Sadjadi et al., Biophysical Journal, 2020

一项最新的研究表明：白细胞（细胞毒性T淋巴细胞，即CTL）能够在组织中打洞，为急行军扫清道路。在光学显微镜下，科学家看到染色过的CTL细胞穿过胶原纤维，并在其中开辟隧道的情景：

Sadjadi et al., Biophysical Journal, 2020

CTL细胞（cytotoxic T lymphocyte，即细胞毒性T淋巴细胞），在T细胞免疫应答中起重要作用。其功能特点是可以在MHC限制的条件下，直接、连续、特异性的杀伤靶细胞（病原体感染细胞和肿瘤细胞等）。在疾病或感染初期，这些靶标的数量通常很少，因此，CTL细胞快速搜索靶细胞的能力对于有效的免疫很重要。

CTL细胞对靶细胞的杀伤过程可以分为三个时相：

• 接触相：CTL通过TCR及粘附分子与靶细胞接触。此过程只需要几分钟。
• 分泌相：CTL与靶细胞紧密结合，CTL活化并使细胞颗粒性内容物呈现极化分布，随即启动胞吐机制，分泌细胞毒性物质，作用于靶细胞。
• 裂解相：靶细胞死亡的过程。

研究结果表明，前期CTL细胞会在通过ECM（组织的主要成分，细胞外基质），创造通道时移动缓慢。随后，后期CTL细胞则会快速通过这些通道，其目标大概是为了有效地搜索并清除目标细胞。表明了组织的细胞外基质的调节特性将对免疫反应的效率产生影响，并可能带来癌症治疗新治疗策略。

其相关研究于近日发表在 Biophysical Journal 上。

细胞外基质有不同类型，包括血浆和结缔组织。这些组织都是复杂的障碍，它们被由胶原纤维支架、弹性蛋白和粘性蛋白粘附在一起。细胞外囊泡和细胞都在其中，毛细血管从中经过。

在各种类型的癌症中，胶原网络在肿瘤附近变得致密、僵硬、高度排列，促进了癌细胞的运输，使ECM在癌症转移、侵袭和预后中发挥重要作用。理解免疫细胞在胶原网络中的迁移和相互作用对于解开免疫反应的潜在细节和设计有效的治疗策略是至关重要的。

为了解决这个问题，科研人员使用3D网络模拟了不同浓度的牛胶原蛋白的ECM，并使用光片显微镜的3D活细胞成像分析了人体CTL在基质中的迁移轨迹。CTL细胞显示了3种不同类型的运动：慢、快和混合。下面数学模型表明细胞移动在快、慢状态之间切换。

CTL细胞在3D胶原基质中的迁移可视化

在靶细胞存在的情况下，胶原网络中的自然杀伤细胞（即NK细胞）也有类似的运动类型。NK细胞具有与CTL细胞相似的免疫功能。

研究者表示：CTL细胞和NK细胞运动轨迹特征的相似性，表明了两种细胞通过胶原网络迁移的共同机制。根据最初的发现，研究人员假设CTL细胞移动缓慢，因为它们要推开并撕裂胶原纤维形成通道，从而促进胶原网络中其他类型 T细胞的快速移动。实验证据支持这一假设。这项研究的一个重要限制是，它使用的是合成胶原基质。但活组织中含有许多可能影响免疫细胞迁移行为的其他成分。

研究人员接着将计划分析T细胞对 ECM的长期影响。他们还将研究这些通道是否能增强CTL细胞在胶原基质中寻找靶细胞的能力。

当然，目前仅在科学家的简化模型中得到了验证，而人类实际的结缔组织是更为复杂的世界，那里的免疫因子具体如何运动，还未得知。但是在另一种免疫细胞中也观察到了类似的迁移方式。

在先前的研究里发现，CTL细胞会主动攻击大鼠发炎的结缔组织，这支持了它们可以调控细胞外基质，甚至导致关节炎的观点。了解CTL细胞如何在这些组织中迁移，将对免疫应答的效率产生影响，并可能为癌症治疗提供新的策略，以助免疫系统一臂之力。

参考文献：

https://doi.org/10.1016/j.bpj.2020.10.020