다니는 항체는 혈류 속에 떠다니며, 결합된 형태는 B cell의 원형질 막에 결합되어 있으며, B cell이 항원을 인식하는데 중요한 역할 수행

2) 항체와 항원의 상호작용
 

- 항체 한 분자가 여러 항원과 결합 -> 항원의 위치가 식세포에 쉽게 노출
- 보체계 (complement system) 자극 -> 침입 세포에 구멍을 뚫어 삼투압에 의해 세포가 터지게 함
- 옵소닌 작용 (opsonization) : 보체가 침입세포와 결합하여 식세포 작용을 일으키도록 하는 작용

• 항체의 불변부에 Fc 부위 (Fc region) 가 있으며 식세포에는 이 부위와 결합하는 Fc 수용체 (Fc receptor) 존재
  

-> 항체는 한쪽 끝에서 항원과 결합하고 다른 쪽 끝에서는 식세포와 결합 (체액성 반응의 B cell은 항원 인지능력과 T cell과의 협력에 의존한다)

(4) 림프구와 세포의 인식 

식세포 - 외부 침입 미생물의 종류에 관계없이 비특성적으로 작용
림프구 - 항원 항체 반응에 의해 특성적으로 반응

1) MHC와 자체 인식 (recognition of self)
주조직 적합성 복합체 (majir histocompatibility complex ; MHC) : 각 개체의 개인적 특징을 이루는 단백질 (사람의 경우 6번 염색체에 존재)
사람의 경우 MHC는 I종 (class I), II종 (class II), III종 (class III) 3 종류의 단백질 형성
(I, II종은 세포 표면단백질을 형성 (MHC protein)하고, III종은 화학방어 단백질인 보체 형성)
-> 태아 발생시 각 세포는 I 종 또는 II 종 MHC protein이 표지
-> MHC protein에 의해 T cell은 모든 세포가 자신의 세포인지 아닌지를 식별 (T cell의 세포막에는 I종 또는 II종의 단백질을 인식할 수 있는 T-cell receptor가 있음) 
-> T cell에는 MHC 단백질을 인식하는 부위 근처에 항원인식 수용체가 같이 존재하므로 자기 자신의 세포라는 것과 항우너을 동시에 인식하는 경우에만 공격

2)