세균이나 바이러스가 우리 몸에 들어오면 면역계는 어떤 세포가 침입했는지 분석할 때까지 기다리지 않습니다.
피부와 점막이 먼저 침입을 차단하고, 장벽을 통과한 병원체는 조직에 존재하는 면역세포가 빠르게 감지합니다. 이어 염증반응이 시작되고, 호중구와 대식세포가 감염 부위로 모여 병원체를 제거합니다.
이처럼 감염 초기에 신속하게 작동하는 방어체계를 선천면역(Innate Immunity)이라고 합니다.
선천면역은 태어날 때부터 갖추어진 빠른 면역 방어체계입니다.
피부와 점막, 호중구, 대식세포, 수지상세포, NK세포, 보체와 여러 항균물질이 선천면역에 포함됩니다.
선천면역은 병원체와 조직 손상의 공통된 위험 신호를 감지하여 초기 감염을 억제하고, 후천면역이 활성화될 수 있도록 정보를 전달합니다.
선천면역이란 병원체나 조직 손상에서 나타나는 공통적인 위험 신호를 빠르게 인식하고, 감염 초기에 이를 억제하는 면역체계입니다.
선천면역은 영어로 Innate Immunity라고 합니다. ‘Innate’는 본래부터 갖추어져 있다는 뜻입니다. 선천면역을 구성하는 기본적인 수용체와 방어기전은 태어날 때부터 형성되어 있으며, 이전에 같은 병원체를 만난 경험이 없어도 작동할 수 있습니다.
후천면역이 특정 항원에 맞는 T세포와 B세포를 충분히 활성화하는 데 시간이 필요한 것과 달리, 선천면역은 감염 직후부터 수분 또는 수시간 이내에 반응할 수 있습니다. 따라서 선천면역은 감염 초기에 병원체가 빠르게 증식하고 퍼지는 것을 막는 첫 번째 방어체계입니다. (NCBI)
다만 선천면역을 단순히 ‘비특이적 면역’이라고만 표현하면 정확한 의미가 충분히 전달되지 않습니다.
선천면역은 아무것이나 무작위로 공격하는 것이 아닙니다. 세균, 바이러스, 곰팡이 등에 공통적으로 존재하는 분자 구조와 손상된 세포에서 방출되는 위험 신호를 정해진 수용체로 인식합니다. 특정 병원체 하나를 개별적으로 구별하는 능력은 후천면역보다 제한적이지만, 위험의 종류를 구분하여 서로 다른 면역반응을 일으킬 수 있습니다. (PubMed)
선천면역은 하나의 세포를 의미하지 않습니다. 여러 장벽, 세포, 단백질과 신호물질이 함께 작동하는 방어체계입니다.
선천면역의 주요 구성요소는 다음과 같습니다.
이들은 따로 작동하지 않습니다. 장벽이 침입을 막고, 조직의 면역세포가 위험을 감지하며, 혈액 속 면역세포를 불러들이고, 병원체를 제거한 뒤 후천면역에 정보를 전달합니다. (NCBI)
우리 몸의 선천면역은 백혈구가 병원체를 공격하기 전부터 시작됩니다.
피부는 외부 환경과 몸속을 구분하는 물리적 장벽입니다. 각질층과 세포 사이의 단단한 결합은 병원체가 피부를 뚫고 들어오는 것을 어렵게 만듭니다.
코, 기관지, 장과 같은 부위는 점막으로 덮여 있습니다. 점막에서 분비되는 점액은 미생물과 먼지를 붙잡습니다. 호흡기의 섬모는 점액에 붙잡힌 이물질을 인두 쪽으로 이동시켜 몸 밖으로 배출하도록 돕습니다.
눈물과 침에는 라이소자임과 같은 항균물질이 포함되어 있습니다. 위산은 많은 미생물이 생존하기 어려운 산성 환경을 만듭니다. 피부와 점막에 존재하는 정상 미생물도 병원체와 공간과 영양분을 경쟁하며 방어에 기여할 수 있습니다.
따라서 선천면역의 첫 단계는 병원체를 죽이는 것이 아니라, 병원체가 몸 안으로 들어오고 자리 잡는 것을 막는 것입니다. (NCBI)
선천면역세포는 병원체나 손상된 세포에서 반복적으로 나타나는 분자 형태를 감지합니다.
이를 위해 사용하는 감지 장치가 패턴인식수용체(Pattern Recognition Receptor, PRR)입니다.
패턴인식수용체가 인식하는 신호는 크게 두 종류로 나눌 수 있습니다.
병원체연관분자패턴(Pathogen-Associated Molecular Pattern, PAMP)은 여러 병원체에 공통적으로 존재하는 분자 구조입니다.
