Science Immunology挑战旧观点：免疫细胞塑造自己的路径

在对抗疾病时，我们的免疫细胞需要快速到达目标。研究人员现在发现，免疫细胞主动生成自己的导航系统，在复杂的环境中导航。这挑战了早先关于这些运动的观念。研究人员的发现增强了我们对免疫系统的认识，并为改善人类免疫反应提供了潜在的新方法。

　　

像细菌或毒素这样的免疫威胁可以在人体内的任何地方出现。幸运的是，免疫系统——我们自己的保护罩——有其复杂的方法来应对这些威胁。例如，我们免疫反应的一个关键方面涉及在感染和炎症期间免疫细胞的协调集体运动。但是我们的免疫细胞怎么知道该走哪条路呢?

奥地利科学技术研究所(ISTA)的Sixt小组和Hannezo小组的一组科学家解决了这个问题。在他们今天发表在《科学免疫学》上的研究中，研究人员揭示了免疫细胞在复杂环境中集体迁移的能力。

树突细胞——信使

树突状细胞(dc)是我们免疫反应的关键参与者之一。它们在先天反应(身体对入侵者的第一反应)和适应性反应(一种针对特定细菌的延迟反应，并创造记忆以抵御未来的感染)之间起到信使的作用。像侦探一样，dc扫描组织以寻找入侵者。一旦它们找到感染部位，它们就会被激活，并立即迁移到淋巴结，在那里它们将战斗计划交给上级，开始下一步的级联反应。它们向淋巴结的迁移是由趋化因子(淋巴结释放的小信号蛋白)引导的，这些趋化因子建立了一个梯度。过去，人们认为树突状细胞和其他免疫细胞对这种外部梯度作出反应，向更高的浓度移动。然而，在ISTA进行的一项新研究现在挑战了这一概念。

一个受体有两种功能

科学家们仔细研究了一种受体——一种在活化的dc上发现的名为“CCR7”的表面结构。CCR7的基本功能是与淋巴结特异性分子(CCL19)结合，从而触发免疫反应的下一步。Michael Sixt实验室的前博士后Jonna Alanko解释说:“我们发现CCR7不仅能感知CCL19，还能积极地影响趋化因子浓度的分布。”

使用不同的实验技术，他们证明了当dc迁移时，它们通过CCR7受体吸收并内化趋化因子，导致趋化因子浓度的局部消耗。随着周围信号分子的减少，它们进一步向更高浓度的趋化因子移动。这种双重功能允许免疫细胞产生自己的引导线索，以更有效地协调它们的集体迁移。

移动取决于细胞数量

为了在多细胞尺度上定量地理解这一机制，Alanko及其同事与同样来自ISTA的理论物理学家edward Hannezo和Mehmet Can Ucar合作。凭借他们在细胞运动和动力学方面的专业知识，他们建立了能够重现阿兰科实验的计算机模拟。通过这些模拟，科学家们预测树突细胞的运动不仅取决于它们对趋化因子的个体反应，还取决于细胞群的密度。“这是一个简单但不平凡的预测;细胞越多，它们产生的梯度就越明显——这确实突出了这种现象的集体性!”

此外，研究人员发现t细胞——破坏有害细菌的特异性免疫细胞——也受益于这种动态相互作用，以增强它们自己的定向运动。“我们渴望在正在进行的项目中发现更多关于细胞群体之间这种新的相互作用原理，”这位物理学家继续说道。

增强免疫反应

这些发现是研究细胞如何在我们体内运动的新方向上迈出的一步。与之前所认为的相反，免疫细胞不仅对趋化因子有反应，而且还通过消耗这些化学信号在塑造自身环境方面发挥积极作用。这种信号信号的动态调节提供了一种优雅的策略来指导它们自己和其他免疫细胞的运动。

这项研究对我们理解免疫反应是如何在体内协调的具有重要意义。通过揭示这些机制，科学家们可能会设计出新的策略来增强免疫细胞对特定部位(如肿瘤细胞或感染区域)的招募。

Journal Reference:

1. 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