다양한 종류의 항체, IgM, IgD와 IgE 대하여

항체의 복잡함을 설명합니다 (2)

지난 글에서는 우리 몸의 항체 중 대다수를 차지하는 항체인 IgG와 점막 면역에 관여하는 항체인 IgA에 대해 알아 보았습니다. 이번 글에서는 IgM과 IgD, IgE에 대해서 알아볼 예정입니다.

IgM은 우리의 면역 시스템에서 초기 반응시 생성되는 항체 중 하나로, 특히 신규 감염에 대한 초기 반응에서 중요한 역할을 합니다.

즉, IgM 항체는 이는 우리의 면역 시스템이 처음으로 특정 병원균을 만났을 때 발생합니다.

뭐랄까.. 전쟁 초반에 적군이 어디있는지 정확하게 모를 때 폭격하는 수류탄 같은 것이라고 할까요. 정밀하게 공격한다기 보다는 좀 더 빨리 공격하는데 특화된 항체라 할 수 있습니다.

그렇기에, 우리 몸이 처음으로 특정 병원균을 인식하면, B세포는 이 병원균에 반응하여 IgM 항체를 생성하게 됩니다. 그 결과, IgM 항체는 병원균에 붙어서 이를 중화시키고, 면역 시스템의 다른 부분을 활성화합니다.

다만, 감염이 계속되면 IgM 항체의 농도는 감소하고, 대신 IgG 항체의 농도가 증가하게 됩니다.

이 IgG 항체는 면역 반응의 후기에 더욱 중요하며, 장기적인 면역 보호를 제공합니다. 즉, IgM이 수류탄과 같다면, IgG는 좀 더 정밀한 형태의 고도화된 미사일이라고 할 수 있겠지요.

따라서, IgM 항체는 그 구조적 특성으로 인해 매우 효과적인 면역 반응을 촉진합니다.

IgM 항체는 펜타머(pentamer)라는 큰 복합체 형태를 가지고 있습니다.

항체들의 종류와 구조적 특성을 비교하는 사진 (www.britannica.com)

이는 다섯 개의 IgM 항체가 함께 연결되어 있는 형태로, 이 구조 덕분에 IgM 항체는 한 번에 다수의 병원균을 묶을 수 있습니다.

이런 묶음 형태는 병원균을 더욱 효과적으로 중화시키고, 면역 시스템의 다른 세포들이 이를 더 쉽게 인식하고 파괴하도록 돕습니다.

또한, IgM 항체는 보체계(complement system)를 활성화하는 능력을 가지고 있습니다.

보체계는 면역 시스템의 일부로, 주로 간에서 만들어지는 30여개의 작은 단백질입니다. 일련의 연쇄 반응을 통해 병원균의 세포막을 파괴하는 복합체를 형성합니다.

이 복합체는 병원균의 세포막에 구멍을 뚫어, 세포 내부의 액체가 밖으로 새어나와 세포가 파열되게 합니다.

그렇기에 이들 보체계는 병원체 표면에 잘 부착되기도 합니다. 이를 통해 병원균을 바로 파괴하거나 면역 반응을 촉진하는 역할을 합니다.

IgM 항체가 병원균에 결합하면, 보체계를 활성화하는 신호로 작용하여 병원균의 파괴를 돕습니다.

IgM 항체의 이러한 특성은 이를 감염의 초기 단계에서 매우 중요하게 만듭니다. 즉, IgM 항체의 존재는 우리의 몸이 최근에 새로운 감염체에 노출되었음을 나타내는 신호로 이용할 수 있는 것이지요.

따라서, 이를 통해 초기 병원체 진단이 가능하게 됩니다. HIV, B형 간염, C형 간염, 뎅기열, 신종 인플루엔자와 같은 바이러스, 임균, 캄필로박터, 레지오넬라와 같은 세균, 톡소플라즈마나 말라리아와 같은 기생충 등 모든 질환에서 초기에 IgM 항체가 나타나기 때문에, 초기 진단의 증거로 사용할 수 있습니다.

즉, 특정 병원체에 IgM 항체가 있다는 것은, 최근에 감염되었다는 것을 의미하는 것이지요.

하지만, IgM 검사의 경우 IgG 검사에 비해 위양성이 많이 나오는 것으로 알려져 있기 때문에, 꼭 이것이 그 감염이 있다고 확정짓기는 어렵습니다. 그렇기 때문에, 추후에 정밀 검사나 PCR로 병원체 자체를 증폭해서 확진 검사를 받기도 합니다.

각기 다른 항체들의 기능과 구조를 도식화한 그림 (sciencenotes.org)

IgD는 주로 B세포의 표면에 위치하며, B세포의 발달과 활성화를 조절하는 역할을 합니다.

IgD 항체는 B세포의 항원 수용체의 일부로 작용하며, B세포가 항원을 인식하고 반응하는 데 중요한 역할을 합니다. 즉, 항원이 B세포의 IgD 수용체에 결합하면, 이는 B세포 내에서 신호 전달 경로를 활성화하여 B세포의 활성화를 촉진하고, 이로 인해 B세포는 특정 항원에 대응하는 다른 유형의 항체를 생성하게 됩니다.

이 부분은 상대적으로 복잡해서, 좀 더 자세하게 설명을 하도록 하겠습니다.

일반적으로, B세포는 처음 항원을 만나면 이를 인식하는 IgM과 IgD 항체를 생성하게 됩니다. 그러나, 병원체가 자체적으로 증식해서, B세포가 더 많은 항원에 노출되거나 T세포로부터의 추가적인 신호를 받으면, 이 B세포는 다른 유형의 항체, 예를 들어 IgG, IgA, 또는 IgE를 생성하게 됩니다. 이러한 과정을 '항체 클래스 전환 (antibody class/isotype switching)'이라고 합니다.

