Science:狩猎免疫细胞的启停系统

【字体: 时间:2021年06月22日 来源:Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics

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  研究人员破解了中性粒细胞群集的基本生物学,现在发现这些细胞也进化出一种内在的分子程序来自我限制它们的群集活动。这项研究阐明了成群的中性粒细胞是如何对自己分泌的信号变得不敏感的,而这些信号首先将成群的中性粒细胞聚集在一起。这一过程对于有效清除组织中的细菌至关重要。

  

群集与感染

中性粒细胞是一种非常丰富的细胞,约占人体白细胞的50-70%。据估计,在一个成年人的骨髓中,每天有1000亿中性粒细胞由干细胞产生。Tim Lmmermann说:“中性粒细胞在猎杀细菌方面非常有效。”这些细胞几乎巡视我们身体的所有角落,它们非常有效地感知我们身体中任何潜在的有害物质。一旦单个中性粒细胞检测到组织中损坏的细胞或入侵的微生物,它们就开始分泌吸引信号,通过邻近的中性粒细胞的细胞表面受体来招募更多的细胞。”通过使用这种细胞间的通讯,中性粒细胞可以一起作为一个细胞集合体,并有效地协调它们清除病原体的蜂群。

保护宿主和破坏组织之间的微妙界限

然而,这种形式的有益炎症也会过度,导致大量组织损伤。如果反应的强度或持续时间失调,用于消除入侵病原体的相同机制也会对健康组织造成附带损害。例如,中性粒细胞释放的物质可以杀死入侵的病原体,同时也会侵蚀蛋白质和糖的网状结构,从而为组织提供结构支持。Tim说:“在这项研究中,我们从如何阻止反应来避免不受控制的中性粒细胞积累和防止过度炎症开始。过度炎症会导致退化性疾病,如癌症、糖尿病和自身免疫性疾病。”在以前的研究中,他和他的团队已经发现了分子机制,启动了类似集体的群集行为。然而,结束这种反应的过程仍然是未知的。

在炎症和感染的研究领域中,中性粒细胞的聚集仍是一个比较新颖的话题,其机制的研究才刚刚开始。Tim Lmmermann实验室的最新研究揭示了中性粒细胞如何自我限制其在细菌感染组织中的成群活动,从而平衡搜索与破坏阶段,有效地消除病原体。

通过使用专门的显微镜实时可视化活小鼠组织中的免疫细胞动态,研究人员证明,成群的中性粒细胞对其自身分泌的信号变得不敏感,而这些信号最初是启动了蜂群。

Tim说:“我们在中性粒细胞中发现了一种分子断裂,一旦它们感觉到大量中性粒细胞聚集的群体吸引物的高浓度积累,就会停止它们的运动。”“这是令人惊讶的,因为普遍观点认为,组织环境释放的外部信号对于在炎症消退阶段停止中性粒细胞活动至关重要,”Wolfgang Kastenmüller评论,他是Würzburg大学Max Planck研究小组系统免疫学的合作科学家。

内部启动-停止系统,最佳的细菌清除

根据在中性粒细胞中发现的启停系统,研究人员重新评估了目前关于中性粒细胞如何在组织中导航以有效消灭细菌的观点。在中性粒细胞缺乏停止机制的实验中,该团队观察到免疫细胞过度聚集并扫描大面积细菌感染组织,这将细胞的行为与功能启动-停止系统进行了对比。

然而,这种放大的群集和扫描并没有使这些细胞更好地杀灭病原体。“令人惊讶的是,我们发现了相反的情况。当中性粒细胞移动太快,像疯了一样跑来跑去,这是无益的。相反,对它们来说,停下来一起享受一顿细菌大餐似乎更有利——这能更有效地遏制组织中的细菌生长,”Tim解释道。

有了这些结果,该团队为更好地理解中性粒细胞生物学铺平了道路,这对免疫宿主抵御细菌至关重要,并可能为未来的治疗方法提供信息。此外,群体行为和潜在的机制也可以通知其他类别的集体行为和自组织的细胞。

Journal Reference:

  1. Korbinian Kienle, Katharina M. Glaser, Sarah Eickhoff, Michael Mihlan, Konrad Knöpper, Eduardo Reátegui, Maximilian W. Epple, Matthias Gunzer, Ralf Baumeister, Teresa K. Tarrant, Ronald N. Germain, Daniel Irimia, Wolfgang Kastenmüller, Tim Lämmermann. Neutrophils self-limit swarming to contain bacterial growth in vivo. Science, 2021; 372 (6548): eabe7729 DOI: 10.1126/science.abe7729

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