兩個軌道重疊的免疫細胞 圖片來源：Sadjadi等
近日，研究人員在Cell Press細胞出版社旗下期刊Biophysical Journal上報告說，一種被稱為細胞毒性T淋巴細胞（CTL）的白細胞能在組織中挖掘隧道，有可能使其他CTL快速到達受感染細胞和腫瘤細胞。結果表明，一些CTL會在通過細胞外基質（ECM）——組織的主要成分——創造通道時移動緩慢。隨後，其他CTL快速通過這些通道，大概是為了有效地搜索並清除目標細胞。
「人們尚未弄清，免疫細胞的遷移行為以及它們在細胞外基質中的搜索策略，而且目前物理學和生物學領域對此有較大興趣。」薩爾州大學的高級研究作者Heiko Rieger說，「我們的發現表明，組織ECM的調節特性將對免疫反應的效率產生影響，並可能帶來癌症治療新治療策略。」
CTL在清除病原體感染細胞和腫瘤細胞中發揮關鍵作用。為了找到它們的目標，它們必須在複雜的生物微環境中導航和遷移，這些環境是由ECM塑造的。在疾病發展的早期階段，這些靶細胞的數量通常很低，因此CTL快速尋找這些靶細胞的能力對有效的免疫反應至關重要。
ECM主要由膠原蛋白組成，在幾乎所有的細胞功能中都發揮著重要作用。在各種類型的癌症中，膠原網絡在腫瘤附近變得緻密、僵硬、高度排列，促進了癌細胞的運輸，使ECM在癌症轉移、侵襲和預後中發揮重要作用。「理解免疫細胞在膠原網絡中的遷移和相互作用對於解開免疫反應的潛在細節和設計有效的治療策略是至關重要的。」Rieger說。
為了解決這個問題，薩爾州大學大學的研究人員使用3D網絡模擬了不同濃度的牛膠原蛋白的ECM，並使用光片顯微鏡的3D活細胞成像分析了人體CTL在基質中的遷移軌跡。CTL顯示了3種不同類型的運動：慢、快和混合。由論文第一作者Zeinab Sadjadi建立的數學模型表明，細胞移動在快、慢狀態之間切換。
在靶細胞存在的情況下，膠原中的自然殺傷（NK）細胞也有類似的運動類型。NK細胞具有與CTL相似的免疫功能。「CTL和NK細胞運動軌跡特徵的相似性，表明了兩種細胞通過膠原網絡遷移的共同機制。」Rieger說。
根據最初的發現，研究人員假設CTL移動緩慢，因為它們要推開並撕裂膠原纖維形成通道，從而促進膠原網絡中其他T細胞的快速移動。實驗證據支持這一假設。例如，遷移的T細胞在完全相同的軌道上接連移動，它們在膠原基質中的通道狀空洞中快速移動。
這項研究的一個重要限制是，它使用的是合成膠原基質。但活組織中含有許多可能影響免疫細胞遷移行為的其他成分。
下一步，研究人員計劃分析T細胞對 ECM的長期影響。他們還將研究這些通道是否能增強CTL在膠原基質中尋找靶細胞的能力。Rieger說：「了解CTL如何在這些組織中遷移，可能會帶來預防癌症早期轉移的新治療策略。」
作者：魯亦
本文來自：中國科學報