Science：T细胞如何感知、应对危险？
2017-05-15 佚名 生物探索
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。”
原始出处：
En Cai1，Kyle Marchuk， Peter Beemiller， et al. Visualizing dynamic microvillar search and stabilization during ligand detection by T cells. Science 12 May 2017： Vol. 356， Issue 6338， eaal3118. DOI： 10.1126/science.aal3118
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