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[김민정 칼럼] - 우리 몸의 면역시스템-적응면역을 담당하는 B세포와 T세포

이 기사는 임정예 기자가2020년04월20일 10시05분에 최종 입력하였습니다. 총 1747명이 방문하여 읽었습니다.

글: 김민정 한의사(김민정 한의원장)

-적응면역(adaptive immunity)
적응면역은 병원균을 파괴한다기 보다 병원균을 잘 식별하도록 하는 기전이 발달되어있습니다. 특정한 병원균에 맞는 수용체를 가진 T세포나 B세포만 선택적으로 증식합니다. 적응면역에 작용하는 세포는 T세포와 B세포인데 T세포는 세포자체가 움직여 면역작용을 하므로 세포성면역이라고 하고 B세포는 혈액내로 항체를 분비하여 작용을 하므로 체액성면역이라고 합니다. B세포는 항체를 분비하는 플라즈마세포와 기억세포로 나뉘고 T세포는 헬퍼 T세포와 세포독성 T세포로 나뉩니다. 먼저 체액성 면역인 항체에 대해서 살펴보겠습니다.

항체는 2개의 heavy chain과 2개의 light chain을 가지고 있습니다. 각각 heavy chain, light chain은 항원 결합부위에 3개의 손가락과 같은 구조를 가지고 항원과 결합합니다. Fab는 가변부위로 그 끝은 항원과 결합합니다. 각각의 항원에 결합할 수 있는 구조로 되어있습니다. Fc부위는 불변부위로 그 끝은 탐식세포 같은 면역세포에 붙어 면역세포가 병원체를 탐식하고 죽이는 것을 돕습니다.

항체는 여러 가지 방법으로 세포외 감염과 싸웁니다.
1.독소에 직접 결합하여 중화시킵니다.
2.병원균 표면의 항원에 결합하여 식균작용이 잘 일어나도록 하고 병원균의 이동을 억제합니다.
3.보체의 역할을 돕습니다.-classical 경로로 보체의 활동을 촉진합니다. (항체에 대한 결합을 통해 복합체를 형성함으로써 고전적인 활성화)
4. 수지상세포, NK 세포, 세포독성 T 세포와 같은 세포를 직접 활성화시키기도 합니다.

항체는 역할에 따라서 몇 가지로 나뉩니다. 항체는 class switch를 통해서 heavy chain의 불변부위가 변하는데 그것에 따라 항체를 IgG, IgA, IgE, IgD, IgM으로 나눕니다.(무거운 사슬의 불변부위가 재조합과정을 거쳐서 class switch가 일어납니다.)

이뮤노글로불린 M(IgM)은 B 세포가 생산하는 항체중 하나입니다. 사람의 순환기계에 있는 항체 중에서 크기가 가장 크고 처음 항원에 노출되면 가장 먼저 나타나는 항체입니다. 비장은 형질 모세포가 있으면서 IgM을 생산하는 주요 장기입니다. IgM은 IgG와 달리 태반을 통과하지 못합니다. IgM은 5개 혹은 6개의 중합체를 이루는데 그러한 특성으로 인하여 결합력이 매우 크고, 효과적으로 보체를 활성화합니다. IgM은 혼자만으로는 비효율적인 옵소닌이지만, C3b가 항원에 붙게 하여 옵소닌화에 크게 기여합니다. IgM은 감염 초기에 나타나고 다시 그 항원에 노출되었을 때에는 다시 나타나지만 정도는 약한 편입니다. IgM은 감염성 질환을 진단하는데 유용합니다. 환자의 혈청에 IgM이 존재하면 최근에 감염된 적이 있다는 것을 의미합니다.

이뮤노글로불린G(IgG)는 일반적인 항체의 형태인 Y형입니다. 혈류에 가장 많은 항체로, 사람의 경우 혈청에 있는 면역글로불린 총량 중 75%를 차지합니다. 형질세포가 IgG를 합성하고 분비하며 혈액과 조직액에 있는 주요 항체입니다. IgG는 수많은 병원체, 예를 들면 바이러스나 세균, 진균 등과 결합하여 신체 조직이 감염되지 않도록 합니다. IgG가 병원체에 결합하면 병원체는 이동하는 능력이 떨어지고 서로 응집됩니다. IgG가 병원체 표면을 둘러싸면(옵소닌화) 탐식 면역 세포가 그것을 인지하고 병원체를 제거합니다. IgG는 면역 단백질을 생산하는 보체계의 classical 경로를 활성화하여 결과적으로 병원체를 제거합니다. IgG는 독소에 결합하여 중화시키기도 합니다. IgG는 태반을 통과할 수 있습니다.