예를 들어 일부 세균의 세포벽 성분, 바이러스의 이중가닥 RNA, 미생물의 특정 DNA 구조 등이 여기에 포함됩니다.
이러한 구조는 사람의 정상 세포에서는 흔하지 않기 때문에, 선천면역계가 감염 가능성을 감지하는 단서가 됩니다.
손상연관분자패턴(Damage-Associated Molecular Pattern, DAMP)은 감염이 없어도 손상되거나 죽은 세포에서 방출될 수 있는 위험 신호입니다.
따라서 선천면역은 외부 병원체뿐 아니라 화상, 외상, 조직 괴사처럼 세포가 손상된 상황에서도 활성화될 수 있습니다.
선천면역은 PAMP와 DAMP를 인식하여 감염 또는 조직 손상이 발생했다는 사실을 파악합니다. (PMC)
패턴인식수용체는 세포 표면, 세포 안의 소기관, 세포질 등 서로 다른 위치에 존재합니다.
대표적인 패턴인식수용체는 다음과 같습니다.
Toll-like receptor, TLR는 세포 표면이나 엔도솜에 존재하며 세균, 바이러스, 곰팡이 등의 다양한 분자 패턴을 인식합니다.
예를 들어 일부 TLR은 세균 세포벽 성분을 감지하고, 다른 TLR은 바이러스의 RNA나 DNA를 인식합니다.
NOD-like receptor, NLR는 주로 세포질에 존재하며 세포 안으로 들어온 미생물 성분이나 세포 손상 신호를 감지합니다.
일부 NLR은 인플라마솜이라는 단백질 복합체 형성에 관여합니다.
RIG-I-like receptor, RLR는 세포질에서 바이러스 RNA를 감지합니다.
이 수용체가 활성화되면 제1형 인터페론을 포함한 항바이러스 반응이 시작됩니다.
C-type lectin receptor, CLR는 곰팡이와 일부 세균 표면의 당 구조를 인식하는 데 중요한 역할을 합니다.
각 수용체는 서로 다른 위험 신호를 감지하지만, 활성화된 뒤에는 사이토카인, 케모카인, 인터페론, 항균물질의 생성을 유도하여 면역반응을 시작합니다. (PubMed)
선천면역세포가 위험을 감지하면 여러 사이토카인과 케모카인을 분비합니다.
사이토카인(Cytokine)은 면역세포와 주변 조직세포 사이에서 정보를 전달하는 신호 단백질입니다.
케모카인(Chemokine)은 면역세포가 감염 부위로 이동하도록 유도하는 사이토카인의 한 종류입니다.
이 신호들이 분비되면 감염 부위의 혈관이 확장되고 혈류가 증가합니다. 혈관 투과성이 커지면서 혈장단백질과 면역세포가 조직으로 이동하기 쉬워집니다. 그 결과 감염 부위가 붉어지고, 붓고, 뜨거워지며 통증이 나타날 수 있습니다.
염증은 병원체를 제거하기 위해 면역세포와 방어물질을 감염 부위에 모으는 과정입니다. 따라서 염증 자체가 항상 나쁜 것은 아닙니다.
그러나 염증반응이 필요 이상으로 강하거나 오래 지속되면 정상 조직까지 손상될 수 있습니다. 건강한 선천면역은 염증을 시작하는 능력뿐 아니라 위험이 사라진 뒤 반응을 줄이고 조직 회복으로 전환하는 능력도 필요합니다. (PubMed)
호중구는 혈액 속에서 가장 많은 비율을 차지하는 백혈구이며, 세균 감염과 급성 염증 초기에 빠르게 동원되는 선천면역세포입니다.
감염 부위에서 분비된 케모카인과 여러 신호를 따라 혈관 벽에 부착한 뒤, 혈관 내피세포 사이를 통과하여 조직으로 이동합니다.
감염 부위에 도착한 호중구는 여러 방식으로 병원체를 제거합니다.
첫째, 병원체를 세포 안으로 삼키는 식균작용을 합니다.
둘째, 세포 내 과립에 저장된 효소와 항균물질을 방출합니다.
셋째, 활성산소를 만들어 병원체를 손상시킬 수 있습니다.
넷째, 특정 상황에서는 DNA와 과립단백질로 이루어진 호중구세포외덫을 형성할 수 있습니다.
호중구는 감염을 빠르게 억제하는 데 중요하지만, 과도하게 활성화되면 효소와 활성산소가 주변 정상 조직에도 손상을 줄 수 있습니다. (NIAID)
대식세포(Macrophage)는 여러 조직에 존재하면서 병원체, 죽은 세포, 조직 잔해를 감시합니다.
