Medical Microbiology · 3/6
ウイルスに対する宿主防御機構
Host defence mechanisms against viruses
🧠 宿主の抗ウイルス防御は「物理的バリア→自然免疫（速い・非特異的）→獲得免疫（遅い・特異的だが記憶が残る）」という時間軸の3層構造である。 自然免疫の主役はインターフェロンinterferon (IFN)インターフェロン（interferon (IFN)）interferon (IFN)（インターフェロン）（近隣細胞への警報）とNK細胞（MHC1低下を感知して殺す）、獲得免疫の主役はCD8陽性細胞傷害性T細胞cytotoxic T cell細胞傷害性T細胞（cytotoxic T cell）cytotoxic T cell（細胞傷害性T細胞）（感染細胞を直接殺す）とB細胞由来抗体（ウイルスを中和・標識する）。ワクチンが効くのは、この最後の「記憶」を初回感染primary exposure初回感染（primary exposure）primary exposure（初回感染）なしに作らせる仕組みだからである。
1. 自然のバリア
皮膚は感染に対する最良のバリアだが、口・眼・鼻・肛門などの開口部や創傷は侵入経路になりうる。各開口部には固有の基本的防御がある。
| 部位 | 防御機構 |
|---|---|
| 皮膚 | ほとんどのウイルスは通過できない（例外：HPVなど） |
| 粘膜 | リゾチームlysozymeリゾチーム（lysozyme）lysozyme（リゾチーム）、唾液中のIgA |
| 気道 | 咳、線毛による粘液輸送 |
| 消化管 | 酸性pH——特にエンベロープを持つウイルスに有効 |
2. 自然免疫応答——即時性
ウイルスが自然のバリアnatural barriers自然のバリア（natural barriers）natural barriers（自然のバリア）を突破すると、抗原非特異的な自然免疫系が活性化する。
インターフェロン
-
隣接する細胞への警報シグナルとして働くシグナルタンパク質。
-
ウイルス感染細胞から放出されたIFNは、近隣の健常細胞のIFN受容体に結合し、2つの過程を誘導する。
- 抗ウイルスタンパク質の産生——ウイルス複製を阻止する
- 近隣細胞でのMHCクラスI（major histocompatibility complex class I、主要組織適合性複合体クラスI）発現の増加
→ インフルエンザ様症状を誘発する
ナチュラルキラー細胞
- ウイルスは細胞傷害性T細胞cytotoxic T cell細胞傷害性T細胞（cytotoxic T cell）cytotoxic T cell（細胞傷害性T細胞）による破壊を逃れるため、感染細胞表面のMHCクラスI発現を低下させる。
- → このMHCクラスIの低下がNK細胞による殺傷を活性化する。
💡 MHCクラスIの発現量は「諸刃の剣」。 発現が保たれていればCD8陽性T細胞CD8-positive T cellCD8陽性T細胞（CD8-positive T cell）CD8-positive T cell（CD8陽性T細胞）に狙われ、発現を下げればNK細胞に狙われる——ウイルスにとってどちらに転んでも不利になるよう、宿主側は二重に網を張っている。
抗原提示細胞
- マクロファージ：貪食によりウイルス粒子を破壊する（ウイルスを取り込み、ファゴソームとリソソームを融合させる）。その後、ウイルス抗原を細胞表面に提示する。
- 樹状細胞dendritic cell樹状細胞（dendritic cell）dendritic cell（樹状細胞）：ウイルス抗原をT細胞に提示し、自然免疫と獲得免疫をつなぐ役割を担う。
3. 獲得免疫応答——後発性・長期持続性
抗原特異的antigen-specific抗原特異的（antigen-specific）antigen-specific（抗原特異的）な免疫応答は最後に活性化される。
Tリンパ球
- CD8陽性細胞傷害性T細胞cytotoxic T cell細胞傷害性T細胞（cytotoxic T cell）cytotoxic T cell（細胞傷害性T細胞）：ウイルス感染細胞を直接殺傷する
- CD4陽性ヘルパーT細胞helper T cellヘルパーT細胞（helper T cell）helper T cell（ヘルパーT細胞）：B細胞を活性化する
- メモNotesメモ（Notes）Notes（メモ）リーT細胞も産生される
Bリンパ球
-
活性化後、形質細胞となり、ウイルスに対する抗体を産生する
-
メモリーB細胞memory B cellメモリーB細胞（memory B cell）memory B cell（メモリーB細胞）へと分化する
→ メモNotesメモ（Notes）Notes（メモ）リー細胞が、初回のウイルス曝露またはワクチン接種による抗原曝露の後の防御免疫protective immunity防御免疫（protective immunity）protective immunity（防御免疫）を担う
液性免疫応答
抗体の効果は4つに整理できる。
- 中和：抗体がビリオンvirionビリオン（virion）virion（ビリオン）を中和し、細胞への感染を防ぐ
- オプソニン化opsonizationオプソニン化（opsonization）opsonization（オプソニン化）：抗体がウイルスに結合し、マクロファージに認識・貪食されやすくする
- 補体系complement system補体系（complement system）complement system（補体系）の活性化：膜侵襲複合体membrane attack complex (MAC)膜侵襲複合体（membrane attack complex (MAC)）membrane attack complex (MAC)（膜侵襲複合体）が感染細胞を破壊する——補体依存性細胞傷害complement dependent cytotoxicity, CDC補体依存性細胞傷害（complement dependent cytotoxicity, CDC）complement dependent cytotoxicity, CDC（補体依存性細胞傷害）
