조절 T 세포

조절 T 세포(regulatory T cells (Treg, Tregs))는 면역계를 조절하는T 세포 들 중 한 집단으로, 자가항원에 대한 관용(Immune-tolerance)을 유지하고 자가면역 질병을 없앤다. 과거에는 억제 T 세포(suppressor T cell (Ts))라 알려졌다.
이 세포들은 일반적으로 효과 T 세포(effector T cell)의 유도와 확산을 억제하거나 하향조절한다.
추가적인 조절 T 세포인 Treg17 세포가 최근에 확인되었다.
생쥐 모델 실험에서 조절 T 세포의 조절은 자가면역질환과 암을 치료할 수 있으며, 장기이식을 용이하게 할 수 있다고 제안되었다. 

조절 T 세포 집단

조절 T 세포는 면역계의 구성성분으로 다른 세포들의 면역 반응을 억제한다.
이는 면역계에서 과도한 반응을 막기 위해 만들어진 중요한 ‘자가-점검’ 이다.
조절 T 세포는 다양한 형태로 나타나는데 가장 널리 알려진 것은 CD4, CD25와 Foxp3 (CD4+CD25+ 조절 T 세포) 표현형이다. 
이러한 조절 T 세포는 도움T세포와는 다르다. 조절 T세포의 또 다른 부분집합은 Treg17 세포이다. 조절 T 세포는 침입한 미생물을 성공적으로 없앤 후의 면역반응을 멈추는데 연관되며, 또한 자가면역 세포를 막는데도 관여한다. 
CD4+ Foxp3+ 조절 T 세포는 ‘자연발생’ 조절T세포라고 불렸는데, 이는 체외환경에서 만들어지는 ‘억제(suppressor)’ T세포와 조절 하기 위함이다. 추가적인 조절 T 세포 집단으로는 Tr1, Th3, CD8+CD28-, 그리고 Qa-1 restricted T 세포 등이 있다. 이 세포집단이 자기관용과 면역 항상성 유지에 대한 기여하는가에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. FOXP3는 생쥐 CD4+CD25+ T 세포에 좋은 마커로 쓰일 수 있다. 하지만 최근의 연구 결과 CD4+CD25- T 세포에서 FOXP3 발현의 증거를 보였다. 인간에서, FoxP3는 또한 최근에 활성화된 평범한 T 세포에서 발현되었다. 그러므로 FoxP3는 인간 조절 T 세포를 특정해서 동정하지는 않는다. 

발달

모든 T세포는 골수의 간세포로부터 만들어지며, 흉선에서 계통을 이어간다.
모든 T 세포는 CD4-CD8-TCR- 세포로 이중부정(DN, double-negative stage) 단계에서 시작하며,
개별 세포들은 그 자신의 T 세포 수용체 유전자들을 조정하여 그 결과 고유의 기능하는 분자를 만들게 되며, 그것들은 차례로 자기MHC 분자와의 반응을 최소화하기 위해 가슴샘 피질 세포의 반응을 검사한다.
만약 세포들이 이 신호들을 받게 되면, 증식해서 CD4와 CD8을 발현하는 이중-양성 세포(double-positive cells)가 된다.
조절 T 세포의 선별은 연수나 가슴샘 하살소체(Hassal’s corpuscle)의 방사선 저항성이고 혈액형성과정처럼 유래하는 MHC class II 발현 세포들에서 일어난다. 
이중-양성(DP, double-positive) 단계에서, 세포들은 흉선내의 세포들과의 상호작용으로 선별되고, Foxp3 전사를 시작한다. 그 후, 조절세포가 된다. 비록, 그 세포들은 단일-양성(single-positive) 단계가 되기까지는Foxp3를 발현하지 않을 수 있지만, 그 때쯤이면 그 세포들은 기능하는 조절 T세포가 된다. 조절 T 세포는NKT 또는 γδ T 세포의TCR 발현에 있어 제한적이지 않다. 조절 T 세포는 효과 T 세포보다 다양한 TCR을 가지며 자가 펩티드(self-peptide) 쪽으로 치우쳐 있다.  
조절 T 세포의 선별 과정은 자가 펩티드 MHC 분자와의 상호작용에서의 친화력에 의해 결정된다. 조절 T 세포가 되기위해 선별되는 것은 ‘골디락스(Goldilocks : 동화 ‘골디락스와 곰 세 마리’에서 유래)’ 과정이라고 한다. 강한 신호를 받은 T 세포는 세포자살(apoptotic death)을 하게 되고, 약한 신호를 받은 세포는 살아 남아 효과 세포로 선별된다. 만약 T세포가 중간 세기의 신호를 받으면, 조절 T 세포가 된다. T세포 활성 과정의 확률적인 특성 때문에, TCR이 주어진 모든 T세포 집단은 끝내 효과T세포(Teff)와 조절T세포(Treg)의 혼합물이 된다. 
가슴샘에서 Foxp3+ 조절 T세포의 발생은 효과 T세포와 비교했을 때 몇 일 늦으며, 발생 후 약 3주가 될 때까지 가슴샘이나 주변부에서 성숙 단계가 되지 않는다. 조절T세포는 CD28 부자극(co-stimulation)을 필요로 하며 B7.2발현은 연수에 의해 대개 제한된다. 이 두개는 연결돼있다고 제안되었지만, 그 과정들에 대한 명확한 관계는 아직 밝혀지지 않았다. TGF-β에 무감각한TGFβRII-DN 쥐의 가슴샘 조절 T세포가 기능적인 것을 보았을 때, TGF-β는 조절T세포의 기능성에 꼭 필요한 것은 아니다. 

