ウイルスや細菌から体を守る 免疫と抗体

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健康維持

免疫

免疫とは「疫(えき)から免れる(まぬがれる)」、すなわち「伝染病」などからのがれるということを意味する言葉です。
たとえば、一度「はしか」などの伝染病にかかったほとんどの人はその伝染病にかからなくなります。これを「免疫ができた」と言います。
この免疫システムは、体内に侵入した細菌やウイルスなどを異物(自分以外のもの)として攻撃することで、自分の身体を正常に保つという大切な働きをします。

免疫とは?の図

自分の身を守るように働く免疫は、自然に備わった防御システムぬ。免疫は、抗体が主役になる免疫と、免疫を担う細胞が中心になる免疫の2つに分かれていて、抗体が主役になる免疫は液性免疫、免疫を担う細胞や物質が中心になる免疫は細胞性免疫と言われています。

免疫システムを担う細胞の種類

白血球の種類

白血球は、からだの中に侵入してきたウイルスや細菌などから、常にからだを守り続ける免疫細胞です。からだの中では多種多彩な免疫細胞(白血球の仲間達)が、緻密なチームプレーで異物と戦っています。

【樹状細胞(じゅじょうさいぼう)】

外気に触れる腔、管、皮膚などに主に存在している細胞です。名前のとおり枝のような突起(樹状突起)を周囲に伸ばしています。樹状細胞は、異物を自分の中に取り込み、その異物の特徴(抗原)を他の免疫細胞に伝える働きを持ちます。実際には、抗原を取り込んだ樹状細胞は、リンパ節などのリンパ器官へ移動し、T細胞やB細胞などに抗原情報を伝えることで、それら免疫細胞を活性化させます。活性化されたT細胞やB細胞が、異物を攻撃します。

【マクロファージ】

マクロファージはアメーバ状の細胞です。からだの中に侵入してきた異物を発見すると、自分の中にそれを取り込んで消化します。また一部のマクロファージは、異物の特徴 (抗原)を細胞表面に出すことで、外敵の存在を他の免疫細胞に伝えます。 そのほか、他の免疫細胞と共同で、TNF-α、インターロイキン、インターフェロンなど、主に免疫細胞を活性化させるサイトカインという物質産生にも関与します。

【リンパ球(T・B・NK細胞)】

★ T細胞

ウイルスなどに感染した細胞を見つけて排除します。T細胞は、ヘルパーT細胞、キラーT細胞、制御性T細胞の3種類があり、それぞれ司令塔、殺し屋、クローザーの役割があります。
① キラーT細胞は樹状細胞から抗原情報を受け取り、ウィルスが感染した細胞やがん細胞にとりつき、排除する、といういわゆる「殺し屋」の働きを持っています。

②  ヘルパーT細胞は、樹状細胞やマクロファージから異物の情報(抗原)を受け取り、サイトカインなどの免疫活性化物質などを産生します。

③ 制御性T細胞は、キラーT細胞が正常細胞へ攻撃をしないよう、キラーT細胞の働きを抑制したり、免疫反応を終了に導く、野球でいう「クローザー」の役割を担っています。

④ αβT細胞(アルファベータT細胞)は、αβT細胞療法に利用される、α鎖とβ鎖からなるT細胞受容体を有するT細胞の総称です。抗CD3抗体とIL-2を使用して選択的に増殖させることが可能です。αβT細胞療法は、一般に活性化自己リンパ球療法(LAK療法)とよばれている免疫細胞療法の一種です。

⑤ γδT細胞(ガンマデルタT細胞)は、α鎖、β鎖と呼ばれる2つの糖タンパク質から構成されるT細胞受容体を持つT細胞の総称です。γδT細胞は、αβT細胞と比べると少数ですが、この末梢血中に存在するγδT細胞には、がん細胞を認識して攻撃する能力があることが明らかになっています。

⑥ ナチュラルキラーT細胞(NKT細胞)は、T細胞とナチュラルキラー細胞(NK細胞)の両方の特徴を持つT細胞の亜種です。NKT細胞は末梢血中T細胞のわずか0.1%程度しか存在しません。活性化されたNKT細胞は、サイトカイン(IFN-γなど)を産生したり、Fasリガンドやパーフォリン・グランザイムによるがん細胞への障害活性を示します。

★ B細胞
B細胞は骨髄に存在して、抗体を産生する免疫細胞です。血液の元となる細胞(造血幹細胞)から作られ、樹状細胞の指令を受けると、外敵や異物を攻撃する「抗体」を作り、異物の排除を手助けします。また、B細胞は、細胞ごとに作る抗体の種類が決まっています。あるB細胞が作り出す抗体に適合した外敵が出現した場合にのみ、そのB細胞は活性化して、抗体を産生します。

