면역계

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1 개요

쿠르츠게작트의 영상이다.

신체에 침입하여 여러가지 방법으로 신체에 손상을 입히는 각종 요소들에 대응하는 체계를 면역체계라고 부른다. 아래 설명할 다양한 방법으로 박테리아, 바이러스, 기생충 외 여러가지 침입자들로부터 몸을 방어한다. 여기서 알 수 있듯이 가장 중요한 것은 피아식별, 즉 자신(self)와 자신이 아닌 것(non-self)를 구분하는 메커니즘이다. 좀 더 자세히 말하자면 자신이 아닌 것 중에 '해로운 것(제거의 대상이 된다)'과 '해롭지 않은 것(무시한다)'까지 해서 3가지를 구분하는 것. 이런 면에서 면역계가 작동하는 방식, 그리고 병원체가 그에 대응하는 방식은 군대가 적을 맞아 싸우는 것과 놀라울 정도로 비슷하다. 피아식별, 경계 및 경보체계, 은폐, 엄폐, 잠입, 오폭으로 인한 팀킬, 지휘관 암살 및 정보 교란 등.

즉, 면역계가 군대라면, 면역반응(선천면역/후천면역)은 군대의 교리 및 작계에 해당하는 개념이고, 세포면역/체액면역은 무기체계 및 전투서열에 해당하는 개념, 각종 면역세포들은 병사와 지휘관이라고 생각하면 쉽다.

1.1 진화와 면역체계

면역체계는 생명체의 진화와 그 궤를 같이 하며, 어떻게 보면 진화의 산 증인이라고까지 할 수 있다. 단순한 동물에서 복잡한 동물로 옮겨갈수록 다양한 방식의 면역체계가 발달한다. 예컨대 곤충(절지동물)은 우리처럼 선천면역체계를 가지고 있다. 그 중 하나가 Toll이라는 유전자이고, 이런 것들을 통해 곤충을 감염시키는 진균 등에 맞서 싸우게 된다. 척추동물쯤 되면 선천/적응면역체계를 모두 갖게 되며, 유악어하문/사지동물상강에 해당되는 개체에는 다양한 종류의 백혈구들이 존재한다.

박테리아에는 그런 거 없다고 생각했는데, 2000년대 들어 CRISPR/CAS9이라는 특정한 서열의 DNA를 잘라먹는 메커니즘이 밝혀졌다. 한 번 들어온 DNA를 기억하고 있다가 즉각적으로 대응하기 때문에, 이는 적응 면역의 훌륭한 예가 된다. 메커니즘 자체도 놀랍지만 생물학계에서는 이 시스템을 이용해서 유전자를 손쉽게 조작할 수 있는 방법이 생겼다고 풍악을 울려라 하는 상태.

현재 이 기술로 바이러스의 항생제 내성 문제를 해결하려는 시도가 있고, 약간의 성과를 거두고 있다. 이곳에서 볼 수 있다

1.2 분류

세포가 직접 대상을 공격하느냐, 세포에서 분비되는 단백질이나 작은 분자들을 이용해 공격하느냐에 따라서 세포성 면역(cellular immunity)백병전과 체액성 면역(humoral immunity)포격전으로 나뉘고, 모든 병원균에 대해서 일반적인 방식으로 공격하느냐, 병원체의 특정한 정보를 기억하여 반응하느냐에 따라서 선천면역(innate immunity)과 후천면역(adaptive immunity)으로 나눌 수 있다. 이 두 방식은 상호 독립적이라, 2x2=4가지의 케이스가 존재한다.

• 세포성 선천면역: 주로 병원균을 잡아먹는 방식. 호중구나 대식세포가 담당.
• 체액성 선천면역: 병원균을 단백질로 공격해서 파괴하는 방식. 보체나 항생펩타이드, A형 면역글로불린(IgA)등.
• 세포성 후천면역: 주로 바이러스에 감염된 자신의 세포 처리용. 세포독성 T세포가 담당.
• 체액성 후천면역: 항체(G형 면역글로불린, IgG). B세포가 분비.

