细胞动态视频发表Science文章

　　

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生物通报道：T细胞是免疫系统的警察，如同“火眼金睛”般的发现疾病迹象。像大多数细胞一样，它们通过直接的身体接触感受周围环境。T细胞是如何快速、准确地将入侵者与感染和其他危险区别开来的呢？事实上，这仍然是一个谜。

2017年5月11日，《Science》杂志刊登了加州大学旧金山研究所（UCSF）的一项最新发现。运用无与伦比的活细胞成像捕捉技术，研究人员发现T细胞表面的触手状突起一直都在不断地运动，它们以不规则的几何模式，攀爬到每个独立细胞表面，使T细胞在不断行进过程中，能以最短的时间感知潜在的威胁或感染迹象。

以前的技术仅能获得T细胞的表面快照，而现在利用动态成像系统，我们可以看到T细胞表面的“小指头”的实时动态活动，从而让我们了解了它们的工作效率。免费索取2016十大创新技术BioTek Lionheart FX 活细胞成像系统的详细技术手册

UCSF的病理学副教授Matthew Krummel博士说：“T细胞的这种工作状态的发现，有助于研究人员了解传染性生物或癌细胞逃避T细胞检查的相应对策，帮助T细胞识破它们的诡计。”

事实上，T细胞的这种高效搜索工作模式是免疫应答的关键。

当T细胞在体内不间断地快速巡逻时，它们会与一系列“线人”保持密切的联系。这些线人指的是其他免疫细胞，它们在细胞表面显示它们所发现的蛋白质片段（抗原）以供T细胞检测。如果T细胞与这些抗原呈递细胞中的某一个相遇后，它察觉出了可能的危险蛋白质片段，它便发出警报，向免疫系统下达全面出击，击退入侵者的信号。

科学家们估计，人体内大约只有100个T细胞能识别和响应特定抗原，这100多名“巡警”昼夜不停的巡视着整个身体。Krummel说：“这意味着免疫系统必须在第一时间找到已经攻入体内的入侵者，如果某个恰好经过的T细胞在首轮接触中，未能识别该病毒，等下一次再有T细胞经过时可能已经过去了几个小时，病毒早已复制了千万个拷贝。”

新成像技术，向科学家们展示T细胞能利用触觉相互沟通。

这种高分辨率细胞成像技术被称作晶格光片显微术（lattice light-sheet microscopy），由2014年诺贝尔奖获得者之一Eric Betzig博士和UCSF团队合作开发。

使用这种技术，研究团队在细胞膜上打了人工模拟的抗原补丁，然后观察小鼠T细胞的工作瞬间。他们发现，T细胞微绒毛相互独立地以最优化的空间扫描模式——类分形几何（fractal-like geometry）式地摸索被检测细胞。

这是一种高效的触摸模式，经计算，被命名为“免疫突触”的T细胞的微绒毛们平均可在1分钟内完成接触表面98%的区域的检索工作。

为了研究免疫突触的工作细节，本文作者设计了一种新的方法来同时跟踪免疫突触和T细胞受体（TCR）蛋白。TCR蛋白是检测靶抗原的直接工具。研究人员在抗原呈递细胞膜上安装了微小的荧光颗粒， T细胞微绒毛不得不推开它们才能接触到抗原呈递细胞的细胞膜表面。这使得研究人员可以通过缺少荧光颗粒的位点可视化微绒毛的活动，同时，使用另外一种颜色的荧光素标记TCRs。使用两种颜色同时捕捉微绒毛和TCRs的所有活动，这种技术被称作“突触接触映射（synaptic contact mapping）”。我想了解Cytation 5细胞成像微孔板检测系统的更多信息

研究人员发现，单个微绒毛以平均4秒一次的频率捅或刺抗原呈递细胞，而当微绒毛发现具有潜在威胁的抗原后，它们不仅将接触时间延长至20秒，还召唤出了大量的TCRs，表明T细胞根据这些抗原正在发动免疫应答。

T细胞的这种工作方式有些类似海葵的感觉器官，当它们想获得另一个细胞的信息时，它们唯一的机会就是短暂的亲密接触期。如果在接触过程中，它们没有检测到强烈的信号，它们便会放过细胞继续前进。

实时成像技术为免疫和疾病研究开辟了新的机会。

Krummel的团队也观察了其他类型的免疫细胞的表面，如树突状细胞和B细胞，这些在免疫反应中扮演者不同角色的细胞，似乎都有着不同模式的如触须状的表面突起，有的是波纹状的，有的是像窗帘一样的百褶状，这些与外界交流的触手们有待更多的探索研究。

了解免疫系统的识别和攻击方式，将有助于科学家们寻找纠正办法，解决自身免疫性疾病和癌症中的免疫错误。

原文标题：Visualizing dynamic microvillar search and stabilization during ligand detection by T cells