이뮤노글로불린 E(IgE)는 포유류에서만 발견되는 항체로 IL-4가 class 변화에 영향을 미칩니다. IgE는 만손주혈흡충(Schistosoma mansoni), 선모충(Trichinella spiralis), 간충(Fasciola hepatica)에 대한 면역 기능을 주로 담당합니다. IgE는 제1형 과민증에도 중요한 역할을 합니다. 제1형 과민증이란 알레르기성 천식, 대부분의 부비강염, 알레르기 비염, 음식 알레르기, 몇몇 만성 두드러기와 아토피 피부염 등 여러 알레르기성 질환을 말합니다. 마스터세포에서 히스타민을 분비하게 만들어 즉각적인 반응을 일으킵니다.

이뮤노글로불린 A (IgA)는 점막 면역에 주요 역할을 하는 항체입니다. TGF-베타의 영향으로 생기며 점막에서 많이 발견되는 IgA는 다른 종류의 항체를 모두 합친 것보다 많습니다. 장의 내강으로 분비되는 IgA는 하루에 3-5 g이고, 몸 전체에서 생산되는 면역글로불린의 15%를 차지합니다. IgA는 두 종류(IgA1과 IgA2)가 있고 분비형 IgA(sIgA)라고 불리는 이합체형으로 존재합니다. 분비형 IgA은 눈물, 침, 땀, 초유 등 점막 분비물과 비뇨생식관, 위장관, 전립선과 호흡 상피의 분비물에 있는 주요 이뮤노글로불린입니다. IgA의 옵소닌화는 매우 약하고 보체를 활성화시키는 능력도 떨어집니다.

항체를 역할에 따라서 다시 분류해보면 다음과 같습니다.
1. 중화작용: IgG, IgA(두개식 붙어있음)
IgG는 혈액과 조직에서 IgA는 장내강에서 중화작용을 합니다.
2.옵소닌화 :IgG
3.NK세포가 감염된 세포를 죽이게 하는 역할:IgG
4.마스트세포의 활성화:IgE
5.보체를 고정시키는 역할: IgM,IgG
6.태반을 통과하는 것:IgG

항원의 Class switch는 TFH(여포 보조T세포)의 CD40L과 이 세포가 분비하는 사이토카인에 의해서 일어납니다. B세포와 T세포는 상호 영향을 미치며 선천면역의 세포들이 APC(항원제시세포)를 통해서 적응면역을 일으킵니다. 적응면역 중 B세포의 항체에 대해 알아보았는데 적응면역 세포인 B세포와 T세포가 어디서 생성되고 성숙하며 각각의 차이에 대해 살펴보겠습니다. 그리고 T세포와 B세포의 상호작용과 활성화에 대해 알아보겠습니다.

-B세포와 T세포
B세포와 T세포는 혈구세포 중 림프계열의 세포입니다. 혈구를 만드는 조혈세포들은 계속 생산이 되는 줄기세포와 같은 세포들입니다. 골수의 조혈모세포에서 B세포와 T세포가 나뉘어 집니다. B세포는 골수에서 처음 성숙되고 T세포는 흉선에서 성숙하여 림프조직(림프절, 비장등)으로 이동합니다.

B세포
B 세포는 림프구 중 항체를 생산하는 세포입니다. 인간에서는 혈중 림프구의 약 10~15%, 림프절 내 림프구의 약 20~25%, 비장 내 림프구의 약 40~45%가 B 세포입니다. B세포는 B1세포와 B2세포로 나눌 수 있습니다. B1세포의 경우 골수나 간에서 생성되어 복강이나 흉강 안에 존재합니다. 스스로 재생이 되는 세포이고 VDJ유전자 재배열이 제한적입니다. B2세포가 우리가 흔히 알고 있는 B세포이고 주로 골수에서 분화를 시작하여 림프절로 이동합니다. B 세포는 골수에서 미성숙 상태에 있다가 점점 성숙한 세포로 바뀐 뒤 림프절에서 T세포를 만나 활성화됩니다.