2 방어 단계

2.1 외부 방어

체모, 피부, 점막에 의한 배설이 해당되며, 아예 항원이 침입하기 전에 항원을 차단하는, 마치 장벽과 같은 역할을 한다. 당연하지만 병원체가 몸 내부에 아예 안 들어오는 것이 제일 좋은 방어 대책이다. 그러니까 화장실 갔다오면 손 좀 씻어라. 피부는 항원이 신체로 직접 들어오지 못 하게 하는 장벽이 되며, 피부의 환경은 약산성이라서 각종 박테리아들이 마구잡이로 증식하는 것을 저지한다. 손 안 씻고 몇 시간만 있어도 손에 세균이 득실거리는데, 이것도 그나마 피부가 약산성이라서 이 정도지 안 그랬으면 박테리아 콜로니를 눈으로 볼 수 있었을지도 모른다. 아깝다 점막은 각종 병균들을 잡아채서 직접 신체로 들어오기 전에 밖으로 배출하게 한다.

사실 피부보다도 더 외부와 많이 접하고 있는 부분은 바로 소화기이다. 소장의 융털을 펼치면 테니스코트 넓이가 나온다. 이렇게 넓은 장 내에는 우리와 공생하고 있는 세균들이 수 조~수백 조 마리 정도 살고 있다. 엄밀히 따지면 "장 내부"의 위상은 '체외'에 해당된다. 그래서 우리 몸은 이 장 표면에 붙어 사는 세균들이 '진짜 체내'로 들어오는 걸 막으려고 수많은 방법을 사용한다. 점액과 항생물질 등을 분비하거나, 해를 끼치지 않는 공생 박테리아들을 키워서 병원성 박테리아를 쫓아내는 것 등이다. 숙주와 공생 미생물들이 도대체 어떻게 짝짝꿍하는 지를 밝히는 연구는 2010년 이래로 현대 생물학계에서 핫 이슈로 떠오르고 있다.

2.2 내부 방어

아무리 성벽을 둘둘 둘러싸도 언젠가는 뚫리는 법이다. 동물은 이런 각종 침입에 대항할 군대와 전술을 가지고 있다. 내부에 침입한 외부인자들을 제거하기 위해 동물은 특이적/비특이적인 방법을 사용하며 해당 내용은 후술하도록 한다.

3 선천 면역과 후천 면역

3.1 선천 면역

Innate immunity, nonspecific immune system

특별한 항원에 대한 면역이 아닌, 항원을 가리지 않고 항원의 침입 자체를 막거나 이미 날뛰고 있는 침입자를 만나는 족족 잡아 족치는 면역 체계이다. 특정 항원을 저격 하는 후천면역에 비해 대응 속도는 훨씬 빠른데, 반응 시간이 수 초(!)에서 수 시간 단위다(적응면역은 최소 수 일). 대신 대응 효율이 비교적 떨어진다. 간단히 말하면, 국경에 묻어놓은 지뢰라고 보면 된다.

예를 들자면, 서울의 비행금지구역인 P-73(청와대 인근) 방공레이더에 미확인 비행물체가 떴다고 치자. 이게 북한의 미사일인지 애드벌룬인지 RC 비행기인지는 모르겠지만

1) 일단 비행물체가 떴다는 것을 감지하고

2) 이 사실을 상부에 보고 해야하며

3) 비행금지구역에 들어온 건 떨어뜨리고 볼 일이니 대공포든 패트리어트든 뭐든 쏴야 되고

4) 도대체 뭐가 얼마나 떠 있는지 비행물체에 대한 정보를 수집해서 대응책을 마련해야 한다.

즉, 선천 면역의 작동 방식은 '침입자 감지' - '경계경보' - '일반적 대응 조치' - '(후천면역 발동을 위한) 정보 수집' 형태이다.

조직에 짱박혀있는 대식세포들이 1)에 설명된 레이더로 작용하고, 이들이 만들어내는 사이토카인(cytokine)이라는 신호전달용 단백질 조각이 2)에서 면역세포를 소집하는 역할을 한다. 주로 호중구를 포함한 과립구, 대식세포(조직에 원래 있던 놈 + 혈액을 돌던 단핵구들에서 분화된 놈)들이 3)에서 병원체를 죽이고 처리하는 데에 직접 관여하며(바이러스 감염의 경우 자연 살생 세포(natural killer cell)들이 활약한다), 마지막으로 4)에서는 수지상세포(dendritic cell)들이 열심히 병원체의 잔해를 모아 림프구로 돌아가서 후천면역체계를 활성화시킨다.

