免疫とは?自然免疫と獲得免疫 免疫細胞の働き 炎症とは何か等について

免疫系、免疫の仕組みや各免疫細胞の働き、自然免疫と獲得免疫など体を病気から守るメカニズムについて解説します。

免疫細胞

免疫とは

免疫とは、外から侵入しようとする異物が自己(人体)か非自己かを判定し、非自己(主にウイルスや微生物などの外敵)に対して防除や排除を行う体の仕組みのことです。

免疫力を上げる、ということはこの仕組みが正常かつ強力に働くようにすることを意味し、免疫力の低下はこの仕組みが弱くなることであり、免疫不全とはこの仕組みが機能しなくなることを意味します。

免疫系とは

免疫系は、免疫を司るシステムのことをいい、構成要素として次の3つに大別されます。

①免疫細胞(白血球:リンパ球、食細胞等)
②免疫に関わる物質(抗体、サイトカイン等)
③リンパ器官(骨髄、胸腺、リンパ節等)

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免疫細胞とは

免疫細胞は骨髄中の造血幹細胞から分化したものです。

骨髄系前駆細胞とリンパ系前駆細胞の2つに大別され、骨髄系前駆細胞からはマクロファージ、顆粒球、マスト細胞(肥満細胞)などが分化し、リンパ系前駆細胞からは主にリンパ球が分化します。

免疫細胞は異物を処理したり、抗原提示を受けると活性化します。
活性化すると自己を複製して増殖したり、殺菌能力が上がったりします。

このように活性化された免疫細胞をエフェクター細胞といい、活性化されてない状態の免疫細胞をナイーブ細胞といいます。

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自然免疫の流れ

自然免疫とは生まれながらに持っている免疫機構のことで、異物が侵入すると即座に起こる免疫反応です。

最初に異物を防御するシステムとして皮膚や粘膜、殺菌作用のある胃酸やその他の分泌物、くしゃみ、咳などがあり、さらに共生する常在菌(皮膚の表面や気道、腸管など様々な場所に生息している)も異物の侵入を防ぐことに協力しています。

食細胞

次の段階として侵入してきた異物に反応する免疫細胞のグループとして食細胞の存在があります。

食細胞にはマクロファージ、好中球、樹状細胞があります。

食細胞はTLR(Toll様受容体)と呼ばれるセンサーを持ち、敵が細菌なのか、ウイルスなのか、または原虫、真菌なのかといった識別も行っています。

マクロファージ

傷口などから異物(病原体など)が侵入するとまずは食細胞の一つであるマクロファージ(単球から分化)が対応します。
食細胞の名の通り、マクロファージは異物を貪欲に食べてしまいます。

食細胞の中でもマクロファージは貪食細胞または大食細胞と言われるほど何でも食べます。

病原体だけでなく、体の細胞の死骸や老廃物なども手当たり次第に食べ体内を掃除します。その際、食べてはいけない生きている細胞と食べてよい不要な物、外敵などをしっかり区別しています。

マクロファージは病原体を食べると活性化し(エフェクターマクロファージとなる)、消化能力や殺菌能力が増しますが、細胞の死骸や老廃物を食べた場合は基本的に活性化はしません。

活性化したマクロファージはサイトカインと呼ばれる様々な情報伝達物質を放出します。

ケモカインというサイトカインは仲間を呼び寄せる作用があり、最初にかけつけたマクロファージがケモカインを出すと他の食細胞が集まってきます。

マクロファージ

マクロファージ Original Update by NIAID

最初に応援に駆け付けるのは主に好中球(こうちゅうきゅう)で、他のマクロファージも少し遅れてやってきます。

好中球(こうちゅうきゅう)

好中球も食細胞の一つで、顆粒球(かりゅうきゅう)と呼ばれる細胞の仲間です。
数が多く細菌に対してマクロファージを上回る強い殺菌能力を持ちます。
寿命は2~3日と短く、病原体を倒して死んだ好中球の死骸が「(うみ)」です。

