비면역학자를 위한 COVID-19 면역학 기초, Akiko Iwasaki 박사 (영어)

개요

안녕하세요. 면역학자 아키코 이와사키 교수입니다. 저는 "항체와 면역의 차이가 무엇인가요?"라는 질문을 자주 받습니다. BioRender의 도움을 받아 비전문가를 위한 튜토리얼인 면역학 개론을 준비했습니다. 

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면역 체계는 바이러스, 박테리아, 곰팡이, 기생충과 같은 침입 병원체로부터 숙주 유기체를 보호합니다. 이를 위해 면역 체계는 선천 면역과 적응 면역이라는 두 가지 층을 활용합니다. 선천 면역은 감염 후 수 분 내에 작용하여 병원체를 제거합니다. 이는 비특이적이고 단기적인 해결책입니다. 이와 동시에 선천 면역 세포는 적응 면역 체계의 활성화를 유도합니다. 이 과정은 작동하기까지 1~2주가 걸리지만, 일단 확립되면 적응 면역은 숙주에게 장기적이고 병원체 특이적인 방어를 제공합니다.

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조금 더 자세히 살펴보겠습니다. 선천 면역은 패턴 인식이라고 알려진, 비정상적인 분자나 활동을 감지하는 센서를 통해 미생물 병원체를 감지하면서 시작됩니다. 이러한 센서가 미생물 패턴을 감지하면 사이토카인과 인터페론 분비를 통해 즉각적인 경보를 울립니다. 사이토카인과 인터페론은 주변 세포의 수용체에 결합하여 추가 침입에 대비하도록 돕습니다. 또한 감염된 세포의 사멸을 유도하여 바이러스의 추가 확산을 막습니다.

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마지막으로, 인터페론과 사이토카인은 백혈구를 감염 부위로 불러들여 침입자를 차단하고 공격하도록 신호를 보냅니다.

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하지만 사이토카인이 제어되지 않고 과도하게 분비되면, 사이토카인에 반응하는 세포에 손상을 입히고 장기 기능을 정지시킬 수 있습니다. 이를 사이토카인 폭풍이라고 하며, 코로나19를 포함한 중증 질환의 원인이 됩니다. SARS-CoV-2 감염 시, 바이러스는 폐 상피 세포를 감염시키고 복제합니다. 대식세포는 패턴 인식 수용체를 통해 바이러스를 감지하고 인터페론과 사이토카인 분비를 촉발합니다. 그러나 이 바이러스는 인터페론의 항바이러스 효과를 무력화하는 것으로 보입니다. 대신 사이토카인이 더 많은 백혈구를 조직으로 불러들여 사이토카인 폭풍을 일으키고, 많은 세포가 다양한 사이토카인을 대량으로 분비하게 됩니다.

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이러한 사이토카인 중 일부는 피브린 침착을 유도하고 혈관을 손상시켜 폐포로 체액이 누출되게 함으로써 호흡 부전을 일으킵니다. 바이러스는 숙주의 선천 방어 체계를 회피하여 복제하고 확산하기 위해 사이토카인과 인터페론의 분비 및 기능을 차단합니다. 이런 상황이 발생하면 신체는 면역 체계의 두 번째 층인 적응 면역 반응을 시작합니다. 적응 면역 체계의 핵심인 T 림프구와 B 림프구는 수지상 세포의 교육이 필요합니다. 수지상 세포는 잠재적 병원체를 찾기 위해 조직을 조사하는 특수 백혈구입니다.

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수지상 세포가 패턴 인식 수용체를 통해 병원체를 감지하면 사이토카인을 분비할 뿐만 아니라 인접한 림프절로 이동하라는 신호를 보냅니다. 림프절에 머물던 미성숙한 T 세포와 B 세포는 수지상 세포와 상호작용합니다.

