免疫系
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免疫系（Immune system）は、病原性の生物による感染を防ぐ生体の機構である。細胞・臓器・組織の各レベルから成る複雑な系で、それらが精緻で動的な相互の連携を保っている。免疫系は簡単に言えば探知と順応の連鎖であり、系全体として非常に効果的に機能するものとなっている。
概要
免疫系は先天性免疫（自然免疫、基本免疫）と後天性免疫（獲得免疫、適応免疫）とに大別される。先天性免疫系は、細菌やウイルスの侵入を阻む障壁を作り維持する事によって、生体を感染から守る。病原体がこの障壁を突破して体内に侵入した場合に備え、先天性免疫系はそれを感知・排除する特別な細胞を持っている。これにより、病原体が体内で増殖して宿主に深刻な害を及ぼす前に対処する事ができる。
病原体が先天性免疫の追捕を逃れると、生体は後天性免疫による防御を行う。後天性免疫系は病原体を認識して攻撃するが、この機構は同一（あるいは非常に似通った）の病原体に遭遇する度に強化される仕組みになっている。
| 項目 | 先天性免疫系 | 後天性免疫系 |
|---|---|---|
| 病原体と抗体の反応 | 非特異的 | 特異的 |
| 応答時間 | 短い | 長い（病原体に適応するための遅延） |
| 反応成分 | 細胞性・体液性 | 細胞性・体液性 |
| 細胞の名称 | 白血球 | リンパ球 |
| 免疫記憶 | なし | あり |
生体表面での防御
病原体に曝露された生体は、幾つかの障壁によって感染から守られる。機械的、化学的、生物学的な障壁である。
皮膚は機械的な障壁であり、多くの場合、感染に対する防御の第一線を担う。皮膚は上皮、外層、真皮から構成され、ほとんどの感染因子を物理的に遮断する。また気管においては、咳やくしゃみの上昇気流によって繊毛が動き、生物やその他の刺激物を気道から排除している。唾液や涙、尿なども病原体の機械的な排除に寄与する。また、呼吸器や消化器から分泌される粘液は、微生物などをここで捕捉する事により、病原体が生体の奥深くに侵入する事を防いでいる。皮膚は、ケラチンを豊富に含む細胞がきっちり密に並んで構成されている。これが水を弾き、皮膚を弱酸性に保つため、皮膚はバクテリアの増殖を抑える化学的障壁としても働く。
唾液や涙、母乳などに含まれる酵素には抗菌作用がある。他にも、弱酸性の膣分泌液や、スペルミンや亜鉛を含む精液も化学的な障壁となる。分泌液としては胃液が極端な低pHを示すとともに消化酵素を含んでおり、病原体に対する強力な化学的防御となっている。
腸内では、共生している腸内細菌が生物学的障壁として機能する。養分と空間をめぐって病原体と競合的に増殖し、病原体が発症可能な個体数になる確率を減らすのである。細菌性の感染症に対してはしばしば抗生物質が用いられるが、これは病原体となる細菌と正常な腸内細菌の両方に無差別に作用する。その為、抗生物質の経口投与によって腸内細菌が減少し、（抗生物質が効かない）真菌の異常繁殖に伴う真菌症（酵母感染など）が引き起こされる場合がある。
先天性免疫
病原体が生体表面での防御を突破すると、続いて生体内の先天性免疫系と対峙する事になる。これは体液的・化学的・細胞的な障壁による宿主の保護機構である。先天性免疫系による防御は病原体に対して非特異的、つまり様々な病原体に対して別個に応答するのではなく常に汎用的な方法で対処するがゆえに、効力を発動するまでの時間が短く、いわば常に臨戦態勢にある。反面、先天性免疫系には後天性免疫系のような免疫記憶が無く、従って長期にわたって生体を保護する仕組みではない。先天性免疫系は進化的に古い防御方法であると考えられており、植物・菌類・昆虫・多細胞生物（哺乳類などの高等脊椎動物を除く）においては主要な防御システムである。
液性・化学バリア
炎症
赤みや腫れで特徴付けられる炎症は病原体や刺激に対する最初の免疫応答の一つである。炎症はサイトカインと呼ばれる特化した化学伝達物質などの化学的因子によって促進される。損傷細胞から放出されるサイトカインの種類には白血球間の情報伝達に関与するインターロイキンが含まれる。つまり抗ウイルス効果を持つインターロイキン、化学走性を促すケモカイン、更に成長因子や細胞傷害因子が放出される。これらサイトカインや他の化学物質が感染拡大に対する物理的バリアを築き、病原体除去の後にはあらゆる損傷組織の修復を促すのである。
補体系
