항원 제시 세포의 항원 포획의 기능

T 림프구에게 항원을 제시하기 위해서는 T 세포 외에도 다양한 세포가 필요하다는 사실은 T 세포 반응을 일으키는 것으로 알려진 단백질 항원을 표지 시킨 후 어떤 세포와 결합하는지를 알기 위해 생쥐에게 주사한 연구에서 처음으로 밝혀졌다. 림프구가 외래 항원에 반응한다는 것이 알려져 있었기 때문에, 주사된 항원이 T 세포가 아닌 주로 비림프세포에 결합하는 것은 놀라운 결과였다. 수용성 형태로 생쥐에게 주입한 것보다 같은 항원을 대식세포와 물리적으로 결합한 단백질 항원으로 주입하는 것이 훨씬 강한 면역원성을 나타낸다는 후속 연구 결과들이 보고되었다. 이러한 초기 연구에서 사용된 대식세포 집단에는 수지상세포가 포함되었을 수도 있는데, 그 이유는 우리가 다음 절에서 살펴보는 바와 같이 미감작 T 세포는 수지상세포에 의해 가장 잘 활성화되기 때문이다. 순수 분리된 CD4+ T 세포는 단백질 항원에 반응하지 않지만, 이를 수지상세포나 대식세포와 같은 비-T 세포와 함께 배양한 경우 T세포들이 아주 잘 반응한다는 것이 배양실험으로 확인되었다. 이러한 결과들은 T 세포의 반응을 유도하기 위해서는 다른 세포에 의해 항원이 T 세포에게 제시되어야 한다는 아주 중요한 단계가 필요한 것을 밝히게 되었고 여기서 항원제시 세포라는 이름이 지어지게 되었다. 처음으로 밝혀진 APC는 대식세포이며, 반응하는 T 세포는 CD4+ 도움 세포이다. 몇몇 세포 집단들이 다른 상황에서 APC로서 작용할 수 있다는 것이 분명하게 밝혀졌다. 관습적으로 여전히 CD4+ T 림프구에게 항원을 제시할 수 있는 특별한 몇몇 세포들을 뜻하는데, 이 장의 뒷부분에서 살펴보는 바와 같이, 모든 유핵세포는 CD8+ T 림프구에게 단백질 항원을 제시할 수 있지만 이들을 APC라 부르지는 않는다. 이제 C D4+ T 림프구에 작용하는 APC의 일반적인 특성들에 관해 설명할 것이다. 수지상세포는 미감작 T 세포를 가장 효과적으로 활성화하는 항원 제시 세포이며, 따라서 T 세포 반응을 개시시킨다. 대식세포와 B 세포는 대부분 이미 활성화된 CD4+ 도움 T 세포에 대해 APC로 기능한다. 수지상세포, 대식세포, 그리고 B 세포는 class II MHC와 보조 자극 분자를 발현하여, 결국 CD4+ T 세포를 활성화한다. 이러한 이유로 이들 세 가지 종류의 세포를 전문 항원제시 세포(professional APC)라 한다. 그러나 이 용어는 때때로 수지상세포만을 의미하기도 하는데, 이는 수지상세포의 주된 역할이 APC의 고유기능이라 할 수 있는 항원을 포획하여 제시하는 것일 뿐만 아니라, T 세포 반응을 개시할 수 있는 유일한 APC이기 때문이다.


APC는 T 세포에 의해 인식되는 펩티드-MHC 복합체를 제시하고， 또한 T 세포의 완전한 반응을 위해 필요한 부수적인 자극을 제공한다. 항원이 제1 신호이므로 이러한 자극은 때때로 제2 신호를 따라 한다. 신호는 이미 활성화된 작동세포나 기억 세포를 재활성화시키는 것보다 미감작 T세포를 활성화하는 게 훨씬 더 중요하다. T 세포의 활성화를 담당하는 APC의 막 결합 분자를 보조 자극 분자(costimulator)라 하는데 그 이유는 이들이 항원과 함께 T 세포를 자극하는 기능을 하기 때문이다. APC는 또한 T 세포가 작동 세포로 분화하는 데 필수적인 사이토카인을 분비한다. 