- NK細胞の認識補助：抗体がウイルス感染細胞に結合し、NK細胞がそれを認識するのを助ける——抗体依存性細胞傷害antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC)抗体依存性細胞傷害（antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC)）antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC)（抗体依存性細胞傷害）
flowchart TD
A["ウイルス侵入"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='natural barriers'>自然のバリア</span><br>皮膚・粘膜・気道・GI-tract"]
B --> C["自然免疫<br>IFN・NK細胞・マクロファージ・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dendritic cell'>樹状細胞</span>"]
C --> D["獲得免疫<br>CD8+ T細胞・CD4+ T細胞・B細胞→抗体"]
D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Notes'>メモ</span>リーT細胞・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='memory B cell'>メモリーB細胞</span><br>→ <span class='jp-term jp-term-diagram' title='protective immunity'>防御免疫</span>（ワクチンの原理）"]免疫グロブリンの種類
| Ig | 特徴 | 体内分布 |
|---|---|---|
| IgG | オプソニン化opsonizationオプソニン化（opsonization）opsonization（オプソニン化）・中和活性neutralizing activity中和活性（neutralizing activity）neutralizing activity（中和活性）が最も高い。長期間高値を維持する | 血中に最多 |
| IgM | 抗原侵入時に最初に産生される。一過性に増加する | 血中 |
| IgA | 粘膜組織で発現。分泌後に二量体を形成する | 粘膜（唾液・消化管など） |
| IgD | B細胞の活性化に関与する | 血中微量 |
| IgE | アレルギーに関与する | 血中微量 |
抗体反応の動態
- 初回感染primary exposure初回感染（primary exposure）primary exposure（初回感染）：まずIgM反応が先行する
- 再感染reinfection再感染（reinfection）reinfection（再感染）・免疫記憶secondary exposure免疫記憶（secondary exposure）secondary exposure（免疫記憶）：主にIgGが反応する（メモNotesメモ（Notes）Notes（メモ）リー細胞による速い立ち上がりupstroke立ち上がり（upstroke）upstroke（立ち上がり））
⭐ ワクチンの原理は、この「初回」を人為的に起こしてメモNotesメモ（Notes）Notes（メモ）リー細胞だけを作らせ、実際の病原体曝露時には再感染reinfection再感染（reinfection）reinfection（再感染）パターン（速く強いIgG反応）で迎え撃てるようにすることにある（化学予防chemoprophylaxis化学予防（chemoprophylaxis）chemoprophylaxis（化学予防）とワクチン、義務ワクチンを参照）。
まとめ
- 抗ウイルス防御は、物理的バリア（皮膚・粘膜・気道・消化管）→自然免疫（即時性）→獲得免疫（特異的・記憶性）の3層構造である。
- 自然免疫の中心はインターフェロンinterferon (IFN)インターフェロン（interferon (IFN)）interferon (IFN)（インターフェロン）（近隣細胞へ警報・抗ウイルスタンパク質誘導・MHCクラスI発現増加）とNK細胞（MHCクラスI低下細胞を殺傷）、マクロファージ・樹状細胞dendritic cell樹状細胞（dendritic cell）dendritic cell（樹状細胞）による貪食と抗原提示。
- 獲得免疫はCD8陽性細胞傷害性T細胞cytotoxic T cell細胞傷害性T細胞（cytotoxic T cell）cytotoxic T cell（細胞傷害性T細胞）（感染細胞を直接殺傷）とCD4陽性ヘルパーT細胞helper T cellヘルパーT細胞（helper T cell）helper T cell（ヘルパーT細胞）（B細胞活性化）、B細胞由来の形質細胞が産生する抗体からなる。
- 抗体の作用は中和・オプソニン化opsonizationオプソニン化（opsonization）opsonization（オプソニン化）・補体活性化complement activation補体活性化（complement activation）complement activation（補体活性化）・NK細胞を介したADCCの4つに整理される。
- 抗体反応は初回曝露でIgM優位、再曝露（免疫記憶secondary exposure免疫記憶（secondary exposure）secondary exposure（免疫記憶））でIgG優位という動態をとり、これがメモNotesメモ（Notes）Notes（メモ）リー細胞とワクチンの原理を支える。