백혈구의 종류 알기 쉽게 이해하기

백혈구에는 과립세포(granulocyte)와 단핵세포(mononuclear cell)가 있습니다.

과립세포는 세포질에 과립(granule)이 있는 세포입니다. 과립이 어떻게 염색되는지에 따라서 호산구, 호중구, 호염구로 나눕니다.

단핵세포에는 림프구와 단핵구가 있습니다.

과립세포 Granulocyte

염색

과립세포를 이해하기 위해서는 염색에 대해 알아야 합니다.

세포는 그 직경이 대체로 5마이크로미터 ~ 16마이크로미터 정도입니다. 세포를 광학현미경 상에서 보기 위해 단층으로 펴면, 그 두께가 너무 얇아서 대부분의 빛이 그냥 투과해버립니다. 그래서 아무것도 안 보이고 약간 굴절된 것 같은 상이 보일 뿐입니다.

광학현미경 상에서 세포를 보기 위해서는 염색을 해야 합니다. 세포를 염색할 때 쓰는 염색약은 여러가지가 있지만, 혈액학에서 주로 쓰는 Romanowsky 염색에 대해 설명하겠습니다.

Romanowsky 염색은 2가지 염색약으로 구성됩니다. 산성 염색약인 eosin, 염기성 염색약인 methylene blue입니다. Eosin은 붉은색, Methylene blue는 푸른색 염색약입니다.

Romanowsky 염색은 산-염기 반응입니다. DNA, RNA와 같은 핵산은 산성입니다. 이름부터가 deoxyribonucleic acid 아닙니까 ㅎㅎ 그래서 핵은 염기성 염색약인 methylene blue와 반응하여 보통 푸른색으로 염색됩니다. 반면에 세포질은 그 성상에 따라서 염색성이 달라질 수 있지요.

산성 염색약인 eosin에 염색되는 물질을 호산성, 염기성 염색약인 methylene blue에 염색되는 물질을 호염성이라고 합니다.

호중구 Neutrophil

호중구는 직경이 10~15 마이크로미터 정도 되는 세포입니다.  보통 적혈구의 직경이 약 7마이크로미터 정도니까 적혈구의 1.5배~2배 정도의 크기라고 생각하시면 됩니다.

호중구의 핵은 어두운 보라색으로 보이고 3~5개의 엽으로 분화되어있습니다.

세포질에는 과립이 있습니다. 이 과립은 살균을 하기도 하고, 다양한 고분자를 녹이는 과산화 물질이 있습니다. 그러나 이 과립은 보통 Romanowsky 염색에서 염색이 되지 않기 때문에중성이라고 보고 호중구, 중성구라고 이야기합니다.

 질병 상태에서 호중구는 미생물을 탐식하고 세균, 효모, 진균, 기생충을 죽이거나 불활화합니다. 또한 감염된 세포를 없애고, 면역 반응을 조절합니다. 호중구의 수와 분포는 질병 상태에 따라 변합니다.

호염구 Basophil

호염구는 호중구보다 약간 큽니다. 호산구, 단핵구와 크기가 비슷하지요.

과립은 호염성으로 염색되어 푸른색으로 보입니다. 푸른색 과립 중에는 알레르기 반응과 관련된 histamine이 있습니다.

호염구의 핵은 길고 약간 분엽화된 리본 모양입니다.

호염구는 알레르기 질병과 몇몇 기생충에 대한 면역 반응을 담당합니다. 특히 심장사상충 감염 시에 호염구가 증가하는 것을 확인할 수 있습니다. 호염구는 혈액에 존재하고, 호염구와 기원이 같은 비만세포(mast cell)는 조직 내에 주로 분포한다는 것도 기억해주시면 좋겠네요

 

 

호산구 Eosinophil

호산구는 거친 호산성(붉은색) 과립을 가지고 있습니다. 핵은 2~3개로 분엽화되어있습니다.

호산구는 기생충, 특히 연충에 대한 중요한 방어 기구입니다. 추가적으로 알러지성 질병에서 조직 손상에 대해 반응하는 세포입니다.

호중구는 보통 혈액 내에서 발견되기보다는 조직 내에 더 많이 있습니다. 조직에 존재하는 호산구는 보통 병원체의 유입에 취약한 피부, 호흡기, 위장관 등의 성긴결합조직에 분포합니다.

