自然免疫系

解剖学的バリア

自然免疫系には、皮膚が含まれます。皮膚の外側の層は「上皮」と呼ばれています。上皮細胞は、ワックス状の物理的バリアを形成し、ほとんどの感染性物質を排除します。これらの細胞は、侵入してきた生物に対する自然免疫系の最初の防御ラインです。

古い角質が落ちることで、皮膚に付着した細菌を取り除くことができます。

皮膚は、内部では腸や肺の内張りとして続いている。腸や肺では、蠕動運動や繊毛運動により、感染物質の除去が行われます。また、粘液は感染物質を閉じ込める働きがあります。腸内では、腸内フローラが毒性物質を分泌したり、栄養分や細胞表面への付着をめぐって病原菌と競合することで、病原菌の侵入を防いでいる。

涙や唾液の洗浄作用により、目や口の中の感染を防ぎます。

炎症について

炎症は、病原体や異物が解剖学的なバリアを通過したときの免疫系の最初の反応の一つです。

炎症は、損傷を受けた細胞から放出される化学因子によって刺激される。炎症は、感染の拡大に対する物理的な障壁を構築し、病原体が除去された後の損傷組織の治癒を促進する。

炎症時に生成される化学因子が食細胞、特に好中球を引き寄せる。好中球はその後、免疫系の他の部分を引き起こします。

補体システム

補体系は免疫系の生化学的カスケードで、抗体が病原体を排除したり、他の細胞による破壊の目印となったりします。

このカスケードは、肝臓で作られる多くの血漿タンパク質で構成されています。蛋白質は互いに協力して

• 炎症細胞を呼び寄せるきっかけとなる。
• 病原体の表面をコーティングして破壊する。
• 感染した細胞の細胞膜を破壊し、感染した細胞の細胞溶解を引き起こし、病原体を死滅させる。
• 中和された抗原抗体複合体を体外に排出します。

補体カスケードの構成要素は、植物、鳥類、魚類、一部の無脊椎動物など、哺乳類以外の多くの種に見られます。

自然免疫反応の細胞

白血球（WBC）はすべて白血球と呼ばれる。白血球は体の他の細胞とは異なり、独立した単細胞生物のような働きをする。白血球は体の他の細胞とは異なり、独立した単細胞生物のように働き、自由に動き回り、細胞の破片や異物、侵入してきた微生物などを捕らえます。白血球は、骨髄にある造血幹細胞によって作られます。

先天性白血球にはナチュラルキラー細胞、マスト細胞、好酸球、好塩基球、そしてマクロファージ、好中球、樹状細胞などの貪食細胞。これらの細胞は、感染症を引き起こす病原体を識別して排除する。

マスト細胞

マスト細胞は、結合組織や粘膜に存在する自然免疫細胞の一種である。肥満細胞は、病原体に対する防御や創傷治癒に深く関わっています。また、アレルギーやアナフィラキシーにもよく関連している。活性化されると、マスト細胞は、ヒスタミンやヘパリンを豊富に含む特徴的な顆粒を、様々なホルモンメディエーターや走化性サイトカインとともに、環境中に急速に放出する。ヒスタミンは血管を拡張して炎症の兆候を引き起こし、好中球やマクロファージを呼び寄せる。

貪食細胞

ファゴサイト（phagocyte）とは、文字通り「食べる細胞」という意味です。貪食細胞とは、病原体や粒子を飲み込む、すなわち貪食する免疫細胞のことである。粒子や病原体を取り込むために、食細胞は細胞膜の一部を拡張し、粒子が包み込まれる（粒子が細胞内に入る）まで、膜を粒子の周りに巻き付けます。細胞内に侵入した病原体は、エンドソームの中に入り、ライソソームと合流する。ライソゾームには、粒子や生物を殺し、消化する酵素や酸が含まれている。貪食細胞は通常、体内を巡回して病原体を探すが、サイトカインと呼ばれる他の細胞が作り出す高度に専門化された分子シグナル群に反応することもできる。免疫系の貪食細胞には、マクロファージ、好中球、樹状細胞などがある。

