免疫学:免疫システムの定義と自然免疫・適応免疫の仕組み
免疫学入門:免疫システムの定義から自然免疫と適応免疫の仕組み、免疫記憶までをわかりやすく解説。
免疫学は、免疫システムの研究です。免疫系とは、他の生物による感染や寄生から体を守る仕組みであり、皮膚や粘膜などの物理的・化学的バリア、さまざまな免疫細胞、補体系やサイトカインなどの分子から成り立っています。免疫学は、これらの防御反応が健康を維持するしくみだけでなく、自己免疫やアレルギー、免疫不全など免疫系の誤作動も扱う分野です。
免疫システムはすべての植物や動物に存在しています。これは、生物学者が多くの異なる準動物の中から、トール様受容体をコードする遺伝子を発見したことから示されています。これらのトール様受容体は、細菌を含む微生物の共通パターンを「異物」として認識し、免疫反応の出発点となります。トール様受容体などの受容体によって引き起こされる免疫のタイプは、自然免疫と呼ばれています。自然免疫は、私たちのゲノムに完全に受け継がれており、私たちの組織や器官が適切に発達するとすぐに働きます。物理的障壁や自然免疫は迅速に反応し、感染の早期段階で病原体の増殖を抑えます。
脊椎動物は、脊椎動物だけが、第二のタイプの免疫を持っています。これは適応免疫と呼ばれるもので、個々の病原体に特異的に対応し、以前の感染を「記憶」する能力があります。再び同じ病原体に遭遇すると、適応免疫はより早く、より強力に反応します。この免疫学的記憶は生存上の大きな利点を与え、脊椎動物が多種の病原体に囲まれた環境で生き延びる助けになります。
自然免疫の主な構成要素と働き
- 物理的・化学的バリア:皮膚、粘膜、酸性の胃液、唾液や涙のリゾチームなどが第一の防御線です。
- 食作用を行う細胞:好中球やマクロファージは病原体を捕食し、分解します。また樹状細胞は抗原を取り込み、適応免疫へ情報を伝えます。
- パターン認識受容体(PRR):トール様受容体(TLR)などが病原体固有の分子パターンを認識し、炎症やサイトカイン産生を誘導します。
- 補体系:血漿中のタンパク質群で、病原体の直接破壊や吞食の促進(オプソニン化)、炎症反応の増強に関与します。
- 炎症反応:血管透過性の上昇や免疫細胞の局所集積を引き起こし、感染制御のための環境を整えます。
適応免疫の仕組み
適応免疫は特異性と記憶が特徴です。主な構成要素は次のとおりです。
- B細胞(Bリンパ球):抗体を産生し、血中や粘膜で病原体やその毒素を中和します。抗体はオプソニン化や補体活性化も誘導します。
- T細胞(Tリンパ球):ヘルパーT細胞(CD4+)は免疫反応を調節し、B細胞やマクロファージを助けます。キラーT細胞(細胞傷害性T細胞、CD8+)は感染細胞や腫瘍細胞を直接殺します。
- 抗原提示:樹状細胞やマクロファージが異物を取り込み、断片をMHC分子上に提示してT細胞を活性化します。
- クローン選択と拡大:抗原に特異的な受容体をもつ細胞が選択的に増殖して効果器細胞や記憶細胞になります。
- 免疫記憶:記憶B細胞や記憶T細胞は長期にわたり残存し、再感染時に素早く強力な二次応答を引き起こします。これがワクチンの基本原理です。
自然免疫と適応免疫の相互作用
自然免疫は適応免疫の始動と方向付けに重要な役割を果たします。樹状細胞等が感染部位で病原体を認識・処理し、リンパ節へ移動してT細胞に抗原を提示することで、特異的な適応応答が始まります。また、自然免疫が産生するサイトカインの種類によって、誘導されるT細胞の型(Th1、Th2、Th17など)が決定され、抗体や細胞性免疫の性質が変わります。
臨床的意義と応用
- ワクチン:免疫記憶を利用して感染予防を行います。生ワクチン、組換えワクチン、不活化ワクチンなどの形式があります。
- 免疫療法:がん免疫療法(免疫チェックポイント阻害剤、CAR-T細胞療法)やモノクローナル抗体療法は免疫系を利用して病気を治療します。
- 自己免疫とアレルギー:免疫の誤作動は自己組織への攻撃(関節リウマチ、1型糖尿病など)や過剰反応(花粉症、喘息など)を引き起こします。
- 免疫不全:先天性や後天性(HIV感染、免疫抑制治療による)免疫不全は感染に対する感受性を高めます。
免疫学は基礎研究から臨床応用まで広範で、感染症対策、ワクチン開発、自己免疫疾患の治療、がん治療など現代医療の中核をなす学問分野です。自然免疫と適応免疫の両方を理解することで、病気の予防・診断・治療法の開発が進みます。
脊椎動物の免疫の種類
自然免疫反応
自然免疫システムとは、通常、それらが機能する前に特定の病原体にさらされる必要のないすべての細胞とシステムを意味します。
生得的な免疫力は、感染に対する優れたバリアである皮膚から始まります。
適応型免疫応答