만약 바이러스가 후천 면역으로 넘어가질 못 하게 방해하거나 복제에 성공하여 대응체제가 제대로 동작하지 못 하면 우리 신체는 최후의 수단으로 사이토카인 폭풍(cytokine storm)을 일으킨다. 사이토카인 폭풍은 남아있는 백혈구를 강제 활성화시켜 바이러스와 동귀어진하도록 만든다. 이 과정에서 세포 조직도 심하게 손상되며, 백혈구의 이동을 돕는 히스타민이 과다 분비되므로 적혈구까지 새어나와 출혈이 일어난다. 이 지경까지 이르면 피아구별이 사라지는 격전이 벌어진다. 게다가 병원체의 활동성을 억제하려고 섭씨 42도가 넘는 엄청난 고열이 발생하는데, 이게 약 14시간 이상 지속되면 간 → 뇌 → 신장 순으로 신체 조직이 익어버린다. (특히 간은 44도 이상이 되면 경화가 시작된다.) 사이토카인 폭풍까지 발동했는데도 바이러스 개체를 어느 수준 이하로 줄이지 못 하면 결국 세포가 붕괴해서 내출혈로 사망하게 된다(참고로 이 증상을 일으키는 바이러스 중 가장 강력한건 그 유명한 에볼라 바이러스) 보통 사이토카인 폭풍은 죽기 직전에 발동하는 최후의 수단이기에, 이후 체온이 낮아지면 두 가지 중 하나다. 적을 물리쳤거나, 죽었거나. '사이토카인 폭풍'이란 단어는 2015년 대한민국 메르스 유행 사태 때문에 대한민국에서 널리 알려지게 된 바 있다.

3.1.1 염증 반응

염증(inflammation) 반응은 외부로부터의 침입이나 외상에 대한 반응을 총괄적으로 일컫는다. 군대로 치자면 전투와 그 부수 피해(collateral damage)에 해당하는 개념.

외상을 입어 장벽이 뚫린 경우, 적혈구와 혈소판, 피브린 등이 모여 환부를 막아버려 추가적인 침입을 막는다. 또한, 외상을 입어 파괴된 세포들은 염증반응을 일으켜 면역세포들이 모이도록 유도하며, 혈액 응고를 촉진한다. 외상을 입은 경우 혈액이 응고되면서 더 이상의 침입을 걱정하지 않아도 되지만, 점액을 뚫을 정도로 대량의 병원체가 침입을 시도했다든지, 아니면 체액을 통해 직접 침입한다든지 이러면 방어가 어려워진다. 당연하지만 체액을 통한 직접적인 침입이 제일 난감하다.

어찌되었든 침입한 병원체는 이미 각종 세포들을 감염시켜 증식하게 된다. 이렇게 몸에서 깽판을 치는 항원을 때려잡기 위해, 각종 면역 세포와 항생 단백질들이 혈액을 따라 온 몸을 순환하며 돌아다니다가, 내부로 침입해온 병원체를 공격한다. 우리가 흔히 아는 백혈구들인데, 백혈구에도 종류가 여러가지가 있다. 호중구와 대식세포가 대표적.

염증 반응은 환부의 체열을 올려 병원균들이 번식하기 나쁜 환경을 만들며, 면역세포의 활동을 촉진하고, 환부로 더 많은 면역세포가 모이도록 유도한다. 두뇌의 체온 조절 중추가 반응하여 평소의 항상성 유지를 정지하고, 체온이 올라가도록 유도하는 현상이 감기에 걸렸을 때 열이 나는 이유다. 또, 환부가 붉게 염증이 생기는 것은 공격을 받은 세포들이 내뿜는 히스타민이 염증 반응을 일으키기 때문이다. 염증반응은 침입자들을 막기 위한 수단이지만, 지나친 경우 신체에 치명적일 수 있다. 대표적으로 감기가 너무 심해 열이 너무 많이 나면 체온이 너무 올라간 나머지 유리몸인 뇌세포들이 문자 그대로 익어버린다.