기능

면역 체계는 자기(self)와 비(非)-자기를 구별할 수 있어야 한다. 
자기/비자기 구별에 실패하면, 면역체계는 체내의 세포와 조직을 파괴하며, 그 결과 자가면역 질병을 일으킨다.
조절 T세포는 활발히 면역체계의 활성을 억제하고 자가면역 질병 같은 병적인 자가반응을 막는다. 면역 체계에서 조절 T세포가 하는 중요한 역할은 심각한 자가면역 증후군들을 통해 증거가 제시되었다. 이런 증후군(예: IPEX 신드롬(immunodysregulation polyendocrinopathy enteropathy X-linked syndrome)들은 조절 T세포에 유전적 결손이 있는 경우에 발생한다. 
조절 T세포가 어떻게 억제/조절 활동을 하는지에 대한 분자단위 작용 원리는 아직 명확히 밝혀지지 않았으며 진지한 연구 주제이다. 체외 실험에서 세포가 억제되기 위해서 세포 대(對) 세포의 접촉이 필요한 지에 대해 상반된 결과들이 있다. 면역억제 사이토카인 TGF-beta와 인터루킨10(IL-10) 또한 조절T세포 기능에 연관되어 있음을 보였다.  

유도 조절 T세포

유도 조절 T세포(induced regulatory T cells, iTreg)(CD4+CD25+Foxp3+)는 면역관용과 연관된 억제성 세포이다.
유도 조절 T세포는 T세포 증식을 억제하고 실험적 자가면역 질병을 억제하는 것을 보였다.
Treg17 세포 또한 여기에 포함된다. 유도 조절 T세포(iTreg)는 일반적인 성숙 CD4+ T세포로 부터 흉선 밖에서 발달하며, 이것은 자연 조절 T세포(nTreg; natural regulatory T cell)와 유도 조절 T세포(iTreg)의 차이에 대한 정의다.
유도 조절 T세포(iTreg)와 자연 조절 T세포(nTreg)가 기능적으로 비슷한 면을 공유하지만, 유도 조절 T 세포는 최근에 ‘필수적이며 쓸모없지 않은, 조절 반응 내에서 TCR 다양성을 확대시킴을 통해서 부분적으로 자연 조절 T세포를 보충하는 조절 소집단’ 인 것으로 밝혀졌다.
생쥐 모델에서 유도 조절 세포 집단의 급성 고갈은 염증과 체중 감소의 결과가 나타났다.
iTreg와  nTreg이 면역 관용을 유지하는데 기여하는 것에 대해 비교한 결과는 알려져 있지 않지만, 둘 다 중요한 역할을 한다. 
nTreg과 iTreg 사이의 후생적(epigenetic)인 차이점이 관찰되었으며, nTreg이 더욱 안정적인 Foxp3 발현과 폭넓은 탈메틸화(demethylation)를 보였다. 

