免疫学

免疫学

好中球（紫）に取り込まれたMRSA（黄色）写真提供：国立アレルギー感染症研究所
システム	免疫
区分	セルラー 臨床 遺伝学（免疫遺伝学） 体液性 分子
重大な疾患	関節リウマチの 炎症 自己免疫疾患 過敏症 免疫障害 免疫不全
重要なテスト	凝集 免疫測定 免疫沈降法 血清学
スペシャリスト	免疫学者

免疫学は生物学と医学の分野^[1]であり、あらゆる生物の免疫システム^[2]の研究を扱っています。

免疫学は、健康状態と病気の状態の両方における免疫系の生理学的機能、免疫疾患（自己免疫疾患、過敏症^[3] 、免疫不全^[4]、移植拒絶反応^[5]など）における免疫系の機能不全、およびin vitro、^[6] in situ、in vivo ^[7]での免疫系構成要素の物理的、化学的、生理学的特性を図表化し、測定し、文脈化します。免疫学は、特に臓器移植、腫瘍学、リウマチ学、ウイルス学、細菌学、寄生虫学、精神医学、皮膚科学の分野で多くの医学分野に応用されています。

この用語は、免疫学の研究を発展させ、1908年にパウル・エールリッヒとともに「免疫に関する研究が認められて」ノーベル賞を受賞したロシアの生物学者イリヤ・イリイチ・メチニコフ[8]によって造られた。彼はヒトデの^幼生に小さなトゲをピンで留め、トゲの周囲に異常な細胞があることに気づいた。これは、体がその完全性を維持しようとする能動的な反応だった。メチニコフは、体が異物に対して自らを守る貪食現象^[9]を初めて観察した。エールリッヒは、ネズミを有毒なリシンとアブリンに慣れさせた。リシンを少量ずつ与えていき、マウスが「リシン耐性」になったことを彼は確かめた。エールリッヒはこれを免疫化と解釈し、数日後に突然免疫化が始まり、数か月経ってもまだ免疫化が続いていることを観察した。

免疫^[10]という名称がラテン語の「免除」を意味するimmunisという語源から付けられる以前、初期の医師は後に免疫系の必須構成要素であることが証明される器官を特徴づけていた。免疫系の重要なリンパ器官は胸腺^[11]、骨髄、そして脾臓、扁桃腺、リンパ管、リンパ節、アデノイド、肝臓などの主要なリンパ組織である。しかし、免疫系の多くの構成要素は細胞性であり、特定の器官に関連付けられているのではなく、むしろ体中の さまざまな組織に埋め込まれたり循環したりしている。

古典的な免疫学は疫学や医学の分野と結びついており、身体のシステム、病原体、免疫の関係を研究します。免疫に関する最も古い文献は、紀元前430年のアテネのペストに遡ります。トゥキュディデスは、以前の病気から回復した人々は、再び病気にかからずに病人を看護できると指摘しました。 ^[12]他の多くの古代社会でもこの現象について言及されていますが、この概念が科学理論に発展したのは19世紀と20世紀になってからでした。

免疫システムを構成する分子および細胞成分の研究は、その機能と相互作用を含め、免疫学の中心的な科学です。免疫システムは、より原始的な自然免疫システムと、脊椎動物では獲得免疫システムまたは適応免疫システムに分けられます。後者はさらに、体液性（または抗体）成分と細胞性成分に分けられます。^[要出典]

免疫系には自己認識と非自己認識の能力がある。^[13]抗原は免疫反応を引き起こす物質である。抗原を認識する細胞はリンパ球である。リンパ球は抗原を認識すると抗体を分泌する。抗体は病原微生物を中和するタンパク質である。抗体は病原体を直接殺すのではなく、抗原を食細胞やNK細胞などの他の免疫細胞による破壊の標的として識別する。

（抗体）反応は、抗体と抗原の相互作用として定義されます。^[14]抗体は、Bリンパ球と呼ばれる特定のクラスの免疫細胞から放出される特定のタンパク質であり、抗原は抗体（抗体生成因子）の生成を引き起こすものとして定義されます。免疫学は、これら2つの生物学的実体の特性と、両方に対する細胞反応を理解することに基づいています。