補体系は病原体を除去或は他の細胞によって破壊されるよう指標を付けるための抗体能力を補助(補う)する生化学的カスケード(連鎖)である。補体系は病原体表面をオプソニン化(或はコーティング)することで、病原体が他の細胞に破壊されるよう札(タグ,tag)を付け、炎症細胞の回復を誘発し、中和された抗原抗体複合体の残骸を除去する。補体の活性化によりしばしば感染細胞の原形質破壊が起こり、それによる感染細胞の細胞溶解、病原体の死を引き起こす。多くの補体タンパク質はタンパク質分解的切断によって活性化されるとプロテアーゼ(タンパク質分解酵素)に成る。
補体カスケードの活動は哺乳類より進化的古い植物や魚類、一部の無脊椎動物など多くの種に於いて見られる。
先天系の細胞バリア
全ての白い血球細胞は正式には白血球である。白血球はどの器官や組織とも排他的に関連せず、独立した単細胞生命のように活動する。生得的白血球にはマスト細胞、好酸球、好塩基球、ナチュラルキラー細胞、食細胞(マクロファージ,好中球樹,枝状細胞)や感染誘引可能性病原体を識別する機能がある。病原体は直接殺傷か貪食破壊によって排除される。生得的細胞は更に適応的免疫系に於いては重要なメディエーターであり、抗原提示として知られる過程を通すことでそれを活性化することが出来る。
特異・適応免疫
リンパ球
適応的免疫系の細胞は特別な種類の白血球で、リンパ球と呼ばれている。B細胞とT細胞は、リンパ球の主要なタイプで、骨髄の中の造血幹細胞からやってくる。[1] B細胞は体液性免疫反応に関係しているのに対し、T細胞は細胞性免疫応答に関係している。B細胞とT細胞は、特定の目標を認識する受容体分子を運ぶ。抗原(病原体の小さな断片)が処理され、主要組織適合遺伝子複合体（MHC）分子と呼ばれている「自身」の受容体に提示されて初めて、T細胞は「異物」(例えば病原体)を認識する。T細胞には2種類のサブタイプがあり、それぞれ細胞傷害性T細胞(キラーT細胞)とヘルパーT細胞と呼ばれる。細胞傷害性T細胞はMHC-class Iと結合した抗原だけを認識しするが、ヘルパーT細胞はHMC-class IIと結合した抗原だけを認識する。これらの2つの抗原提示の機構は、2タイプのT細胞の異なる役割を反映している。第3のマイナーなサブタイプとして、MHC受容体に結合しない無傷の抗原を認識するγδ T cellというのがある。[2]
対照的に、B細胞の抗原に特有の受容体は、B細胞表面の上の抗体分子であって、抗原処理なしに全病原体を認識する。B細胞の抗原受容体の完全集合が、体が作ることができる全ての抗体を代表するために、B細胞の各々の系統は異なる抗体を発現している。[1]
細胞傷害性T細胞
細胞傷害性T細胞(CTL)はT細胞のサブグループで、ウイルス(または他の病原体)に感染した、損傷した、または機能不全の細胞を殺す。[4]B細胞と同じく、各タイプのT細胞は異なる抗原を認識する。T細胞のT細胞受容体(TCR)が、別の細胞のMHC-class I(クラスI主要組織適合遺伝子複合体)受容体と複合した特定の抗原と結合するとき、細胞傷害性T細胞は活性化する。このMHC:抗原複合体の認識は、T細胞の上のCD8と呼ばれる共受容体によって助けられる。それからT細胞は、MHC-class I受容体がその抗原を持ってきた元の細胞を捜して、体中を旅行する。活性化したT細胞が標的の細胞に接触すると、標的の細胞の細胞膜にイオン、水と毒素を入らせるための孔をつくる細胞傷害物質を放出する。これは標的の細胞にアポトーシスを引き起こす。[5]T細胞による宿主細胞の殺害は、特にウイルスの複製を防ぐのに重要である。T細胞の活性化は厳しく制御されていて、一般に常に強いMHC:抗原複合体の活性化シグナルか、後述のヘルパーT細胞による更なる活性化シグナルを必要とする。[5]
ヘルパーT細胞
ヘルパーT細胞は先天性と適応的の両方の免疫反応を調節していて、体が特定の病原体に対して、どの免疫反応を行うかの判断を助ける。[6][7]この細胞は細胞傷害活性を持たず、機能不全な細胞も殺さす、病原体も直接消さない。彼らは代わりに、他の細胞がそれらの仕事を果たすように指示することによって、免疫反応を制御する。