조절 T 세포와 질병

면역학 분야에서 중요한 의문은 현재 진행중인 면역 반응의 과정 중에 조절 T세포의 면역 억제 활동이 어떻게 조절되는가 이다.
조절 T세포의 면역 억제 기능이 자가면역 질병의 발달을 막는 반면, 감염성 미생물에 대한 면역 반응이 있는 동안에는 좋지 않기 때문이다.
현재의 가설들은 감염성 미생물을 만났을 때, 조절 T세포의 활성이 하향조절 될 것이라는 것이다. 이는 직접적 혹은 간접적으로 다른 세포들에 의해 이루어지며, 이 세포들은 감염을 없애는 것을 용이하게 하기 위해 작용한다.   
생쥐 모델에서 몇몇 병원체는 조절T세포를 조작할 수 있도록 진화했다는 실험적 증거들이 있다. 조절 T세포를 통해 숙주의 면역을 억제시켜 그들의 생존을 가능하게 한다는 것이다.  
예로, 여러 감염성 상황에서 조절 T 세포의 활성이 증가한다고 보고되었다.  이런 감염의 경우로 레트로바이러스 감염 (가장 잘 알려진 예로 HIV), 마이코박테리아 감염 (결핵 등과 같은), 그리고 다양한 기생충성 감염 (리슈마니아나 말라리아와 같은) 등이 있다.
 리슈마니아 감염 이력이 있는 인간 대상의 연구에서 CD8+ 억제 T 세포의 조절은, 최소한 부분적으로나마, 사이토카인을 매개로 한다는 결과가 있다. 성인에서 리슈마니아 특이 CD4+ 도움 T세포가 강한 방어적 면역과 함께 지배적이었다. (임상 감염의 이력이 없이 피부 테스트 양성 반응) 자기 유래의 리슈마니아에 감염된 대식세포에 더해 줬을 때, 이 T세포들은 기생충이 죽게 하고, 대량의 인터페론감마와 림포톡신의 분비를 일으켰으며. CD8+ 억제T세포가 환자에서 우세하게 나타났으며 방어적인 면역은 없었다 (내장 리슈마니아 환자). 성공적으로 처리를 한 후 분리된 자기 유래의 말초혈액 단핵 세포들에 더해 줬을 때, 이 T세포들은 인터페론감마의 분비와 증식을 억제시켰고 IL-6와 IL-10분비를 증가시켰다. 피부테스트 양성 성인에서 리슈마니아-특이 CD4+ 도움T세포의 식물성 혈구응집소(PHA, phytohemagglutinin) 자극이나 항원에 의해 형성된 수용성 요소(들)은 배지에 더해 졌을때, CD8+ T세포들을 죽이고, CD4+ 도움 T세포들은 그렇지 않았다. 피부테스트 양성 성인에서 얻은 말초 혈액 단핵 세포들의 항원 자극에 의해 생긴 수용성 요소들은 CD8+ 억제T세포 매개의 IL-10분비의 증가를 막았다. 이런 발견들은 CD4+도움 T세포의 항원 자극이 CD8+ 억제 T세포를 죽이거나 하향 조절하는 사이토카인의 생산을 일으킨다는 것을 시사한다. 리슈마니아 감염이 근절되거나 리슈마니아 항원이 없어지면, CD8+ 억제T세포가 CD4+도움T세포를 하향조절한다. CD8+억제 T세포를 억제하거나 죽이는 사이토카인의 분리는 면역 억제와 연관된 질병을 처치하는데 유용할 수 있다. 그 질병들의 예로는 리슈마니아증, AIDS, 몇 가지 암 등이 있다. 
 CD4+조절 T세포는 인간과 쥐 모델 모두에서 고형 종양들과 종종 연관되어 있었다. 유방, 대장-직장, 그리고 난소의 암에서 조절 T세포 수의 증가는 나쁜 예후와 연관된다.
 CD70+ 비(非)-호지킨(Hodgkin) 림프종 B세포는 Foxp3발현과 종양 내 CD4+CD25- T세포에 조절적 기능을 유도한다.  