공통 림프모세포(Common lymphoid cell, CLP)
Pro-B 세포(Pro B cell)
Pre-B 세포(Pre B cell)
미성숙 B 세포(Immature B cell)
성숙 B 세포(Mature B cell)

성숙과정은 주로 골수에서 일어납니다. B 세포는 성숙 과정에서 V(D)J 유전자 재배열을 일으키며 이를 통해 항원에 반응할 수 있는 매우 다양한 형태의 항체를 만들어낼 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 유전자 재배열을 통하여 다양한 형태의 B 세포가 분화되어 증식하지만, 면역능이 없는 B 세포가 제거되고, 자가면역성을 가진 B 세포가 제거되어, 면역에 적합한 극히 소수의 B 세포만이 성숙 B 세포에 이르게 됩니다.

성숙 B 세포는 주로 림프절과 같은 말초 림프기관에 머물게 되는데, 이 곳에서 일부 B 세포는 Th세포의 도움으로 외부 항원을 인식하게 되면서 활성화됩니다. 활성화된 B 세포는 스스로 증식하게 되어 결과적으로 항원 특이적인 B 세포의 비율이 높아지게 됩니다. 이후 B 세포는 항체를 활발히 분비하는 플라즈마 세포나 항원에 대한 특이성을 장기간 기억하며 살아가는 기억 B 세포로 분화합니다.

*참고
VDJ 유전자 재조합은 골수에서 일어나며 B세포로 분화하게 될 세포에서 일어납니다. 무거운 사슬과 가벼운 사슬의 유전자 재조합을 통해 특히 가변부위가 변화되어 항원에 맞는 항체 결합부위가 만들어 집니다. V와 D와 J의 유전자 부분을 각각 선택해서 재조합한 후 전사와 변역과정을 거쳐 B세포 수용체를 만듭니다.

VDJ와 Class swtich의 차이
항체는 재조합 과정을 거치는데 항체의 어느 부분이 변하는지에 따라 2가지로 나눕니다. 미성숙한 B세포가 성숙한 B세포로 변하고 골수를 떠나 림프절같은 림프기관으로 이동합니다. 여기에서 항원을 만난후 헬퍼T세포를 만나 germinal center에서 TFH(T세포)와 B세포의 상호 작용으로 거기서 class switch가 일어납니다. 일부는 플라즈마 세포가 되어 항체를 분비하고 일부는 메모리 B세포가 됩니다. 가변부위인 VDJ부분은 변하지 않고 무거운 사슬의 불변부위가 재조합과정을 거쳐서 class switch가 일어나는 것입니다.

T세포
T세포의 성숙은 T세포의 수용체와 T세포의 CD4+/8+를 나타내는 과정으로 주로 흉선에서 일어나는 과정입니다. T세포는 골수에서 전구세포에서 Pro-T세포가 되어 흉선으로 이동합니다. 흉선은 T세포의 성숙과 증식에 필요한 요인들을 제공합니다. 예를 들면 흉선 상피세포는 조혈사이토카인을 분비하기도 하고 MHC class1과 2를 제공하여 적합한 T세포만 선택적으로 살게 합니다. 골수에서는 CD4+, CD8+, TCR이 다 발현되는데 그 중 자기 몸 세포를 항원으로 인식하는 세포는 죽게 됩니다.(negative selection)
그 뒤 골수에서 흉선으로 이동한 T세포는 CD4+나 CD8+을 선택적으로 한 가지만 발현하게 하고 positive selection을 통해 적합한 수용체를 가진 T세포만 살아남게 됩니다. T세포도 B세포처럼 다양한 수용체를 갖고 V(d)J 재조합 과정을 거칩니다. 하지만 T세포와 B세포는 항원을 인식하는 방식이 다르기 때문에 수용체에 있어서 큰 차이가 있습니다.