宿主自身の細胞のファゴサイトーシスは、通常の組織の発達と維持の一環として一般的に行われている。宿主の細胞が死ぬと、貪食細胞がその細胞を患部から除去する。死んだ細胞を除去することで、ファゴサイトーシスは治癒プロセスの重要な部分を担っている。

マクロファージ

マクロファージは大型の食細胞性白血球である。毛細血管の細胞膜を越えて細胞間を移動し、侵入してきた病原体を狩ることができる。マクロファージは最も効率的な食細胞であり、相当数の細菌や他の細胞、微生物を貪食することができる。マクロファージの表面にある受容体に細菌の分子が結合すると、マクロファージが細菌を飲み込んで破壊するきっかけとなる。病原体はまた、マクロファージを刺激してケモカインを産生させ、他の細胞を感染部位に呼び寄せる。

好中球

好中球と他の2種類の細胞（好酸球と好塩基球）は、細胞質に顆粒を持つことから顆粒球と呼ばれ、特徴的な小葉状の核を持つことから多形核細胞（PMN）と呼ばれる。

好中球の顆粒には、細菌や真菌を死滅させたり、成長を阻害したりするさまざまな毒性物質が含まれている。好中球の主な生成物は強力な酸化剤である。過酸化水素、遊離酸素ラジカル、次亜塩素酸塩などである。好中球は最も多く存在する食細胞であり、循環する白血球全体の50～60％を占める。好中球は通常、感染症の現場に最初に到着する細胞である。健康な成人の骨髄では、1日に1,000億個以上の好中球が産生され、急性炎症時にはその10倍以上の好中球が産生される。

樹状細胞

樹状細胞（DC）は、主に皮膚（ランゲルハンス細胞と呼ばれることもある）や、鼻、肺、胃、腸などの粘膜内に存在する食細胞で、外部環境と接触している組織に存在する。樹状細胞は、抗原提示のプロセスにおいて非常に重要であり、自然免疫系と適応免疫系をつなぐ役割を果たしている。

好塩基球、好酸球

好塩基球と好酸球は、好中球に関連する細胞である（上述）。病原体に遭遇して活性化すると、ヒスタミンを放出する好塩基球は、寄生虫に対する防御に重要であり、アレルギー反応（喘息など）にも関与する。好酸球は活性化されると、細菌や寄生虫を殺すさまざまな毒性の高いタンパク質やフリーラジカルを分泌する。また、同じ化学物質がアレルギー反応の際に組織の損傷を引き起こす。そのため、好酸球の活性化と毒素の放出は、不適切な組織破壊を防ぐために厳密に制御されている。

ナチュラルキラー細胞

ナチュラルキラー細胞（NK細胞）は、侵入してきた微生物を直接攻撃しない自然免疫系の一部である。その代わり、NK細胞は、腫瘍細胞やウイルスに感染した細胞など、損なわれた宿主細胞を破壊する。このような細胞を認識するのが「ミッシングセルフ」と呼ばれる状態である。これは、MHC I（主要組織適合性複合体）と呼ばれる細胞表面のマーカーのレベルが低い細胞を指す言葉である。このような状態は、ウイルスが宿主細胞に感染した際に生じることがある。自己が欠損している細胞を殺すために活性化を必要としないことから、「ナチュラルキラー」と名付けられた。

正常な循環血液の走査型電子顕微鏡像。赤血球、リンパ球を含むいくつかの節のある白血球、単球、好中球、そしてたくさんの小さな円盤状の血小板が見える。


マクロファージ


A好中球


好酸球

無脊椎動物の免疫システム

抗菌性ペプチド

抗菌ペプチド（宿主防御ペプチド）は、自然免疫反応の一部である。抗菌ペプチドは、すべての生物種に存在する。これらのペプチドは、強力な広域スペクトルの抗生物質である。グラム陰性菌、グラム陽性菌、マイコバクテリア（結核菌を含む）、エンベロープを持つウイルス、真菌、さらには形質転換した細胞や癌細胞をも殺すことができる。

海洋魚のソースには高レベルの抗菌化合物が含まれている。生きた魚を使ったテストでは、食品・飼料原料に使用された魚類ペプチドが効果を発揮した。

抗菌性ペプチドの様々な構造