好中球好中球 Original Update by Rob Young, Wellcome Images

NK細胞(ナチュラルキラー細胞)

好中球が主に細菌に対応するのに対して感染初期のウイルスにはリンパ球の一種であるNK細胞が対応します。
ウイルスは体内に侵入すると、細胞に感染し、自己複製することで増殖します。

このためウイルスを排除する為には感染した細胞ごと破壊する必要があります。
食細胞のように相手を食べるわけではなく、NK細胞は予め(あらかじめ)細胞に備わっている機能であるアポトーシスを誘導します。

アポトーシスとは細胞の自殺機能ともいえるものです。分かりやすく言うと感染細胞にあるアポトーシスのスイッチをNK細胞が押すことで細胞は破壊されます。

アポトーシスが計画的な細胞死であることに対して病的な細胞死をネクローシスといいます。

NK細胞は癌(がん)などの悪性腫瘍も破壊しているというのが医療の世界では定説となっていますが、これに異論を唱える人もいます。

NK細胞

NK細胞 Original Update by NIH Image Gallery

サイトカインとは

サイトカインは免疫細胞が放出する情報伝達物質の総称です。

サイトカインにはインターロイキン(IL、インターフェロン(IFN)、腫瘍壊死因子(TNF)、コロニー刺激因子(CSF)、ケモカインなどのグループがあり、グループ内にも沢山の種類があります。

サイトカインの作用は他の仲間を活性化させたり、臨戦態勢をとらせるなど様々なものがあります。

炎症とは

食細胞が続々と集まってきて活性化する状況が炎症です。

炎症には、発赤、腫脹(しゅちょう)、熱感、疼痛(とうつう)の4つの自覚症状があります。
分かりやすくいうと、赤くなる、腫れる(はれる)、熱くなる、痛む、という症状です。

サイトカインにより呼び出された免疫細胞が血管から外に出る為に血管壁がゆるめられます。

このとき免疫細胞と共に組織修復の為の血漿成分も血管から浸出します。すると腫脹や疼痛といった症状を感じることになります。

また血管は拡張され血流が増えるので、発赤が現れたり熱感を感じることになります。

つまり症状を伴った炎症は、組織が修復される過程であるということを表しています。

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獲得免疫の流れ

自然免疫は体が異物を撃退する最初の反応ですが、それだけでは排除できない異物(病原体)も存在します。

そこで侵入した異物を排除するためのより強力なシステムとして獲得免疫が働きます。

自然免疫で排除できなかった異物は抗原(こうげん)と呼ばれ、抗原の処理にはB細胞やT細胞といったリンパ球が対応します。

これらのリンパ球に抗原が何かを知らせる機能を抗原提示といい、マクロファージや樹状細胞などの食細胞が異物を食べて抗原提示を行います。

また、免疫記憶により麻疹(ましん:はしか)などの病気には一度しかかかりません。(二度目にかかったとしても軽症で済みます)
ワクチンによる病気予防もこのシステムを利用しています。

樹状細胞

樹状細胞は食細胞の一種です。病原体を食べるとマクロファージと同様に活性化します。
なぜ樹状細胞と呼ばれるかは下記の活性化した樹状細胞の画像を見れば分かると思います。

活性化した樹状細胞はリンパ節へ移動します。
リンパ節にはマクロファージがいてリンパ液を濾過(ろか)していますが、樹状細胞も同様にここで病原体を食べて活性化することもあります。

活性化した樹状細胞は免疫細胞を呼び寄せるサイトカインであるケモカインに強く反応するようになります。

抗原となる病原体を取り込んだ樹状細胞は細胞内の酵素により病原体を構成するタンパク質をペプチドという断片にまで分解します。(ペプチドをさらに分解するとアミノ酸になる)

