면역계의 변화

 

1. 면역계의 변화

 

 

 노인생물학에서 획기적인 연구를 수행한 로이 왈포드 ( Roy Walford ; 1924 ~ 2004 ) 는 40여년 전에 면역계의 퇴화가 정상적인 노화를 발생할 수 있다고 제안하였다. 노화의 면역학적 이론으로 알려진 이 제안은 아직까지 완전하게 점검되지 않고 있으나, 우리는 감염병들에 의한 사망률이 젊은 세대에서 보다 65세 이상의 노인들에서 3에서 4배 정도 높다는 것을 알고 있다. 더욱이 65세 이상의 사람들에서 새로운 독감바이러스 예방접종에 의해 보호되는 사람들의 비율이 젊은 사람들에 비해 대략 반 정도로 나타났다. 명확하게 노화는 인간 면역계의 효능성을 나쁘게 한다. 이 절에서는, 면역계의 생리학에 대해 살펴보고 노화가 어떻게 잠재적으로 해로운 침입자의 공격을 물리칠 수 있는 신체의 능력에 영향을 끼치는지 에 대해 논의한다. 인간 면역은 감염을 막을 수 있도록 함께 작용하는 몇 가지 다중 시스템이 관여하는 굉장히 복잡한 기능이다. 이 복잡성으로 인해 에 책에서 인간 면역제를 완전하게 논의하는 것은 무리이다. 그 대신에, 우리는 노화에 따라 퇴화를 보이는 몇 가지 기능을 집중적으로 논의한다.

 

 1) 선천면역은 감염에 대항하는 일차 방어선을 제공한다.

 

 인간은 두 가지의 구별되지만 똑같이 중요한 면역계를 가진다. 선천면역(innate immunity)과 후천(적응)면역(acquired ( Adaptive ) immunity)이 그것 이다. 우리는 감염을 막거나 비자기 물질에 빠르게 반응하는 완전한 선천적, 혹은 자연적, 면역을 가지고 태어났다. 선천면역은 피부, 신체 각 부분의 점막조직, 소화성 염산과 단백질 분해효소 등과 같은 장벽을 세움으로써 감염을 막는다. 만약 외부 물질이 이 보호장벽을 통하여 들어오면, 선천면역은 외부 물질을 삼켜서 분해하는 식세포 작용(phagpcytosis)을 촉진한다, 이 과정은 호중구(neutrophils)과 대식세포(macrophage)와 같은 혈액 혹은 조직에서 나온 특수세포에 의해 수행된다.

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 호중구는 혈액을 돌아다니다가 외부 물질이 몸으로 침입한 조직으로 이 동한다. 호중구와 대식세포 모두 식세포 작용을 할 수 있으나, 조직 대식세포 는 호중구에 비하여 굉장히 크고 식포도 크다. 대식세포에 의해 소화된 침입자의 작은 파편은 적응 면역계를 활성화시키는 수지상 세포( dendritic cell )로 불리는 특수한 세포에 의해 림프 조직으로 운반된다. 조직 손상이 발생하면, 영향을 받은 부분은 히스타민과 프로스타글란딘 같은 화합물을 분비하고, 그 부분으로 혈액의 흐름, 모세혈관의 투과성, 그리고 호중구의 이동을 증가시킨다. 전체적으로 이런 반응들은 염증으로 특정되고 선천 면역계의 식세포 작용을 활성화한다. 만약 미생물 혹은 외 부 물질들이 손상된 곳으로 들어오면, 조직 대식세포가 수분 내로 침입자를 둘러싸고 그 물체를 삼키기 시작한다. 대식세포 또한 호중구와 같은 백혈구를 주화성(chemotaxis)에 의해 손상된 곳으로 불러 모으는 단백질인 사이토카인(cytokine)과 케모카인(chemokine)의 분비를 촉진한다. 조직 안 대식세포의 농도가 낮기 때문에, 호중구들이 초기 수 시간 동안 염증 부분에서 대부분의 식세포 작용을 수행한다.

 

2) 후천면역은 항원에 반응하는 림프구에 의존한다.

 

 호흡과 식사와 같은 생명체를 유지하는 과정은 또한 인간에게 해를 입히는 수백만 가지의 미생물, 바이러스, 그리고 독극물 등에 노출되도록 한다. 선천 면역이 이런 요소들의 침입에 대항하는 적정한 장벽을 제공하지만, 환경에는 수 많은 해로운 요소들이 이 선천면역을 쉽게 극복할 수 있어서 많은 침입자들이 선천면역의 방어망을 통과할 수 있도록 허용한다. 일단 이런 일이 발생 하면, 감염으로부터 몸을 보호하는 책임이 후천 면역계인 T 세포와 B 세포 같은 림프구에게 주어진다. T 세포는 작은 백혈구(림프구)이며, 이것은 골수에서 생성되어 림프조직 에 보관되기 전에 가슴샘(흉선)에서 성숙된다. 이 시점에서 그것들은 미감작 T 세포이고 아직까지 침입자에 부착하여 침입자를 죽일 수 있는 면역세포로 전환되지 않은 상태이다. T 세포는 대식세포가 소화한 외부물질의 조각을 반하는 수지상 세포가 림프조직으로 들어오면 활성화된다. 이런 조각이 특이한 T 세포의 표면수용체에 결합하면 림프조직에서 세 가지 다른 T세포 클론의 생산과 방출을 촉진한다. 특이적 면역반응을 유발할 수 있는 항원을 이런 T세포 클론들이 파괴한다.

