1970년 - anti-theta 항체로 드러난 T-B 세포 협동: 헬퍼 T세포 개념의 탄생

1970년, anti-theta 항체로 T세포의 도움 기능이 드러나다

1970년은 면역학의 흐름이 바뀐 해였습니다. 연구자들은 더 이상 “림프구”라는 큰 범주만 다루지 않고, 서로 다른 림프구 집단이 실제로 어떤 기능을 맡는지 따로 물을 수 있게 되었습니다. 특히 T세포를 다른 림프구와 구분해 실험할 수 있게 되었다는 점은 이후 세포면역학의 출발점이 되었습니다.

그전까지도 흉선(thymus)에 의존하는 세포가 있다는 사실과, 항체를 만드는 세포가 형질세포(plasma cell)로 분화한다는 점은 어느 정도 알려져 있었습니다. 그러나 그것이 각각 어떤 림프구 집단에 해당하는지, 또 서로 어떤 방식으로 협력하는지는 분명하지 않았습니다. 다시 말해 T세포와 B세포라는 개념은 이미 떠오르고 있었지만, 이를 실험적으로 구분해 보여 줄 도구가 아직 부족했던 시대였습니다.

Martin Raff와 anti-theta 항체의 등장

이 전환점에 있던 인물이 바로 마틴 래프(Martin Raff)입니다. 그는 런던 Mill Hill의 National Institute of Medical Research에서 Av Mitchison 밑에서 연구하던 젊은 면역학자였습니다. Mitchison 역시 Peter Medawar 계보에 속한 연구자였고, 이런 흐름 속에서 래프는 흉선 유래 림프구를 식별할 중요한 도구를 손에 넣게 됩니다.

그 도구가 바로 anti-theta 항체였습니다. 당시 연구자들은 흉선 유래 세포 표면에 공통적으로 나타나는 θ(theta) 항원의 존재를 알고 있었고, Mitchison은 이 항원을 인식하는 항체를 보유하고 있었습니다. 그는 이 항체를 래프에게 건네며, 이 항체가 표지하는 세포의 정체와 기능을 본격적으로 파보게 했습니다. 다만 이 항체 자체를 Mitchison이 처음 개발한 것은 아니라는 점은 구분해 둘 필요가 있습니다.

그 결과 래프는 1969년과 1970년에 걸쳐 연속적으로 논문을 발표하며, θ-양성 세포가 곧 흉선 유래 림프구, 즉 오늘날의 T세포에 해당한다는 점을 분명하게 보여 주었습니다. anti-theta 항체는 단순한 표지 시약이 아니라, T세포의 존재와 기능을 드러내는 핵심 실험 도구가 된 셈입니다.

2차 항체 반응에서 T세포의 역할

1970년 Nature에 실린 대표 논문에서 래프는 아주 직접적인 질문을 던집니다.

흉선 유래 림프구는 항체 반응에서 어떤 역할을 하는가?

이를 위해 그는 헵텐-운반체(hapten-carrier) 시스템을 사용합니다. 작은 분자인 헵텐 NIP를 BSA나 chicken gamma-globulin 같은 큰 단백질 운반체에 결합시켜 항원을 만든 뒤 마우스를 면역하고, 면역 기억이 형성된 다음 비장세포를 꺼내 다른 마우스에 이식하는 방식입니다. 이 실험 설계의 장점은 항체 반응이 단순히 항원을 본 적이 있는가를 넘어서, 어떤 세포가 그 반응을 가능하게 하는지까지 비교적 선명하게 보여 준다는 데 있습니다.

핵심은 비장세포를 두 조건으로 나누어 비교한 데 있습니다. 하나는 비장세포를 그대로 옮긴 경우이고, 다른 하나는 anti-theta 항체와 보체를 이용해 θ-양성 세포, 즉 T세포를 제거한 뒤 옮긴 경우입니다.

결과는 매우 분명했습니다. T세포가 남아 있는 비장세포를 옮긴 경우에는 정상적인 항체 반응이 나타났지만, T세포를 제거한 비장세포를 옮기면 반응이 약 80~90% 감소했습니다. 이 실험은 항체를 직접 만드는 세포가 따로 있더라도, 충분한 항체 반응이 일어나려면 T세포의 도움(help)이 필수적이라는 점을 설득력 있게 보여 주었습니다.