★ NK(ナチュラルキラー)細胞
いつもからだの中をパトロールしています。ウイルスに感染した細胞などを発見すると単独で攻撃をしかけます。T細胞とは異なり、他からの指示を必要とせず、一人で外敵や異物を攻撃できるため、生まれつき(natural)の殺し屋(killer)という名前が付けられています。

【顆粒球の役割】
★  好中球(こうちゅうきゅう)
強い貪食作用や殺菌能力を持ち、主に細菌やカビを攻撃します。

★ 好酸球(こうさんきゅう)< 寄生虫の感染に対する免疫を担当しています。また、アレルギー反応などが起こった時に増加します。

★ 好塩基球(こうえんききゅう)
細胞内にヒスタミンなど種々の生理活性物質を含有していて、主に炎症反応に関与します。

からだを守る「免疫」のしくみ

免疫は命を守っている

風邪をひいた時など、「免疫力が低下してるから」などと言ったりしませんか? 免疫という言葉は、普段なにげなく使っていますし、テレビや雑誌などでも頻繁に取り上げられています。普段からよく耳にする”免疫”ですが、その言葉の意味を正しく理解して使っている人は、あまり多くありません。ここでは免疫について、わかり易く解説します。 そもそも免疫という漢字は、「やまい(疫)をまぬが(免)れる」と書きます。例えばインフルエンザワクチンを注射してインフルエンザウィルスに対する免疫をつけると、インフルエンザにかかりにくくなるように、免疫とは、細菌やウイルスなどの外敵(異物:自分以外のもの)がからだの中へ侵入してきた時など、それに立ち向かって排除し、わたしたちの命を守ってくれる仕組みなのです。

免疫細胞はチームプレーでからだを守る

では、免疫は、一体どのようにして、からだの中に侵入してきた異物を排除するのでしょうか。 答えは”血液”にあります。血液の中には、大きく分けて酸素を運ぶ「赤血球」と、免疫を担う「白血球」という細胞が存在しています。これらのうち、白血球は1種類の細胞ではなく、さまざまな役割を持った多種類の免疫細胞で構成されています。それらが相互に連絡をとりあい、チームプレーで外敵と戦っているのです。

免疫の働き

風邪を引いた時の免疫反応

風邪などのウイルスが体内に侵入すると、まずマクロファージが現場に駆けつけてウイルスの情報を集めます。
マクロファージは、そのウイルスの情報を免疫の“司令官”であるT細胞に伝えます。 情報を受け取った“司令官”のT細胞は、“殺し屋”のキラーT細胞にウイルスに感染した細胞を探して破壊するように命令します。
次に、“司令官”のT細胞は、B細胞に抗体を作るように指令を出します。 指令を受けたB細胞は、そのウイルスに対抗する大量の抗体を作り出します。この抗体が補体と協力して、ウイルスに感染した細胞を破壊します。
このようにさまざまな免疫を担う細胞が協力して、ウイルスに感染した細胞を攻撃し、やがて風邪が治ります。
細菌の場合は、ウイルスとは異なり、細菌そのものが異物と認識され、攻撃されます。

免疫の働きの図

免疫のシステムは、いろいろな免疫を担う細胞が協力して成り立っておる。その中で抗体の役割はとても重要です。

免疫細胞と抗体

白血球以外にも、からだの免疫システムで重要な役割を担っている物質が”抗体”です。からだの中に異物が進入すると、わたしたちの血液中には、その異物だけに特異的に作用する『免疫グロブリン(抗体のこと)』が作られます。産生された抗体は、異物とつながり、白血球の一種であるマクロファージやリンパ球といった免疫細胞がこの抗体を目印として、異物を貪食・攻撃します。

わたしたちの体は、異物が侵入してきても、それに対応する抗体を作り、ある種の免疫細胞によって排除することができます。その素晴らしい能力で、侵入してきた外敵や異物と絶え間なく戦っているのです。

抗体

抗体は、特定の異物にある抗原(目印)に特異的に結合して、その異物を生体内から除去する分子です。
抗体は免疫グロブリンというタンパク質です。異物が体内に入るとその異物にある抗原と特異的に結合する抗体を作り、異物を排除するように働きます。
私たちの身体はどんな異物が侵入しても、ぴったり合う抗体を作ることができます。血中の抗体は異物にある抗原と結合すると貪食細胞であるマクロファージや好中球を活性化することで異物を除去します。

抗体とは?の図01
抗体とは?の図02
抗体とは?の図03

抗体の構造

抗体の基本的な構造はY字の形をしており、2本のH鎖と2本のL鎖からできています。異物と結合する部位と、免疫を担う細胞が結合する部位からなっています。
Y字の形の先端半分が抗原と結合する部分で、対応する異物ごとに異なる構造に変化するため、可変領域と呼ばれています。
可変領域以外は定常領域と呼ばれています。

