Immune cells: 대식세포(Macrophages)-정의와 선천 면역에서의 기능

정의

대식세포(Macrophage; Mφ, MΦ, MP)는 1884년 러시아 동물학자인 Élie Metchnikoff에 의해 발견 된 선천 면역에 주로 관여하는 면역세포이다. 이 세포는 병원체, 암세포, 각종 미생물들, 죽은 세포들의 잔해, 외부 물질들을 활발하게 잡아 먹는데 이를 식세포작용(Phagocytosis)라 한다. 대식세포는 식세포 작용으로 각종 감염과 질병으로부터 신체를 보호한다. 

대식세포는 전신의 조직에서 발견되며 아메바처럼 돌아 다니며 병원체들을 찾아다닌다. 대식세포는 위치한 조직에 따라 다양한 이름을 갖는다. 식세포 작용을 통해 선천 면역을 담당하고 있으나 적응 면역 활성에 도움을 주기도 한다. 예를 들어 대식세포는 항원 세포로 T 세포에 항원을 제시하는 기능을 가지고 있다. 대식세포의 기능에 이상이 생기면 만성 육아종( chronic granulomatous) 같은 질병이 생겨 감염에 취약해지기도 한다.

대식세포는 아형에 따라 면역 반응을 활성화 하기도 하고 억제 하기도 한다. M1 대식세포는 염증반응을 촉진시키지만, M2 대식세포는 염증을 감소 시키고 상처의 회복을 촉진한다. 이런 특징은 각 아형의 대사에서도 차이를 볼 수 있는데, M1 대식세포는 아르기닌 대사를 통해 독성 물질인 산화 질소를 생성하지만, M2 대식세포는 아르기닌 대사를 통해 상처 회복에 도움을 주는 오르니틴을 생성한다. 연구를 통해 두 개의 아형이 아닌 더 많은 세부 아형이 발견되고 있다. 

사람의 대식세포는 21마이크로미터의 직경을 가지며 조직에서 단핵구가 분화하여 만들어진다. CD14, CD40, CD11b, CD64, F4/80 (mice)/EMR1 (human), lysozyme M, MAC-1/MAC-3, CD68 등등의 마커들을 이용해 유세포 분석이나 면역조직 염색에서(immunohistochemical staining) 대식세포를 구분할 수 있다.

대식세포는 미생물이나 병원체가 침입할 것으로 예상되는 조직에 주로 분포하고 있다. 대식세포는 위치하고 있는 조직에 따라 다른 이름으로 부르는 특징이 있다.

이름	조직
쿠퍼성상 세포(Kupffer cells)	간(Liver)
폐포 대식 세포(Alveolar macrophages)	폐의 폐포(Pulmonary alveoli)
미세아교세포(Microglias)	중추 신경계(Central nervous system)
호프바우어 세포(Hofbauer cells)	태반(Placenta)
Intraglomerular mesangial cells	신장(Kidney)
파골세포(Osteoclasts)	뼈(Bone)
랑게르한스 세포(Langerhans cells)	피부(Skin)
유상피 세포(Epitheloid cells)	육아종(Granulomas)

 

 

기능

 

식세포작용(Phagocytosis):

대식세포는 식세포작용을 하는 대표적인 세포로 죽은 세포들과 세포 부스러기들을 청소하는 역할을 담당한다. 호중구편에서 설명했듯이 몸에 염증이 일어나면 호중구가 몰려들고 호중구는 NET을 만들어 몸에 들어온 병균들을 붙잡는다. 이렇게 모여들어 활성화 된 호중구가 죽고 NET와 병균들이 엉겨붙은 잔여물들을 대식세포가 포식작용을 통해 청소한다. 병원균 자체를 식세포작용으로 잡아 먹기도 한다. 이렇게 대식세포가 잡아 먹은 것들은 세포 내의 라이소좀(Lysosome)과 합쳐져 파고라이소좀(Phagolysosome)이 되는데, 이 안에 들어 있는 각종 효소들과 과산화수소 등 독성물질들에 의해 분해되고 용해된다. 어떤 균들은 이런 용해 작용에 저항하여 생존하기도 한다. Mycobacterium tuberculosis 같은 균은 위에서 설명한 소화 과정에 저항하여 생존한다. 심지어 Typhoidal Salmonella는 일부러 대식세포의 식세포 작용을 유도하여 먹힌 후 소화과정을 피해 대식세포를 분열하기 위한 숙주로 삼기도 한다. 대식세포는 죽기 전 까지 100개 정도의 균을 소화시킨다. 

 

사이토카인 분비:

대식세포가 패턴인식수용체를 통해 활성화되면 염증을 활성화하는 사이토카인을 분비한다. Toll유사 수용체(Toll-like receptor;TLR)은 대표적인 패턴인식 수용체로 사이토카인 생산을 촉진하는 신호전달에 주로 관여하는 수용체다. 병원체의 분자 패턴이 TLR을 활성화시키면 NF-κB 전사체를 활성화시켜 IL-1β, IL-6, TNF-α, IL-12B, IFN-α, IFN-β 등의 사이토카인을 만들게 한다. IL-1β, IL-6, TNF-α는 몸에서 열이 나게 하고 급성 감염에 대응하여 간에서 급성기 단백질(Acute phase protein)을 만들게 한다. IL-1β, TNF-α는 국지적으로 혈관을 확장시키고 세포가 달라붙게 하는 분자들의 발현을 증가시켜 면역세포들이 혈관을 빠져나와 염증 부위로 이동하는 것을 용이하게 만든다. 

호중구(Neutrophils)는 대식세포에 의해 감염 부위로 가장 먼저 모이는 면역 세포들 중 하나다. 대식세포가 만들어 낸 CXCL1, CXCL2, CXCL8등의 케모카인이 호중구를 모이게 만든다. 모여든 호중구의 감염 대응 반응이 마무리 되면 세포 사멸(Apoptosis)이 일어나고 이렇게 죽은 세포들의 사체들을 대식세포들이 먹어서 청소한다. 

대식세포는 이 외에도 CCL2, CCL4, CCL5, CXCL8, CXCL9, CXCL10,CXCL11 등의 케모카인들을 만들어낸다. 이 케모카인들은 호중구 외에도 단핵구(Monocytes), 수지상세포(Dendritic cells), 자연살해세포(NK cells), 호산구(Eosinophils), 호염구(Basophils), T 세포 등의 다양한 면역세포들을 감염 부위로 소환한다. 대식세포가 만드는 IFN-α, IFN-β, IL-12같은 사이토카인들은 자연살해 세포를 활성화시켜 IFN-γ를 생성하게 한다. IFN-γ은 대식세포의 면역 작용을 더 강하게 활성화시켜 병원체들을 더 효과적으로 처리할 수 있게 만든다.