Science大揭秘:T细胞如何感知、应对危险?
2017/05/15
作为免疫系统中的主力军,T细胞如何发现危险,如何及时、有效地遏制住威胁?5月11日,《Science》期刊在线发表一篇文章揭示,T细胞表面包裹的类似于触角的微绒毛(microvilli)会持续运动,负责侦查危险或者感染的迹象,从而确保T细胞能够及时感应潜在的威胁,启动免疫防御。


作为免疫系统中的主力军,T细胞如何发现危险?

与多数细胞交流方式一样,T细胞会通过直接的“身体接触”侦查周围的环境。但是,细胞是如何判定入侵者,并及时、高效得将危险扼杀在摇篮中?这一直是个谜。

5月11日,《Science》期刊在线发表一篇文章揭开了谜团。来自于加州大学旧金山分校的研究团队通过先进的技术以“视频”的形式记录T细胞表面活动。他们发现,T细胞表面包裹的类似于触角的微绒毛(microvilli)会持续运动,负责侦查危险或者感染的迹象,从而确保T细胞能够及时感应潜在的威胁,启动免疫防御。

文章作者、加州大学旧金山分校的病理学副教授Matthew Krummel表示:“先前的技术允许我们拍摄T细胞的表面,但是我们不能依赖黑白照片了解篮球比赛的全过程。现在,我们能够实时观察这些微小体的神奇变化。”

Krummel表示,借助于这一技术,我们能够了解T细胞有效搜索环境中入侵病原体的详细过程,从而为T细胞检测癌细胞提供新思路。

T细胞的高效“侦查”是免疫防御的关键

当T细胞在身体内巡逻时,它们会与一个信息网络“接洽”,其他免疫细胞会搜索身体内潜在的危险信号,并将发现的蛋白碎片——抗原(antigens)呈递给T细胞。T细胞与抗原呈递细胞接触,发现抗原呈现的危险信号,从而引发免疫防御系统,抵抗外来入侵者。

科学家们预估,一个人只含有约100个T细胞用于识别、反应特定抗原。“这意味着,免疫系统需要在第一时间内发现入侵者。如果其中一个T细胞错失抗原证据,病毒可能会在短短数小时内复制出成千上万个,引发病患。”

新的成像技术揭示免疫细胞实现“交流”的细节

《Science》期刊这一篇最新研究展示了T细胞有效、实时侦查抗原呈递细胞的具体过程。研究团队使用了一种高分辨率细胞成像技术——栅格激光层照显微镜(lattice light-sheet microscopy)。他们与该显微镜发明者、2014年诺贝尔奖得主Eric Betzig团队合作,以小鼠为模型,检测T细胞在体内的活动过程。他们发现,T细胞表面的微绒毛能够各自独立运动,运动轨迹类似于植物根系、动物觅食的路线。

研究人员发现, 受益于有效的搜索模式,T细胞平均1分钟会遇到一个抗原呈递细胞。两个细胞接触的表面被称为“免疫突触”,微绒毛能够检索98%的免疫突触。这意味着,T细胞能够花最少的时间“读取”每一个抗原呈递细胞的信息。

为了研究微绒毛的细节,研究团队以荧光微粒标记抗原呈递细胞表面,借助于dubbed synaptic contact mapping技术,同时追踪微绒毛以及T细胞受体(TCR)蛋白(T细胞用于检测抗原)。

他们发现,通常情况下,单个微绒毛以平均每次4秒的频率扫描抗原呈递细胞膜表面。但是,当微绒毛发现特定的抗原,它们会改变与抗原呈递细胞交流的频率,达到每次至少20秒,以便聚集更多的TCR蛋白。这意味着,它们负责传递信号给T细胞,从而引发免疫反应。

“这些视频让我们能够看到 T细胞与抗原呈递细胞交流的具体过程。” Krummel表示,“微绒毛类似于T细胞的眼睛。当T细胞想知道其他细胞的信息,接触是它们唯一的机会。如果在接触过程未找到强烈的信号,T细胞会转移到下一个地方。”

研究人员强调:“当免疫系统出错,例如攻击自身细胞或者不能识别癌变细胞,我们可以通过了解免疫系统检测、反应潜在威胁的具体过程,找到纠正错误的途径。”

参考资料:

Video imaging reveals how immune cells sense danger

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