다음은 일반적인 염증반응의 진행 과정이다.

1. 조직손상 부위에서 비만세포가 히스타민 분비
-> 모세혈관 투과성 증대, 혈관 확장
2. 보체 단백질이 히스타민의 분비를 촉진하며 식세포 유인, 혈관 투과성 증대
3. 고름(Pus , 농) 의 축적

염증반응 과정을 통해 염증의 4대 증상에 대해 잠시 알아보도록 하자

염증의 4대 징후 * 발적 : 혈관이 확장되어 피부가 붉게 보인다 * 발열 : 혈류량 증대와 화학물질로 인해 염증주위가 따끈 따끈해진다. * 동통 : 염증 부위의 모세혈관 투과성이 증대되어 조직액이 증가하고, 이것이 신경을 압박하여 통증을 유발한다. * 부종 : 증가된 조직액이 염증 부위를 붓게한다.

• 국소적 염증
  • 마크로파지, 비만세포가 혈관 영양 화학신호를 분비
  • 모세혈관 확장 및 항 미생물 펩티드 분비
  • 식세포가 주위 병원균 제거

• 전신성 염증
  • 백혈구수 급격히 증가
  • 체내 설정점 상승으로 열

3.1.2 기타

• 식세포작용
  • TLR(Toll Like Receptor)을 통해 매개되며, 병원체의 특정 분자적 구조를 인식한다.
  • TLR4 : 지질 다당체 인식
  • TLR3 : 바이러스의 ds DNA 인식
  • TLR5 : 세균 인식

• 항미생물질 펩티드, 단백질
  • IFN(인터페론) : 바이러스 감염에 대한 선천성 방어물질
    • IFN-α : 백혈구에서 생산, 백혈구의 활성화 및 유도
    • IFN-β : 섬유아세포, 마크로파지, NK cell 활성화
    • IFN-γ : Killer T cell, 마크로파지 활성화
  • 보체계
    • 미생물의 옵손화
    • 백혈구 유인
    • MAC(Membrane Attack Complex , 막 공격체 ) 형성

• 키닌
• 단백질 분해효소 억제제

3.2 후천 면역

Adaptive immune system, acquired immune system

후천적 면역이란, 병원체에 감염된 생체(동물체)에서 항체를 만들어내 해당 병원체를 제거하는 특이적 방어기작을 말한다. 적응 면역 (adaptive immunity)이나 획득 면역(acquired immunity)이라고도 불린다. 병원체를 특이적으로 인식하는 체계와, 인식한 병원체에 대한 항체를 만들어 내는 것이 후천적 면역 반응의 핵심이다. 내재면역보다는 느리게 반응하지만, 특이적으로 인식한 병원체를 기억하는 면역기억 효과를 주며 내재면역보다 훨씬 효과적이다. 예방접종으로 면역력을 얻을 수 있는 것도 모두 후천적 면역반응 덕분. 모든 생물이 선천적 면역을 가졌으나, 단세포생물에게 면역세포가 있을리 없다.
후천적 면역은 일부 고등생물들에게서만 발견되므로 후천적 면역은 비교적 최근에 만들어진 체계라고 볼 수 있다.

특정한 종류의 적에만 반응하는 세부적인 매뉴얼이라고 생각하면 된다. 후천 면역은 정보가 주어지기만 하면 이론적으로는 어떠한 항원에 대해서도 특이적으로 작용하는 항체나 면역세포를 만들어 낼 수 있다. 문제는 어떻게 생겨먹은 항원이 들어올 지 모른다는 것. 그 종류가 10¹²을 넘는 모든 매뉴얼을 완성된 형태로 가지고 있을 수 없기 때문에 준비하는데 시간이 걸린다. 그때까지 몸이 버텨낼 수 있도록 해주는 것이 선천면역의 역할.