抗体の構造の図01
抗体の構造の図02

抗体は大きなタンパク質であるが、結合する抗原によって変化する部分は少しだけです。

抗体アイソタイプの構造と性質

ヒトでは抗体は大別してIgM、IgD、IgG、IgA、IgEの5種類があり、これを抗体のアイソタイプと呼びます。アイソタイプはH鎖によって決定されます。このH鎖の違いによって、各アイソタイプの性質や役割は大きく異なります。

抗体アイソタイプの構造と性質

IgG
血液(血漿中)に最も多い抗体です。ヒト免疫グロブリン(抗体)の70-75%を占めます。危険因子の無毒化、白血球やマクロファージによる抗原・抗体複合体の認識に重要です。胎児には血液を介してIgGが供給され、赤ちゃんの免疫が発達するまで子供を守ります。

IgM
ヒト免疫グロブリンの約10%を占めます。通常血液中に存在します。基本のY構造が5つ結合した格好をしています。感染微生物に対してまず最初にB細胞から産生されます。抗原の侵入に際して最初にB細胞から産生されます。
IgMの抗原に対する親和性は一般的にIgGに比べて弱いとされていますが、5-6量体化することでその結合力を補っています。また細胞表面上の膜分子に結合することでシグナルを入力する活性を発揮することもあります。

IgA
ヒト免疫グロブリンの10-15%を占めます。IgAは2つのIgAが結合した格好をしています。血清、鼻汁、唾液、母乳中、腸液に多く存在します。母乳に含まれるIgAが新生児の消化管を病原体から守っています。

IgE
ヒト免疫グロブリンの0.001%以下と極微量しか存在しません。本来、寄生虫に対する免疫応答のために存在すると考えられていますが、寄生虫感染がまれな地域ではアレルギーに大きく関与しています。

IgD
ヒト免疫グロブリンの1%以下です。B細胞による抗体産生の誘導に関与すると言われてますが、正確な機能はよくわかっていません。

抗体のクラススイッチ

細胞膜表面に膜結合型IgMとIgDを発現するB細胞(成熟B細胞)は、特異的に結合する抗原に出会うと、活性化して増殖するとともに、分泌型のIgMとIgDを生産するようになります。さらにこの成熟B細胞は抗原刺激やその他の刺激によって活性化されると、抗体分泌細胞へと分化してゆきます。この過程において分泌型イムノグロブリンの生産量が増大するとともに、IgMとIgD以外の異なるアイソタイプの抗体を産生するようになります。これを「抗体のクラススイッチ」といいます。

どのアイソタイプへクラススイッチするかについては、B細胞が置かれる環境が重要で、その一部はT細胞が分泌するホルモン(サイトカイン)作用によるとされています。

例)

インターロイキン4(IL4):IgM・IgDからIgG1やIgEへのクラススイッチ
インターロイキン5(IL5):IgM・IgDからIgAへのクラススイッチ
※インターロイキン:サイトカインの一種で、白血球やリンパ球が免疫反応時に産生するタンパク質。

抗体の種類

免疫グロブリンは、IgG、IgM、IgA、IgD、IgEの5種類に分類され、それぞれ異なった働きをします。

抗体の種類(IgG) の図
抗体の種類(IgM) の図
抗体の種類(IgA) の図
抗体の種類(IgD) の図
抗体の種類(IgE) の図

抗体の研究はさらに進められているが、まだ、全ての機能が明らかになっているわけではない状態です。

抗体の3つの働き

抗体には大きく分けて3つの働きがあります。

① 血液中や粘膜中に分泌され、外来の異物(病原体や毒素など)に結合して無力化する(中和作用)。
② 補体系を活性化し、バクテリアの細胞壁に穴を開けて殺傷する。
③ 貪食細胞による食作用を促す(オプソニン化)。

抗体の作用

免疫の4大キーワードと抗体

1. 抗体の特異性ー毒素や病原体を正確に区別します。

2. 抗体の多様性ーあらゆる抗原に対する抗体をあらかじめ有しています。

3. 免疫記憶ーハシカには二度とかかりません。

4. 免疫寛容ー自分の組織や細胞を攻撃しません。

抗体の特異性

抗体の特異性「一つの抗体は一つの抗原しか認識できない。」「ひとつの抗体はある特定の抗原しか認識できない。」
例えば、おたふくかぜウイルスを認識する抗体は、ハシカのウイルスを認識できません。逆に、ハシカウイルスに反応する抗体はおたふくかぜウイルスに反応できません。これを「抗体の特異性」と言います。

またひとつのB細胞(抗体産生細胞)は一種類の抗体しか作れません。一方、病原体由来の危険因子は数百万種類以上あると言われています。

では、無数の危険因子に我々はどのように対処しているのでしょうか?

