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Nature子刊:“T细胞杀手”养成由谁控制?

2016/08/11 来源:生物通
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导读
如果T细胞减弱或耗尽,人类就几乎无法抵抗有可能致命的攻击。最近,美国乔治华盛顿大学物理系副教授彭卫群带领的一项新研究,可帮助我们的自然防御,并加强受损的细胞系统。相关研究结果发表在《Nature Immunology》。


在对抗感染和疾病(从爱滋病到癌症、糖尿病)的斗争中,T细胞是人体的第一道防线。白血细胞就像士兵一样搜寻和摧毁入侵的细菌、病毒和寄生虫。T细胞对于我们的免疫系统至关重要,它们不仅找到并杀死被感染的细胞,而且也产生抗体,自然消除癌细胞,并记得我们身体几十年前遇到的细菌。

但是,即使是最强的军队,有时也会发现自己被围攻了。当自身免疫性疾病和病毒感染攻击我们的身体时,它们通过靶定T细胞而蓬勃发展——或杀死它们,破坏它们的性能,或导致它们内部失衡。如果T细胞减弱或耗尽,人类就几乎无法抵抗有可能致命的攻击。

最近,美国乔治华盛顿大学物理系副教授彭卫群(音译,Weiqun Peng)带领的一项新研究,可帮助我们的自然防御,并加强受损的细胞系统。彭卫群教授本科、硕士毕业于北京大学物理系,在University of Illinois at Urbana-Champaign, Department of Physics获得博士学位,现供职于乔治华盛顿大学物理系,具有终身教职,彭教授主要研究领域为物理与生物的交叉学科,包括理论生物物理学,计算生物学,生物信息学,系统生物学。他在“表观基因组 (epigenomics)的计算生物学与生物信息学研究”和“平衡与非平衡统计力学在理论生物学”方面取得一定成就。

在《Nature Immunology》发表的一项研究中,彭博士和博士生Zhouhao Zeng以及来自爱荷华大学的免疫学家,解开了T细胞身份背后的一部分谜团——单个T细胞如何决定它们将发挥什么功能。

这一发现,对于设计药物纠正T细胞的损耗或不平衡,是非常重要的,并可能有助于人体对自身免疫性疾病(如艾滋病)的防御。

彭博士说:“许多疾病通过扰动不同类型T细胞之间的平衡,而发挥作用。从理论上说,通过了解这些细胞是如何形成的,我们可以操纵T细胞的产生,并对抗自身免疫性疾病。”

助手和杀手

T细胞大致分为两类:辅助性T细胞(也被称为CD4),协调入侵感染的免疫反应,和杀手细胞(CD8),实际上破坏受感染的细胞来对抗疾病。

辅助细胞发出化学信息,提醒免疫系统一种病毒已被检测到。辅助细胞指导杀伤细胞复制自己,从而创建了一支CD8军队,寻找并消除感染的细胞。

人体内有2500万到十亿个T细胞。人类需要辅助性和杀伤性细胞来维持一个健康的免疫系统。正常的比例是,每四个杀手细胞就有一个辅助细胞。自身免疫性疾病患者的辅助细胞/杀伤细胞比例往往有所增加,而病毒感染者的比例则有所下降。

直到现在,研究人员还没有完全破译是什么因素控制着T细胞的身份——本质上说一个细胞如何“决定”它是一个辅助细胞还是杀手细胞。

彭博士的研究小组发现,一种称为转录因子的蛋白质之间的复杂相互作用,是构建独立的T细胞身份最重要的组成部分。彭博士说:“把转录因子看作开关,‘打开’或‘关闭’我们细胞中的基因。”

不同类型的细胞有不同的转录模式(称为基因表达),从而使基因或多或少的活跃。在T细胞的情况下,彭博士的研究发现,两个特定的转录因子——称为Tcf1和Lef1,可以一种维持T细胞身份的模式,“打开”或“关闭”基因。

如果这种开/关模式被破坏,细胞反而会变成辅助性的细胞。研究人员发现,这一壮举取决于这些转录因子一个先前未知的功能。它们有内在的酶相关活性,可以直接影响细胞的表观遗传组成。

Zeng说:“这一重大发现是基因调控的一个新视角。”自从2014年以来,他就在彭博士实验室从事T细胞项目。“很明显,CD4和CD8细胞在免疫系统中发挥重要的作用。如果在CD4/CD8混合出了错,我们对抗感染和疾病的能力就会受损。但如果生物医学科学家可以开发某种策略,打开/关闭T细胞分化途径,我们也许能够使药物击中分子靶点,并增强我们的免疫系统。”

作为一名计算生物物理学家,彭博士在项目中的角色是,分析爱荷华大学同事进行的实验所产生的高通量测序数据,以挖掘出有价值的信息。彭博士说,他们合作研究的结果是“出乎意料的”,因为根据传统的观点,转录因子和表观遗传调节因子总是被认为是独立的实体。

在检测了众多的情况之后,彭博士得出结论:Tcf1和Lef1是意想不到的决定因子,包含它们自己的表观遗传调控因子。

另外,中国农业大学生物学院的于舒洋教授,也是本文共同作者之一。

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