免疫反応は、従来免疫学的とは考えられていなかった多くの一般的な疾患の発症に寄与していることが現在では明らかになっています。 ^[15]代謝、心血管、癌、アルツハイマー病のような神経変性疾患などが含まれます。さらに、感染症（結核、マラリア、肝炎、肺炎、赤痢、蠕虫感染症）にも免疫系が直接関与しています。したがって、免疫学の分野の研究は、現代医学、生物医学研究、バイオテクノロジーの分野の進歩にとって非常に重要です。

免疫学的研究はより専門化が進み、これまで免疫系と関連付けられていなかった細胞、臓器、システムの機能や免疫に関する非古典的なモデルが追求されています (Yemeserach 2010)。

抗体と抗原の結合の特異性により、抗体はさまざまな診断技術による物質の検出に優れたツールとなっています。目的の抗原に特異的な抗体は、同位体（放射性）または蛍光標識、または発色酵素と結合して検出することができます。しかし、一部の抗原間の類似性により、抗体が正確に一致しない抗原と交差反応し、このような検査で偽陽性やその他のエラーが発生する可能性があります。^[16]

免疫システムの成分または抗原を使用して病気や障害を治療することを免疫療法といいます。免疫療法は、アレルギー、クローン病、橋本甲状腺炎、関節リウマチなどの自己免疫疾患、および特定の癌の治療に最も一般的に使用されています。免疫療法は、免疫抑制患者（ HIV患者など）やその他の免疫不全の患者にもよく使用されます。これには、IL-2、IL-10、GM-CSF B、IFN-αなどの調節因子が含まれます。

臨床免疫学は、免疫系の障害（免疫系の細胞要素の機能不全、異常な作用、悪性増殖）によって引き起こされる疾患の研究です。また、免疫反応が病理や臨床的特徴に関与する他の系の疾患も対象としています。

免疫系の障害によって引き起こされる疾患は、大きく 2 つのカテゴリに分類されます。

• 免疫不全症、免疫系の一部が適切な反応を示さなくなる疾患（慢性肉芽腫症や原発性免疫疾患など）。
• 自己免疫疾患では、免疫系が自身の宿主の体を攻撃します（全身性エリテマトーデス、関節リウマチ、橋本病、重症筋無力症などがその例です）。

その他の免疫系障害には、本来は無害な化合物に対して不適切に反応するさまざまな過敏症（喘息やその他のアレルギーなど）が含まれます。

免疫系自体に影響を及ぼす最もよく知られた疾患はエイズです。エイズは、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)によるCD4+ (「ヘルパー」) T 細胞、樹状細胞、マクロファージの抑制を特徴とする免疫不全症です。

臨床免疫学者は、免疫系が同種移植片を破壊しようとするのを防ぐ方法（移植拒絶反応）も研究している。^[17]

臨床免疫学とアレルギー学は、通常、内科または小児科の専門分野です。臨床免疫学のフェローは通常、専門分野のさまざまな側面に触れ、アレルギー疾患、原発性免疫不全症、全身性自己免疫疾患および自己炎症疾患を治療します。研修の一環として、フェローはリウマチ学、呼吸器学、耳鼻咽喉科、皮膚科、免疫学研究室で追加の研修を受ける場合があります。^[18]

健康状態が緊急事態にまで悪化した場合、胸腺、脾臓、骨髄、リンパ節、その他のリンパ組織を含む免疫系臓器の一部を、患者がまだ生きている間に検査のために外科的に切除することができます。

免疫学は日常の実践において実験色が強いが、同時に継続的な理論的姿勢も特徴としている。免疫学では19世紀末から現在に至るまで、多くの理論が提唱されてきた。19世紀末から20世紀初頭にかけては、「細胞性」免疫理論と「体液性」免疫理論の間で争いが繰り広げられた。エリ・メチニコフが代表する細胞性免疫理論によれば、免疫反応を担うのは細胞、より正確には食細胞であった。対照的に、ロベルト・コッホ^[19]やエミール・フォン・ベーリング^[20]らが唱えた体液性免疫理論では、活性免疫因子は細胞ではなく生物の「体液」に含まれる可溶性成分（分子）であるとされた。^{[21] [22] [23]}

