白细胞通过内皮细胞膜隧道穿越血管壁的3D动态机制解析

为解决白细胞跨内皮迁移(TEM)过程中细胞连接重构机制不明的问题，研究人员通过高分辨率活体成像技术揭示了中性粒细胞利用内皮细胞(EC)膜重叠区域形成的三维"TEM隧道"进行穿出的新机制。研究发现PECAM-1标记的膜重叠结构不依赖VE-cadherin，且受肌动蛋白调控，该发现革新了传统"内皮细胞分离"的认知，为炎症调控提供新靶点。

　　

免疫系统防御感染的关键步骤是白细胞穿越血管壁到达炎症部位，这一过程称为白细胞跨内皮迁移(TEM)。传统理论认为，中性粒细胞通过内皮细胞连接处时，相邻内皮细胞会暂时分离形成通道。然而，这种"内皮细胞分离"假说与多项实验观察存在矛盾——为何内皮屏障能在白细胞穿越后快速恢复？为何迁移通道直径始终维持在5.5μm左右？这些未解之谜促使Werner J. van der Meer团队开展深入研究。

研究人员运用多种前沿技术：1）转基因小鼠模型（Confetti/wtCdh5CreERT2）示踪不同血管床内皮膜重叠；2）马赛克内皮细胞培养体系结合双色膜标记（mNeonGreen/mScarlet-CaaX）；3）晶格光片显微镜(LLSM)和共振扫描共聚焦实现4D超分辨成像；4）离体流动腔模型模拟生理剪切力；5）小鼠睾丸缺血再灌注模型观察体内过程。

EC membranes overlap in vivo and in vitro

通过透射电镜和双色膜标记技术，首次系统证实内皮细胞存在4μm宽的膜重叠结构，这种"叉状重叠"在肺、肝、脾等多器官血管床普遍存在。

Overlapping membranes depend on actin regulation

细胞骨架抑制剂实验显示，肌动蛋白聚合和Rho激酶信号共同调控重叠结构，而炎症因子TNF-α不改变其宽度。

Neutrophils prefer wider overlaps for TEM

定量分析发现中性粒细胞倾向选择PECAM-1标记更宽（>70%覆盖率）的短连接处穿越，首次建立膜重叠宽度与迁移效率的正相关性。

3D architecture of TEM tunnels

LLSM动态捕捉到中性粒细胞"抬升"上层内皮膜，同时"爬行"于下层膜形成的5.5μm隧道，该结构由两端EC共同构建，含ICAM-1支撑的基底膜。

Diapedesis routes integration

发现约26%迁移事件兼具跨细胞和旁细胞特征，颠覆传统二分法分类，揭示EC膜结构可塑性。

PECAM-1 marks tunnels in vivo

小鼠睾丸缺血模型中，非阻断性PECAM-1抗体证实隧道结构存在于活体，其环形分布模式与体外实验高度一致。

这项发表于《Cell Reports》的研究彻底革新了对白细胞迁移的认知：1）提出"膜隧道"新模型，解释迁移通道尺寸恒定的物理基础；2）揭示PECAM-1作为隧道标记物的诊断价值；3）发现肌动蛋白-Rho激酶轴是调控隧道稳定性的关键靶点。该成果为开发靶向炎症的新型药物（如阻断病理性白细胞外渗）提供了理论依据，同时为组织工程中血管屏障设计提供仿生学启示。