Science解析不一樣的細(xì)胞命運(yùn)
日期：2013-03-25 09:28:04
通過記錄個(gè)別T細(xì)胞不一樣的命運(yùn)，研究人員證實(shí)可以有效模擬出適應(yīng)性免疫反應(yīng)從前不可預(yù)知的一些方面。即一個(gè)至關(guān)重要的問題：是什么決定了免疫系統(tǒng)數(shù)以百萬計(jì)的細(xì)胞中，哪些細(xì)胞將動(dòng)員起來對(duì)抗急性感染？哪些細(xì)胞則留在后方長期存活，形成了免疫記憶的基礎(chǔ)？科學(xué)家們的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上，有可能對(duì)改善免疫治療和疫苗接種策略產(chǎn)生影響。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一小部分能夠識(shí)別相關(guān)抗原的CD8+ T細(xì)胞，啟動(dòng)了對(duì)于感染或腫瘤的直接免疫反應(yīng)。這小部分細(xì)胞中的少數(shù)細(xì)胞快速擴(kuò)增為巨大數(shù)量的、靶向殺傷感染細(xì)胞或癌細(xì)胞的短壽T細(xì)胞。同時(shí)，而這小部分細(xì)胞中其余的大部分轉(zhuǎn)為長壽細(xì)胞，以幫助確保免疫系統(tǒng)在將來這種抗原再度出現(xiàn)之時(shí)能記起這種抗原。
慕尼黑工業(yè)大學(xué)Dirk Busch 教授說：“到目前為止，研究人員只有可能在抗感染免疫反應(yīng)過程中觀察得到免疫細(xì)胞群。我們開發(fā)了一種技術(shù)使得我們能夠觀察個(gè)別的T細(xì)胞。”結(jié)合創(chuàng)新的細(xì)胞處理技術(shù)，研究人員將理論系統(tǒng)生物學(xué)和臨床經(jīng)驗(yàn)充分運(yùn)用到了這一研究中。
標(biāo)記可預(yù)測的閾值
從理論上講，單個(gè)T細(xì)胞能夠通過發(fā)育為多樣化的擴(kuò)增群體，產(chǎn)生一種適應(yīng)性免疫應(yīng)答，在對(duì)抗急性感染的同時(shí)為未來提供持久記憶。然而有一個(gè)根本性的問題：一個(gè)有效的反應(yīng)是預(yù)先設(shè)定在單個(gè)T細(xì)胞水平之上，還是出現(xiàn)在多種細(xì)胞混雜的命運(yùn)之后？人們從未對(duì)此進(jìn)行過測試。另一個(gè)尚待解決的問題是：哪些短壽殺傷細(xì)胞群和和長壽記憶細(xì)胞群是按這一順序形成？
為了解答這些問題，慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員首先將特異標(biāo)記的T細(xì)胞導(dǎo)入到小鼠體內(nèi)，隨后觸發(fā)了一種特異免疫反應(yīng)。大約7天后，他們能夠確定單個(gè)T細(xì)胞生成了多少后代細(xì)胞，都是什么類型。采用與海德堡大學(xué)Thomas Hoefer教授研究小組共同開發(fā)的一種生物數(shù)學(xué)模擬技術(shù)，幫助解讀了數(shù)據(jù)。論文的第一作者、慕尼黑工業(yè)大學(xué)住院醫(yī)生Veit Buchholz說“人們無法預(yù)測單個(gè)殺傷性T細(xì)胞后代的‘生涯路徑’。 就像滾動(dòng)一次骰子，這是一個(gè)概率問題。要生成一種可預(yù)測的免疫反應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)樣品至少需要50個(gè)細(xì)胞。”
通過分析大量的短壽殺傷細(xì)胞和長壽記憶細(xì)胞，研究人員重建了T細(xì)胞的發(fā)育程序，并預(yù)測了它們的行為。所有的細(xì)胞都沿著相同的發(fā)育路徑前進(jìn)，但它們所走的距離各不相同。也就是說，生成大量短壽抗感染細(xì)胞的少量細(xì)胞，與命中注定生成記憶細(xì)胞的那些細(xì)胞，經(jīng)歷了相同的階段，但前者離開這一階段后提供了即時(shí)保護(hù)。
除了本身生成的研究結(jié)果，該研究另一個(gè)重要的意義在于，提高了人們對(duì)于將體內(nèi)和生物信息學(xué)方法的能力結(jié)合起來開展研究的信心。“事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)證實(shí)了我們的預(yù)測，有力支持了我們的理論，”Hoefer教授說。
研究人員解釋說，可通過幾種途徑讓這些研究結(jié)果對(duì)人類健康發(fā)揮重要作用，如改善抗癌免疫治療的效力，或是優(yōu)化老年人治療策略。“未來的記憶細(xì)胞處于帶有兩種極端分化形式的擴(kuò)增的初始階段，理想情況下應(yīng)該取得一個(gè)平衡，以確保記憶細(xì)胞庫不會(huì)耗竭。因此，我們可以考慮如何調(diào)整疫苗接種方案，首先允許擴(kuò)增，且不會(huì)過早讓分化起作用。”