適応免疫系には、病原体への過去の曝露を必要とする細胞やシステムが含まれています。これは、以前の感染を記憶し、二次感染に対して迅速かつ堅牢な反応を行う哺乳類免疫系のユニークな能力を説明しています。この免疫学的記憶は、T細胞とB細胞の生物学的性質によるものです。
免疫力の他の面
ワクチンは、体が撃退できる感染症の弱い形態を提供することで、後天的な免疫システムを高める。システムは、より強力な感染症が起こったときに、その方法を再び覚えています。ワクチンが効いた場合、体はその後、重篤な感染症を撃退することができます。
ワクチンや治療法に影響を与える他の免疫システムの分布は、後天的な免疫システムの別のレベルと考えることができます。疫学で研究されている)病気の蔓延との交差は、公衆衛生の分野の一部です。
エラーと弱点
免疫システムのエラーがダメージを与えることがあります。自己免疫疾患では、システムが体の一部を「異物」と勘違いするので、体は自分自身の一部を攻撃します。ある種の関節炎は、このようにして引き起こされます。
重篤な病原体が潜入することもありますが、それは表面が宿主の細胞壁が受け入れられるように偽装されているからです。これがウイルスの仕組みです。細胞内に入ると、その遺伝物質が細胞を支配します。HIVのような感染症は、このようにして侵入し、免疫システムの基礎となる細胞を攻撃します。人工的な手段は、HIVに感染した体の免疫システムの機能を回復させ、エイズの発症を防ぐためにしばしば使用されます。これは、免疫システムのあらゆるレベルが関与しているため、免疫学の中でも最も複雑な問題の一つです。1980年代から1990年代にかけてのこの研究は、人間の免疫システムとその機能と体内での統合についての見方を根本的に変えました。
免疫学の歴史
免疫学は、免疫システムの構造と機能を調べる科学です。それは医学と病気に対する免疫の原因に関する初期の研究に由来しています。免疫について最も早く知られている言及は、紀元前430年のアテネのペストの間だった。トゥシディデス(紀元前460-395年)は、ある病気の前の発作から回復した人々は、二度と病気にかからずに病気を看護することができたことを指摘している。
18世紀、ピエール=ルイ・モロー・ド・モーペルチュワはサソリの毒を使った実験を行い、特定の犬やマウスがこの毒に対して免疫を持つことを観察しました。このような後天的な免疫の観察やその他の観察から、ルイ・パスツール(Louis Pasteur、1822-1895)は予防接種と病気の細菌理論を開発しました。パスツールの理論は、ミアスマ理論のような現代の病気の理論とは正反対のものでした。微生物が感染症の原因として確認されたのは、1891年に発表されたロバート・コッホ(Robert Koch, 1843-1910)の証明(この証明で1905年にノーベル賞を受賞)になってからである。ウイルスがヒトの病原体として確認されたのは、1901年にウォルター・リード(1851-1902)によって黄熱病ウイルスが発見されたときである。
免疫学は、体液性免疫と細胞性免疫の研究において、19世紀末に向けて急速な発展を遂げました。特に重要なのは、抗原抗体反応の特異性を説明するために側鎖理論を提唱したPaul Ehrlich(1854-1915)の研究です。1908年のノーベル賞は、エールリッヒと細胞免疫学の創始者イリヤ・メチニコフ(1845-1916)が共同で受賞しました。
関連ページ
- リンパ系
- 白血球
質問と回答
Q: 免疫学とは何ですか?
A: 免疫学とは、動植物の免疫系を研究する学問です。
Q: 免疫系とは何ですか?
A: 免疫系とは、他の生物による感染から体を守るための器官、組織、細胞の集合体です。
Q: 免疫学は何を扱っているのですか?
A: 免疫学は、健康や病気における免疫システムの働きや、免疫システムの不具合について扱います。
Q: 通気性レセプターは動物にしかないのですか?
A: いいえ、Toll-likeレセプターは動植物を問わず、様々なメタゾアンに存在します。
Q: 自然免疫とは何ですか?
A: 自然免疫とは、私たちの遺伝子に受け継がれている免疫の一種で、私たちの組織や臓器が適切に発達すると同時に、十分に働くようになるものです。この免疫は、Toll-like受容体によって引き起こされます。
Q: 適応免疫とは何ですか?
A: 適応免疫とは、以前の感染を「記憶」している免疫のことです。同じ感染症が再び発生した場合、その反応はより強く、より速くなります。
Q:「生存に有利な」免疫とはどのようなものですか?
A: 適応免疫は、脊椎動物が病原体に満ちた環境の中で長い生涯を生き抜くことを可能にするため、「生存に多大な利点をもたらす」のです。
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