분자 특징

 T 세포와 비슷하게, 조절 T 세포는 흉선에서 발달한다.
가장 최신의 연구 결과들에서 조절 T 세포의 정의는 포크헤드 집단의 전사인자 FOXP3 (forkhead box p3)의 발현으로 한다.
FOXP3의 발현은 조절 T 세포의 발달을 위해 필요하며 세포의 운명을 구체화 하는 유전 프로그램을 조절하는 것으로 보인다.
Foxp3를 발현하는 조절 T세포의 대부분은 MHC 클래스 II 제한적인 CD4-표현형 (CD4+) 집단과 높은 정도로 인터루킨-2 수용체 알파 사슬(CD25)을 발현한다.
CD4+CD25+발현하는 Foxp3에 덧붙여, 제한적인 CD8+ Foxp3를 발현하는 MHC 클래스 I 조절 T 세포 집단이 적은 수로 있는 것 같다. 
이 Foxp3-CD8+발현 T 세포는 건강한 개인에서는 기능을 하지 않는 것처럼 보인다. 하지만
자가면역성 질병에서는 유도가 되었는데, 이는T세포 수용체 자극을 통해 IL-17 매개 면역 반응을 억제해서 일어난다.
전통적인 T 세포와는 다르게, 조절 T 세포는 IL-2를 만들지 않으며, 그러므로 베이스라인에서는 아네르기(anergy, 면역성 결여) 상태이다.
 수 많은 각양각색의 방법들이 조절T세포(Treg)를 동정하고 모니터하기 위해 채택되었다. 원래는, CD25와 CD4 표면 마커(surface marker)의 높은 발현을 이용했다 (CD4+ CD25+ 세포).
이는 병원체에 면역반응을 하는 중인 경우와 같이 면역 활성이 일어난 상태에서 조절T세포가 아닌 세포에서 CD25가 발현되기 때문에 문제이다.
CD4와 CD25발현으로 정의되어 있듯, 생쥐와 인간에서 성숙 CD4+ T세포 집단 중의 5-10%가 조절 T세포로 구성되어 있으며, 반면에 전혈 (全血, whole blood)에서는 약 1-2%의 조절 T세포가 측정될 수 있다.
Foxp3 단백질의 세포단위 발현의 추가적인 측정으로 더욱 구체적인 조절 T세포(CD4+CD25+Foxp3+ 세포들)의 분석이 가능하다.
하지만, Foxp3는 활성화된 인간 효과 T세포에서 일시적으로 발현된다. 그러므로, 인간에서 정확한 조절 T 세포 분석에는 CD4, CD25 와 Foxp3가 마커로 쓰인다.
그러므로, 몇몇 연구그룹은 다른 마커를 사용하는데, 이는 CD4와 CD25가 있으며 표면 단백질 CD127이 없거나 낮은 정도로 발현되는 것이다.
몇몇 추가적인 마커들이 있는데, 예를 들면, 조절 T 세포에서는 높은 정도로 CTLA -4 (cytotoxic T-lymphocyte associated molecule-4) 와 GITR (glucocorticoid-induced TNF receptor) 발현한다. 하지만, 이런 것들의 발현이 기능적으로 중요한지는 아직 정의되지 않았다.
Foxp3를 발현하는 조절 T세포에서 유일하거나 특별히 발현되는 세포 표지 마커를 찾는 것에 대한 관심이 크다.
하지만, 현재까지 그런 분자가 발견되지는 않았다. 
새로운 단백질 마커를 찾는것과 더불어, 더욱 정확하게 조절 T세포를 분석하고 모니터하는 다른 방법이 문헌에 언급되었다. 이 방법은 DNA 메틸화 분석법에 기초한다. 활성화 효과 T세포를 포함해, 다른 어떤 세포에는 없는 조절 T세포에만 있는 특정 지역이 Foxp3 유전자 내에서 탈 메틸화 되어 있는 것이 발견되었다. 이는 조절 T세포를 모니터 하는데 있어 PCR반응이나 다른 DNA기반 분석 방법들을 가능하게 한다. Th17세포와 조절 T세포 사이의 상호작용은 호흡기 질병들과 같은 많은 질병들에서 중요하다. 
최근의 연구결과 비만세포는 조절 T세포에 의존적인 말초 면역 관용에 있어 중요한 매개체인것으로 보인다.

조절 T 세포 항원 결정기 (Tregitopes)

조절 T 세포 항원 결정기 (조절 T 세포 에피토프, Tregitopes, Treg epitope)는 2008년에 발견되었으며, 단일클론성 항체와 면역글로불린 G에 선형의 아미노산 시퀀스가 포함된 형태로 구성되어 있다.
이것의 발견이 있은 이래로, 조절 T 세포 항원 결정기가 자연적인 조절 T세포의 활성에 중요할 것이라는 증거들이 있어왔다.
조절 T 세포 항원 결정기의 잠재적인 적용에 대한 가설이 다음들과 세워졌다. 장기이식, 단백질 약물, 수혈 치료와 일형당뇨병에서 면역 관용을 유도(tolerization)하는 것, 알러지 치료에 있어 면역 반응을 줄이는 것 등이 있다.

유전적 결손

Foxp3를 인코딩 하는 유전자의 변이에 의해 일어나는 유전성 질병이 인간과 생쥐 모두에서 밝혀졌다.
이 질병은 정상 면역 체계의 기능을 유지하는데 있어 조절 T 세포가 중요한 역할을 한다는 것에 대한 가장 결정적인 증거를 제공했다.
사람에서 Foxp3 변이가 있는 경우 심각하며 급격히 치명적으로 되는 자가면역성 장애를 겪는다. 이것은 IPEX 신드롬(Immune dysregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X-linked syndrome)이라 알려져 있다. 
IPEX 신드롬의 특징은 첫해에 엄청난 전신적 자가면역반응의 발달과, 결과적으로 수양성 설사, 습진성 피부염, 그리고 내분비질환이 가장 공통적으로 나타나며 이는 마치 인슐린의존성당뇨병에서 나타나는 것과 비슷하다. 대부분의 환자들은 쿰스(Coombs) 시험-양성 용혈성 빈혈과 같은 다른 자가면역 현상들을 가진다. 병에 걸린 대부분의 남성들은 일 년 이내에 대사 교란이나 패혈증으로 사망했다. 자발적 Foxp3 변이 생쥐에서 관찰되는 유사한 질병은 “스컬피(scurfy, 비듬투성이의)”라 알려져 있다.