自然免疫は汎用的な免疫応答です。つまり特定の病原体に特異的な反応ではなく、異物や非自己分子全般を標的とします。
自然免疫系には、皮膚や上皮表面などによる物理的なバリアも含まれ、これらが生体防御の第一線として機能します。上皮バリアが破損すると、自然免疫応答の他の構成因子が動員されます。これらはパターン認識受容体を介して病原体を検出し、その後迅速な免疫応答が行われます (数分から数時間以内)。
パターン認識受容体は微生物特有の分子 (PAMP) を認識する受容体です。多くの場合、微生物の細胞表面や細胞壁の構成成分を認識しますが、微生物由来のDNA (CpGモチーフがメチル化修飾を受けていないDNAなど) も自然免疫応答を誘導します。
造血において、骨髄共通前駆細胞 (CMP) から骨髄細胞系列が分化します。自然免疫系を構成する細胞の大半は、この骨髄細胞系列に含まれます。
CMP細胞は単球の前駆細胞で、単球はマクロファージと樹状細胞に分化します。好中球、好酸球、好塩基球といった顆粒球やマスト細胞もCMP細胞から分化します。それに対し、細胞傷害性ナチュラルキラー細胞 (NK) は、リンパ系共通前駆細胞 (CLP) から分化する自然免疫系の構成細胞です。
これらの免疫細胞は、表現型マーカーで区別することができます。
免疫系に専門化されていない細胞でも、多くの場合、細胞質受容体、シグナル分子、エフェクター分子という形で本質的な自然免疫機能を備えています。自然免疫応答で活性化するシグナル伝達経路には、以下のようなものがあります。
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