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生物学において、免疫とは、有害な因子や過程、特に病原体や感染症に対して感受性がない、あるいは抵抗力がある状態を指す。免疫は自然に獲得される場合もあれば、過去の曝露や予防接種によって獲得される場合もある。
免疫系には、先天性免疫と獲得免疫の2つの構成要素があります。先天性免疫はすべての多細胞動物に存在し、[ 1 ]免疫応答は炎症反応と貪食作用です。[ 2 ]一方、獲得免疫は、自己が存在する状況下で特定の「非自己」物質を識別できる、より高度なリンパ球に関係しています。異物に対する反応は語源的に炎症と呼ばれ、自己物質に対する非反応は免疫と呼ばれます。免疫系の2つの構成要素は、動的な生物学的環境を作り出し、「健康」とは、自己が免疫学的に保護され、異物が炎症性かつ免疫学的に排除される物理的状態と見なすことができます。「病気」は、異物が排除できない場合、または自己が保護されない場合に発生する可能性があります。[ 3 ]
自然免疫（ネイティブ免疫とも呼ばれる）は、半特異的で広く分布している免疫の一種です。病原体に対する第一線の防御として定義され、感染を防ぎ恒常性を維持するための重要な全身反応であり、適応免疫応答の活性化に寄与します。[ 4 ]特定の外部刺激や過去の感染に適応するのではなく、遺伝的にコード化された特定のパターンの認識に依存します。[ 5 ]
適応免疫または獲得免疫は、抗原特異的リンパ球によって媒介される宿主免疫応答の能動的な構成要素である。自然免疫とは異なり、獲得免疫は特定の病原体に対して非常に特異的であり、免疫記憶の発達も含まれる。[ 6 ]自然免疫系と同様に、獲得免疫系には体液性免疫成分と細胞性免疫成分の両方が含まれる。
適応免疫は、「自然に」（感染によって）獲得することも、「人工的に」（ワクチン接種などの意図的な行為によって）獲得することもできます。適応免疫は、「能動免疫」または「受動免疫」に分類することもできます。能動免疫は、病原体への曝露によって獲得され、免疫系による抗体の産生が引き起こされます。[ 7 ]受動免疫は、免疫宿主由来の抗体または活性化T細胞を人工的に、または胎盤を介して移入することによって獲得されます。受動免疫は短命であり、免疫を維持するためには追加接種が必要です。
下の図は、これらの免疫の区分をまとめたものです。適応免疫は、より多様なパターンを認識します。自然免疫とは異なり、病原体の記憶と関連しています。[ 5 ]
人類は何千年もの間、病気の原因と免疫の概念に魅了されてきた。先史時代の考え方では、病気は超自然的な力によって引き起こされ、病気は神々や敵によって魂にもたらされた「悪い行い」や「邪悪な考え」に対する神罰の一形態であると考えられていた。[ 8 ]古代ギリシャ時代には、医学の父とみなされているヒポクラテスが、病気は4つの体液（血液、粘液、黄胆汁、黒胆汁）のいずれかの変化または不均衡に起因すると考えていた。[ 9 ]免疫の概念に関する最初の記述は、紀元前430年にアテネで疫病が流行した際に、アテネのトゥキディデスが次のように記したことによってなされた可能性がある。「病者と死にゆく者は、回復した者たちの哀れみ深い看護によって世話された。なぜなら、彼らは病気の経過を知っており、自分自身も不安を感じていなかったからである。二度目に襲われた者、あるいは致命的な結果に至らなかった者は一人もいなかった。」[ 10 ]
