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Science打破常规认知:发现免疫细胞内部运作的关键差异

从外部看,大多数T细胞看起来都是一样的:一个小的球形。现在,由苏黎世联邦理工学院分子系统生物学研究所的Berend Snijder领导的一组研究人员使用先进的技术仔细观察了这些细胞的内部。他们的发现表明,细胞毒性T细胞的亚细胞空间组织——Snijder称之为cellular architecture(细胞结构),对它们的命运有重大影响。

决定细胞命运的特征

当细胞核内陷的细胞遇到病原体时,它们会变成强大的效应细胞,迅速增殖并杀死病原体。而与它们同为球形核细胞(即没有核内陷的细胞)的细胞进化速度则较为缓慢:它们需要更长的时间才能激活,并最终分化为长寿的记忆细胞,抵御生物体未来受到相同病原体的攻击。

大约50年前,科学家们就发现了这两种功能不同的T细胞群。“但到目前为止,我们还不确定是哪些特征决定了T细胞会成为效应细胞还是记忆细胞,”Ben Hale说,他是发表在《科学》杂志上的这篇文章的主要作者之一。

为了帮助识别这些特征,研究人员开发了一个平台,可以自动分析免疫细胞的显微镜图像。然后,他们将来自24名健康志愿者的数千个T细胞呈现在这个平台上,这些志愿者将自己的血液捐献给瑞士红十字会苏黎世献血中心。

意想不到的差异

使用机器学习方法,该平台将细胞分为三组。“我们已经看到一些T细胞在被激活时是如何呈现瓶状的,但我们没想到这个平台会把圆形细胞分成两组。”Snijder说。

在进一步的研究中,研究人员还发现,两类圆形细胞在细胞结构上的差异也具有功能意义。Hale说:“细胞核内陷的细胞被设计成快速激活:许多细胞在24小时内转化为瓶形效应细胞。”

Snijder补充说:“它们在被激活时也会产生更强烈的反应,而且它们比没有核内陷的细胞增殖得快得多。”他和他的团队还确定了导致细胞核内陷细胞更快更强激活的分子机制:“它们特殊的细胞结构使钙离子的流入增加,”Snijder说。

两位研究人员都强调,仍有许多问题有待解答。例如,Snijder和他的团队现在希望发现生物体如何始终确保血液中约60%的细胞毒性T细胞具有核内陷,而35%没有内陷,剩下的5%呈瓶状。

使治疗在临床上更有效

Snijder和Hale指出,他们的结果不仅“对更好地理解我们的免疫细胞是如何工作的很重要”,而且在对抗癌症的斗争中也起着至关重要的作用,例如:“许多新的疗法使用T细胞杀死癌细胞,如果我们能找到一种方法来专门选择和部署这些细胞结构,我们可能能够提高这种疗法的临床疗效。”Snijder说。


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