 APC의 항원제시 기능은 미생물 산물에 노출되면서 증진된다. 이는 면역계가 무해한 비미생물 물질보다 미생물에 더 잘 반응하는 하나의 이유가 된다. 수지상세포와 대식세포는 Toll 유사 수용체와 기타 미생물 센서를 발현하는데, 이들은 미생물에 대한 반응으로 MHC와 보조 자극 분자의 발현을 증가시키고 항원제시의 효율성을 증진하며, 그리고 APC를 활성화해 사이토카인을 생산하게 하는 데 , 이들 모두는 T 세포 반응을 자극한다. 또한 미생물에 의해 자극된 수지상세포는 이들 세포가 T 세포의 존재 부위로 이동하도록 자극하는 케모카인 수용체를 발현한다. 순수 정제된 단백질 항원에 대한 최적의 T 세포 반응을 유도하기 위해서 항원은 반드시 항원보강제(adjuvant)와 함께 투여되어야 한다. 항원보강제는 죽은 항산균과 같은 미생물의 산물（실험적으로 쓰이는）이거나 혹은 미생물의 구조를 모방하고, APC의 항원제시 세포 기능뿐만 아니라 보조 자극 분자의 발현 및 사이토카인의 분비를 증가시켜주는 물질이다.


T 세포에 항원을 제시하는 APC 또한 항원제시 능력을 강화하는 신호를 역으로 림프구에게서 받는다. 특히, 항원 인식과 보조 자극에 의해 활성화된 CD4+ T 세포는 수지상세포와 대식세포의 CD40과 결합하는 CD40 리간드（CD 154）라고 불리는 분자를 표면에 발현하며, T 세포는 이들 APC 상의 수용체에 결합하는 인터페론감마（IFN-7）와 같은 사이토카인을 분비한다. CD40 신호와 사이토카인의 조합이 APC를 활성화하며, 결과적으로 항원 가공 및 항원제시 능력의 향상, 보조 자극 분자의 발현 증가, T 세포를 활성화하는 사이토카인의 분비 능력이 증가한다. 항원을 제시하는 APC와 항원을 인식하는 T 림프구 사이의 양방향적인 상호작용이 양성 되먹임고리 (positive feedback loop)로 작용하여 면역반응을 극대화하는 중요한 역할을 한다.



미감작 T 세포의 초기 반응은 말초 림프 기관에서 개시되는데， 이곳은 미생물과 단백질 항원이 침입 부위로부터 수집된 후 운반되는 곳이다. 미생물과 같은 외래항원이 숙주로 침입하는 일반적인 경로는 피부 및 위장관과 호흡기의 상피이다. 또한, 미생물 항원은 감염으로 인해 미생물이 번식하게 되는 어떠한 조직에서도 생성될 수 있다. 피부, 점막상피, 그리고 실질 기관(parenchymal organ)은 이 부위에서 국소 림프절로 림프가 배출되는 수많은 림프모세관을 가지고 있다. 일부 항원은 항원을 포획하여 림프관으로 들어온 APC에 의해 림프 속에서 운반되며 나머지 항원은 자유 형태로 들어온다. 따라서 림프는 이들 조직 내에 존재하는 모든 수용성 항원 및 세포 결합 항원들의 표본이 들어있다. 항원은 림프절 내로 집중되는데, 림프절은 림프관을 따라 중간중간 배치되어 있고, 림프액이 혈액에 도달하기 전에 여과장치로서 작용한다. 혈류로 들어온 항원은 비장에서 유사한 방식으로 수집된다. 항원을 포획하여 운반하고 T 세포에게 제시하는 세포는 수지상세포이다. 다음으로 우리는 수지상세포의 주된 특징과 T 세포 반응을 개시하게 하는 그 기능에 대해서 알아보도록 한다.