在對抗疾病時，我們的免疫細胞需要快速到達目標(biāo)。研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，免疫細胞主動生成自己的導(dǎo)航系統(tǒng)，在復(fù)雜的環(huán)境中導(dǎo)航。這挑戰(zhàn)了早先關(guān)于這些運動的觀念。研究人員的發(fā)現(xiàn)增強了我們對免疫系統(tǒng)的認(rèn)識，并為改善人類免疫反應(yīng)提供了潛在的新方法。
像細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)。幸運的是，免疫系統(tǒng)——我們自己的保護罩——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)的一個關(guān)鍵方面涉及在感染和炎癥期間免疫細胞的協(xié)調(diào)集體運動。但是我們的免疫細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胞在復(fù)雜環(huán)境中集體遷移的能力。
樹突細胞——信使
樹突狀細胞(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)(身體對入侵者的第一反應(yīng))和適應(yīng)性反應(yīng)(一種針對特定細菌的延遲反應(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，它們就會被激活，并立即遷移到淋巴結(jié)，在那里它們將戰(zhàn)斗計劃交給上級，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)釋放的小信號蛋白)引導(dǎo)的，這些趨化因子建立了一個梯度。過去，人們認(rèn)為樹突狀細胞和其他免疫細胞對這種外部梯度作出反應(yīng)，向更高的濃度移動。然而，在ISTA進行的一項新研究現(xiàn)在挑戰(zhàn)了這一概念。
一個受體有兩種功能
科學(xué)家們仔細研究了一種受體——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實驗室的前博士后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。”
使用不同的實驗技術(shù)，他們證明了當(dāng)dc遷移時，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。隨著周圍信號分子的減少，它們進一步向更高濃度的趨化因子移動。這種雙重功能允許免疫細胞產(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。
移動取決于細胞數(shù)量
為了在多細胞尺度上定量地理解這一機制，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。憑借他們在細胞運動和動力學(xué)方面的專業(yè)知識，他們建立了能夠重現(xiàn)阿蘭科實驗的計算機模擬。通過這些模擬，科學(xué)家們預(yù)測樹突細胞的運動不僅取決于它們對趨化因子的個體反應(yīng)，還取決于細胞群的密度。“這是一個簡單但不平凡的預(yù)測;細胞越多，它們產(chǎn)生的梯度就越明顯——這確實突出了這種現(xiàn)象的集體性!”
此外，研究人員發(fā)現(xiàn)t細胞——破壞有害細菌的特異性免疫細胞——也受益于這種動態(tài)相互作用，以增強它們自己的定向運動。“我們渴望在正在進行的項目中發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于細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。
增強免疫反應(yīng)
這些發(fā)現(xiàn)是研究細胞如何在我們體內(nèi)運動的新方向上邁出的一步。與之前所認(rèn)為的相反，免疫細胞不僅對趨化因子有反應(yīng)，而且還通過消耗這些化學(xué)信號在塑造自身環(huán)境方面發(fā)揮積極作用。這種信號信號的動態(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胞的運動。
這項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。通過揭示這些機制，科學(xué)家們可能會設(shè)計出新的策略來增強免疫細胞對特定部位(如腫瘤細胞或感染區(qū)域)的招募。
Journal Reference:
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Jonna Alanko, Mehmet Can Uçar, Nikola Canigova, Julian Stopp, Jan Schwarz, Jack Merrin, Edouard Hannezo, Michael Sixt. CCR7 acts as both a sensor and a sink for CCL19 to coordinate collective leukocyte migration. Science Immunology, 2023; 8 (87) DOI: 10.1126/sciimmunol.adc9584
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