항체 클래스 전환은 B세포의 DNA 재조합을 통해 이루어집니다. 이는 항체 유전자의 일부를 재배열하고, 특정 부분을 제거함으로써 항체의 헤비 체인 유형을 변경합니다. 이 과정은 특정 효소인 AID(Activation-induced cytidine deaminase)에 의해 촉진된다고 알려져 있습니다.

이 항체 클래스 전환 과정에서, 초기에 생산되는 IgM과 IgD에서, IgM이 공격에 신경을 써서 수류탄으로 역할을 한다면, IgD 항체는 B세포의 발달과 분화, 클래스 전환에 중요한 역할을 합니다. B세포는 골수에서 발달하면서 여러 단계를 거치는데, 이 과정에서 IgD 항체는 B세포의 성숙과 기능 발현에 중요한 역할을 합니다.

특히, IgD 항체는 B세포가 성숙하면서 IgM 항체와 함께 B세포 수용체를 형성하며, 이는 B세포가 다양한 항원에 반응할 수 있도록 합니다.

또한, IgD는 비만세포(mast cell)와 호염구(basophil)에 붙어서 이들 세포를 활성화 시켜서 항균성 factor를 만들어 낸다는 결과도 있었습니다.

하지만 다른 항체에 비해서, IgD 항체의 정확한 기능과 역할에 대해서는 아직 완전히 이해되지 않았고, 이는 여전히 활발하게 연구되고 있는 주제라 할 수 있습니다.

마지막으로 IgE입니다.

IgE는 알레르기 반응과 기생충 감염에 대한 면역 반응에서 특히 중요한 역할을 하는 항체입니다.

지난 글에서 IgE 항체는 특정 알레르기 원인물질(알레르겐)에 반응하며, 이는 알레르기 증상의 주요 원인이라고 말씀 드렸습니다.

알레르겐이 체내에 들어오면, IgE 항체는 이를 인식하고 결합합니다. 이 IgE 항체는 호산구와 같은 세포의 표면에 위치하며, 알레르겐에 결합하면 이 세포들로부터 히스타민 등의 화학 물질이 방출되어 알레르기 증상을 유발하게 됩니다. 어디까지나 IgE는 정상 수준의 정상적인 반응이 가능한 항체이긴 합니다.

하지만, 이런 IgE 항체는 이상 발현이 생기는 경우, 아토피성 피부염, 천식 등 일부 자가면역 질환이나 염증성 질환에서도 중요한 역할을 합니다. 이러한 질환에서는 IgE 항체의 수준이 비정상적으로 높아질 수 있으며, 이는 염증 반응을 유발하거나 증상을 악화시킬 수 있습니다.

IgE와 IgG1의 미묘한 구조적 차이 (DOI:10.1007/978-3-319-13725-4_2)

IgE 항체는 특이하게도 기생충 감염에 대응하여 면역 반응을 촉진하는 역할을 합니다. 기생충이 체내에 들어오면, 이를 인식하는 IgE 항체가 생성되며, 이는 공격 세포들을 활성화하여 기생충을 파괴하도록 돕습니다. 이는 기생충 감염에 특화된 특별한 면역 반응, 즉 Th2 반응과 관련이 있습니다.

Th2 반응은, T세포 중 helper 2 세포(Th2 세포)랄 불리는 T 세포에 의해 진행되는 특정 유형의 면역 반응을 말합니다. 이 반응은 주로 기생충 감염과 알레르기 반응에 관련되어 있습니다. 이에 반해 Th1 반응은, 바이러스나 특정 세균에 대한 면역 반응이라고 생각하시면 됩니다.

기생충 감염이 발생하면, Th2 세포는 일련의 신호를 발생시켜 B세포를 활성화하고, 이를 통해 B세포는 IgE 항체를 생성하게 됩니다. 이 IgE 항체는 기생충의 특정 항원에 결합하고, 이를 통해 기생충을 표적으로 삼는 면역 반응을 촉진합니다.

IgE 항체가 기생충 항원에 결합하면, 이 IgE 항체는 염증 세포 표면에 위치한 Fc 수용체에 결합합니다. 이 결합은 이 세포들로부터 여러 가지 생물 활성 물질을 방출하도록 촉진하며, 이 물질들은 기생충을 파괴하거나 제거하는 데 도움이 됩니다.

예를 들어, 이 공격 물질들은 기생충을 직접 공격하거나, 삼킨다거나, 또는 기생충을 기저막으로 밀어내려고 하는 움직임을 촉진하는 점막 근육의 수축을 유발할 수 있습니다.

이처럼, IgE 항체는 알레르기 반응과 기생충 감염 등의 면역 반응에서 중요한 역할을 합니다. 그러나, 이 IgE 항체의 활동이 과도하게 이루어지면, 이는 알레르기 증상이나 염증성 질환을 유발하거나 악화시킬 수 있습니다. 따라서, IgE 항체의 활동을 조절하는 것은 알레르기나 염증성 질환의 치료와 관리에 중요합니다.

이러한 항체의 종류와 그 특징들은 항체가 면역 시스템 내에서 다양한 역할을 수행하고, 다양한 병원체에 대응할 수 있음을 보여줍니다.

각 항체의 특징을 이해하는 것은 면역 시스템의 작동 원리를 이해하고, 이를 바탕으로 한 질병 예방과 치료 전략을 개발하는 데 중요하다고 할 수 있습니다.