▎藥明康德内容團隊編輯
将一大堆石塊緊密地逐層堆疊，我們可以得到一面嚴密的石牆。同樣，在我們的身體中，細胞緊密排列也可以形成如同牆壁的緻密組織。這時，對于在組織間遊動的免疫細胞來說，這面“牆”似乎堵住了它們的道路，讓它們難以進入組織内部。
但我們知道，我們體内的免疫細胞并沒有束手就擒。它們必然找到了某條特殊的路徑，才能在緻密的細胞組織中穿行、進行免疫應答。本周，一篇發表于《科學》的最新研究找到了答案，揭示了免疫細胞進入組織内部的全過程。值得一提的是，這篇論文的作者中還有三位是當地的高中生，他們也為這項研究作出了貢獻。
為了研究這個過程，由奧地利科學技術研究院Daria E. Siekhaus教授上司的團隊選擇果蠅作為研究對象。他們想觀察的是，果蠅重要的免疫細胞——巨噬細胞，是如何進入其胚胎中的。
在果蠅的胚胎發育早期，巨噬細胞遵循指導信号分子，來到胚胎外胚層與中胚層的交界處。在這裡，巨噬細胞遭遇了胚胎細胞緊密排列形成的障礙。然而，在顯微鏡下看到的卻是這些巨噬細胞排成了長隊，如同一條長鍊緩慢通過了組織間隙、進入組織。那麼，這些巨噬細胞，尤其是第一個細胞是如何突破屏障的？
▲巨噬細胞（品紅色）在果蠅胚胎中遷移，藍點表示即将分裂的胚胎細胞（圖檔來源：Maria Akhmanova）
Siekhaus教授團隊在高分辨率顯微鏡下追蹤這一過程後發現，當第一個巨噬細胞抵達入口處時，它等待的是一個特殊的時期：其面前的外胚層細胞在進行有絲分裂之前，會首先變圓，形态近似于球形。這時，外胚層細胞與周圍基質的連接配接（即黏着斑）明顯減弱。
對打頭陣的巨噬細胞來說，這正是它所期待的突破口。巨噬細胞将細胞核移動到細胞的前端，進而向前運動，從外胚層與中胚層之間的薄弱地帶進入胚胎組織。随着第一個巨噬細胞的進入，其他排隊等候的巨噬細胞也找到了方向，它們跟随着前方的同伴魚貫而入。
▲巨噬細胞進入胚胎組織的過程（圖檔來源：Maria Akhmanova）
對于研究者來說，還有一個問題沒有解釋：真正造成巨噬細胞能夠進入的，究竟是細胞的形态變化，還是細胞連接配接的減弱？
為了解決這個問題，他們利用光遺傳學手段，分别誘導與細胞形态和細胞連接配接相關的基因變化。結果是，僅僅是細胞變成球形，并不足以讓巨噬細胞進入；相反，通過基因突變人為減少細胞連接配接，卻可以讓巨噬細胞進入。
▲巨噬細胞進入時，面前的外胚層細胞轉變為圓形（圖檔來源：Maria Akhmanova）
在近期的研究中，Siekhaus教授團隊還揭示了更多關于這個過程的發現。例如，為了穿過障礙，一種名為Atossa的核蛋白為打頭陣的巨噬細胞提供了能量；此外，為了避免細胞核損傷，巨噬細胞還形成了由肌動蛋白纖維構成的保護。
“細胞分裂是控制巨噬細胞進入組織的關鍵過程，這個優雅的概念具有強大的影響力。” Siekhaus教授說。
巨噬細胞進入組織的機制，或許同樣對其他類型的免疫細胞十分關鍵。是以，這個發現還有望幫助科學家了解更多生理過程：操控組織細胞的連接配接或分裂過程是否有助于免疫細胞侵入、對抗惡性良性腫瘤，或者是否有助于減弱免疫細胞在自身免疫期間攻擊組織的能力。
這篇論文的作者除了來自奧地利科學技術研究院和歐洲分子生物學實驗室的科學家，還有3名奧地利克洛斯特新堡高中的小作者。他們在Siekhaus實驗室參觀期間，參與了果蠅相關的實驗工作，并且寫代碼幫助提升了圖像分析的速度。正如這篇論文的第一作者Maria Akhmanova博士所說：“這個項目的成功離不開衆多科學家以及3位充滿熱情的高中生的共同合作。”
參考資料：
[1] Maria Akhmanova et al. 2022. Cell division in tissues enables macrophage infiltration. Science. DOI: 10.1126/science.abj0425
[2] Dividing walls: How immune cells enter tissue. Retrieved Apr. 21, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/950073
更多推薦
點個“在看”再走吧~