3个高中生，和科学家一起发了篇《科学》：他们揭开了免疫反应的关键机制

▎药明康德内容团队编辑

将一大堆石块紧密地逐层堆叠，我们可以得到一面严密的石墙。同样，在我们的身体中，细胞紧密排列也可以形成如同墙壁的致密组织。这时，对于在组织间游动的免疫细胞来说，这面“墙”似乎堵住了它们的道路，让它们难以进入组织内部。

但我们知道，我们体内的免疫细胞并没有束手就擒。它们必然找到了某条特殊的路径，才能在致密的细胞组织中穿行、进行免疫应答。本周，一篇发表于《科学》的最新研究找到了答案，揭示了免疫细胞进入组织内部的全过程。值得一提的是，这篇论文的作者中还有三位是当地的高中生，他们也为这项研究作出了贡献。

为了研究这个过程，由奥地利科学技术研究院Daria E. Siekhaus教授领导的团队选择果蝇作为研究对象。他们想观察的是，果蝇重要的免疫细胞——巨噬细胞，是如何进入其胚胎中的。

在果蝇的胚胎发育早期，巨噬细胞遵循指导信号分子，来到胚胎外胚层与中胚层的交界处。在这里，巨噬细胞遭遇了胚胎细胞紧密排列形成的障碍。然而，在显微镜下看到的却是这些巨噬细胞排成了长队，如同一条长链缓慢通过了组织间隙、进入组织。那么，这些巨噬细胞，尤其是第一个细胞是如何突破屏障的？

▲巨噬细胞（品红色）在果蝇胚胎中迁移，蓝点表示即将分裂的胚胎细胞（图片来源：Maria Akhmanova）

Siekhaus教授团队在高分辨率显微镜下追踪这一过程后发现，当第一个巨噬细胞抵达入口处时，它等待的是一个特殊的时期：其面前的外胚层细胞在进行有丝分裂之前，会首先变圆，形态近似于球形。这时，外胚层细胞与周围基质的连接（即黏着斑）明显减弱。

对打头阵的巨噬细胞来说，这正是它所期待的突破口。巨噬细胞将细胞核移动到细胞的前端，从而向前运动，从外胚层与中胚层之间的薄弱地带进入胚胎组织。随着第一个巨噬细胞的进入，其他排队等候的巨噬细胞也找到了方向，它们跟随着前方的同伴鱼贯而入。

▲巨噬细胞进入胚胎组织的过程（图片来源：Maria Akhmanova）

对于研究者来说，还有一个问题没有解释：真正造成巨噬细胞能够进入的，究竟是细胞的形态变化，还是细胞连接的减弱？

为了解决这个问题，他们利用光遗传学手段，分别诱导与细胞形态和细胞连接相关的基因变化。结果是，仅仅是细胞变成球形，并不足以让巨噬细胞进入；相反，通过基因突变人为减少细胞连接，却可以让巨噬细胞进入。

▲巨噬细胞进入时，面前的外胚层细胞转变为圆形（图片来源：Maria Akhmanova）

在近期的研究中，Siekhaus教授团队还揭示了更多关于这个过程的发现。例如，为了穿过障碍，一种名为Atossa的核蛋白为打头阵的巨噬细胞提供了能量；此外，为了避免细胞核损伤，巨噬细胞还形成了由肌动蛋白纤维构成的保护。

“细胞分裂是控制巨噬细胞进入组织的关键过程，这个优雅的概念具有强大的影响力。” Siekhaus教授说。

巨噬细胞进入组织的机制，或许同样对其他类型的免疫细胞十分关键。因此，这个发现还有望帮助科学家理解更多生理过程：操控组织细胞的连接或分裂过程是否有助于免疫细胞侵入、对抗肿瘤，或者是否有助于减弱免疫细胞在自身免疫期间攻击组织的能力。

这篇论文的作者除了来自奥地利科学技术研究院和欧洲分子生物学实验室的科学家，还有3名奥地利克洛斯特新堡高中的小作者。他们在Siekhaus实验室参观期间，参与了果蝇相关的实验工作，并且写代码帮助提升了图像分析的速度。正如这篇论文的第一作者Maria Akhmanova博士所说：“这个项目的成功离不开众多科学家以及3位充满热情的高中生的共同合作。”

参考资料：

[1] Maria Akhmanova et al. 2022. Cell division in tissues enables macrophage infiltration. Science. DOI: 10.1126/science.abj0425

[2] Dividing walls: How immune cells enter tissue. Retrieved Apr. 21, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/950073

更多推荐

点个“在看”再走吧~