免疫细胞是如何作战?
日期:2023-02-08 阅读:
三年新冠疫情,我们越发认识到:免疫细胞才是人体健康的“保护伞”。
其中尤以细胞毒性T淋巴细胞(CTL)最为关键,它是T细胞“主力战斗军”中的佼佼者,在对抗新冠病毒、肿瘤细胞上是个“狠角”。
也正因如此,CTL细胞一直被医学界给予厚望。截至2月中旬,我们能在Clinicaltrials.gov网站上查到23个与CTL细胞相关的新冠研究;而T细胞也得以在免疫治疗领域有了一席之地。
不过,关于CTL细胞到底是如何导航和搜索到“敌军”的幕后机制,至今仍然是个谜。如果能够知晓它的作战行动轨迹,或许能为新冠治疗、癌症免疫治疗等提供新的思路与策略。
近日,来自德国的萨尔州大学研究人员在《生物物理杂志》发布一篇报告[1]称,CTL细胞会在组织中“打洞”,为急行军清扫道路,在光学显微镜下,科学家看到了染色过的CTL细胞穿过胶原纤维,并在其中开辟隧道的情景。
△免疫细胞CTL细胞在组织中穿梭
CTL细胞撕裂了纤维形成通道,这促进了胶原网络中其他T细胞的运动,而该项模型也让人们终于有机会看清免疫细胞作战的行动轨迹,揭开了它迁移的“真面目”。
△细胞毒性T淋巴细胞在3D胶原蛋白基质中的迁移
细胞毒性T淋巴细胞(CTL)是完全活化的CD8+T细胞,它是病原体感染细胞、抗击癌细胞的主力,也是适应性免疫系统的关键角色。
CTL细胞需要找到靶细胞(病原体感染或癌变细胞)呈递的抗原信息,才能有效消除免疫监视过程中的异常细胞。但这些靶细胞在疾病发展的早期通常数量很少,因此,CTL细胞的导航和搜索能力对有效“杀敌”的免疫反应至关重要。
ECM是组织的主要成分,主要由胶原蛋白构成,它几乎在所有细胞功能中都起着重要的调节作用。
为了研究CTL细胞的迁移模式,研究人员将人类原CTL细胞嵌入ECM基质中,并使用光片显微镜观察其运动。
△在不同浓度的3D胶原基质中,CTL细胞迁移轨迹
接下来,研究人员又详细探讨了CTL如何在胶原蛋白基质中移。他们对胶原蛋白进行了荧光染色,并使用光片显微镜观察了CTL的运动。
△在3D胶原蛋白基质(绿、灰色)中CTL(红色)迁移的可视化
可以看出,CTL在击杀靶细胞的过程中,一开始动作缓慢,通过TCR及黏附分子与靶细胞接触并试图创造通道,此过程只需几分钟。
随后,CTL细胞与靶细胞紧密结合,CTL活化并使细胞颗粒性内容物呈现极化分布,随即启动胞吐机制,分泌细胞毒性物质,作用于靶细胞;最后,靶细胞裂解死亡。
免疫细胞“穿山越岭”攻击靶细胞
为了更好地了解CTL细胞在外基质中的迁移,研究人员使用牛胶原蛋白在体外构建三维(3D)环境,作为ECM的模型,他们分析了两个献血者在不同浓度的胶原蛋白基质中CTL细胞的轨迹。
CTL细胞显示了3种不同类型的运动:慢、快和混合。
另外,研究者还发现,在靶细胞存在的情况下,胶原网络中的自然杀伤细胞(即NK细胞)也有类似的运动类型。NK细胞具有与CTL细胞相似的免疫功能。
CTL细胞和NK细胞运动轨迹特征的相似性,表明了两种细胞通过胶原网络迁移的共同机制。根据最初的发现,研究人员假设CTL细胞移动缓慢,因为它们要推开并撕裂胶原纤维形成通道,从而促进胶原网络中其他类型T细胞的快速移动。
实验证据支持这一假设,这项研究的一个重要限制是,它使用的是合成胶原基质,但活组织中含有许多可能影响免疫细胞迁移行为的其他成分。
△ 3D中CTL迁移期间的突起形成
接下来,研究人员将计划分析T细胞对 ECM的长期影响,他们还将研究这些通道是否能增强CTL细胞在胶原基质中寻找靶细胞的能力。
当然,目前仅在科学家的简化模型中得到了验证,而人类实际的结缔组织是更为复杂的世界,那里的免疫因子具体如何运动,还待继续探索。
不过有意思的是,研究者还在另一种免疫细胞中观察到了类似的迁移方式,这似乎在一定程度上佐证了免疫细胞均具有与CTL细胞相同的迁移行为。
总的来说,该项试验模型重现了CTL细胞攻击靶细胞的行为模式,表明了组织的细胞外基质的调节特性对免疫反应的效率产生影响,这个发现或许能为新冠治疗、癌症免疫治疗提供新的思路与策略。
而随着科学家们对免疫细胞研究的深入,相信将会有越来越多令人惊奇的事发生,而这也将推动免疫治疗的发展。
在漫长的历史中,人类的免疫系统遭遇了多种疾病的威胁与挑战。如今,我们终于能为免疫系统“分忧”,提供外援。而随着科技的发展,诸如CAR-T、CAR-M、CTL细胞疗法等免疫细胞疗法将为人类打开新世界的大门,更多民众也将因此受益。
鲁一细胞在干细胞治疗和UCAR-T免疫细胞治疗研究领域处于国际领先水平,获得55项国家发明专利。其中,间充质干细胞组织修复再生技术、人胎脑神经干细胞的体外培养与鉴定、帕金森疾病的细胞治疗等研究项目,已取得阶段性成果;以CD19、BCMA为靶点的UCAR-T治疗技术已率先在国内开展淋巴瘤、急性淋巴细胞白血病、慢性淋巴细胞白血病、骨髓瘤的探索性临床研究。
参考资料
[1]Migration of cytotoxic T Lymphocytes in 3D collagen matrices.https://doi.org/10.1016/j.bpj.2020.10.020.
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