 

 림프 조직에서 방출되는 활성화된 T 세포 클론의 대부분은 보조 T세포 ( helper T cell ) 들이다. 이름에서 알 수 있듯이, 보조 T세포들은 침입자들에 대해서 면역계가 적절하게 대응할 수 있도록 " 도와" 준다. 보조 T세포는 항원을 직접적으로 공격하지 않는다. 대신에, 그것들은 림포카인 ( 인터 루킨과 인터페론 ) 이라는 물질을 분비하여 항원을 공격하는 다른 세포들의 성 장과 분화를 촉진시킨다. 예를 들면, 보조 T 세포에서 분비되는 림포카인들은 항원에 특이적인 항체를 만들고 방출하도록 B 세포를 활성화 시킨다. 나머지 두 가지 중요한 T 세포의 종류는 세포독성 T 세포 ( cytoxic T cell ) 와 매우 특수한 목적 때문에 생산되는 자연살해 세포 ( natural killer cell ; NK cell ) 들이다.

 

 간단히 설명하면, 림프조직으로 들어오는 항원들은 대식세포에 의해 파괴되어, 미감작 T 세포에게 항원 조각을 제시한다. 제시된 항원 조각이 미감작 T 세포 표면에 결합하면 보조 T 세포와 자연살해 세포 혹은 세포독성 T 세포의 분화와 성장을 촉진한다. 보조 T 세포는 림포카인을 방출 하여 활성화된 B 세포에서 항체 생산을 촉진시킨다. 자연살해 세포는 바이러스에 감염된 세포의 막에 있는 항원과 결합하고 세포를 죽일 수 있는 독성 단백질을 주입한다. 미감작 B 세포는 대식세포가 생산한 항원 조각을 삼키고, 이것은 B 세포를 항체 생산이 가능한 형질세포로 분화를 촉진한다. 항체는 항원과 굉장히 강력하게 결합하여 항원의 구조를 변화시킬 수 있다. 결과 적으로, 항원은 더 이상 신체의 세포와 결합할 수 없고 손상을 입히지 않는다. 항체는 또한 다른 면역세포에 의해 항원이 파괴될 수 있도록 항원을 표시한다. 하나의 항원이 처음으로 들어오면, 우리의 몸이 적절한 T 세포와 B 세포 를 생산하여 항원을 제거하는 데 몇 일이 걸린다. 항원이 제거되고 더 이상 우리 몸에 위협을 가하지 못하게 되면, T 세포와 B 세포의 대부분은 파괴된다. 그러나 일부 T 세포와 B 세포는 이와 같이 항원과 처음으로 맞닥뜨린 후에 남아 있는다. 이런 세포를 기억세포 ( memory cell ) 라고 한다. 기억세포는 제거된 항원에 특이적인 세포막 수용체를 보유하고 있고, 같은 항원이 다시 침입할 때 클론을 재빠르게 생산할 수 있도록 한다. 재침입한 항원을 효과적 으로 제거하기에 충분할 만큼의 클론을 생산하는 기간은 하루면 된다.

 

3) 호중구와 대식세포의 식세포 기능이 노화에 따라 퇴화된다.

 

 많은 부분의 선천면역의 효과는 호중구와 대식세포가 감염된 조직으로 침투하는 능력에 의존한다. 선천면역에 이용 가능한 호중구와 대식세포의 숫자는 노화에 따라 감소하지 않으며, 골수의 조혈모세포에서 이 세포들의 생산은 일생 동안 잘 유지되어 있는 듯 하다. 그러므로, 노화성 선천면역의 소실은 아마도 호중구와 대식세포의 식세포 기능 저하 때문일 것이다. 선천면역의 식세포 기능 퇴화는 생식후기에 있는 사람이 젊은 사람에 비 하여 상처 치료에 훨씬 더 오랜 시간이 걸리는 이유를 설명할 수 있을 것이다. 치료 지연은 대식세포에서 사이토카인과 케모카인 생산 저하의 결과일 수 있다. 대식세포가 사이토카인의 생산을 통하여 골수에서 호중구의 배출을 촉진하고, 케모카인 분비를 통하여 상처가 있는 부분으로 호중구를 이동하도록 할 수 있다는 것을 상기하라. 사이토카인과 케모카인 분비 감소는 상처 부위에 도달하는 호중구의 숫자를 줄이거나 시간을 지연시킬 수 있을 것이다. 더욱이 다른 두 가지의 노화성 변화들이 상처 치료지연에 영향을 준다.