分解されたペプチドはMHCクラスⅠ分子MHCクラスⅡ分子と呼ばれるお皿のようなものの上に載せられ、抗原として提示されます。

抗原提示の相手はT細胞です。病原体を食べてT細胞に抗原提示を行い活性化させることが樹状細胞の主要な役割です。

MHCクラスⅠ分子を持つものはCTL(キラーT細胞)へ、MHCクラスⅡ分子を持つものはヘルパーT細胞へ抗原提示が行われます。

樹状細胞

樹状細胞 Original Update by sun

活性化した樹状細胞

活性化した樹状細胞新しい免疫入門 自然免疫から自然炎症まで」より

T細胞

T細胞はリンパ球の一種です。
T細胞にはいくつか種類があり、ヘルパーT細胞(CD4陽性T細胞)、CTL(CD8陽性T細胞)、制御性T細胞(レギュラトリーT細胞)などがあります。

T細胞は単球や顆粒球同様に骨髄で生成されますが、その後胸腺という臓器へと移動し、厳しい選別の過程を経て排除されなかったものがナイーブT細胞(成熟T細胞)として生き残ります。T細胞のTは胸腺(Thymus)を意味します。

ナイーブT細胞とは成熟の過程を経たもののまだ抗原提示を受けた事がないT細胞です。
これに対して抗原提示を受けて活性化したT細胞をエフェクターT細胞といいます。

リンパ節にやってきた樹状細胞は、ナイーブT細胞に抗原提示を行います。
食べた抗原がどんな相手かをT細胞に知らせるわけです。(マクロファージも同様に抗原提示を行いますが、その能力は樹状細胞に比べて低いです。)

T細胞はTCRと呼ばれる抗原認識受容体を使って抗原を認識します。

T細胞

T細胞

ヘルパーT細胞(CD4陽性T細胞)

ヘルパーT細胞は表面にCD4という分子を乗せているCD4陽性T細胞から分化します。

ヘルパーT細胞は免疫細胞の中では司令官に例えられることも多く、自分で敵を殺すというよりも食細胞などを活性化させ全体の攻撃力を上げます。

MHCクラスⅡ分子を持つ樹状細胞から抗原提示を受け活性化したヘルパーT細胞は増殖し、臨戦態勢を整えます。

一部はリンパ節に残り、多くは病原体が侵入した末梢組織へと向かいます。
末梢組織ではすでに戦闘を行っているマクロファージと出会いさらにマクロファージを活性化して強力にします。

また、CD4陽性T細胞が細胞傷害性T細胞となることがあることも報告されています。

CTL(cytotoxic T lymphocyte:CD8陽性T細胞、細胞傷害性T細胞)

表面にCD8という分子を乗せているCD8陽性T細胞から分化します。
CTLは、細胞傷害性T細胞ともいい、以前はキラーT細胞と呼ばれていました。

MHCクラスⅠ分子を持つ樹状細胞から抗原提示を受けるとCTLは活性化します。
活性化すると増殖し感染を起こしている組織に向かいます。

CTLはNK細胞同様にウイルスに感染した細胞のアポトーシスを誘導し破壊します。

NK細胞が手当たり次第に感染細胞を破壊するのに対して、CTLは抗原特異的(相手を特定して)に感染細胞を破壊します。

B細胞

B細もリンパ球の一種です。B細胞の「B」は骨髄(Bone Marrow)を意味し、B細胞という名称は骨髄で成熟することからきています。

リンパ節ではウイルスや細菌、それらの死骸などがリンパ液と共に流れてきます。
B細胞は抗原を食べ、BCRと呼ばれる抗原認識受容体を使って抗原を認識します。

B細胞はリンパ節に残ったエフェクターヘルパーT細胞(活性化したヘルパーT細胞)に抗原提示を行います。
エフェクターヘルパーT細胞はナイーブB細胞を活性化し、それによりB細胞は増殖し自分の分身を増やします。

このようにT細胞とB細胞は連携して働くことが特徴です。

活性化したB細胞は、抗原を倒す武器である抗体(免疫グロブリン)を産生します。特に抗体を作り出す細胞として活性化しエフェクターB細胞となったものを形質細胞またはプラズマ細胞と呼びます。