B세포 수용체를 BCR(B cell receptors) T세포 수용체를 TCR(T cell receptors)라고 합니다. (BCR이 세포에서 분리되서 나오는 것이 항체입니다.) BCR의 경우 항원을 세포외에 존재하는 그대로 인식합니다. TCR의 경우는 세포내로 병원균이 들어와서 항원이 펩타이드 형태로 분해된 후 감염된 세포표면에 주조직 적합 복합체(Major Histocompatibility Complex, MHC) 분자와 함께 존재해야 인식할 수 있습니다. BCR의 경우는 무거운 사슬과 가벼운 사슬로 나뉘고 BCR의 끝에는 항원이 결합하는 부분인 가변부위(variable region)이 존재합니다. TCR은 알파와 베타사슬로 나뉘고 TCR끝도 가변부위가 존재하여 MHC복합체를 인식합니다. T세포중 CD8이 세포표면에 나타나는 세포를 세포독성 T세포라고 하고 CD4가 세포표면에 나타나는 것을 헬퍼T세포라고 합니다.

-MHC class1/ MHC class 2
B세포와 T세포는 동일한 항원을 인지할 수 있지만 그 기능에 있어서는 차이가 있습니다. B세포 수용체는 항원의 모양을 인식하여 결합한지만 T세포 수용체는 주조직 적합 복합체(Major Histocompatibility Complex, MHC) 라고 불리는 단백질의 도움을 받아 숙주세포(감염된 세포) 표면에 제시된 항원에만 결합합니다. 이런 방식으로 항원을 인식하기 때문에 B세포의 경우 병원체를 그대로 인식할 수 있지만 병원체에 감염된 세포는 인식할 수 없습니다. T세포는 병원체를 그대로 인식할 수는 없지만 감염된 세포가 MHC복합체에 표시하는 항원 펩타이드를 인식함으로써 감염된 세포를 인식할 수 있습니다. MHC는 항원을 그 세포의 표면에 보여주는 역할을 합니다. MHC-단백질 복합체가 세포의 표면에 위치하면, 근처에 있는 면역 세포(주로 T세포)가 합성된 단백질을 확인할 수 있게 됩니다. 만약 확인된 단백질이 자기단백질이 아닌 것으로 판명되면, 면역 세포는 그 감염된 세포를 죽입니다.

MHC는 MHC class1과 class2 두 종류로 나눕니다. MHC class 1 분자는 거의 모든 세포에 존재하며, 세포독성 T세포(CD8+ T세포)에 단백질을 제시합니다. 바이러스에 감염된 세포는 바이러스 단백질 일부를 세포질 내에서 분해하여 MHC class1과 함께 감염된 세포표면에 발현합니다. 암의 경우도 class 1으로 세포표면에 암세포 특유단백질을 표시합니다. MHC class 2 분자는 대식세포나 B세포 등 특정한 면역 세포에만 존재하며, 이렇게 2형 MHC class 2 분자를 가진 세포들을 전문 항원제시세포(APC)라고 부릅니다. 이 항원제시세포들은 미생물을 삼켜 부순 후에, 소화시켜 조각내버립니다. 다시 말하면 바이러스가 마크로파지 같은 대식내부에 들어왔을 때 막에 싸여 있는 형태로 존재하며 세포내 기전을 통해서 펩타이드형태로 분해된 단백질을 MHC class 2 분자와 함께 세포표면에 발현합니다. 이렇게 표시된 세포는 헬퍼 T세포(CD4+ T세포)에 단백질을 제시하는데 특히 Th1세포가 작용하여 항원제시세포가 막 안에 있는 바이러스를 PH를 낮추어 녹게 합니다. (세포외부의 병원체나 독성물질의 경우는Th2세포가 B세포를 활성화시켜 병원체에 맞는 항체를 생산하게 하여 세포외 병원균을 제거 합니다.)

모든 핵이 있는 세포가 MHC class1에서 항원을 제시할 수 있습니다. (세포독성 T세포가 바로 죽일 수 있습니다.) 하지만 수지상 세포와 같은 APC(항원제시세포)만 림프절과 같은 2차 림프기관으로 이동해서 T세포를 만나 활성화 할 수 있습니다.