항원(抗原)은 면역 반응을 일으켜 특히 항체를 생산하게끔 만드는 물질로써 일반적으로 생명체내에서 이물질로 간주되는 물질의 총체이다. 항원은 주로 병원균이나 바이러스로서 단백질이지만 다당류, 인공적으로 합성된 물질, 부착소, 자신의 몸속에 생긴 변이세포(암세포)등의 다양한 것들도 항원이 될 수 있다.
항원의 유형
- 면역원(免疫原, Immunogen) - 면역원은 체내에 들어왔을 때 면역 반응을 일으키는 물질로서 항상 고분자물질(예: 단백질, 다당류)이다. 면역원의 면역반응을 일으키는 능력은 숙주에 흔한 정도, 분자의 크기, 화학적 구성의 차이에 달려있다.
- 내성원(耐性原, Tolerogen) - 내성원은 분자의 구조 때문에 면역학적 관용을 일으키는 항원으로 분자 구조가 바뀌면 면역원으로 변할 수 있다.
- 알레르겐(Allergen) - 알레르겐은 알레르기 반응을 일으키는 물질로서 소화, 흡입, 주사, 피부 접촉 등의 경로로 들어올 수 있다.
세포들은 조직적합성 분자를 통해 항원을 면역체계에 알린다. 전달된 항원과 조직적합성 분자의 유형에 따라 여러 가지 유형의 면역세포들이 활성화된다.
항원의 유래
항원은 그들의 유래로 분류될 수 있다.
외인성 항원(Exogenous antigens)
외인성 항원은 흡입, 소화, 주사 등의 방법으로 외부로부터 체내로 들어온 항원으로 항원제시세포(antigen-presenting cell, APC)가 세포내식작용(endocytosis)이나 식세포작용(phagocytosis)을 통해 항원을 섭취한 뒤, 이를 조각내어 항원 세포벽이나 단백질을 외부에 제시한다. 제시된 항원은 class II 주조직적합복합체(major histocompatibility complex, MHC)에 걸쳐 있으며, 헬퍼 T 세포(helper T cell 또는 Th)가 이를 인지한다. T세포 중 일부는 주조직적합복합체 단백질에 의하여 활성화되어 사이토카인(cytokine)을 분비한다. 사이토카인은 세포독성 T세포 (cytotoxic T cell 또는 Tc), B 세포, 대식세포 등 다른 면역세포를 활성화하여 면역체계를 가동시킨다.
내인성 항원(Endogenous antigens)
내인성 항원은 세포 간에 생성된 항원으로 정상적인 세포의 이화작용이나 바이러스, 세포 간 세균감염에 의해 발생한다. 항원은 class I 주조직적합복합체에 의해 제시되며, 활성화된 세포독성 T 세포의 CD8+ 수용체가 제시된 내부항원을 인지하면, T 세포는 감염된 세포의 세포자살(apoptosis)이나 용균(lysis)을 유도하는 여러 가지 독소를 분비한다.
자가 항원(Autoantigens)
자가 항원은 보통 정상적인 단백질(복합체)이나 핵산(DNA, RNA)으로, 자가면역질환을 앓고 있는 환자의 면역체계에 인지된 항원이다. 자가항원은 정상적인 상태에서는 면역체계의 표적이 되지 않지만, 면역적인 요인이나 환경적 요인에 의해 면역적 내성이 결여되면서 항원으로 작용한다.
종양 항원(Tumor antigens)
종양 항원은 종양세포 표면에 있는 class I 주조직적합복합체에 의해 제시된 항원이다. 종양세포에 의해서만 제시되는 종양특이항원(tumor-specific antigens)은 일반적으로 종양의 돌연변이에 의해 발생한다. 보통 종양 항원이라 하면 종양특이항원을 가리킨다. 보다 일반적인 종양 항원으로는 종양세포와 일반 세포에서 함께 제시되는 항원인 종양연상항원(tumor-associated antigens)이 있다. 세포독성 T 세포(Tc)가 종양연상항원을 인지하면 종양세포의 급격한 증식이 일어나거나 전이가 되기 전에 종양세포를 파괴할 수 있다.
항원의 조건
- 크기: 분자량이 500Da 이하의 작은 분자는 면역반응을 일으키지 않는다.
- 세포의 인식여부: 주조직적합복합체(Major Histocompatibility Complex)에 의해 면역세포가 항원을 인식할 수 있어야 한다. 보통 세포들이 항원이 될 수 있는 분자를 탐식작용으로 끌어들여 소화한 후 주조직적합복합체에 그 조각을 붙여서 세포 밖으로 제시(presenting)한다. 이 과정을 통해 면역체계를 담당하는 세포들이 항원을 인식할 수 있게 된다.
- 면역학적 관용: 자신의 몸 속에 있는 분자들을 인식하는 면역세포들은 면역세포의 발달 과정에서 걸러져 면역학적 관용의 대상이 된다. 즉, 자기자신의 분자는 면역 반응의 대상이 되지 않는다. 면역학적 관용을 인공적으로 유도할 수 있는데 과다한 면역 반응의 결과인 각종 알레르기의 치료는 이러한 관용을 유도함으로써 가능하다.
- 자가면역질환: 자기 자신의 조직 분자일지라도 면역세포에 노출되지 않았다면 면역반응을 일으킬 수 있다. 직접 혈액과 접촉하지 않는 관절 속의 연골조직이나 눈의 수정체 등은, 성장한 후(면역기능이 생긴 후) 혈액속으로 그 조직의 일부가 흘러들어가는 경우 면역반응을 유발할 수 있다. 이로 인해 자가면역질환들이 생겨난다고 알려져 있다.