能動免疫療法は、ポントスのミトリダテス6世（紀元前120-63年）[ 11 ]によって始まった可能性がある。彼は、蛇毒に対する能動免疫を誘導するために、現代のトキソイド血清療法に似た方法、すなわち毒蛇を食べた動物の血を飲むことを推奨した。[ 11 ]彼は、これらの動物が何らかの解毒特性を獲得し、その血液には毒性作用を発揮する代わりに耐性を誘導できる蛇毒の変形成分が含まれていると想定していたと考えられている。ミトリダテスは、これらの動物の血を飲むことで、同様の耐性を獲得できると考えた。[ 11 ]毒殺を恐れた彼は、耐性を築くために毎日致死量以下の毒を摂取した。彼はまた、あらゆる毒から身を守るための「万能解毒剤」を作ろうとしたとも言われている。[ 9 ] [ 12 ]約 2000 年の間、毒物は病気の直接の原因と考えられており、ルネサンス期にはミトリダテと呼ばれる複雑な成分の混合物が中毒の治療に使用されていました。[ 13 ] [ 9 ]この治療薬の改良版であるテリアクム アンドロマキは、19 世紀まで使用されていました。「免疫」という用語は、紀元前 60 年頃に詩人マルクス アンナエウス ルカヌスによって書かれた叙事詩「ファルサリア」にも見られ、北アフリカの部族の蛇毒に対する抵抗力を描写しています。[ 9 ]
特定の病原体から生じる免疫に関する最初の臨床的記述は、おそらく9世紀のイスラム医師アル・ラージーによって書かれた『天然痘と麻疹に関する論文』（「Kitab fi al-jadari wa-al-hasbah 」、1848年翻訳[ 14 ] [ 15 ] ）であろう。この論文の中で、アル・ラージーは天然痘と麻疹の臨床症状を記述し、これらの特定の病原体に曝露すると持続的な免疫が得られることを示唆している（ただし、彼はこの用語を使用していない）。[ 9 ]
19世紀までは、瘴気説も広く受け入れられていました。この説では、コレラや黒死病などの病気は、瘴気、つまり「悪い空気」の有害な形態によって引き起こされると考えられていました。[ 8 ]沼地や夕方の空気、病室や病院の病棟で瘴気にさらされると、病気にかかる可能性があると考えられていました。19世紀以降、伝染病は細菌や微生物によって引き起こされると考えられるようになりました。
現代の「免疫」という言葉は、ラテン語のimmunis に由来し、兵役、納税、その他の公共サービスからの免除を意味します。[ 10 ]
免疫の完全な理論を最初に開発した科学者は、1882年に食作用を明らかにしたイリヤ・メチニコフ[ 16 ]でした。ルイ・パスツールの病原菌説により、黎明期の免疫学は、細菌がどのように病気を引き起こすか、そして感染後に人体がどのようにしてさらなる感染に抵抗する能力を獲得するかを説明し始めました[ 10 ] 。
1888年にエミール・ルーとアレクサンドル・イェルサンがジフテリア毒素を単離し、1890年にベーリングと北里がジフテリアと破傷風に対する抗毒素に基づく免疫を発見したことで、抗毒素は現代治療免疫学の最初の大きな成功となった。[ 9 ]
ヨーロッパでは、天然痘を封じ込める試みとして能動免疫の誘導が始まった。予防接種は、用語がなかったものの、少なくとも千年もの間、さまざまな形で存在してきた。[ 10 ]予防接種の最も初期の使用は不明だが、紀元1000年頃、中国人は天然痘病変のかさぶたから得られた粉末を乾燥させて吸入するという形の予防接種を始めた。[ 10 ] 15世紀頃、インド、オスマン帝国、東アフリカでは、接種（天然痘のかさぶたから得られた粉末で皮膚を突く）の習慣がかなり一般的だった。 [ 10 ]この習慣は、1721年にレディ・メアリー・ワートリー・モンタギューによって初めて西洋に紹介された。[ 10 ] 1798年、エドワード・ジェンナーは、天然痘ワクチンによる牛痘ウイルスの意図的な感染という、はるかに安全な方法を導入しました。これは軽度の感染を引き起こし、同時に天然痘に対する免疫も誘導しました。1800年までに、この手順はワクチン接種と呼ばれるようになりました。混乱を避けるため、天然痘の接種はますます種痘と呼ばれるようになり、時系列に関係なくこの用語を使用することが一般的になりました。ジェンナーの手順の成功と一般的な受容は、後に19世紀末にパスツールらが開発したワクチン接種の一般的な性質を推進することになりました。[ 9 ] 1891年、パスツールはジェンナーに敬意を表してワクチンの定義を広げ、その後、ポリオワクチン、麻疹ワクチンなどを参照することで用語を限定することが不可欠になりました。
