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組裝細菌“大殺器” 免疫系統避免“走火”有絕招

  • 來源:科技日報
  • 2018年11月07日 09:45
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  • https://upload.vodjk.com/2018/1107/1541555122234.jpg http://www.09761378.com/news/keji/ 科技日報 細菌 免疫系統 2661 近日,《細胞》雜志在線刊登中國工程院院士、南開大學校長曹雪濤團隊的重要發現,闡述了“基地”與“作戰部隊”配合的生命機制。

    組裝細菌“大殺器” 免疫系統避免“走火”有絕招

    緊張有序的備戰場景,每天在人體內的免疫系統輪番上演——

    敵人觸碰警戒線;警戒巡視系統拉響緊急警報;信號兵就位發出組織防御反擊的信號;基地提供物資保障;作戰部隊全員出動;整裝之后,旋即發兵,與敵交火。

    近日,《細胞》雜志在線刊登中國工程院院士、南開大學校長曹雪濤團隊的重要發現,闡述了“基地”與“作戰部隊”配合的生命機制。

    “就像炮彈上膛后,才給裝配引線一樣,我們發現免疫細胞遷移出血管時,才會在血管內皮細胞上結合一個特殊分子,進而‘引爆’免疫細胞殺滅細菌的能力。”論文通訊作者曹雪濤通俗地解釋道,機體用這一機制限制免疫細胞只有遷移到感染部位后才能“正當防衛”,以避免免疫系統的“走火”。

    該研究的亮點在于揭示了宿主非免疫細胞與固有免疫細胞的相互作用,以調控免疫細胞的激活及成熟。“炎癥剛一發生,血管中的血液從軸流的狀態減速,免疫細胞在血管的內皮上滾動前進,不斷地和血管內皮相互接觸,我們首次發現這種接觸是有生物功能意義的。”論文第一作者、中國醫學科學院基礎醫學研究所免疫治療研究中心許小青博士接受科技日報記者采訪時說。

    一張“角色扮演表” 看懂巨噬細胞“吃”細菌線路

    為了更好地理解這一復雜的跨細胞線路,先明確一下“角色扮演表”:

    敵人,即胞內感染細菌,包括李斯特菌、結核桿菌等;

    巡視系統,即T細胞、白細胞等,發現不同“敵人”會發出不同信號;

    信號兵,可理解為干擾素,發現細菌發出干擾素γ,發現病毒會發出干擾素α或β,這里是γ;

    接受炎癥因子的信號后,基地(宿主體細胞,此次為血管內皮細胞)會表達大量的內皮細胞選擇素(E-selectin);而作戰部隊(巨噬細胞)在之前是未活化狀態,與血管內皮細胞選擇素作用后,才被活化,履行“固有免疫”的職責,殺伐外源細菌。

    “這是一個持續了8年的研究工作。”許小青介紹,其中分子機制的研究耗時最長,占了全部研究的一半時間。

    “我們發現,一個敲除E-selectin基因的小鼠,被李斯特菌感染之后,巨噬細胞的表現和正常小鼠是不同的。”許小青說,有活性的巨噬細胞不僅從血管中流出得少了,它的活性還降低了。

    一個正常攜帶E-selectin基因的小鼠在受到細菌感染發炎后,血液流動變慢,巨噬細胞打著滾地與血管的內表皮接觸,并會從血管壁擴散出來,到達炎癥發生地,開始殺滅細菌的工作。

    但是一旦缺乏E-selectin的表達,小鼠的表現是抵達“戰場”的部隊人數少了,殺傷力也不行了。“E-selectin缺失小鼠在細菌感染后,巨噬細胞應該到達脾臟,引起脾臟腫大,但它的脾臟大小沒發生任何變化。此外,我們的另一計數實驗結果也表明巨噬細胞的數量大幅下降。”許小青說,“我們對于細胞活性分子的檢測也證明了巨噬細胞的活化受阻。”

    從細胞層面看,E-selectin是活化巨噬細胞必不可少的要素。“已有研究僅知道E-selectin能夠介導免疫細胞從血管中游出來,到炎癥部位抗菌,但是并不知道這個過程中,它還有活化免疫細胞的功能。”許小青說,課題組想在分子層面證明活化如何進行。

    一邊高一邊低 “蹺蹺板”濃度提示通路“堵點”

    “因為巨噬細胞的活化,意味著干擾素γ到達巨噬細胞表面與表面受體結合,才會引發活化,所以我們剛開始猜想是不是干擾素γ少了,沒有去刺激巨噬細胞活化。”許小青回憶,但是干擾素γ的檢測試驗卻給了他們一個否定的答案——血清中干擾素γ的表達非但不低,反而異常升高。

    “我們就覺得很新奇,前端增加,后端減少,那應該是中間有環節出了問題。”許小青說,細胞通路猶如現實中的管路,“截流”或者“淤堵”點的前后就會出現汪洋和干涸的明顯對比。“蹺蹺板”式的濃度揭示出“淤堵”發生在巨噬細胞的內部通路中。

    那么究竟是什么造成了這個淤堵?