抗体が中心に働く免疫反応は液性免疫と呼ばれます。

B細胞

B細胞 Original Update by NIH Image Gallery

抗体とは

抗体とは抗原に対応した用語であり、物質名は免疫グロブリンといいます。

抗体はY字型をしていて、その構造の違いによりIgMIgDIgGIgEIgAの5種類に分けられます。

抗体の主な働きにはオプソニン化、中和、補体の活性化などがあります。

オプソニン化

抗原にIgGなどの抗体を結合することで、食細胞が抗原を食べやすくします。
オプソニン化されるということは食細胞がより多くの抗原を食べることができるようになることを意味します。

中和

細菌などの抗体の中には毒素をまき散らしたり、死んだときに毒素が漏れ出してしまう場合があります。

IgGなどの抗体には毒素に結合することで毒性を失わせる働きがあります。
無毒化された抗原は食細胞が食べて処理します。

また、ウイルスに抗体が付着することで細胞への侵入を防ぐこともできます。このように中和されたウイルスも食細胞が食べて処理します。

補体の活性化

補体とは免疫機構に関わる一連のタンパク質であり肝臓で合成されます。
C1~C9まであり、それぞれ活性化されることで、血管拡張・血管透過性亢進、オプソニン化、食細胞の動員、MAC(膜傷害複合体:C5~C9が結合)による細菌の破壊、などが行われます。

獲得免疫 3つの流れ

ナイーブヘルパーT細胞は樹状細胞から抗原提示を受けて活性化しますが、このとき浴びるサイトカインの違い等によってTh1細胞(活性化1型ヘルパーT細胞)、Th2細胞(活性化2型ヘルパーT細胞)、Th17細胞(活性化17型ヘルパーT細胞)という3タイプのいずれかのエフェクターT細胞になります。

(Th2やTh17がどのように分化するかはまだ完全に解明されていません。)

獲得免疫にはそれぞれの型のヘルパー細胞によって3つのパターンがあります。
それぞれパターン別に獲得免疫の流れをみていきます。

細胞性免疫(Th1細胞による獲得免疫)

Th1細胞は主に以下の3つを行います。

  1. 末梢組織に行き主に抗原特異的(異物を特定して)にマクロファージを活性化させる
  2. 抗原特異的にB細胞を活性化し、IgGを放出させ「オプソニン化」が行われる
  3. ナイーブCTLが活性化するのを助ける

最終的にはオプソニン化された食細胞やエフェクターCTL、NK細胞などの免疫細胞が中心となり病原体が排除されることから細胞性免疫と呼ばれます。

液性免疫(Th2細胞による獲得免疫)

Th2細胞は主に以下の3つを行います。

  1. 抗原特異的にB細胞を活性化し、IgGを放出させ「中和」や「オプソニン化」が行われる
  2. 抗原特異的にB細胞を活性化し、IgEを放出させる
  3. 好酸球を活性化させる

2つ目にあるIgEがプラズマ細胞(活性化されたB細胞)から放出されると、体中の粘膜組織にいるマスト細胞(肥満細胞)が活性化され、細胞内に溜めこんだヒスタミンなどの物質を放出します。

この作用は寄生虫を排除するためと考えられ、寄生虫が体内にいないのにこの仕組みが発動すると花粉症などのアレルギーが起こると考えられています。
アレルギー、自己免疫疾患、自閉症の原因は体内の生態系にあった!

3つ目の働きも寄生虫の排除を目的としています。
様々な炎症物質を溜めこんだ好酸球は寄生虫に結合したIgEに取りつき、Th2から浴びたサイトカインにより顆粒の中の物質を寄生虫に向けて放出し攻撃します。

これら一連の流れは体液に溶け込んだ抗体が関わっているため、液性免疫と呼ばれます。

マスト細胞(肥満細胞)

マスト細胞は炎症を起こしたり、感染防御、アレルギー反応に関与しています。
肥満細胞とも呼ばれますが、実際の肥満とは関係なく、見た目が肥満してるように膨らんで見えることからこう呼ばれています。

