Immune cells: 단핵구(Monocytes)

단핵구(Monocytes)는 혈액 가장 큰 면역세포로 대식세포(Macrophages)나 수지상 세포(Dendritic cells)로 분화할 수 있다. 면역 세포로 동물의 선천 면역(Innate immunity)의 한 부분을 담당하여 적응 면역(Adaptive immunity)과 조직 회복에 영향을 주기도 한다. 사람의 혈액에 존재하는 단핵구는 세포 표면에 발현하는 마커들에 따라 세 가지 이상의 타입으로 분류할 수 있다.

단핵구는 세포 내에 아주르성 과립을 가지는 경우가 예외적으로 가끔 있으나 대부분 과립을 가지지 않은 비 과립성 세포이다. 직경은 15–22 μm 정도로 혈액 중 가장 큰 세포이다. 이 세포들이 가지는 둥글고 콩 모양의 단일한 핵의 모양 때문에 단핵구라는 이름이 붙여졌다. 정상 상태 사람의 신체 내의 면역 세포 중 2~10%를 차지한다.

단핵구는 골수에서 생성되는 Monoblast로부터 생성되어 혈액을 따라 순환한다. 혈액을 타고 돌아다니는 단핵구는 1~3일 정도 순환하다 조직으로 이동하면 대식세포(Macrophages)나 수지상 세포(Dendritic cells)로 분화한다. 

In vitro에서 추출한 단핵구에 GM-CSF와 IL-4를 처리하고 배양하면 수지상 세포로 분화시킬 수 있다(MoDCs). 이 수지상 세포들은 분화 후에도 단핵구의 전사체 발현을 나타내는 특징을 보인다. 이렇게 단핵구를 배양하여 만들어 낸 수지상 세포는 수지상 세포 연구에 널리 이용된다.

• In vivo: 살아 있는(to live, be alive)라는 뜻의 라틴어로 살아 있는 동물을 이용한 실험을 의미한다.
• In vitro: 시험관 또는 유리 내의(in the glass)라는 뜻 라틴어로 생체 내가 아닌 시험관같이 통제할 수 있는 환경에서 이루어지는 실험을 말한다.

단핵구의 아형

단핵구는 1980년대에 유세포 분석을 통해 처음 명확하게 규명되었다. 인간(Homo sapiens)의 경우 패턴 인식 수용체(Pattern recognition receptor)인 CD 14와 Fc 감마 수용체 III(Fc gamma receptor III)인 CD 16의 발현 정도에 따라 사람의 몸에서 세 가지 타입의 단핵구 아형들을 분류할 수 있다.

• Classical monocytes: 다른 단핵구 아형들보다 강한 포식 작용과 항균 능력, 병원체 감지 능력, 면역 반응 활성화 능력 및 이동하는 성질을 가진 단핵구이다. 이 아형의 단핵구들은 강한 과산화 효소 활성을 가지고 있어 활성산소(Reactive oxygen species;ROS)를 더 많이 생성한다. 케모카인(Chemokine) 수용체를 많이 발현하여 화학주성(Chemotaxis)에 의해 상처나 염증이 발생한 조직을 향해 이동하는 성질을 가진다. 사람의 Classica monocyte는 CD 14를 강하게 발현하나 CD 16의 발현은 약하다(CD 14++CD 16-). 패턴 인식 수용체(Pattern recognition receptor)인 CD 14는 세균의 당지질을 인지하는 수용체로 단핵구나 대식세포가 강하게 발현한다. 이 외에 CCR 2, CCR5, CD 62 L을 수용체로 세포 표면에 발현한다.
• Non-classical monocytes: Classical monocyte에 비해 포식 능력, 활성산소 생성 능력, 사이토카인 생성 능력 등이 다 떨어지는 아형의 단핵구다. CD 14의 발현이 낮고 CD 16을 높게 발현한다(CD 14+ CD 16++ 또는 CD14dim CD 16+). 이 외에 CXC3CR1, HLA-DR을 구분 마커로 사용할 수 있다. 주로 혈액을 타고 순환하며 상처 회복을 촉진하는 기능을 담당한다. 항원을 T 세포에 제시하는 기능을 가지고 있어 T 세포를 활성화하기도 한다. 염증 반응을 촉진하는 사이토카인인 TNF(Tumor necrosis factor)와 IL-12를 높게 발현한다. PD-1을 통해 신호를 전달받으면 IL-10을 만들어 내 CD 4 Th1 세포를 억제하고 CD 4 Th2 세포를 활성화한다.  
• Intermediate monocytes: CD 14를 높게 발현하고 CD 16 발현은 조금 떨어진다. Classical monocyte처럼 염증 반응에 관여하는 기능을 가지고 있으나 활성산소 생산 능력이 조금 떨어진다. TNF나 IL-1B 등의 사이토카인을 발현하는 특징을 가지고 있다. 사람 면역 결핍 바이러스(Human immunodeficiency virus;HIV) 감염 환자에게서 Intermediate monocytes의 수가 증가하는 것이 관찰되었다. 이외에 CCR 2, CCR5, HLA-DR, CD86, CD 11c를 구분 마커로 사용할 수 있다.

쥐(Mus musculus)의 단핵구는 크게 Inflammatory monocytes와 Resident monocytes 두 가지 아형으로 구분된다.

• Inflammatory monocytes: 인간의 Classical monocyte와 같이 염증 반응 및 면역 반응에 관여하는 아형이다. CX3CR1low, CCR 2+, Ly6Chigh, PD-L1-의 표현형을 가진다.
• Resident monocytes: 인간의 non-classical monocyte에 해당하는 아형으로 마찬가지로 혈관을 따라 순환하는 아형이다. CX3CR1high, CCR 2-, Ly6Clow, PD-L1+의 표현형을 가진다.