 

단핵세포 Mononuclear cell

단핵세포는 과립구처럼 핵이 분엽화되지 않고 하나로 보이는 백혈구입니다. 단핵세포에는 단핵구와 림프구가 있습니다.

단핵구 Monocyte

단핵구는 호중구와 크기가 비슷하지만 현미경 슬라이드에 도말할 때 유리에 잘 부착하여 편평해지기 때문에 조금 더 크게 보입니다.

핵은 다양한 모양으로 구형, 타원형, 콩모양에서 덤벨 모양까지로 보입니다. 

세포질은 상대적으로 청회색으로 염색됩니다. 세포질에 작은 공포(vacuole)가 보이기도 하는데, 이는 탐식 활동을 암시합니다.

단핵구는 대식세포(macrophage)나 수지상세포(dendritic cell)로 분화할 수 있습니다. 대식세포와 수지상세포는 면역 반응의 1차 방어선과 2차 반응을 연결하는 중요한 세포들입니다.

 

림프구 Lymphocyte

림프구는 대부분 말초 림프조직(림프절, 편도, Peyer's patch, 비장 등)에서 항원 매개 반응에 의해서 만들어집니다. 

림프구에는 T cell, B cell, NK cell이 있습니다. 세포 표면에 CD3 분자가 있는 세포는 T cell, CD79a 분자가 있는 세포는 B cell입니다. T cell은 다시 2가지로 나눕니다. CD4+ T cell은 T helper cell이고, CD25+;CD4+ T cell은 T regulatory cell입니다.

혈관에서 순환하는 림프구의 대부분은 소형 림프구입니다. 소형 림프구는 원형의 진한 핵을 갖고, 세포질은 옅은 담청색으로 염색되어 보입니다.

중형 림프구는 세포질이 좀 더 많고 호중구와 같은 크기로 보입니다.

반응성 림프구는 더 크고 강한 호산성의 세포질이 보입니다.

대형 림프구는 림프구 증식성 질병에서 보일 수 있습니다.

세망내피계(RES) 이해하기-대식세포가 일하는 곳

Reticuloendothelial System

동맥과 정맥은 보통 서로 혈관으로 이어져있습니다. 그러나 특정 기관(간, 비장 등)에서는 동맥과 정맥이 서로 이어져있지 않는 곳도 있습니다. 이런 장기들은 매우 독특한 기능을 수행하고 있지요.

이런 장기들에는 대신 동맥과 정맥의 혈관 내피세포가 그물처럼 배열되어있어 혈액이 빠져나가고 들어올 수 있는 구조가 있습니다. 이런 해부학적 구조를 Reticuloendothelial system(RES), 세망내피계라고 부릅니다. 

Reticulo- : 그물(網, 망)
Endothelium : 내피

위 그림에서 보실 수 있다시피, 비장의 동맥과 정맥은 서로 연결되어있지 않습니다. 그럼 비장에서는 혈액이 어떻게 순환하고, 이런 구조는 어떤 기능을 할까요?

굴모세혈관 Sinusoid

굴모세혈관은 일반적인 모세혈관이 아닙니다. Capillary라고 불리는 모세혈관은 바닥막(basement membrane)이 완전하고 내피세포(endothelial cell)이 혈관을 완벽하게 막고 있는 구조입니다. 

반면 sinusoid라고 불리는 굴모세혈관은 그림에서 보시다시피 구멍이 많이 나있습니다. 이 구멍을 통해 혈액의 각종 물질과 세포들이 통과할 수 있습니다.

특히 면역세포들(monocyte, macrophage)과 적혈구가 굴모세혈관의 구멍을 통해 통과합니다. 면역세포는 항원을 포식하거나 다른 면역세포에게 항원을 제시하기 위해서, 혹은 성숙을 위해 다른 장기로 이동하기 위해서 굴모세혈관의 구멍을 통과합니다.

RES(Reticuloendothelial System)

RES가 있는 장기들은 동맥과 정맥이 capillary로 이어져있지 않습니다. 대신 동맥과 정맥이 sinusoid로 구성되어있기 때문에 동맥에서 직접 조직으로, 조직에서 직접 정맥 속으로 혈액의 물질들과 세포들이 이동합니다.

