新研究揭示了免疫細(xì)胞在復(fù)雜環(huán)境中集體遷移的能力

像細(xì)菌或毒素這樣的免疫威脅可以在人體內(nèi)的任何地方出現(xiàn)。幸運(yùn)的是，免疫系統(tǒng)——我們自己的保護(hù)罩——有其復(fù)雜的方法來應(yīng)對這些威脅。例如，我們免疫反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵方面涉及在感染和炎癥期間免疫細(xì)胞的協(xié)調(diào)集體運(yùn)動(dòng)。但是我們的免疫細(xì)胞怎么知道該走哪條路呢?

奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(ISTA)的Sixt小組和Hannezo小組的一組科學(xué)家解決了這個(gè)問題。在他們今天發(fā)表在《科學(xué)免疫學(xué)》上的研究中，研究人員揭示了免疫細(xì)胞在復(fù)雜環(huán)境中集體遷移的能力。

樹突細(xì)胞——信使

樹突狀細(xì)胞(dc)是我們免疫反應(yīng)的關(guān)鍵參與者之一。它們在先天反應(yīng)(身體對入侵者的**反應(yīng))和適應(yīng)性反應(yīng)(一種針對特定細(xì)菌的延遲反應(yīng)，并創(chuàng)造記憶以抵御未來的感染)之間起到信使的作用。像偵探一樣，dc掃描組織以尋找入侵者。一旦它們找到感染部位，它們就會(huì)被激活，并立即遷移到淋巴結(jié)，在那里它們將戰(zhàn)斗計(jì)劃交給上級，開始下一步的級聯(lián)反應(yīng)。它們向淋巴結(jié)的遷移是由趨化因子(淋巴結(jié)釋放的小信號(hào)蛋白)引導(dǎo)的，這些趨化因子建立了一個(gè)梯度。過去，人們認(rèn)為樹突狀細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞對這種外部梯度作出反應(yīng)，向更高的濃度移動(dòng)。然而，在ISTA進(jìn)行的一項(xiàng)新研究現(xiàn)在挑戰(zhàn)了這一概念。

一個(gè)受體有兩種功能

科學(xué)家們仔細(xì)研究了一種受體——一種在活化的dc上發(fā)現(xiàn)的名為“CCR7”的表面結(jié)構(gòu)。CCR7的基本功能是與淋巴結(jié)特異性分子(CCL19)結(jié)合，從而觸發(fā)免疫反應(yīng)的下一步。Michael Sixt實(shí)驗(yàn)室的前博士后Jonna Alanko解釋說:“我們發(fā)現(xiàn)CCR7不僅能感知CCL19，還能積極地影響趨化因子濃度的分布。”

使用不同的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，他們證明了當(dāng)dc遷移時(shí)，它們通過CCR7受體吸收并內(nèi)化趨化因子，導(dǎo)致趨化因子濃度的局部消耗。隨著周圍信號(hào)分子的減少，它們進(jìn)一步向更高濃度的趨化因子移動(dòng)。這種雙重功能允許免疫細(xì)胞產(chǎn)生自己的引導(dǎo)線索，以更有效地協(xié)調(diào)它們的集體遷移。

移動(dòng)取決于細(xì)胞數(shù)量

為了在多細(xì)胞尺度上定量地理解這一機(jī)制，Alanko及其同事與同樣來自ISTA的理論物理學(xué)家edward Hannezo和Mehmet Can Ucar合作。憑借他們在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)，他們建立了能夠重現(xiàn)阿蘭科實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模擬。通過這些模擬，科學(xué)家們預(yù)測樹突細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)不僅取決于它們對趨化因子的個(gè)體反應(yīng)，還取決于細(xì)胞群的密度。“這是一個(gè)簡單但不平凡的預(yù)測;細(xì)胞越多，它們產(chǎn)生的梯度就越明顯——這確實(shí)突出了這種現(xiàn)象的集體性!”

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)t細(xì)胞——破壞有害細(xì)菌的特異性免疫細(xì)胞——也受益于這種動(dòng)態(tài)相互作用，以增強(qiáng)它們自己的定向運(yùn)動(dòng)。“我們渴望在正在進(jìn)行的項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于細(xì)胞群體之間這種新的相互作用原理，”這位物理學(xué)家繼續(xù)說道。

增強(qiáng)免疫反應(yīng)

這些發(fā)現(xiàn)是研究細(xì)胞如何在我們體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的新方向上邁出的一步。與之前所認(rèn)為的相反，免疫細(xì)胞不僅對趨化因子有反應(yīng)，而且還通過消耗這些化學(xué)信號(hào)在塑造自身環(huán)境方面發(fā)揮積極作用。這種信號(hào)信號(hào)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)提供了一種優(yōu)雅的策略來指導(dǎo)它們自己和其他免疫細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。

這項(xiàng)研究對我們理解免疫反應(yīng)是如何在體內(nèi)協(xié)調(diào)的具有重要意義。通過揭示這些機(jī)制，科學(xué)家們可能會(huì)設(shè)計(jì)出新的策略來增強(qiáng)免疫細(xì)胞對特定部位(如腫瘤細(xì)胞或感染區(qū)域)的招募。

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