抗体の多様性と免疫記憶

抗体の多様性と免疫記憶、抗原特異的なB細胞の増大
実は我々の身体の中には、あらゆる抗原に対処するために、あらかじめ数千万〜数億種類といった単位のB細胞を待機させています。それぞれに異なる抗体分子を作らせることで病原体の襲来に備えているのです。
これを「抗体の多様性」といいます。
そして1度目の感染後にはその病原菌に対する抗体産生細胞の割合が高くなり、2度目の感染では病気になりません。これを「免疫記憶」といいます。

遺伝子再編成

抗体を産生するB細胞は、骨髄から発生し、末梢で成熟します。この際に、抗体の遺伝子(免疫グロブリン遺伝子)に組換えが起こり、抗原結合部位(可変領域)に膨大なレパートリーが作られます。この現象は「遺伝子再編成」と呼ばれています。

H鎖の可変領域遺伝子:
V(約100~300種類), D(約25種類), J(6種類)から1つずつ遺伝子が選ばれて組み合わされます。

L鎖の可変領域遺伝子:
λとκの2つの遺伝子座が存在します。
κ鎖の場合はV(約40種類), J(約5種類)、λ鎖の場合はV(約30種類), J(4種類)から、1つずつ遺伝子が選ばれて組み合わされます。

遺伝子レベルで組み合わせを変化させることにより、限られた数の遺伝子から無数の抗原に対する免疫グロブリン(抗体)を作り出すことができます。 遺伝子再編成は胸腺でT細胞が成熟する際にも行われています。

免疫寛容

「数千万〜数億種類のB細胞は自分を認識・攻撃しないのか?」

抗体はあらゆる抗原に対応していますが、自己由来の成分は攻撃しません。これを「免疫寛容」といいます。
自己抗原に反応するB細胞も生まれるのですが、骨髄内の仕組みにより除去されます。この除去機構を逃れて末梢にたどり着いたB細胞があったとしても、自己に反応する抗体(自己抗体)を産生するB細胞は別な仕組みにより不活性化されているといわれています。

これらの仕組みが破綻すると免疫細胞が自分を攻撃する疾患「自己免疫疾患」を発症します。原因としてウイルス感染や高熱、妊娠、また最近では腸内細菌の多様性異常など諸説ありますが、詳細なメカニズムについてはまだよく分かっていません。

自己免疫疾患 一覧

自己免疫疾患一覧

抗体にはさまざまな働きがあります。抗体には異物(抗原)を分解する作用はありませんが、補体やマクロファージ、好中球などの貪食細胞を活性化して異物を排除します。
つまり抗体は、異物を認識して結合する働きと、免疫を担う細胞を活性化させて異物を排除する働きがあります。
抗体の働きを大きく分けると、異物(抗原)の中和作用、オプソニン化、細胞溶解、炎症の誘発の4つがあります。

抗体の働き(中和作用)の図
抗体の働き(オプソニン化)の図
抗体の働き(細胞溶解)の図
抗体の働き(炎症の誘発)の図

目のかゆみなどの炎症は、抗体が異物から体を守るための反応なんです。

抗体が主役になる免疫

免疫は、大きく分けて2つに分かれます。1つは、抗体が主役になる免疫です。もう1つは、抗体以外の免疫を担う細胞が中心になる免疫です。
抗体が主役になる免疫の大きな流れを見てみましょう。
まず、異物が体内に侵入すると、マクロファージなどから異物の情報を受け取ったT細胞は、B細胞に抗体を大量に作るように指令を出します。指令を受けたB細胞は抗体を大量に作り出します。
これらの抗体は補体と協力して、細菌に感染した時には細菌を排除するように働き、ウイルスに感染した時にはウイルスに感染した自分自身の細胞を攻撃するように働きます。

抗体が主役の免疫の図

抗体は補体と協力して異物を退治します。

抗体治療

抗体医薬品を使って治療することを抗体治療といいます。
抗体医薬品を中心にバイオ医薬の研究開発を推進しています。ここでは、最先端のがん治療簡単な流れをみてみます。

抗体発生抗がん剤の投与。
抗体治療抗がん剤はがん細胞をやっつけるわけだけど、正常細胞も影響を受けてしまう。がん細胞だけを攻撃できれば、副作用は少なくできるんだ。
がん細胞は種類ごとに、正常細胞にない目印があり、これだけを標的にすればがん細胞だけを攻撃でき、その代表的な治療法が抗体療法なんだ。
分子標的治療薬薬の形は抗体に似ていて、Yの字。がん細胞の目印に結合してがん細胞を細胞死に追い込んだり、体を守る細胞が破壊したり食べてくれるようにするんだ。
まとめ
これからはねらったがん細胞だけ攻撃し、副作用が少なく効率的にがんを治せる日がくるかもしれません。

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