Immune cells: 호중구(Neutrophil)

호중구란 면역세포 중 한 가지로 과립구의 일종이다. 세포에서 과립이란 세포 안에 들어있는 자잘한 알갱이들을 말한다. 항원을 포식하는 것이 주 기능이나 대식세포와 다르게 리소좀을 이용한 분해 방식이 아닌 활성산소나 과산화수소의 독성을 이용하여 처리하는 것이 특징이다. 면역 반응에 의해 자극받았을 때 탈과립이라는 현상을 통해 과립 안에 들어있는 독성 물질들을 세포 외부로 방출하기도 한다.

과립구는 보통 과립이 염색되는 색에 따라 크게 세 가지로 나누어진다. 붉게 염색되는 호산구(Eosinophil), 파랗게 염색되는 호염기구(Basophil), 둘 중 어느 쪽도 아닌 색으로 염색되는 호중구(Neutrophil)로 나눌 수 있다. 과립구는 면역세포의 반수 이상을 차지하는 비율을 가지고 있다. 과립구 중에서도 호중구(Neutrophil)가 90% 이상을 차지한다. 

호중구는 포유류에서 가장 큰 비중을 차지하는 면역 세포로 선천 면역 반응에 중요한 기능을 한다. 호중구는 골수의 줄기세포(Hematopoietic stem cell, HSC)로부터 분화한다. 수명이 짧고 여기저기 이동하는 성질을 크게 갖고 있다. 
호중구라는 이름은 호중구가 가진 과립이 헤마톡실린과 에오신으로 염색했을 때 호산구의 밝은 빨강이나 호염기구의 파란색과 다른 분홍색의 중간 색으로 염색되는 것에서 유래했다. 일반적인 호중구의 핵은 여러 개(2~5개)의 엽으로 나뉘어 있다.

일반적인 상태에서 호중구는 혈류를 따라 온몸을 순환한다. 피를 따라 도는 비활성화 된 상태일 때는 동그란 구형의 모양을 하고 있다. 병원체나 질병 등에 의해 면역 반응이 활성화되어 염증 상태가 생기면 제일 빠르게 반응한다. 염증 부위에서 생성되는 여러 사이토카인의 영향을 받아 염증 부위로 이동하고 활성화된다. 이렇게 활성화되면 불확실한 아메바 형태의 상태가 되어 항원과 반응한다. 염증 부위에 호중구가 몰려 들어 만들어진 희고 불투명한 액체를 고름이라 한다. 호중구는 과당, 포도당, 설탕 등의 정제 탄수화물 섭취를 선호하는 것으로 알려져 있다. 

호중구의 기능
상처나 감염이 일어난 부위의 세포들은 여러 사이토카인을 만들어낸다. 예를 들어 상처가 난 부위의 혈관 세포, 주변에 상주하고 있는 비만세포, 상처의 병원체를 포식한 대식세포들은 다른 면역세포들을 끌어들이고 활성화하는 사이토카인들을 만들어낸다. 이런 호중구는 사이토카인들에 반응하여 상처 부위로 이동한다. 이렇게 화학 물질에 반응하여 화학물질의 농도를 따라 이동하는 현상을 화학주성(Chemotxis)이라 한다. 호중구는 화학 주성을 일으키는 사이토카인들에 반응하는 여러 수용체를 표면에 가지고 있기 때문에 반응하여 염증 부위로 이동할 수 있다. 목적지로 이동한 호중구 또한 사이토카인들을 만들어내고 이 사이토카인은 다른 면역 세포를 활성화하여 염증 및 면역 반응이 증폭된다. 

호중구는 면역 반응의 최전방에서 몸을 지키는 세포이다. 호중구는 식세포작용(Phagocytosis), 탈과립(De granulation), 호중구 세포 외 덫(Neutrophil extracellular trap) 작용을 통해 체내에 침입한 병원체를 직접 공격한다.

• 식세포작용(Phagocytosis): 면역 작용 중 한 가지인 보 체계(Complement system)에서 생성된 옵소닌이 항원에 달라붙는 옵소닌화가 진행되면 호중구가 가진 옵소닌 수용체가 이를 인지하고 식균작용을 통해 미생물을 포식하게 된다. 이렇게 호중구가 미생물을 포식하면 활성산소와 가수분해 효소등을 이용해 미생물을 직접적으로 죽일 수 있게 된다.
• 탈과립(De granulation): 호중구가 가지고 있는 과립을 밖으로 방출하는 과정을 말한다. 호중구는 과립 안에 미생물을 죽일 수 있는 물질들을 보관하고 있어, 탈과립을 통해 미생물들을 제거하는 것을 도울 수 있다. 과립에는 아주르친화사성 과립(일차 과립), 특이과립(이차 과립), 삼차 과립이 있다.
• 호중구 세포 외 덫(Neutrophil extracellular trap, NET): 활성화된 호중구는 거미줄 형태의 구조물을 방출하고 이 구조물이 세균을 붙잡아 죽이는 기능을 가지는데 이를 호중구 세포 외 덫이라 한다. 호중구 세포 외 덫은 염색질과 단백질 분해효소로 이루어져 있으며 미생물을 붙잡아 사멸하게 한다. 병원체 물리적으로 붙잡음으로써 면역 반응이 일어나는 동안 병원체가 더 퍼지는 것을 막는 역할을 한다.

호중구 세포 표면 마커

호중구는 골수에서 생성되어 혈액을 타고 돌다 염증 반응에 의해 활성화된 후 최종적으로 대식세포에 의해 제거되는 생활사를 겪는다. 이런 성숙 과정에 따라 기능이 달라짐에 따라 표면에 발현하는 마커들이 달라진다.

미성숙하고 분화하는 중의 호중구는 CD15, CD11b, CD16, CD10를 발현하는 것으로 알려져 있으며 혈액을 순환하는 성숙한 호중구는 CD16hi, CXCR2hi, CXCR4low, CD62Lhi의 표현형을 가진다. 오래된 호중구들은 작아지고 과립이 작아지는 특징을 가지며 염증 부위에 더 잘 이동할 수 있게 변화한다. 오래된 호중구는 CD62Llow, CXCR2low, CXCR4hi, CD11bhi, CD47low의 표현형을 가진다. CD11c, CD24, ICAM1, CD45, TLR4의 마커 또한 발현할 수 있다.