대식세포는 병원체를 발견하면 이를 세포 안으로 삼켜 분해합니다. 이 과정을 식균작용(Phagocytosis)이라고 합니다.
식균작용은 단순히 병원체를 삼키는 과정만을 의미하지 않습니다. 병원체가 세포막으로 둘러싸인 소낭 안으로 들어오면, 이 소낭이 세포 내 분해기관과 결합하여 미생물을 파괴합니다.
대식세포는 염증성 사이토카인을 분비해 다른 면역세포를 불러들이고, 제거된 병원체의 일부를 T세포에 제시할 수도 있습니다.
또한 감염이 해결된 뒤에는 죽은 호중구와 세포 잔해를 정리하고 조직 회복을 조절합니다.
따라서 대식세포는 병원체 제거, 염증 유도, 항원제시, 염증 종료와 조직 회복에 모두 참여하는 선천면역세포입니다. (NCBI)
수지상세포(Dendritic Cell)는 병원체를 감지하고 처리한 뒤, 그 일부를 T세포에 제시하는 대표적인 항원제시세포입니다.
감염 부위에서 병원체를 만난 수지상세포는 활성화된 뒤 림프절로 이동합니다. 림프절에서 병원체 유래 항원을 아직 활성화되지 않은 T세포에 제시합니다.
이 과정은 후천면역이 어떤 병원체에 대응해야 하는지를 알려주는 중요한 단계입니다.
수지상세포가 제공하는 것은 항원 정보만이 아닙니다. 병원체를 감지하면서 받은 위험 신호와 주변 사이토카인 환경도 함께 전달하여 T세포가 어떤 방향으로 분화할지 조절합니다.
따라서 수지상세포는 선천면역이 수집한 감염 정보를 후천면역으로 전달하는 연결점입니다. (PubMed)
자연살해세포(Natural Killer Cell, NK Cell)는 림프구의 한 종류이지만 선천면역에 속합니다.
NK세포는 바이러스에 감염된 세포나 비정상적으로 변화한 일부 세포를 감지하고 제거할 수 있습니다.
정상 세포는 세포 표면에 자신의 상태가 정상임을 나타내는 신호를 제공합니다. 바이러스 감염이나 세포 변형이 일어나면 이러한 신호가 감소하거나, 반대로 위험 신호가 증가할 수 있습니다.
NK세포는 억제 신호와 활성화 신호의 균형을 평가한 뒤 표적세포를 공격할지 결정합니다.
활성화된 NK세포는 퍼포린과 그랜자임 같은 물질을 방출하여 표적세포가 예정된 세포사멸을 일으키도록 유도합니다. 또한 인터페론 감마와 같은 사이토카인을 분비해 대식세포와 다른 면역세포의 기능을 조절합니다. (PubMed)
바이러스는 세포 밖에서 스스로 증식하지 못하고 우리 몸의 세포 안으로 들어가 복제됩니다.
감염된 세포가 바이러스 핵산을 감지하면 제1형 인터페론(Type I Interferon)을 분비할 수 있습니다.
제1형 인터페론은 주변 세포에 바이러스 감염 위험을 알리고, 세포 안에서 바이러스가 복제되기 어려운 상태를 만들도록 유도합니다. 또한 NK세포의 항바이러스 기능을 강화하고 후천면역의 활성화에도 영향을 줍니다.
따라서 바이러스에 대한 선천면역은 감염된 세포를 직접 제거하는 것뿐 아니라 주변 세포가 바이러스에 대비하도록 경고 신호를 보내는 방식으로도 작동합니다. (PubMed)
보체(Complement System)는 혈액과 조직액에 존재하는 여러 단백질로 이루어진 방어체계입니다.
보체는 연속적인 효소반응을 통해 활성화됩니다. 활성화된 보체는 세 가지 주요 기능을 수행합니다.
첫째, 병원체 표면을 둘러싸 식세포가 더 쉽게 인식하고 삼키도록 합니다. 이를 옵소닌화라고 합니다.
둘째, 염증반응을 증폭하고 호중구와 다른 면역세포가 감염 부위로 이동하도록 돕습니다.
셋째, 막공격복합체를 형성하여 일부 세균의 세포막에 구멍을 만들 수 있습니다.
보체는 선천면역의 일부이지만 항체에 의해 활성화될 수도 있으므로, 선천면역과 후천면역이 협력하는 대표적인 체계이기도 합니다. (PubMed)
선천면역과 후천면역의 가장 큰 차이는 인식 방식, 반응 속도와 면역기억입니다.