ヘルパーT細胞は、クラスII主要組織適合遺伝子複合体(class II HMC)分子に付着した抗原を認識するT細胞受容体(TCR)を発現している。そのMHCと抗原の複合体は、おなじくヘルパーT細胞の共受容体CD4によって認識される。それにより、T細胞の活性化能のあるT細胞内の分子(例えばLck)を補充する。ヘルパーT細胞は、細胞傷害性T細胞で観測されるより、HMC:抗原複合体とは弱い関係にある。それは、細胞傷害性T細胞がたった1つのMHC:抗原複合体分子の交わりによって活性化するのに対し、ヘルパーT細胞の活性化には、ヘルパーT細胞上の多数(200-300くらい)の受容体に、MHC:抗原複合体が付着しなければならない、ということである。また、ヘルパーT細胞の活性化は、抗原提示細胞とより長い交わり時間を必要とする。[8] 休んでいたヘルパーT細胞は、活性化により、たくさんの細胞種を活性化に影響するサントカインを放出するようになる。ヘルパーT細胞によって放出されるサイトカインのシグナルは、マクロファージの殺菌性機能と細胞傷害性Ｔ細胞の活動を強化する。[9]加えて、ヘルパーT細胞の活性化は、CD40リガンド(別名CD154)のようなT細胞表面に発現している分子の調整量の上昇を引き起こす。それは、抗体を放出するB細胞を活性化するのに必要な刺激シグナルを過剰に与える。[10]
γδ T細胞
Bリンパ球と抗体産生
その他の適応免疫系
免疫記憶
受動記憶
能動記憶
免疫付与
ヒト免疫系異常
免疫不全症
自己免疫
過敏症
免疫応答操作
関連項目
他のホスト防御機序
参考文献
- ^ a b Janeway CA, Jr. et al (2005). Immunobiology. (6th ed. ed.). Garland Science. ISBN 0-443-07310-4
- ^ Holtmeier W, Kabelitz D. “gammadelta T cells link innate and adaptive immune responses”. Chem Immunol Allergy 86: 151-83. PMID 15976493.
- ^ a b “Understanding the Immune System: How it Works” (PDF). National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID). 2007年1月1日閲覧。
- ^ Harty J, Tvinnereim A, White D. “CD8+ T cell effector mechanisms in resistance to infection”. Annu Rev Immunol 18: 275–308. PMID 10837060.
- ^ a b Radoja S, Frey A, Vukmanovic S (2006). “T-cell receptor signaling events triggering granule exocytosis”. Crit Rev Immunol 26 (3): 265-90. PMID 16928189.
- ^ Abbas A, Murphy K, Sher A (1996). “Functional diversity of helper T lymphocytes”. Nature 383 (6603): 787-93. PMID 8893001.
- ^ McHeyzer-Williams L, Malherbe L, McHeyzer-Williams M. “Helper T cell-regulated B cell immunity”. Curr Top Microbiol Immunol 311: 59–83. PMID 17048705.
- ^ Kovacs B, Maus M, Riley J, Derimanov G, Koretzky G, June C, Finkel T (2002). “Human CD8+ T cells do not require the polarization of lipid rafts for activation and proliferation”. Proc Natl Acad Sci U S A 99 (23): 15006-11. PMID 12419850.
- ^ Alberts, Bruce; Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walters (2002). Molecular Biology of the Cell; Fourth Edition. New York and London: Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1
- ^ Grewal I, Flavell R. “CD40 and CD154 in cell-mediated immunity”. Annu Rev Immunol 16: 111-35. PMID 9597126.
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