1950年代半ば、マクファーレン・バーネットは、ニールス・イェルネの提案に触発されて、^[24]免疫のクローン選択理論(CST)を考案した。 ^[25] CST に基づいて、バーネットは自己/非自己の区別に従って免疫反応がどのように引き起こされるかの理論を開発した。つまり、「自己」構成要素 (身体の構成要素) は破壊的な免疫反応を引き起こさないが、「非自己」実体 (病原体、同種移植片など) は破壊的な免疫反応を引き起こすというものである。^{[26]この理論は後に、}組織適合性や T 細胞の複雑な「2 つのシグナル」活性化に関する新しい発見を反映するように修正された。 ^[27]免疫の自己/非自己理論と自己/非自己の語彙は批判されてきたが^{[23] [28] [29]}、依然として非常に影響力がある。^{[30] [31]}

最近では、免疫学において「オートポイエティック」な見解^[32]、「認知免疫」の見解^[33] 、 「危険モデル」（または「危険理論」）^[28] 、 「不連続」理論[ ^{34 ]など、いくつかの理論的枠組みが提案されている。 [35]}ポリー・マッツィンガーとその同僚によって提案された危険モデルは非常に影響力があり、多くのコメントや議論を引き起こした。^{[36] [37] [38] [39]}

抗原に対する体の反応能力は、年齢、抗原の種類、母体要因、抗原が提示される部位によって異なります。^[40] 新生児は、自然免疫応答と獲得免疫応答の両方が大幅に抑制されているため、生理的免疫不全の状態にあると言われています。出生後、子供の免疫系はタンパク質抗原に好ましく反応しますが、糖タンパク質や多糖類にはそれほどよく反応しません。実際、新生児が罹る感染症の多くは、ブドウ球菌や緑膿菌などの毒性の低い微生物によって引き起こされます。新生児では、オプソニン活性と補体カスケードを活性化する能力が非常に限られています。たとえば、新生児のC3の平均レベルは、成人の約65%です。貪食活性も新生児では大きく損なわれています。これはオプソニン活性の低下と、インテグリンおよびセレクチン受容体の上方制御の低下によるもので、これらは内皮細胞内の接着分子と相互作用する好中球の能力を制限します。新生児の単球は遅く、 ATP産生が低下しているため、新生児の貪食活動も制限されます。リンパ球の総数は成人よりも大幅に多いものの、細胞性免疫と体液性免疫も低下しています。新生児の抗原提示細胞はT細胞を活性化する能力が低下しています。また、新生児のT細胞は増殖が悪く、IL-2、IL-4、IL-5、IL-12、IFN-gなどのサイトカインを非常に少量しか産生しないため、体液性反応を活性化する能力とマクロファージの貪食活動が制限されます。B細胞は妊娠初期に発達しますが、完全には活性化しません。^[41]

母体因子も体の免疫反応に関与している。出生時に存在する免疫グロブリンのほとんどは母体IgGである。これらの抗体は胎盤から胎児にFcRn（新生児Fc受容体）を使用して移行される。^[42] IgM、IgD、IgE、IgAは胎盤を通過しないため、出生時にはほとんど検出されない。一部のIgAは母乳から供給される。これらの受動獲得抗体は新生児を最長18か月間保護することができるが、その反応は通常短命で親和性が低い。^[41] これらの抗体は否定的な反応を引き起こすこともある。子供が特定の抗原自体にさらされる前にその抗原に対する抗体にさらされると、子供は弱い反応を示す。受動獲得した母親の抗体は能動免疫に対する抗体反応を抑制することができる。同様に、ワクチン接種に対するT細胞の反応は子供と大人で異なり、大人でTh1反応を誘発するワクチンは新生児では同じ反応をすぐには引き起こさない。^[41]生後6～9ヶ月の間に、子供の免疫系は糖タンパク質に対してより強く反応し始めるが、通常、少なくとも1歳になるまで多糖類に対する反応は顕著に改善されない。これが、ワクチン接種スケジュールに明確な時間枠が設けられている理由である可能性がある。^{[43] [44]}