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만약 이들의 수용체가 수지상 세포가 제시한 항원과 일치하면, 이들은 활성화되고 증식하여 이른바 이펙터 림프구가 됩니다. 이 이펙터 림프구는 감염 부위로 다시 이동하여 감염된 세포를 직접 죽이고 특정 항체를 분비하여 바이러스의 추가 확산을 차단합니다. 이러한 특수 백혈구인 T 세포와 B 세포는 항원 제시 세포에 의해 호출됩니다.

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표적 조직에 도달하면, 킬러 병사로 훈련된 T 세포는 감염된 세포 표면의 특정 바이러스 조각을 감지하여 파괴함으로써 바이러스 공장의 근원을 제거합니다. B 세포가 분비한 항체는 바이러스 표면에 결합하여 숙주 세포로의 침입을 차단합니다. 이를 중화 항체라고 합니다. B 세포는 또한 자연 살해 세포와 같은 다른 백혈구를 불러들여 바이러스에 감염된 세포를 죽이도록 하는 비중화 항체도 분비합니다.

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자연 살해 세포는 전문 살해 세포이지만, 감염된 세포를 표적으로 삼으려면 항체의 지도가 필요합니다. 적응 면역 체계의 놀라운 점은 T 세포와 B 세포 모두 기억 세포가 되어 오랫동안 면역 방어를 제공한다는 것입니다.

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기억 T 세포와 B 세포는 수년간 생존하며 두 번째 노출 시 동일한 병원체에 대해 훈련받지 않은 림프구보다 훨씬 더 잘 방어할 수 있습니다. 따라서 같은 바이러스에 다시 노출되면 기억 B 세포가 빠르게 자극을 받아 훨씬 더 높은 수준과 품질의 항체를 생성합니다. 마찬가지로 기억 T 세포는 특히 바이러스 침입 부위에 있을 경우 신속하고 강력한 보호를 제공합니다. 일부 B 세포는 형질 세포가 되어 수년간 엄청난 양의 항체를 분비합니다.

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어릴 때 예방접종을 받았다면 수십 년이 지난 후에도 해당 백신 항원에 대한 항체를 보유하고 있을 가능성이 높습니다. 항체는 침입한 병원체에 즉시 결합하여 추가 확산을 차단합니다.

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혈청학적 검사는 다양한 병원체에 대한 항체 수준을 감지하며, 과거 병원체 노출 여부나 예방접종 이력을 확인하는 좋은 지표가 됩니다. 항체가 지속되는 기간은 병원체의 종류에 따라 다른데, 홍역 항체는 수십 년간 지속되는 반면 일반적인 감기 코로나바이러스 항체는 1~2년 정도 지속됩니다. 하지만 우리 몸에는 두 번째 노출 시 항체와 살해 세포를 다시 활성화할 수 있는 기억 B 세포와 T 세포가 여전히 남아 있습니다. 따라서 병원체에 처음 노출되었을 때보다 훨씬 더 나은 방어력을 갖추고 있는 셈입니다.

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하지만 면역력을 얻는 가장 안전하고 확실한 방법은 예방접종입니다. 백신은 자연 감염으로 얻는 면역보다 더 강력하고 오래 지속되는 면역 반응을 유도하도록 설계되었습니다. 또한 집단 면역을 형성할 수 있는 유일한 안전한 방법이기도 합니다. 집단 면역이란 특정 병원체에 대해 충분한 수의 사람들이 면역력을 갖추었을 때 인구 집단 수준에서 얻게 되는 보호 효과를 의미합니다.

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SARS-CoV-2와 같이 전염성이 매우 높은 바이러스의 경우, 아직 면역력이 없는 사람들을 보호하기 위해 인구의 대다수가 면역을 갖추어야 합니다. 현재 SARS-CoV-2에 대한 100개 이상의 백신 후보가 개발 중입니다.

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이 중 일부가 항체와 T 세포를 모두 매개하여 COVID-19의 확산을 막는 데 도움이 되는 지속적이고 효과적인 면역력을 제공하기를 기대합니다. 경청해 주셔서 감사합니다.

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