대식세포는 왜 필요했나: 1973년 Rosenthal–Shevach의 ‘항원 인지’ 실험계

1973년의 질문: ‘대식세포 도움’은 수용성 인자인가, 세포 표면 상호작용인가

1970년대 초반은 T 세포(T cell), B 세포(B cell), 대식세포(macrophage)라는 세 축이 정리되면서 “이 셋이 시험관(in vitro)에서 어떻게 한 덩어리 면역반응을 만드는가”가 가장 뜨거운 주제가 되던 시기였습니다. 특히 “림프구 반응에 대식세포가 필요하다”는 사실은 이미 알려져 있었지만, 왜 필요한지는 아직 명확하지 않았습니다.

이 흐름 속에서 1973년 Alan S. Rosenthal과 Ethan M. Shevach는 질문을 아주 날카롭게 바꿉니다.
“대식세포가 분비하는 수용성 인자가 핵심인가, 아니면 대식세포 표면에서 일어나는 항원 인지 과정자체가 핵심인가?”
이 논문은 후자에 무게를 싣는 실험 설계를 통해, 이후 ‘항원 제시(antigen presentation)’ 개념으로 이어지는 실마리를 제공합니다.

실험 재료의 선택: 기니피그와 ‘조직적합성만 다른’ 계통

이 논문이 흥미로운 이유 중 하나는 동물 모델입니다. 마우스가 아니라 기니피그(guinea pig)를 씁니다. 기니피그는 오래전부터 지연형 과민반응(DTH, delayed-type hypersensitivity) 모델에 널리 쓰였고, 감작된 동물에서 항원 재자극 시 T 세포 증식을 읽어내기에 적합했습니다.

여기에 더해 연구진은 조직적합성 항원이 서로 다른 근교계(inbred) 기니피그 두 계통, 즉 strain 2와 strain 13을 활용합니다. 실험의 핵심이 “대식세포–T 세포 상호작용에서 조직적합성(histocompatibility)이 필요하냐”이기 때문에, 이런 계통 쌍은 사실상 ‘정밀 도구’였습니다.

실험계의 뼈대: ‘항원 펄싱 대식세포’ + ‘정제 T 림프구’ + ³H-thymidine

이 논문은 그 글쓰기 형태가 “현대 논문 같아졌다”는 평가를 받는 지점은, 실험계가 그림으로 명료하게 정리되고(figure 중심), 그 그림이 곧바로 결과 해석의 길잡이가 된다는 점입니다.

실험 흐름은 다음과 같습니다.

1. 세포 수집: 복강 삼출세포(peritoneal exudate cells) 기니피그 복강(peritoneal cavity)에 미네랄 오일을 주입해 염증성 삼출을 유도한 뒤, 복강 세척(peritoneal lavage)으로 세포를 회수합니다. 이 복강 삼출세포의 75–85%가 대식세포이며, 나머지는 림프구/다형핵백혈구(PMN) 등이 섞여 있습니다.

2. ‘지표 T 림프구(indicator T lymphocytes)’ 만들기: 대식세포 제거 복강 세포를 나일론 컬럼(nylon column) 또는 유리 비드(glass beads)로 처리해 부착성 세포(대식세포)를 제거하면, 85–90%가 림프구인 분획을 얻습니다. 이 분획을 반응을 읽어낼 지표 T 림프구로 사용합니다.

3. ‘활성화 세포(activator cells)’ 만들기: 대식세포는 살아있되 분열 못 하게 대식세포 분획에는 마이토마이신 C(mitomycin C)를 처리합니다. 이는 DNA 합성을 막아 세포 분열을 차단하지만, 세포 기능은 일정 수준 유지하게 해 주는 고전적 방법입니다. 그다음 대식세포를 항원과 약 60분함께 배양해 항원 펄싱(pulsing)을 하고, 과량 항원을 4회 세척으로 제거합니다.

4. 공배양과 판독: 2–3일 배양 후 ³H-thymidine 18시간 항원 펄싱된 대식세포와 정제한 T 림프구를 섞어 2–3일 배양한 뒤, 마지막 18시간동안 삼중수소 티미딘(³H-thymidine)을 넣고 DNA 합성량(cpm)으로 T 세포 증식 반응을 읽습니다.

여기서 포인트는 “대식세포가 항원을 ‘먹고 처리한 뒤’ T 세포를 자극한다”는 방향성을 실험계 자체에 박아 넣었다는 점입니다.

핵심 결과 1: syngeneic 조합에서만 항원 특이 T 세포 증식이 나온다

표(Table)와 그림(Figure)에서 반복적으로 드러나는 결론은 하나입니다.
림프구와 대식세포가 같은 계통(syngeneic)일 때는 반응이 잘 나오지만, 서로 다른 계통(allogeneic)이면 거의 반응이 나오지 않는다는 점입니다.

예를 들어, strain 2의 감작 림프구에 대해 strain 2 대식세포를 항원 펄싱해 제공하면 시간에 따라 ³H-thymidine 흡수가 뚜렷이 증가합니다. 반대로 strain 13 대식세포를 같은 방식으로 제공하면, 측정 시간점(24/48/72시간)을 바꿔도 반응이 거의 없었습니다. 연구진은 “시간점을 놓쳐서 생긴 착시” 가능성을 아예 그림 2 형태의 시간경과 실험으로 선제적으로 제거합니다.

이 결과는 당시 관점에서 상당히 강한 메시지였습니다.
“대식세포는 그냥 영양 공급자나 배양 보조자가 아니라, 항원 인지 단계에서 ‘특정한 방식’으로 관여한다”는 뜻이기 때문입니다.