    “干擾素γ活化巨噬細胞時,會有一個非常特異的通路,叫做JAK-STAT通路。我們發現這個通路的活性下降了。”許小青說,對于這個通路的幾個關鍵活性分子的活檢,證實了通路活性下降的猜測。

    一條路沿線的關鍵分子活性都不高,表明這條通路的淤堵發生在源頭,就是整個通路從開頭沒有被激活,而不是在細胞內中斷的。“我們據此懷疑是細胞膜上干擾素γ的受體出了問題。”許小青說。

    已經有研究證明細胞膜上的受體由兩種亞基組成,這兩種亞基分別是IFN-γR1與IFN-γR2。IFN-γR1組成型表達于有核細胞表面,主要結合IFN-γ。IFN-γR2在細菌感染宿主后,易位于細胞膜并誘導型表達于細胞膜表面形成功能性IFN-γ受體。

    可以理解為,R1生而住在細胞膜上,作用是“外聯”,接待來造訪的干擾素γ,而R2是后來轉運到膜上來的,作用是“內通”,外來的信號能不能轉到細胞內部,誘發細胞內反應,要看R2工不工作。

    整個跨細胞線路的“排查”研究工作進行到這里,基本可以鎖定目標——對于E-selectin缺失小鼠來說,問題出在巨噬細胞表面的干擾素γ受體,其R2部分沒有進入正常的工作狀態。

    細胞內部探秘 嚴格的“排他”證明還原真相

    鎖定目標,課題組用時4年。接下來的4年將是最艱難的機制研究工作,需要探秘的地點也轉移到細胞內部,以及對IFN-γR2從誕生到轉移的過程解析。

    R2亞基的實質是蛋白質,課題組從它的翻譯開始“尋根問底”。

    資料顯示,蛋白由核糖體翻譯,需要易位的蛋白要到內質網、高爾基體進行修飾后再到達細胞膜。“有些到達細胞膜的蛋白還可能被細胞內吞,然后被消化掉。”許小青說,所有這些細胞中的循環都要在機制研究中進行證明和摸索,才能最終“排查”出一條IFN-γR2的生命線,并證明該過程受到E-selectin影響。

    “我們要探討,E-selectin缺失小鼠中,這個循環中究竟哪一步受到了影響。”許小青說,研究每一個步驟,需要不同的方法。例如編碼IFN-γR2基因的轉錄有沒有受到E-selectin的影響,課題組檢測相關RNA,發現沒有降低的影響。

    “我們檢測從翻譯到修飾過程中,R2蛋白在不同階段的產物,看在哪里濃度降低了。”許小青說,最終,通過將高爾基體分離出來,發現高爾基體上的R2亞基含量劇增,而膜上卻少了。

    “蹺蹺板”濃度再次出現,目標鎖定了,問題的癥結就在“蹺蹺板”的支點上。“最終發現問題出在高爾基體到細胞膜的這一步。”許小青說。結合此前E-selectin分子對巨噬細胞酪氨酸激酶通路的影響,找到共同聚焦點,課題組最終得出結論:E-selectin分子影響了酪氨酸激酶分子對R2進行位點的選擇性磷酸化,磷酸化后的R2與轉運蛋白結合,促其從高爾基體轉運到細胞膜。

    可見,沒有E-selectin,就沒有R2與轉運蛋白的結合,因此難以上膜。

    “在細胞內部,有很多可能的路徑,我們都要一一證明,最終排查出這個路徑。”許小青說,這也是《細胞》雜志能夠接收的原因,所有的證明都要強有力。課題組甚至通過為小鼠進行骨髓干細胞移植的方法,排除血液中其他可能的因素,證明只有E-selectin能夠產生該功能。

    有分析認為,該研究從動態的角度對細胞膜上受體的表達進行了首次闡釋,同時首次證實了炎性環境下,血管內皮細胞可以通過E-Selectin來預先活化即將發揮重要吞噬功能的巨噬細胞。

    標簽:  細菌 免疫系統

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