 

 첫째, 피부의 혈관과 모세혈관의 밀도가 노화에 따라 줄어든다. 피부 상처의 치유는 모세혈관에서 손상된 조직으로 호중구의 이동력에 의존하기 때문에, 혈관과 모세혈관 밀도의 감소는 상처 부위에 도달하는 호중구의 숫자를 감소시킬 수 있다.

 둘째, 피부 손상의 회복은 대체된 세포를 함께 결합할 때 필요한 결합조직을 분비하는 섬유아세포의 능력에 의존한다. 이 장의 앞 부분에서 보 았듯이, 노화된 피부 세포의 세포분열 능력이 줄어드므로 새로운 연결조직을 위한 단백질을 제공할 수 있는 섬유아세포가 많지 않다.

결론적으로, 혈관 밀도와 섬유아세포의 생산 등의 감소는 치유에 걸리는 시간을 증가시키고 감염 위험도를 높이는 결과를 초래한다.

 

4) 미감작 T 세포의 생산, B 세포의 수, 그리고 항체의 효능 등이 모두 노화에 따라서 감소한다.

 

 갈비뼈 바로 뒤에 있는 작은 멍울인 가슴샘은 T세포가 성숙하는 기관이라는 것을 상기하라. 노화는 가슴샘의 심각한 쇠퇴를 초래하는데, 이는 노화성 미감작 T세포 생산의 감소 원인이다. 가슴샘의 퇴화는 T세포 발달 장소인 표피 공간의 수축과 성숙된 T세포의 군집을 결합 조직으로 대체함을 의미한다. 70세 전후에 가슴샘의 표피 공간이 90 % 정도가 줄어든다고 추측되고 있다. 흥미롭게, 퇴화된 가슴샘에 남아 있는 표피 세포가 T세포 생산을 감소시켜 온 것이 아닌 듯 하다. 즉, T세포 생산의 노화성 쇠퇴는 단순히 가슴 샘 표피 세포의 감소를 나타내는 것이다. 미감작 T세포 생산의 감소로, 미 감작 T세포에 대한 기억 T세포의 비율이 높아진다. 더욱이 항원에 대한 적절한 면역 반응을 탑재하는 생리학적 과정인 기억 T세포에서 보조 T세포로 군집 확장을 위한 능력은 노화에 따라서 감소한다.

 종합하면, 노화에 따른 주변 조직의 미감작 T세포의 감소와 기억 T세포에서 보조 T세포로 군집 확장의 감소 등이 면역 기능의 전반적인 노화성 감퇴를 설명한다. 후천면역은 침입자에 대응하기 위해 요구되는 시간을 줄이는 데에 기억 T세포를 이용한다는 것을 상기하라. 보조 T세포는 또한 B세포에서 항체 분비를 촉진한다. 만약에 기억 T세포가 최대 역량의 기능을 갖지 않는다면, 면역 반응은 무뎌지고 사람은 침입한 항원의 결과로 합병중 발병의 위험성이 높아진다. 미감작 T 세포의 노화성 쇠퇴는 새로운 항원에 대응하는 개인의 능력을 줄인다. 이것은, 독감에 대해서 앞에서 언급한 것과 같이, 예방주사가 젊은 사람에 비해 나이든 사람에게서 더 낮은 효과를 보이는 이유를 설명하는 것을 도와줄 수 있다. 성숙된 B 세포의 수도 나이에 따라 줄어드는데, 이는 골수에서 B 세포의 생성이 낮아짐을 나타낸다. 이것은 총주변 조직의 B 세포 성분은 노화에 따른 변화가 없지만, 성숙된 B세포에 대한 기억 B세포의 비율이 증가하는 것 을 유도한다. 기억 T세포에서 일어나는 것과 같이, 기억 B세포는 노인에서 군집확장 능력이 감소한다. 주변 조직의 성숙 B세포의 노화성 쇠퇴에 따fk, 새로운 병원체에 대해 면역반응을 하는 능력은 줄어든다. 항체의 기능 또한 노화에 따라 감소하며, 이는 보조 T 세포의 수와 기능의 감소를 나타낸다. 주 기억 T세포에서 보조 T세포로 군집확장의 감소는 사이토카인의 분비 양을 감소시키며, 이는 B 세포에서 항체의 생산을 감소시킨다. 더욱이 고친화성 항체 ( 다수의 항원 결합 부위를 가진 항체 ) 의 수 또한 노화에 따라 감소 한다. 이것은, 항원 - 항체의 결합 강도가 침입자를 제거하는 거의 모든 항체의 효용성을 결정하기 때문에, 면역반응의 약화를 유발한다.