思春期には、人体はホルモンによって引き起こされる、またはホルモンによって媒介される様々な身体的、生理学的、免疫学的変化を受けるが、その中で女性で最も重要なものは17-β-エストラジオール（エストロゲン）であり、男性ではテストステロンである。エストラジオールは通常10歳前後で作用し始め、テストステロンはその数ヶ月後に作用し始める。^[45]これらのステロイドは、一次性徴と二次性徴に直接作用するだけでなく、免疫系の発達と調節にも影響を及ぼし、^[46]思春期および思春期後の自己免疫を発症するリスクが増加するという証拠がある。 ^[47]また、B細胞とマクロファージの細胞表面受容体がシステム内の性ホルモンを検出する可能性があるという証拠もある。^[48]

女性ホルモンである17-β-エストラジオールは免疫反応のレベルを調節することが示されており^[49]、テストステロンなどの一部の男性アンドロゲンは感染に対するストレス反応を抑制するようです。しかし、 DHEAなどの他のアンドロゲンは免疫反応を高めます。^[50]女性と同様に、男性ホルモンは男性の成人期の残りの期間よりも、思春期と思春期後の期間に免疫システムをより強く制御しているようです。

思春期における胸腺退縮などの身体的変化も免疫反応に影響を与える。^[51]

エコ免疫学、または生態免疫学は、生物の免疫システムとその社会的、生物的、非生物的環境との関係を研究します。

最近の生態免疫学的研究では、病原体回避、自己治療、共生生物を介した防御、繁殖力とのトレードオフなど、従来は「非免疫学的」と考えられていた宿主病原体防御に焦点が当てられている。^{[52]行動免疫は、}マーク・シャラーが作った造語で、病原体に感染した個体の周囲で遭遇する刺激（嘔吐物の臭いなど）によって引き起こされる嫌悪感など、心理的な病原体回避要因を具体的に指す。 ^[53]より広義には、「行動」生態学的免疫は複数の種で実証されている。例えば、オオカバマダラは寄生虫に感染すると、特定の有毒なトウワタ種に卵を産むことが多い。これらの毒素は、感染したオオカバマダラの子孫における寄生虫の増殖を抑える。しかし、感染していないオオカバマダラがこれらの有毒植物だけを食べることを余儀なくされると、他の感染していないオオカバマダラに比べて寿命が短くなるという適応度コストを被る。^[54]これは、有毒植物に卵を産むことはオオカバマダラにとってコストのかかる行動であり、寄生虫感染の重症度を軽減するために進化した可能性が高いことを示しています。^[52]

共生生物を介した防御もまた、その伝達の直接的な根拠は遺伝的ではないにもかかわらず、宿主の世代を超えて遺伝する。例えば、アブラムシは主要な寄生虫からの防御のために数種類の異なる共生生物に依存しており、その共生生物を親から子へと垂直伝達することができる。^[55]そのため、寄生虫からの防御に成功した共生生物は宿主の子に受け継がれる可能性が高く、従来の免疫と同様に寄生虫が宿主を攻撃する共進化が可能になる。

フクロオオカミ（ Thylacine cynocephalus ）などの絶滅した種の保存された免疫組織も、その生物学的特徴を理解する上で役立つ可能性がある。^[56]

免疫系と癌細胞の相互作用を研究することで、癌を発見し、治療するための診断検査や治療法の開発につながる可能性があります。免疫学は、免疫状態の生理学的反応特性に関係しています。炎症は、多くの種類の癌で観察されている免疫反応です。^[57]

免疫学のこの分野は、胎児の受容を含む生殖過程の免疫学的側面の研究に特化しています。この用語は、不妊治療クリニックでも、不妊の問題、反復流産、早産、子癇前症などの危険な合併症に対処するために使用されています。

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