マスト細胞

ヒスタミンを放出するマスト細胞 Original Update by Wellcome Images

好酸球

好酸球は顆粒球の一種です。
寄生虫の防御やアレルギーに関与しています。

好酸球

好酸球 Original Update by Bobjgalindo

Th17細胞による獲得免疫

Th17細胞は腸管に多く存在します。
末梢組織にてサイトカイン(ケモカイン)を放出し好中球を呼び寄せます。

また、腸管の上皮細胞に働いて細菌に対する防御物質である抗菌ペプチドを腸管に放出します。

Th17細胞は主に細胞外細菌や真菌の排除のために働きます。

免疫記憶

記憶細胞(メモリー細胞)に関してはまだ解明されていないことが多いようですが、流れとしては以下のように考えられています。

抗原刺激によりエフェクター細胞となったB細胞やT細胞は抗原の排除とともにアポトーシスにより死んでしまいますが、増殖の過程で一部のナイーブ細胞は記憶細胞となり生き続け次の抗原侵入に備えます。

同じ抗原が侵入した際、これらの記憶細胞が抗原特異的に活性化されます。記憶細胞はすぐにエフェクター細胞に分化することができる上、ものによってはすぐにエフェクター機能が使えるので二回目の反応は迅速かつ強力です。

一回目の接触時は、抗体産生などの免疫反応が起こるまで一週間以上かかってしまいます。

制御性T細胞(レギュラトリーT細胞)

制御性T細胞はレギュラトリーT細胞ともいい、略してTレグ細胞と呼ばれることもあります。

T細胞やB細胞は自己抗原(味方である自分の細胞など)と強く反応するものは胸腺や骨髄で成熟する過程で取り除かれ、自己反応性を持たないものだけが生き残ります。

しかし完全に取り除くことは難しいため、自分の体を攻撃してしまわないように安全装置となるシステムが何重にもはりめぐらされています。

制御性T細胞もそのうちの一つであり、自己反応性を持つナイーブT細胞の働きを抑制したり、免疫反応が過剰にならないように抑制する役割があります。

アレルギーや自己免疫疾患に大きく関わっており、がんの免疫療法などでも制御性T細胞の働きが注目されています。

腸管免疫

腸管には体全体の免疫細胞の50%以上が存在しています。
食物にまぎれた細菌やウイルスの侵入を阻止し、食べ物や共存する腸内細菌には攻撃しないようにする必要があります。

小腸の内側表面にはパイエル板というリンパ組織があり、樹状細胞やB細胞、T細胞などがいます。パイエル板の表面には所々M細胞という特殊な細胞があり、このM細胞のポケット部にも樹状細胞が潜り込んでいます。

また絨毛がびっしり生えていて、中には毛細血管やリンパ管が通っており、マクロファージ、樹状細胞、プラズマ細胞、T細胞、マスト細胞などが存在します。

M細胞は食物と一緒に流れてきた細菌やウイルスをポケットに取り込みます。そこには樹状細胞がいて抗原提示など一連の免疫応答が始まります。そこで誕生したプラズマ細胞は全身免疫とは異なり抗体としてIgAを放出します。

IgAは病原体にくっつき中和作用によって機能を停止させ、病原体と一緒に体外に排出されます。また、食物成分や常在菌に対する免疫寛容に関与しています(異物とみなして攻撃しない)。

IgAにはオプソニン化作用がないので食細胞を刺激して無用な炎症が起こることを避けることができます。

経口免疫寛容

食べ物を異物をみなして免疫反応を起こさないようにする機能を経口免疫寛容といいます。
特に蛋白質のように高分子であるものは抗原性を失っていないので、免疫応答を抑制する必要があります。

制御性T細胞が経口免疫寛容に大きく関わっていると考えられており、これがうまく作用していない場合食物アレルギーが起こります。

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参考文献

新しい免疫入門 自然免疫から自然炎症まで (ブルーバックス)
審良 静男 (著), 黒崎 知博 (著)

病気がみえる 〈vol.6〉 免疫・膠原病・感染症」
医療情報科学研究所 (編集)