예를 들어서 다시 위의 P-73 얘기로 돌아가자. 일선부대에서는 미확인 비행물체에 대한 정보를 다양한 방법으로 열심히 모은다. 레이더를 통해서 숫자와 방향, 속도 등을 감지하고, 교전의 결과로 추락한 비행체의 잔해를 모아서 근원을 추적해서 보고하는데, 그 다음부터는 사령부의 몫이다. 사령부에는 현존하는 모든 적에 대한 대응 매뉴얼을 만드는 매뉴얼이 마련되어 있으므로 거기에 맞는 놈을 찾아 꺼낸 뒤 최적화된 장교를 찍어낸다. 이 장교들이 다루는 무기는 오폭의 위험은 거의 없지만, 해당 적이 아니면 작동하지 않는다. 여기서 사령부가 찍어내는 장교가 바로 T 세포와 B 세포이다. (숙주 세포를 제거하는) 세포독성 T세포와, (해당 적에 대한 전용 미사일를 만드는 B세포를 활성화하는) 헬퍼 T세포 등이 포함된다.

이 찍어내는 과정이 면역의 예술이다. 기본 정보(그러니까 잔해)만 갖고 거기에 맞는 B세포와 T세포가 양산되며, 아군의 잔해는 무시한다. 또한 일반적이라고 간주되는 잔해도 무시한다. 자세한 내용은 면역세포의 성숙 참조.

후천면역은 한 번 만난 적에 대한 정보를 오랫동안 보존한다는 게 특징이다. 대량생산된 T/B 세포들의 일부가 기억 T/B세포라는 이름으로 남아서(그 수명은 세포에 따라 다르다), 차후에 같은 놈이 들어오면 즉각 대응이 가능하다. 이런 방식을 활용한 것이 백신이다. 미리 위험한 적들의 몽타주나 파편, 또는 비실비실한 놈을 던져주면 사령부에서 미리 매뉴얼을 만들고 대응할 무기를 만들어서 보관하게 되고, 그 후에 진짜로 위험한 놈들이 들어오면 즉각 출동함으로서 대응 가능.

물론 병원체들도 손 놓고만 있는 건 아니기 때문에 후천면역에 대해서 다양한 대응책을 마련해 두었다. 예컨대 세포 표면의 단백질을 바꿔친다든가, 숙주 세포의 세포막을 뒤집어 쓴다든가… 감기 백신이 존재하지 않는 이유가 여기에 있다. 감기 바이러스의 돌연변이가 너무 빨리 일어나므로 작년과 올해 감기 생겨먹은 모습이 다르기 때문. 성형 후 재입국

어떤 바이러스는 아예 면역세포를 숙주로 삼아 감염을 확산시키기도 한다. 유명한 것은 에이즈와 에볼라, 홍역 등. 이것들은 면역세포를 숙주로 삼기에 매우 위험하고 치료가 어렵다.

4 면역 기관

4.1 1차 림프기관

• 골수(Bone marrow)
  • B Cell의 생성, 성숙
  • T cell의 생성
• 가슴샘(흉선, Thymus)
  • T cell의 성숙

4.2 2차 림프기관

• 림프절
• 비장(지라)
• 충수
• 편도

5 부작용

면역반응에 의한 부작용들도 있다. 별 것 아닌 항원에 과민반응해서 생기는 알레르기라든가, 면역계가 췌장의 인슐린 분비세포를 외부항원으로 오인하여 파괴해서 생기는 제1형 당뇨병 등의 자가면역질환 등. 이는 신체재생을 막는 원인이기도 하다. 면역체계가 복잡하게 발달한 생물일수록 신체재생력이 떨어지는데, 이것은 괴사한 세포를 복구할 때 많은 경우 면역체계에 의해 흉터조직화가 일어나기 때문에 주변에 다른 세포들은 길막(…)을 당해 해당 부위를 재생시키지 못 하기 때문이다.