골수, 림프절, 비장(지라), 간은 대표적인 RES 장기입니다. 이들의 주된 기능 중 하나는 면역입니다.

RES의 면역

혈액에서 굴모세혈관을 통해 빠져나온 물질과 세포들은 압력에 의해 조직을 통과합니다. RES 장기의 조직에는 macrophage가 많이 존재합니다. Macrophage들은 혈액 속의 각종 항원을 포식합니다.

항원을 포식한 면역세포들 중 일부는 정맥의 굴모세혈관을 통해 정맥으로 돌아가 다른 면역 장기로 이동하기도 합니다. 그곳에서 휴면중인 다른 면역세포들을 깨우기도 하지요.

즉, RES는 일종의 거름망 역할을 하는 시스템입니다.

적혈구 제거

비장과 간은 붉은색입니다. 그 이유는 굴모세혈관을 통해 빠져나온 적혈구가 조직에 존재하기 때문입니다.

혈관을 빠져나온 적혈구는 압력에 의해 조직을 통과한 뒤 굴모세혈관을 통해 정맥으로 들어가야 합니다. 그러기 위해선 적혈구가 유연해야 합니다.

유연한 적혈구는 이렇게 장애물을 통과할 수 있습니다.

반면, 너무 노쇠화된 적혈구는 유연성이 떨어지기 때문에 장애물을 통과하기 힘듭니다. 이런 적혈구들은 RES 장기의 조직 속에 갇혀버리지요.

조직 속에 갇힌 노쇠화된 적혈구들은 비장의 macrophage에 의해 제거됩니다. 이런 과정으로 동물체는 항상 노쇠화된 적혈구는 제거하고 새로운 적혈구를 골수에서 만들어서 굴모세혈관을 통해 정맥으로 공급하고 있습니다.

면역계가 몸의 손상을 인식하는 방법, DAMP

DAMP

 

동물체는 각종 미생물로부터 자신을 끊임없이 방어해야 합니다. 셀수없는 미생물들에게 동물체는 물과 유기물이 풍부한 환경이기 때문에 증식에 좋은 먹잇감입니다. 미생물로부터 자신을 방어하기 위해서 동물체의 면역계는 병원체를 인식할 수 있어야 하고(PAMP), 한편으로는 손상된 자기 조직을 인식할 수 있어야 합니다(DAMP)
PAMP에 대해 읽고 싶으시다면 여기로

면역계가 병원체를 인식하는 방법, PAMP

PAMP

면역계가 동물의 몸을 지켜내기 위해서는
    1. 병원체를 인식하거나 (PAMP)
    2. 자기 자신의 일부가 파괴된 것을 인식하는 시스템이 있어야 합니다. (DAMP)

DAMP에 대해 읽고 싶으시다면 여기로

Pathogen-associated molecular pattern (PAMP)

동물체는 자기의 몸에서 병을 일으킬 수 있는 세균이나 바이러스, 기생충 등을 탐지할 수 있어야 합니다. 탐지를 해야 그것들로부터 몸을 방어할 수 있기 때문입니다.

그러나 세상에는 우리가 셀 수 없을 만큼 다양한 세균과 바이러스가 존재합니다. 이런 다양한 것들을 동물체는 탐지해낼 수 있을까요?

셀 수 없이 많은 종의 병원체들은 공통적인 몇 가지 특징들이 있습니다. 동물체에는 존재하지 않는 분자를 생산해냅니다. 이들을 Pathogen-associated molecular pattern, 줄여서 PAMP라고 합니다. 병원체와 연관된 분자 패턴이라는 뜻이지요.

PAMP의 4가지 종류와 그들이 어떻게 PAMP로 인식되는지 소개하겠습니다.

1. 세균의 LPS

 
Lipopolysaccharide(LPS, 지질다당)는 지질과 다당의 공유결합으로 이루어진 분자입니다. 그람 음성 세균의 외막을 구성하고 있지요. 

동물세포의 TLR4라는 단백질은 LPS와 결합하여 연쇄적인 화학반응을 시작합니다. 그 화학 반응은 세균 감염 시 면역계의 작동 시작을 알리는 신호가 되지요.