선천면역은 유전적으로 정해진 패턴인식수용체를 이용해 여러 병원체에 공통된 특징을 감지합니다. 반응은 빠르지만, 개별 항원을 매우 정밀하게 구별하는 능력은 후천면역보다 제한적입니다.
후천면역은 T세포수용체와 B세포수용체를 통해 매우 다양한 항원을 정밀하게 구별합니다. 처음 활성화될 때는 시간이 필요하지만, 감염 후에는 기억세포가 남아 같은 항원에 다시 노출되었을 때 더 빠르고 효과적으로 반응할 수 있습니다.
그러나 선천면역과 후천면역은 서로 경쟁하거나 완전히 분리된 면역체계가 아닙니다.
선천면역이 병원체를 감지하고 사이토카인과 항원제시를 통해 후천면역을 활성화합니다. 후천면역이 만든 항체는 다시 식세포와 보체가 병원체를 더 효과적으로 제거하도록 돕습니다. (PubMed)
전통적으로 선천면역은 면역기억을 형성하지 않고, 후천면역만 기억세포를 만든다고 설명해 왔습니다.
이 구분은 기본적인 면역학을 이해하는 데 여전히 유용합니다. 그러나 최근에는 일부 선천면역세포와 조혈전구세포가 이전 자극의 영향을 받아 이후 반응성이 달라질 수 있다는 훈련면역(Trained Immunity) 개념이 연구되고 있습니다.
훈련면역은 T세포와 B세포의 항원 특이적 면역기억과 동일한 개념은 아닙니다. 특정 항원을 정밀하게 기억하기보다는 후성유전학적 변화와 대사 변화에 의해 일정 기간 선천면역 반응성이 달라지는 현상입니다.
따라서 “선천면역에는 어떠한 기억도 없다”고 단정하기보다는, 후천면역과 같은 항원 특이적이고 장기적인 기억은 형성하지 않는다는 표현이 더 정확합니다.
다만 훈련면역이 실제 질환 예방과 치료에서 어떤 의미를 갖는지는 아직 연구가 진행 중입니다.
선천면역도 무조건 강할수록 좋은 것은 아닙니다.
선천면역 반응이 약하거나 제대로 작동하지 않으면 병원체가 초기에 빠르게 증식할 수 있습니다. 반대로 선천면역이 지나치게 강하게 활성화되면 많은 염증성 사이토카인, 활성산소, 단백질분해효소가 분비되어 정상 조직까지 손상될 수 있습니다.
일부 자가염증질환은 선천면역을 조절하는 기전의 이상과 관련됩니다. 패혈증에서도 병원체를 제거하기 위한 전신 염증반응이 조절되지 않으면 장기 손상으로 이어질 수 있습니다.
알레르기질환에서도 상피세포, 수지상세포, 비만세포, 선천림프구 등 여러 선천면역 구성요소가 후천면역과 함께 염증반응에 관여합니다.
따라서 건강한 선천면역은 단순한 반응의 강도가 아니라 다음 능력의 균형으로 이해해야 합니다.
선천면역은 우리 몸의 상시 경비체계와 비슷합니다.
피부와 점막은 병원체의 침입을 막는 울타리입니다.
패턴인식수용체는 세균, 바이러스와 손상 신호를 감지하는 경보기입니다.
대식세포와 수지상세포는 조직에서 위험을 감시하는 경비원입니다.
호중구는 감염 신호를 받으면 혈액에서 빠르게 출동하는 초기 대응팀입니다.
NK세포는 바이러스에 감염되거나 비정상적으로 변한 세포를 감시하는 순찰대입니다.
보체는 혈액 속에서 병원체에 표식을 붙이고 공격을 돕는 방어 단백질 체계입니다.
수지상세포는 감염 정보를 림프절로 전달하여 T세포와 B세포가 참여하는 후천면역을 시작하게 합니다.
선천면역은 단순히 먼저 싸우는 면역이 아니라, 감염을 발견하고 초기 확산을 막으며 전체 면역반응의 방향을 결정하는 기초 방어체계입니다.
선천면역은 태어날 때부터 갖추어진 빠른 면역 방어체계입니다.
피부와 점막, 호중구, 대식세포, 수지상세포, NK세포, 보체 등이 선천면역에 포함됩니다.
선천면역은 패턴인식수용체를 통해 병원체의 공통 구조와 조직 손상 신호를 감지합니다.
호중구와 대식세포는 식균작용으로 병원체를 제거하고, 수지상세포는 항원을 T세포에 제시하여 후천면역을 활성화합니다.
선천면역은 무조건 강할수록 좋은 것이 아니라, 필요한 만큼 반응하고 적절한 시점에 염증을 종료하는 조절 능력이 중요합니다.
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