Immune cells: 대식세포(Macrophages)-적응 면역에서의 기능과 기타 기능

T 세포와의 상호작용

대식세포(Macrophge)는 T 세포에 항원을 제시하는 항원 제시 세포(Antigen presenting cell;APC)이다. 외부의 항원을 식세포 작용으로 먹은 후 가공 과정을 거쳐 MHC-II분자에 제시하여 CD4 T 세포가 인식할 수 있게 하고 T 세포를 활성화한다. 대식세포는 주로 조직에 위치하기 때문에 조직에 분포하는 미접촉 보조 T 세포(Naive helper T cells)를 활성화하는 대표적인 세포의 역할을 한다. 대식세포는 림프샘에도 있긴 하지만 T세포 구역(T cell zone)에는 위치하지 않기 때문에 림프샘에서 대식세포는 보통 T 세포를 활성화하는 효율이 떨어진다. 림프 조직에 위치하는 대식세포는 보통 항원을 제거하여 항원이 다시 혈액을 타고 이동하는 것을 방지하거나 사멸한 림프구들의 사체를 처리하는 역할을 한다.

 

대식세포가 항원을 포식하면 이 상원을 MHC-II 분자에 올려 T 세포가 TCR을 통해 인지하고 활성화 되게 한다. PRR에 의해 대식세포가 자극받으면 co-stimulatory molecule인 CD80과 CD86을 발현하는데 이 분자는 T세포의 CD28과 결합하여 T 세포를 활성화하는 신호를 전달한다. 이 신호를 전달받은 미접촉 보조 T 세포는 활성화된 보조 T 세포로 분화하며 T 세포에서 지속적인 생존 신호를 전달해 세포 사멸(Apoptosis)을 방지한다.

 

TH1이나 TH2 같은 보조 T 세포 아형들은 대식세포를 서로 다른 아형으로 분화하게 한다.

TH1 세포는 세포를 감염시켜 세포 내에서 활동하는 병원체들에 대응하는 타입 1 면역반응(Type I immune response)에 관여하는 보조 T 세포 아형이다. 이런 병원체들은 대식세포에 먹힌 후 대식세포 내에서 생존하여 분열하기도 한다. TH1 세포가 대식세포의 MHC-II에 제시된 항원을 인지하면 TH1은 IFN-γ 을 발현하고 CD40L(CD40 ligand)를 표면에 발현하여 대식세포의 CD40과 붙는다. IFN-γ과 CD40L 신호는 대식세포가 독성 물질인 산화질소(Nitric oxide;NO)와 초산화물(Speroxide; O2- )의 생산을 촉진하여 내부에 섭취한 병원체들을 죽이는 능력을 증가시키는데 이렇게 병원체를 죽이는 능력이 활성화된 대식세포를 M1 대식세포(M1 macrophages;Classical macrophages)라 한다. M1 대식세포는 B7 분자의 발현을 증가시키고 이를 이용해 보조 T 세포에서 받는 활성 신호를 유지한다.

 

M1 대식세포와 TH1 세포의 활성화는 일종의 양성 피드백(positive feedback)이다. TH1의 IFN-γ는 M1 대식세포의 CD40 발현을 증가시키고, CD40이 TH1의 CD40L이 붙으면 대식세포는 이에 대응하여 IL-12를 만들어내고 IL-12는 TH1이 IFN-γ를 더 많이 발현하게 자극한다. 그러면 다시 대식세포를 더 활성화하는 방식이다.

TH1은 FasL와 LT- β를 발현하여 더 이상 병원체를 죽이지 못하는 오래된 대식세포의 사멸을 유도한다. 이 오래된 대식세포의 제거는 다른 멀쩡한 활성화된 대식세포가 일으킨다. 이외에도 대식세포의 전구체인 단핵구가 모이게 해서 새로운 대식세포로 분화하는 것을 돕는다.