핵심 결과 2: ‘순수 대식세포’가 아니어도 결론은 흔들리지 않는다

또 하나의 설득 포인트는 “대식세포 순도” 문제입니다. 복강 삼출세포는 75–85%가 대식세포이지만 100% 순수 대식세포가 아닙니다. 그렇다면 “다른 세포가 사실은 중요한 역할을 했던 것 아니냐”는 반론이 가능합니다.

연구진은 이 반론에 대해, 대식세포가 75–85%인 분획과 더 고순도 분획을 비교했을 때 활성화 능력 차이가 크지 않다는 식으로 대응합니다. 즉, 관찰된 현상의 중심에 있는 세포가 대식세포라는 점을 반복 확인합니다.

반론 차단 실험: 혼합 림프구 배양(MLC) 자체 반응이 원인일까?

이계 세포를 섞으면 그 자체로 혼합 림프구 배양(MLC, mixed lymphocyte culture) 반응이 생길 수 있습니다. 그러면 “항원 특이 반응처럼 보였던 게 사실은 동종항원(alloantigen)에 대한 MLC 아니냐”는 의심이 생깁니다.

연구진은 MLC 기여도를 따로 측정하고, 본 실험에서 관찰되는 항원 특이 증식 반응을 설명하기엔 기여가 미미하다는 방향으로 정리합니다. 즉, 지금 보고 있는 건 “이계 반응(MLC)”이 아니라 “항원+대식세포를 통한 T 세포 활성화”라는 주장에 힘을 싣습니다.

동종항혈청(allo-antisera) 실험: ‘조직적합성 항원’이 개입한다는 추가 증거

이 논문의 백미 중 하나는 동종항혈청 실험입니다. strain 2와 strain 13 사이에서 만든 동종항혈청(allo-antisera)을 배양계에 넣었을 때, 특정 조합의 반응이 선택적으로 억제됩니다.

• anti-2 혈청을 넣으면 2형 조직적합성 항원이 관여해야 하는 반응이 떨어지고

• anti-13 혈청을 넣으면 13형 항원이 관여하는 반응이 떨어지며

• 2+13을 모두 갖는 F1(동형잡종) 조건에서는 두 항혈청 모두가 어느 정도 영향을 주는 양상이 나타납니다.

이 패턴은 “항원 인지 과정에 대식세포와 림프구 양쪽의 조직적합성 항원, 즉 MHC 관련 구조가 관여한다”는 결론과 잘 맞습니다.

결정타 성격의 실험: 항혈청은 한쪽만 막아서는 충분하지 않다

연구진은 여기서 한 단계 더 나아가, 동종항혈청이 대식세포만 표적으로 해도 되는지, 혹은 림프구 쪽에도 작용해야 하는지를 따집니다. 그 결과, 대식세포와 T 세포 양쪽에 관련 구조가 있어야 상호작용이 성립한다는 쪽으로 정리됩니다. 이는 훗날 “항원은 대식세포 표면에서 어떤 형태로 제시되고, T 세포는 그 복합체를 인식한다”는 개념으로 자연스럽게 이어집니다.

논의의 톤: ‘수용성 인자’보다 ‘세포 표면 의존성’을 강조하다

흥미롭게도 저자들은 논의에서 “항원 펄싱된 대식세포의 배양 상층액(supernatant)만으로는 T 세포를 활성화할 수 없다”는 취지로 정리합니다. 이는 같은 시대에 대식세포 유래 수용성 인자(예: LAF)에 주목하던 흐름과 대비되는 지점입니다.

즉, 1973년 무렵 대식세포 연구는 대략 두 갈래로 갈라져 보입니다.

• 한쪽은 “대식세포가 분비하는 수용성 신호”

• 다른 쪽은 “대식세포 표면에서 일어나는 항원 인지/제시”

Rosenthal–Shevach의 논문은 후자의 입장을 강하게 밀어붙이며, “동계 조합에서만 항원 인지가 성립한다”는 실험적 골격을 제공합니다.

정리: 이 논문의 한 문장 결론

항원으로 펄싱된 대식세포가 감작된 T 세포의 DNA 합성을 유도하는 과정은, 대식세포와 림프구의 조직적합성(MHC 관련) 세포 표면 구조에 의존합니다.
이 한 문장이 1970년대 중반 이후 “항원 제시”와 “MHC 제한성(MHC restriction)”으로 이어지는 논의의 바닥을 깔아 줍니다.

관련문헌 (MLA)

1. Rosenthal, Alan S., and Ethan M. Shevach. “Function of Macrophages in Antigen Recognition by Guinea Pig Lymphocytes.” Journal of Experimental Medicine, vol. 138, no. 5, 1973, pp. 1194–1212. https://doi.org/10.1084/jem.138.5.1194

2. Shevach, Ethan M., and Alan S. Rosenthal. “Function of Macrophages in Antigen Recognition by Guinea Pig T Lymphocytes. II. ROLE OF THE MACROPHAGE IN THE REGULATION OF GENETIC CONTROL OF THE IMMUNE RESPONSE” Journal of Experimental Medicine, vol. 138, no. 5, 1973, pp. 1213–1229. https://doi.org/10.1084/jem.138.5.1213

3. Oppenheim, Joost J. “Evolution of the Serendipitous Discovery of Macrophage–Lymphocyte Interactions and Cytokines.” Frontiers in Immunology, 2014. https://doi.org/10.3389/fimmu.2014.00530 Frontiers