受動免疫とは、ある個体から別の個体へ既製の抗体を移すことによって獲得される免疫のことです。受動免疫は、母体抗体が胎盤を通して胎児に移る場合のように自然に起こる場合もあれば、病原体や毒素に特異的な高濃度のヒト（またはウマ）抗体を免疫のない個体に移すことによって人工的に誘導される場合もあります。受動免疫は、感染リスクが高く、体が独自の免疫応答を発達させるのに十分な時間がない場合、または進行中の疾患や免疫抑制疾患の症状を軽減する場合に使用されます。[ 17 ]受動免疫は即時の防御を提供しますが、体は記憶を発達させないため、患者は後で同じ病原体に感染するリスクがあります。[ 18 ]
胎児は妊娠中に母親から自然に受動免疫を獲得します。母体受動免疫は抗体を介した免疫です。母親の抗体（MatAb）は、胎盤細胞上のFcRn受容体を介して胎盤から胎児へと移行します。これは妊娠3ヶ月頃に起こります。IgGは胎盤を通過できる唯一の抗体アイソタイプです。
受動免疫は、母乳に含まれるIgA抗体が授乳中の乳児の腸に移行し、新生児が抗体を合成できるようになるまで細菌感染から保護することによっても提供されます。母親の母乳に含まれる初乳は受動免疫の一例です。[ 18 ]
人工的に獲得した受動免疫は、抗体の移送によって誘導される短期的な免疫であり、ヒトまたは動物の血漿、静脈内投与（IVIG ）または筋肉内投与（IG）用のプールされたヒト免疫グロブリン、およびモノクローナル抗体（MAb）の形で投与することができます。受動移送は、低ガンマグロブリン血症などの免疫不全疾患の場合に予防的に使用されます。[ 19 ]また、いくつかの種類の急性感染症の治療や中毒の治療にも使用されます。[ 17 ]受動免疫から得られる免疫は短期間しか持続せず、特に非ヒト由来のガンマグロブリンの場合、過敏症反応や血清病のリスクもあります。 [ 18 ]
受動免疫の人工誘導は、感染症の治療に1世紀以上にわたって使用されており、抗生物質の登場以前は、特定の感染症に対する唯一の特異的治療法であることが多かった。免疫グロブリン療法は、スルホンアミド系抗生物質が導入された後も、1930年代まで重篤な呼吸器疾患の治療における第一選択療法であり続けた。[ 19 ]
受動的または「養子移入」による細胞性免疫は、感作または活性化されたT細胞をある個体から別の個体に移すことによってもたらされます。これは、組織適合性（適合）ドナーが必要であり、そのようなドナーを見つけるのが難しいことが多いため、ヒトではほとんど使用されていません。適合しないドナーの場合、このタイプの移入は移植片対宿主病の深刻なリスクを伴います。[ 17 ]ただし、この方法は、一部のがんや免疫不全症を含む特定の疾患の治療に使用されています。このタイプの移入は、（未分化）造血幹細胞が移入される骨髄移植とは異なります。
病原体によってB 細胞とT 細胞が活性化されると、記憶 B 細胞と記憶 T 細胞が発達し、一次免疫応答が起こります。動物の生涯を通じて、これらの記憶細胞は遭遇した特定の病原体を「記憶」し、病原体が再び検出された場合に強力な二次応答を起こすことができます。一次応答と二次応答は、1921 年にイギリスの免疫学者 Alexander Glenny [ 20 ]によって初めて記述されましたが、そのメカニズムは後になって発見されました。このタイプの免疫は、体の免疫システムが将来の課題に備えるため、能動的かつ適応的です。能動免疫には、細胞性免疫と体液性免疫の両方の側面と、自然免疫システムからの入力が関係することがよくあります。
