미생물과의 상호작용, 대식세포의 수용체와 내재면역의 효과적인 대응

1. 학습 목표

대식세포의 미생물 탐식 기전과 수용체 역할, 내재면역의 효과적 대응을 통해 병원체 특이적 탐지와 소멸 메커니즘을 이해합니다.

2. 핵심 내용

미생물과 대식세포 간의 상호작용

1.  미생물과 동물 세포의 차이: 미생물은 동물 세포와 구조 및 생화학적인 면에서 다르며, 이로 인해 대식세포가 특정 수용체를 발현하여 미생물을 식별하고 대응할 수 있도록 진화했다.
2. 대식세포의 수용체: 대식세포는 다양한 수용체를 발현하며, 렉틴, 청소부 수용체, 그리고 보체 수용체 CR3와 CR4 등이 미생물 표면의 특정 구조와 상호작용하여 내재면역 반응을 유도한다.
3. 렉틴, 청소부 수용체, 보체 수용체의 역할: 렉틴은 탄수화물을, 청소부 수용체는 음전하 특성을 가진 리간드에 반응하여 미생물을 식별한다. 보체 수용체는 다양한 미생물 성분을 감지하여 내재면역 반응을 촉진한다.
4. 면역계의 효과적인 작동: 수용체는 특정 병원체 그룹에서 나타나는 특정 리간드에 반응하며, 이는 면역계가 빠르게 특정 병원체를 감지하고 효과적으로 대응할 수 있도록 지원한다.

 

3. 본문 내용

“내재면역에 관여하는 수용체는 미생물 표면을 구분한다.”

미생물은 구조와 생화학적인 면에서 동물 세포와 다르며, 이로 인해 포유동물 세포에 있는 수용체는 이러한 차이를 구분할 수 있도록 진화해왔습니다. 대식세포는 많은 종류의 이러한 수용체를 발현하며, 이들은 보체 수용체와 함께 박테리아와 다른 병원체를 포식하기 위해 작용합니다. 내재면역에서 작용하는 많은 수용체에 대한 리간드는 탄수화물과 지질입니다. 미생물 표면의 탄수화물은 진핵 세포에는 없는 성분과 구조를 가지고 있어 내재면역 세포의 다양한 수용체에 대한 표적이 됩니다.

 

탄수화물을 인지하는 수용체와 원형질 단백질을 그룹으로 묶은 것을 렉틴(lectin)이라고 합니다. 대식세포 표면에 있는 렉틴의 예로는 만노오스 수용체(mannose receptor)와 글루칸 수용체(glucan receptor)가 있습니다. 렉틴이 아닌 대식세포에 있는 포식 수용체인 적절히 명명된 청소부 수용체(scavenger receptor)도 있습니다. 이 수용체는 음전하 특성을 공유한 여러 종류의 리간드에 결합합니다. 청소부 수용체의 리간드로는 그람양성 박테리아의 세포벽에 있는 황산염 다당류, 그리고 핵산과 인산염을 함유한 지질테이코산이 속합니다. 그람양성 및 그람음성 박테리아의 표면은 서로 다른 종류의 고분자로 구성되어 있어, 대식세포 수용체는 이를 특이적으로 감지합니다. 이러한 수용체는 세포벽의 화합물에 특이적으로 반응하여 내재면역이 효과적으로 작동하도록 도움을 줍니다.

 

보체 수용체 CR3와 CR4는 iC3b 리간드 외에도 그람음성 박테리아 표면에서 나오는 중요한 성분인 박테리아 지질다당체(LPS)와 기생충 Leishmania의 지질인산글리칸, Bordetella pertussis의 표면 단백질인 섬유상 혈구응집소(hemagglutinin)와 같은 다양한 병원체의 표면 구조를 감지합니다. 이 수용체에 대부분의 리간드는 박테리아 표면에 규칙적으로 배열되어 있어 여러 수용체가 동시에 참여하도록 하며, 결과적으로 병원체가 대식세포 표면에 비가역적으로 부착되게 됩니다. 이 리간드들은 특정 병원체 그룹에서 공통적으로 나타나는 경우가 많으며, 진화과정을 통해 안정적으로 유지되어 왔습니다. 따라서 이러한 리간드들은 면역계 수용체가 선택되고 조절되는 데 도움이 되어 공통된 표적을 제공하며 면역계가 병원체를 효과적으로 감지하고 대응할 수 있도록 지원합니다.

 

대식세포 수용체가 상대 미생물 리간드에 결합하면 수용체매개 세포내섭취(receptor-mediated endocytosis)라는 포식과정이 시작됩니다. 수용체에 결합한 병원체는 대식세포막에 둘러싸이고, 엔도솜(endosome) 또는 포식소체(phagosome)라는 막으로 둘러싸인 소낭안으로 들어갑니다. 이어서 포식소체는 리소좀(lysosome)이라는 세포내 소기관과 융합하여 포식리소좀(phagolysosome)을 형성합니다. 이 소낭에는 병원체를 파괴하는 분해효소와 독성 성분이 가득 차 있습니다. 이과정을 통해 대식세포는 외부의 병원체를 소화하여 제거하게 됩니다.

 

대식세포는 포식 수용체뿐만 아니라 다른 종류의 수용체도 보유하고 있습니다. 이러한 수용체는 포식작용을 진행하는 것이 아니라, 병원체가 감지되었을 때 세포 내부에 신호를 전달하는 역할을 합니다. 이러한 신호는 대식세포가 싸이토카인(cytokine)이라는 작은 생물활성 단백질을 생산하여 분비하도록 유도합니다. 싸이토카인은 다른 면역계 세포를 감염 조직으로 소집하고, 그곳에서 대식세포와 협력하여 감염 전파를 방지합니다.

 

이런 싸이토카인은 대식세포에서 처음부터 고정된 내재면역의 일부로 존재하는 것이 아니라, 병원체가 감지되면 합성이 유도됩니다. 만일 감염이 강력해진다면, 이러한 방법으로 필요한 지점으로 내재면역의 부가적인 방어력이 움직입니다. 내재면역의 신호전달 수용체 중 가장 중요한 것 중 하나가 Toll-유사 수용체(TLR)입니다.

병원체를 인식하는 수많은 대식세포 수용체

 

4. 정리

미생물과 상호작용하는 대식세포는 렉틴과 다양한 수용체를 통해 미생물의 표면을 탐지하고, 내재면역과 협력하여 특이적으로 병원체를 제거합니다. 이 과정에서 Toll-유사 수용체 등이 신호전달을 매개하며, 감염 시 대식세포는 포식 수용체를 활용하여 병원체를 효과적으로 소멸합니다.

 

 

참고문헌- 면역학 3판, 라이프사이언스