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狩猎免疫细胞的启停系统

中性粒细胞属于我们免疫系统的第一反应者。它们在我们体内循环并在受感染的组织中捕食,以摄取、杀死和消化有害病原体。为了在发炎组织的非常复杂的情况下成为如此有效的杀手,他们作为一个集体一起工作。它们释放化学信号以吸引其他细胞形成细胞簇并作为群体攻击。弗莱堡马克斯普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的研究人员破译了中性粒细胞集群的基本生物学,现在表明细胞还进化出一种内在的分子程序来自我限制它们的集群活动。该研究阐明了成群结队的中性粒细胞如何变得对它们自己分泌的信号变得不敏感,而这些信号首先将群体聚集在一起。

通过皮肤等屏障可以很好地保护身体免受入侵的病原体的侵害。但是,如果您弄伤自己并弄破皮肤,病原体很容易通过伤口进入您的身体并导致严重感染。如果发生这种情况,先天免疫系统将接管第一道快速防御,并通过大量有效的细胞武器大量渗入受伤组织。作为现场最早的细胞类型之一,中性粒细胞在几小时内从血液中募集到感染部位,以消除潜在的微生物入侵者。

蜂拥而至,对抗感染

“中性粒细胞在寻找和杀死细菌方面非常有效,”Tim Lämmermann 说。弗莱堡免疫生物学和表观遗传学 MPI 的组长研究了这种重要的细胞类型。中性粒细胞是高度丰富的细胞约占人体白细胞的 50-70%。据估计,成人每天从骨髓中的干细胞产生 1000 亿个中性粒细胞。“这些细胞几乎在我们身体的各个角落巡逻,它们非常有效地感知我们体内任何可能有害的东西。一旦单个中性粒细胞检测到组织中受损的细胞或入侵的微生物,它们就会开始分泌通过细胞表面受体起作用的有吸引力的信号在邻近的中性粒细胞上招募越来越多的细胞。” 通过使用这种细胞间通讯,中性粒细胞可以作为一个细胞集体共同行动,并作为一个群体有效地协调它们对病原体的清除。

宿主保护和组织破坏之间的细微差别

然而,这种形式的有益炎症也可能导致大量组织损伤。如果反应的强度或持续时间变得失调,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,中性粒细胞释放以杀死入侵病原体的物质也会侵蚀蛋白质和糖类的网络,从而为组织提供结构支持。“在这项研究中,我们从什么阻止了蜂拥反应开始,以避免中性粒细胞不受控制的积累并防止过度炎症,这会导致癌症、糖尿病和自身免疫性疾病等退行性疾病,”蒂姆·拉默曼说。在以往的研究中,他和他的团队已经发现了引发类似集体蜂拥行为的分子机制。然而,结束这种反应的过程仍然未知。

中性粒细胞群在炎症和感染研究领域仍然是一个相对较新的话题,其潜在机制才刚刚开始研究。Tim Lämmermann 实验室的最新研究现在揭示了中性粒细胞如何自我限制其在细菌感染组织中的集群活动,从而平衡搜索与破坏阶段以有效消除病原体。

通过使用专门的显微镜对活体小鼠组织中的免疫细胞动态进行实时可视化,研究人员证明蜂拥而至的中性粒细胞变得对它们自己最初启动蜂群的分泌信号不敏感。“我们发现中性粒细胞中的一个分子断裂会阻止它们的运动,一旦它们感觉到大中性粒细胞簇中聚集的高浓度群体引诱剂,”蒂姆·拉默曼说。“这是令人惊讶的,因为普遍的观点表明,从组织环境释放的外部信号对于在炎症消退阶段阻止中性粒细胞活动至关重要,”马克斯普朗克大学系统免疫学合作科学家 Wolfgang Kastenmüller 评论道。维尔茨堡。

内部启停系统可实现最佳细菌清除

鉴于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除细菌的观点。在缺乏停止机制的中性粒细胞的实验中,该团队观察到免疫细胞过度聚集并扫描大面积的细菌感染组织,这与具有功能启动-停止系统的细胞行为形成对比。然而,这种放大的集群和扫描并没有使这些细胞成为更好的病原体杀手。“令人惊讶的是,我们得出了相反的发现。当中性粒细胞走动太快,像疯了似的跑来跑去。相反,他们停下来一起享受一顿美味的细菌似乎更有利——这更有效地控制组织中的细菌生长,”蒂姆·拉默曼解释说。

有了这些结果,该团队为更好地了解中性粒细胞生物学铺平了道路,这对于免疫宿主防御细菌至关重要,并且可以为未来的治疗方法提供信息。此外,蜂拥行为和潜在机制还可以为细胞和昆虫中其他类别的集体行为和自组织提供信息。

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