自然に獲得される能動免疫は、感染症を生き延びた結果として生じます。人が生きた病原体に曝露され、一次免疫応答を発達させると、免疫記憶が確立されます。[ 17 ]免疫不全[ 21 ]（後天性および先天性の両方）や免疫抑制など、免疫系の機能障害の多くは能動免疫の形成に影響を与える可能性があります。
人工的に獲得した能動免疫は、抗原を含む物質であるワクチン によって誘導することができます。ワクチンは、病気の症状を引き起こすことなく、抗原に対する一次反応を刺激します。 [ 17 ]ワクチン接種という用語は、エドワード・ジェンナーの同僚であるリチャード・ダニングによって造語され、ルイ・パスツールがワクチン接種の先駆的な研究に採用しました。パスツールが用いた方法は、これらの病気の感染性病原体を治療し、深刻な病気を引き起こす能力を失わせるというものでした。パスツールは、ジェンナーの発見を称えて、ワクチンという名称を一般的な用語として採用しました。パスツールの研究は、ジェンナーの発見に基づいています。
1807年、バイエルンは、天然痘の蔓延が戦闘と関連していたため、軍の新兵に天然痘の予防接種を義務付けた最初のグループとなった。[ 22 ]その後、戦争の拡大に伴い、予防接種の実施が増加した。
さらに、より新しいタイプのワクチンもいくつか使用されています。
様々な種類のワクチンが開発中です。実験段階のワクチンについては、「実験段階のワクチン」を参照してください。
ほとんどのワクチンは、腸管からの吸収が確実ではないため、皮下注射または筋肉注射で投与されます。生弱毒化ポリオワクチン、および一部の腸チフスワクチンとコレラワクチンは、腸管を基盤とした免疫を誘導するために経口投与されます。
ハイブリッド免疫とは、自然免疫と人工免疫の組み合わせです。ハイブリッド免疫を持つ人々の研究では、彼らの血液は、感染経験のないワクチン接種者よりもSARS-CoV-2のベータ型やその他の変異株を中和する能力が高いことがわかりました。[ 30 ]さらに、2021年10月29日、米国疾病予防管理センター（CDC）は、「さまざまな環境で行われた複数の研究で、SARS-CoV-2への感染とワクチン接種はそれぞれ、少なくとも6か月間、抗原的に類似した変異株によるその後の感染リスクを低く抑えることが一貫して示されています。多数の免疫学的研究と増加しつつある疫学的研究により、以前に感染した個人にワクチンを接種すると、免疫応答が大幅に強化され、より感染力の高い変異株の循環が増加している状況を含め、その後の感染リスクが効果的に減少することが示されています。」と結論付けました。[ 31 ]
免疫は遺伝的に決定されます。ヒトや動物のゲノムには、抗体やその他の多数の免疫応答遺伝子がコードされています。これらの遺伝子の多くは、能動免疫応答と受動免疫応答の両方に一般的に必要ですが（上記のセクションを参照）、非常に特異的な免疫応答に必要とされる遺伝子も多数存在します。例えば、腫瘍壊死因子（TNF）は、ヒトにおける結核の防御に必要です。TNFに遺伝的欠陥を持つ人は、結核菌（ Mycobacterium tuberculosis ）による再発性で生命を脅かす感染症にかかる可能性がありますが、それ以外は健康です。また、他の感染症に対しても、ほぼ正常に反応するようです。そのため、この状態はメンデル遺伝性マイコバクテリア感染症感受性（MSMD）と呼ばれ、その変異型はインターフェロン産生またはシグナル伝達に関連する他の遺伝子（例えば、IFNG、IL12B、IL12RB1、IL12RB2 、 IL23R、ISG15、MCTS1、RORC、TBX21、TYK2、CYBB、JAK1、IFNGR1、IFNGR2、STAT1、USP18、IRF1、IRF8、NEMO、SPPL2A遺伝子の変異）によって引き起こされる可能性がある。[ 32 ]