Science大揭秘：T細胞如何感知、應對危險？

作為免疫系統中的主力軍，T細胞如何發現危險？

與多數細胞交流方式一樣，T細胞會通過直接的「身體接觸」偵查周圍的環境。但是，細胞是如何判定入侵者，並及時、高效得將危險扼殺在搖籃中？這一直是個謎。

5月11日，《Science》期刊在線發表一篇文章揭開了謎團。來自於加州大學舊金山分校的研究團隊通過先進的技術以「視頻」的形式記錄T細胞表面活動。他們發現，T細胞表面包裹的類似於觸角的微絨毛（microvilli）會持續運動，負責偵查危險或者感染的跡象，從而確保T細胞能夠及時感應潛在的威脅，啟動免疫防禦。

文章作者、加州大學舊金山分校的病理學副教授Matthew Krummel表示：「先前的技術允許我們拍攝T細胞的表面，但是我們不能依賴黑白照片了解籃球比賽的全過程。現在，我們能夠實時觀察這些微小體的神奇變化。」

Krummel表示，藉助於這一技術，我們能夠了解T細胞有效搜索環境中入侵病原體的詳細過程，從而為T細胞檢測癌細胞提供新思路。

T細胞的高效「偵查」是免疫防禦的關鍵

當T細胞在身體內巡邏時，它們會與一個信息網路「接洽」，其他免疫細胞會搜索身體內潛在的危險信號，並將發現的蛋白碎片——抗原（antigens）呈遞給T細胞。T細胞與抗原呈遞細胞接觸，發現抗原呈現的危險信號，從而引發免疫防禦系統，抵抗外來入侵者。

科學家們預估，一個人只含有約100個T細胞用於識別、反應特定抗原。「這意味著，免疫系統需要在第一時間內發現入侵者。如果其中一個T細胞錯失抗原證據，病毒可能會在短短數小時內複製出成千上萬個，引發病患。」

新的成像技術揭示免疫細胞實現「交流」的細節

《Science》期刊這一篇最新研究展示了T細胞有效、實時偵查抗原呈遞細胞的具體過程。研究團隊使用了一種高解析度細胞成像技術——柵格激光層照顯微鏡（lattice light-sheet microscopy）。他們與該顯微鏡發明者、2014年諾貝爾獎得主Eric Betzig團隊合作，以小鼠為模型，檢測T細胞在體內的活動過程。他們發現，T細胞表面的微絨毛能夠各自獨立運動，運動軌跡類似於植物根系、動物覓食的路線。

研究人員發現， 受益於有效的搜索模式，T細胞平均1分鐘會遇到一個抗原呈遞細胞。兩個細胞接觸的表面被稱為「免疫突觸」，微絨毛能夠檢索98%的免疫突觸。這意味著，T細胞能夠花最少的時間「讀取」每一個抗原呈遞細胞的信息。

為了研究微絨毛的細節，研究團隊以熒光微粒標記抗原呈遞細胞表面，藉助於dubbed synaptic contact mapping技術，同時追蹤微絨毛以及T細胞受體（TCR）蛋白（T細胞用於檢測抗原）。

他們發現，通常情況下，單個微絨毛以平均每次4秒的頻率掃描抗原呈遞細胞膜表面。但是，當微絨毛髮現特定的抗原，它們會改變與抗原呈遞細胞交流的頻率，達到每次至少20秒，以便聚集更多的TCR蛋白。這意味著，它們負責傳遞信號給T細胞，從而引發免疫反應。

「這些視頻讓我們能夠看到 T細胞與抗原呈遞細胞交流的具體過程。」 Krummel表示，「微絨毛類似於T細胞的眼睛。當T細胞想知道其他細胞的信息，接觸是它們唯一的機會。如果在接觸過程未找到強烈的信號，T細胞會轉移到下一個地方。」

研究人員強調：「當免疫系統出錯，例如攻擊自身細胞或者不能識別癌變細胞，我們可以通過了解免疫系統檢測、反應潛在威脅的具體過程，找到糾正錯誤的途徑。」