6 유사과학

당신이 만약 의사가 아닌 사람한테, 특히 음식물 판매원한테 (이걸 먹으면) "면역력이 좋아진다"는 표현을 들었다면 십중팔구 잘 모르면서 갖다 붙인 말이다. 면역력은 어떤 소수의 수치화된 정보를 통해 좋다 나쁘다를 판단하는 것이 아니다. 면역이 약한 상태를 판단하기는 비교적 쉬운 한편 면역이 좋은 상태는 판단하기 힘들다. 왜냐하면 면역은 엄청나게 많은 수의 요소들이 얽히고 설킨 것이라 그 중에 어떤 중요 요소가 빠진 사람 (특정 백혈구가 적다든지, 중요 효소 결핍이라든지)을 보고 면역력이 약화되었다고 말할 수는 있을지 언정 얼핏 봐서 정상같은 사람한테 '당신은 면역이 좋은 상태입니다'라고 단정하기에는 이 사람에게서 얻어내야 할 정보가 너무 많다.

다만 옛날 한정으로, 영양 결핍자가 많았던 시절에는 부족한 영양소를 채워주는 음식을 권하고 이걸 먹으면 면역력이 좋아진다더라, 하는 건 이해의 여지는 있다. 영양이 부실하면 면역계도 부실할 테니까. 그러나 요즘처럼 영양과잉시대에는 택도 없는 소리다. 당신이 삼시세끼 특별히 건강에 나쁘지 않은 식단으로 꼬박꼬박 먹고 있고 특별히 질환을 가진 것도 아니라면 더 이상 면역력이 좋아질 만한 거리는 없다. 그런 상황에서는 특별한 걸 먹어서 좋아질 면역력이라면 그냥 평소에 잘 못먹고 스트레스 받아서 그런 거니 삼시세끼 밥 잘 먹고 잠 잘 자고 운동하면 된다.

백혈구나 항체 같은 게 더 생겨서 더 균이랑 잘 싸우는거 아니냐고? 백혈구는 정상수치가 하한과 상한이 동시에 있으며, 상한을 넘으면 염증반응 중이거나 비정상적으로 증식한 상태다. 항체도 적정 수준 생산되어야 좋은 거지, 쓸데 없이 많이 생산되어봐야 괜히 에너지만 쓰고 피만 약간 더 탁해질 뿐 여분은 쓸모가 없다. 따라서 애초에 음식물이 면역세포나 항체를 더 증가시켜주는 것도 아니거니와, 설령 증가시켜준다고 해도 아무 짝에 쓸모없는 반응이다. 면역계에 다다익선은 없고, 밸런스가 잘 맞는 것만이 좋은 것이다. 만약 검사상 밸런스가 깨진 상태라면 그 밸런스가 깨진 이유를 찾아 고쳐야 하는 것이며 절대 웬 뜬금없는 음식 먹는다고 좋아지지 않는다. 검사상 밸런스가 정상범위라면 더 좋아질 면역력도 없다.

오히려 잘못된 방향으로 작용을 해서 멀쩡한 면역체계의 밸런스를 붕괴시켜 약화시키는 경우가 생길 우려가 있다. 특히 특정 약품성분이 포함된 경우 그것 때문에 항체반응이 일어나면 그게 면역이 강화된 거라고 하는 사기꾼들돌팔이인 경우가 더 많다. 보약이라고 불리는 것이 면역력을 강화시킨다는 근거는 없다고 보면 된다. 애초에 연구논문도 드물거니와 무슨 지표를 가지고 면역력이 강화되었다고 할 것인가? 그리고 스테로이드가 포함된 약을 약팔이들이 파는 경우도 많은데, 이 경우는 스테로이드는 면역억제제임을 기억해야 한다. 기운나게 하는 효과가 있을지 몰라도 면역계에 좋다고는 말할 수 없다.

길게 설명했지만 결론적으로 당신이 면역관련 질환이 있거나, 영양결핍상태가 아니라면 저런 장사꾼들이 하는 '면역력이 좋아진다'는 말은 거짓말이다. 구매자가 딱히 확인할 길도 없고 효과를 설명하긴 해야하는데 간지나는 말 뭐 없을까 하고 그냥 갖다붙인 말이다. 저런말에 혹해서 비싼 돈 주고 이상한 음식을 사지 말자.

7 같이 보기

• 면역계/용어
• 면역계/세포
• 면역학

이 문서의 내용 중 전체 또는 일부는 면역학문서에서 가져왔습니다.</div></div>