在對抗疾病時，我們的免疫細胞需要快速到達目標。研究人員現在發(fā)現，免疫細胞主動生成自己的導航系統，在復雜的環(huán)境中導航。這挑戰(zhàn)了早先關于這些運動的觀念。研究人員的發(fā)現增強了我們對免疫系統的認識，并為改善人類免疫反應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的任何地方出現。幸運的是，免疫系統——我們自己的保護罩——有其復雜的方法來應對這些威脅。例如，我們免疫反應的一個關鍵方面涉及在感染和炎癥期間免疫細胞的協調集體運動。但是我們的免疫細胞怎么知道該走哪條路呢?
奧地利科學技術研究所(ISTA)的Sixt小組和Hannezo小組的一組科學家解決了這個問題。在他們今天發(fā)表在《科學免疫學》上的研究中，研究人員揭示了免疫細胞在復雜環(huán)境中集體遷移的能力。
樹突細胞——信使
樹突狀細胞(dc)是我們免疫反應的關鍵參與者之一。它們在先天反應(身體對入侵者的第一反應)和適應性反應(一種針對特定細菌的延遲反應，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，在那里它們將戰(zhàn)斗計劃交給上級，開始下一步的級聯反應。它們向淋巴結的遷移是由趨化因子(淋巴結釋放的小信號蛋白)引導的，這些趨化因子建立了一個梯度。過去，人們認為樹突狀細胞和其他免疫細胞對這種外部梯度作出反應，向更高的濃度移動。然而，在ISTA進行的一項新研究現在挑戰(zhàn)了這一概念。
一個受體有兩種功能
科學家們仔細研究了一種受體——一種在活化的dc上發(fā)現的名為“CCR7”的表面結構。CCR7的基本功能是與淋巴結特異性分子(CCL19)結合，從而觸發(fā)免疫反應的下一步。Michael Sixt實驗室的前博士后Jonna Alanko解釋說:“我們發(fā)現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，他們證明了當dc遷移時，它們通過CCR7受體吸收并內化趨化因子，導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生自己的引導線索，以更有效地協調它們的集體遷移。
移動取決于細胞數量
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的理論物理學家edward Hannezo和Mehmet Can Ucar合作。憑借他們在細胞運動和動力學方面的專業(yè)知識，他們建立了能夠重現阿蘭科實驗的計算機模擬。通過這些模擬，科學家們預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，還取決于細胞群的密度。“這是一個簡單但不平凡的預測;細胞越多，它們產生的梯度就越明顯——這確實突出了這種現象的集體性!”
此外，研究人員發(fā)現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)現更多關于細胞群體之間這種新的相互作用原理，”這位物理學家繼續(xù)說道。
增強免疫反應
這些發(fā)現是研究細胞如何在我們體內運動的新方向上邁出的一步。與之前所認為的相反，免疫細胞不僅對趨化因子有反應，而且還通過消耗這些化學信號在塑造自身環(huán)境方面發(fā)揮積極作用。這種信號信號的動態(tài)調節(jié)提供了一種優(yōu)雅的策略來指導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是如何在體內協調的具有重要意義。通過揭示這些機制，科學家們可能會設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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