32. 체액성 면역의 작동 기전

체액성 면역의 작동 기전

체액성 면역은 항체에 의해 매개되며, 이것은 세포 외 미생물과 미생물 독소에 대한 방어를 담당하는 적응면역계 기전입니다. 항체는 B 림프구와 형질세포에 의해 림프 기관과 골수 내에서 생산되지만 작동 기능은 생산된 곳과는 멀리 떨어진 곳에서 수행됩니다. 항체들은 점막 분비물에 들어가서 먹거나 흡입된 미생물에 대한 방어를 담당하며, 혈액 내로 들어가서 순환하다가 항원이 있는 곳에 도달할 수 있습니다. 그러므로 체액성 면역은 초기 인식 단계와 활성화 단계는 비장, 림프절, 점막 림프조직 내에서 일어나지만 작동 단계는 전신적입니다. 방어면역을 매개하는 항체는 이전의 항원 접촉에 의하여 만들어져 있던, 수명이 긴 형질세포에 의해 활성화에 의하여 만들어집니다. 감염이나 예방접종에 의하여 미생물이나 항원에 처음으로 노출되면 미감작 B 림프구는 활성화되어 항체 생산 세포와 기억세포로 분화됩니다. 항체 생산 세포의 일부분은 골수로 이주하여 여기에서 살면서 항원이 제거된 후에도 수년간 항체를 계속 생산합니다. 정상인의 혈청 내에 있는 IgG의 절반 이상이 살아오는 동안 마주친 다양한 항원에 대한 이런 수명이 긴 항체 생산 세포에 의해 만들어지는 것으로 생각되고 있습니다. 동시에 항원은 수명이 긴 기억 B 세포들을 활성화하여 항체가 급격히 다량 생산되게 하여 이차적이며 더욱 효과적인 방어를 제공합니다. 항체의 기능은 Ig 분자의 가변부에 항원이 결합하면 촉발됩니다. 작동 기능은 중쇄 불변부에 의하여 매개되며, 여러 가지 Ig 중쇄들은 서로 다른 작동 기능을 수행합니다. 항체의 작동 기능에는 항원의 중화, 옵소닌화된 입자의 Fc 수용체 의존성 포식 작용, 보체계의 활성화 등이 있습니다.

미생물과 미생물 독소의 중화

항체는 세균과 결합하여 세균과 세포의 수용체 사이의 결합을 구조적으로 방해함으로써 미생물의 감염성을 차단 또는 중화합니다. 항체는 독소가 숙주세포에 부착하는 것을 방해함으로써 같은 방법으로 독소의 병리 작용을 차단합니다. 독소의 중화는 항체의 구조 중 항원 결합 부위만 있으면 됩니다. 그러므로 이러한 중화는 순환 중인 어떤 동형의 항체에 의해서도 일어날 수 있습니다. 혈액 내의 대부분의 중화항체는 IgG 동형이며, 점막에서는 IgA 동형입니다.