 

TH2는 타입 2 면역반응(Type II immune response)에 관여하는 M2 대식세포(M2 macrophages;alternative macrophages)를 활성화한다. 타입 2 면역반응은 기생충 같은 세포 외부에 위치하는 병원체들에 대한 면역 반응들을 의미한다. TH2는 IL-4나 IL-13같은 사이토카인들을 만들어 내 대식세포가 M2 아형으로 분화하게 한다. M2 대식세포는 arginate-1이라는 아르지닌을 오르니틴으로 바꾸는 효소를 생산한다. 오르니틴은 민무늬근(smooth muscle)의 수축을 유도하여 기생충의 배출을 유도한다. 오르니틴은 대사되면 프롤린으로 바뀌는데 이 물질은 콜라젠의 합성에 중요한 역할을 하여 상처의 치료에도 관여한다. M2 대식세포는 염증 반응을 억제하는 여러 사이토카인을 만들어 낸다.

 

B 세포와의 상호작용

대식세포가 만들어 내는 BAFF, APRIL의 사이토카인은 항체를 만들어 내는 형질 세포(Plasma cells)의 개별형 전환(Isotype switching)에 중요한 역할을 한다. APRIL과 IL-6 사이토카인은 형질세포의 생존에 도움을 준다.

 

근육 회복

과도한 근육의 사용 후(운동 등) 근육 손상이 회복되고 재구축되어 성장하는 과정에 두 단계의 대식세포 관여가 발생한다. 근육을 과도하게 사용하게 되면 근막에 손상이 발생하고 염증 반응이 생성되는데 최종적으로는 근섬유의 분해가 일어난다. 근 손상 발생에서 24시간 정도 후 염증 반응에 대응하는 포식성 대식세포의 농도가 최고조에 달한다. 이 대식세포 농도는 48시간 이후 급격하게 감소한다.

 

두 번째 대식세포 그룹은 비 포식성 대식세포로 새로 생성되는 근섬유 주변에 분포하여 근섬유의 회복을 돕는다. 이 대식세포는 2일에서 4일 사이에 최고조에 도달하여 이후 7일 정도 그 수가 유지되며 근육의 재구축을 돕는다. 첫 번째 아형의 대식세포는 근 합성에 직접적인 도움이 없으나 두 번째 아형은 직접적으로 근육의 재구축에 도움을 주는 세포들이다.

 

대식세포들은 세포의 분열, 분화, 성장, 회복에 도움을 주는 물질들을 만들어내는 것으로 알려져 있으나 정확히 어떤 물질인지는 불명확하다 한다. 대식세포가 만들어 내는 회복 물질은 근육에만 국한되는 것이 아니라 상처 치료에 광범위하게 적용된다.

 

상처 회복

대식세포는 상처 치유에도 중요한 세포다. 대식세포는 상처 발생 2일 후 상처 부위에 몰려든 호중구를 대체한다. 상처 부위의 혈소판과 다른 세포들은 성장인자를 만들어 혈관에서 단핵구들이 빠져나와 상처 부위로 몰려오게 한다. 단핵구의 수는 하루에서 하루 반나절 사이에 정점을 찍는다. 상처 부위에 몰려든 단핵구는 대식세포로 분화한다. 비장은 상처에 대응하기 위한 단핵구를 비축하고 있는데 이 수는 몸 전체에 존재하는 단핵구의 반 정도에 해당한다.

 

상처 부위에 위치하는 대식세포의 주요 역할은 상처에 침투한 병원균과 손상된 조직을 처리하는 것이다. 식세포 작용으로 섭취하여 제거하기도 하고 단백질 분해 효소를 분비하여 손상된 조직을 제거하기도 한다. 또한 대식세포는 각종 성장인자와 사이토카인들을 만들어내는데 이 물질들은 상처 치료에 관여하는 세포들을 끌어들이는 역할을 한다. 대식세포는 주변의 낮은 산소농도에 영향을 받아 혈관 생성을 유도하기도 한다. 추가로 상처의 상피세포 재생을 촉진하고 새로운 세포 바깥 조직(Extracellular matrix)의 생성을 돕는다.