2. 세균의 peptidoglycan

Peptidoglycan은 세균의 세포벽을 구성하는 물질입니다. 다당류에 펩타이드 사슬이 결합한 압력에 강한 고분자이지요. 세균 내부는 각종 단백질, 이온들로 차있습니다. 압력에 강한 peptidoglycan 세포벽이 없었다면 삼투 현상에 의해 물이 세균 내부로 들어와 모든 세균이 부풀다가 터졌을 겁니다.

동물 세포에는 peptidoglycan이나 LPS가 존재하지 않기 때문에 동물체의 면역계는 이들을 PAMP로 인식합니다.

동물체의 TLR, CD14, NOD 단백질은 peptidoglycan과 결합하여 마찬가지로 연쇄적인 화학 반응을 합니다. 역시 면역계를 작동시키는 신호입니다.

3. 세균의 DNA

세균의 DNA는 동물 세포의 DNA와 그 구조가 다릅니다.

DNA에는 CpG라는 부위가 존재합니다. C(cytosine)과 G(guanine)이 p(인산)으로 200bp 이상 반복되어 연결된 부위입니다. 

동물세포의 cytosine은 약 70%가 메틸기와 결합해있는 반면, 세균의 CpG는 메틸화되지 않은 상태입니다. 메틸화되지 않은 CpG를 동물체가 인식하면 면역계가 발동합니다.

동물 세포와 세균은 G도 다릅니다. 세균의 DNA는 deoxyguanosine을 포함하기 때문에 동물체는 이를 인식하여 면역계를 발동할 수 있습니다.

TLR9가 세균의 DNA와 결합하면 면역 세포에서 IL-6, TNF-α가 분비되어 염증 반응이 시작됩니다.

4. 바이러스의 핵산

바이러스는 동물 세포의 각종 물질을 이용해 바이러스의 단백질과 핵산을 생산합니다. 이 과정은 동물 세포 내부에서 일어나기 때문에 동물체가 바이러스 침입을 인식하기 쉽지 않습니다.

그러나 동물의 TLR9는 바이러스 DNA의 메틸화되지 않은 CpG를
TLR7과 TLR8은 바이러스의 ssRNA와 결합하여 인식할 수 있습니다.

호중구 Neutrophil

호중구

호중구 neutrophil은 polymorphonuclear cell입니다.

현미경으로 관찰하면 핵이 여러 형태로 보이는 세포라는 뜻이지요.

 

면역 기관 ; 일차면역기관과 이차면역기관

일차 면역 기관과 이차 면역 기관

일차면역기관	생산, 분화	Thymus(T cell), bursa(B cell), Peyer's patch(B cell), Bone marrow
이차면역기관	항원과 결합, 면역세포의 활성화	Tonsil, Spleen, Lymph node, Bone marrow(기억세포 저장)

 

 

일차면역기관

 

가슴샘 Thymus : T cell의 세포성 면역의 시작

가슴샘 thymus는 어린 동물에선 크지만, 성체에선 퇴축되는 장기입니다.

Thymus에서 하는 가장 대표적인 일은 잘 작동하는 T cell을 선택하는 일입니다.

T cell의 T가 바로 thymus의 T입니다.

외부 항원을 인지할 수 있고, 정상 조직 공격을 억제하는 T cell만 남고 나머지는 apoptosis하지요.

또한 가슴샘에선 호르몬을 생성하기도 합니다.

Thymic hormone은 일종의 cytokine으로, thymosin, thymulin, thymopoietin 등이 있습니다.

Cytokine의 종류, 작동, 조절 메커니즘

 

Cytokine의 정의

Cytokine과 호르몬의 비교

Cytokine	Hormone
Affect many cells	Target single cell type
One immune cell produce many cytokines	Single cell type produce single hormone
Redundant; many cytokines affect single cells IL-3, IL-4, IL-5, IL-6은 B cell 기능에 관여	Rarely redundant
Transient signaling; 환경이 변하면 효과 사라짐	Lasting effect
Pleiotropic; single cytokine affect many cells

 

Cytokine은 주로 growth factor로서 역할을 수행합니다.

성장 인자인 cytokine은 줄기세포의 활성을 조절하여 면역 세포가 필요할 때 면역세포를 증식시키고,  tumor를 제거합니다.