항원 매개적 옵소닌화와 포식작용

IgG 동형의 항체는 미생물을 옵소닌화하여 포식세포의 Fc 수용체와 결합하게 함으로써 포식작용을 도와줍니다. 단핵 포식세포와 호중구는 세포 내 살해와 분해의 전 단계로서 미생물을 섭취합니다. 이런 포식세포들은 직접적으로 미생물과 결합하여 섭취할 수 있는 다양한 표면 수용체를 가지고 있어서 항체가 없더라도 선천면역의 한 기전을 제공할 수 있습니다. 만약 포식세포가 그 입자와 높은 친화력으로 결합하면 이 과정의 효율은 훨씬 증강됩니다. 단핵 포식세포와 호중구는 IgG 항체의 Fc 부위에 대한 수용체를 발현하고 있어서 항체로 옵소닌화된 입자를 특이적으로 결합하게 됩니다. 미생물은 또한 보체계의 활성화의 결과 만들어진 C3b라는 물질에 의하여도 옵소닌화되며 C3b에 대한 백혈구 수용체와 결합하여 포식 됩니다. 포식작용을 위한 입자의 코팅과정을 옵소닌 과정이라고 하며, 항체와 보체 단백질 같은 이런 기능을 수행하는 물질을 특이적인 옵소닌이라고 합니다. 항체에 의해 옵소닌화된 입자는 항체의 Fc 부위가 포식세포 Fc 수용체와 결합함으로써 포식 됩니다. IgG의 여러 가지 아형과 IgA, IgE 항체에 특이적인 여러 종류의 Fc 수용체가 있으며, 이것들은 다양한 친화력으로 항체와 결합합니다. 항원과 복합체를 이룬 Ig가 포식세포 Fc 수용체에 부착하면 포식세포의 살균 활성을 자극하는 신호를 내게 됩니다. NK 세포 및 다른 백혈구들은 Fc 수용체를 통하여 항체로 덮인 세포와 결합하여 이 세포들을 죽입니다. 이 과정은 항체 의존 세포 매개 세포독성(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)이라고 합니다. 특정 IgG 아형의 항체는 감염된 세포에 부착하며, 부착한 항체의 Fc 부위는 NK 세포에 있는 Fcγ 수용체에 의해 인식됩니다. NK 세포는 활성화되며 항체로 덮인 세포를 죽입니다. IgE 항체들은 연충 기생충에 결합하며 결합한 항체의 Fc 부위는 호산구 표면의 FC ε 수용체가 인식합니다. 호산구는 활성화되어 과립 내용물을 방출하여 기생충을 죽이게 됩니다.

보체계

보체계는 고도로 조절된 방식으로 작용하여 생물학적인 활성 단백질 산물을 생산하는 혈청 및 세포막 단백질들로 구성됩니다. 보체 활성화의 두 개의 주된 경로로는 항체가 없는 상태에서 미생물 표면에서 활성화되는 대체경로와 항원-항체 복합체에 의해 활성화되는 고전 경로가 있습니다. 두 개의 경로로 C3 단백질을 분해하는 효소가 생성되면 C3의 산물은 미생물 표면이나 항체에 공유결합으로 부착하게 되어서 보체계 활성화의 다음 단계는 이런 곳에만 국한되게 됩니다. 두 경로는 C3 단백질 분해 후에는 통합됩니다. C3 단백질이 분해되어 C3b를 생산하고 이것이 C5 전환효소의 형성에 관여합니다. C5 전환효소는 C5를 분해하여 C5b를 생성하고, 이것이 보체 활성화 후기 단계의 시작입니다. C5b 단편과 세포 표면에 붙어 있는 보체 단백질이 부착되면서 세포 살해성 막 공격 복합체(membrane attack complex, MAC)를 형성하면서 보체 활성화 후기 단계가 끝나게 됩니다. 보체계의 생물학적 기능들로는 C3의 분해 단편에 의한 미생물과 면역 복합체의 옵소닌작용, 그 이후의 보체계 단편과 포식세포의 수용체와의 결함과 포식작용에 의한 제거, 아나필락시스 독소라고 불리는 보체 단백질의 분해 산물(C3a, C4a, C5a)에 의한 염증세포의 활성화, 세포 표면에서의 MAC 형성에 의한 세포 용해, 면역 복합체의 용해와 제거, 체액성 면역의 증강 등이 있습니다.

특정 부위 내 항체 기능

지금까지는 전신적으로 작동하는 항체 작동 기전을 살펴보았습니다. 전신적인 기전 외에 특정 신체 부위에서의 항체 기능도 존재합니다. 점막 장기의 내강에서 미생물과 독소에 대한 방어는 점막 림프조직에서 생산되어 상피세포를 통하여 능동적으로 내강으로 수송된 IgA 항체에 의해 제공됩니다. 신생아에서 방어면역은 태반을 통하여 전달된 어머니의 항체와 먹은 항체가 특수한 신생아 Fc 수용체에 의해 장관 상피를 통과하여 수송된 항체에 의해 제공되는 일종의 수동면역입니다.