‘운반체 효과’와 헬퍼 T세포 개념의 탄생

이 실험은 동시에 운반체 효과(carrier effect)라는 개념도 더 분명하게 보여 주었습니다. 헵텐은 B세포가 인식하지만, 그 헵텐이 붙어 있는 운반체 단백질에 대한 반응은 T세포가 담당합니다. 결국 B세포가 헵텐에 대한 항체를 제대로 만들기 위해서는, 같은 항원 복합체 안에서 T세포가 운반체를 인식하고 도움 신호를 제공해야 합니다. 항체 반응이 단일 세포의 독립적인 기능이 아니라 서로 다른 림프구 집단의 협력 위에 성립한다는 그림이 여기서 한층 또렷해졌습니다.

바로 이런 맥락에서 연구자들은 θ-양성 T세포를 점차 헬퍼 T세포(helper T cell)라는 개념으로 이해하기 시작했습니다. 당시에는 이를 “흉선-골수 시너지(thymus-marrow synergism)”라고 부르기도 했는데, 이름은 다소 오래되었지만 뜻은 분명했습니다. 흉선 유래 세포와 항체를 만드는 계통의 세포가 함께 작동해야 제대로 된 체액성 면역반응이 나온다는 인식이 이 시기에 자리 잡았습니다.

in vitro에서도 확인된 T–B 협동

같은 해 독일 뷔르츠부르크 대학의 Anneliese Schimpl과 Eberhard Wecker도 비슷한 질문을 시험관 안에서 다시 검증합니다. 이들은 Mishell과 Dutton의 in vitro 배양 시스템을 이용해 마우스 비장세포를 배양하고 항체 생성 세포를 측정했는데, 여기서도 anti-theta 처리로 T세포를 제거하면 플라크 형성 세포가 약 80~90% 감소했습니다.

이 결과의 의미는 분명합니다. T세포의 역할이 특정 동물실험 조건에서만 우연히 관찰된 현상이 아니라, in vivo와 in vitro 모두에서 재현되는 기본 원리라는 점이 확인되었기 때문입니다. 즉, T세포와 B세포의 협동은 해석상의 추정이 아니라 실험적으로 반복 확인된 현상이었습니다.

그리고 FACS의 등장으로 이어지다

이런 연구는 곧 다음 질문으로 이어집니다. T세포를 항체 하나로 기능적으로 드러낼 수 있다면, 앞으로는 이 세포들을 더 정확하고 더 깨끗하게 분리할 수 없을까 하는 문제입니다.

이 질문에 강력한 기술적 답을 제시한 인물이 스탠퍼드의 Leonard Herzenberg였습니다. 그는 형광활성화 세포분류기(FACS)를 면역학에 도입해, 세포 표면 분자를 기준으로 서로 다른 세포 집단을 훨씬 정밀하게 분리할 수 있도록 만들었습니다.

이후 면역학은 본격적으로 세포 하위집단(subset)을 구분하는 시대로 들어섭니다. 오늘날 우리가 T세포와 B세포는 물론 그 안의 수많은 세부 아형까지 자연스럽게 이야기할 수 있는 배경에는, 바로 이런 초기 구분 실험과 그 뒤를 이은 분리 기술의 발전이 놓여 있습니다.

정리하며

1970년은 면역학에서 많은 것이 한꺼번에 선명해지기 시작한 해였습니다. 그래서 당시에는 큰 그림이 거의 완성된 것처럼 보였을지도 모릅니다. 그러나 실제로는 그 반대였습니다. T세포를 선택적으로 드러내고 그 도움 기능을 따로 검증할 수 있게 된 순간이야말로, 현대 면역학이 본격적으로 시작된 지점이었기 때문입니다.

오늘날 너무 익숙해서 당연하게 느껴지는 헬퍼 T세포, 세포 협동, 면역 기억이라는 개념은 모두 이 시기에 구체적인 실험 언어를 얻었습니다. 그 출발점에는 anti-theta 항체라는 단순하지만 강력한 도구가 있었고, 그 도구를 이용해 림프구의 역할을 하나씩 분리해 낸 연구자들의 실험이 있었습니다.

참고문헌

• Raff, Martin C. "Role of thymus-derived lymphocytes in the secondary humoral immune response in mice." Nature 226.5252 (1970): 1257-1258. https://www.nature.com/articles/2261257a0

• Schimpl, Anneliese, and Eberhard Wecker. "Inhibition of in vitro immune response by treatment of spleen cell suspensions with anti-θ serum." Nature 226.5252 (1970): 1258-1259. https://www.nature.com/articles/2261258a0