緊張有序的備戰(zhàn)場景，每天在人體內(nèi)的免疫系統(tǒng)輪番上演——

敵人觸碰警戒線；警戒巡視系統(tǒng)拉響緊急警報(bào)；信號兵就位發(fā)出組織防御反擊的信號；基地提供物資保障；作戰(zhàn)部隊(duì)全員出動(dòng)；整裝之后，旋即發(fā)兵，與敵交火。

近日，《細(xì)胞》雜志在線刊登中國工程院院士、南開大學(xué)校長曹雪濤團(tuán)隊(duì)的重要發(fā)現(xiàn)，闡述了“基地”與“作戰(zhàn)部隊(duì)”配合的生命機(jī)制。

“就像炮彈上膛后，才給裝配引線一樣，我們發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞遷移出血管時(shí)，才會(huì)在血管內(nèi)皮細(xì)胞上結(jié)合一個(gè)特殊分子，進(jìn)而‘引爆’免疫細(xì)胞殺滅細(xì)菌的能力。”論文通訊作者曹雪濤通俗地解釋道，機(jī)體用這一機(jī)制限制免疫細(xì)胞只有遷移到感染部位后才能“正當(dāng)防衛(wèi)”，以避免免疫系統(tǒng)的“走火”。

該研究的亮點(diǎn)在于揭示了宿主非免疫細(xì)胞與固有免疫細(xì)胞的相互作用，以調(diào)控免疫細(xì)胞的激活及成熟。“炎癥剛一發(fā)生，血管中的血液從軸流的狀態(tài)減速，免疫細(xì)胞在血管的內(nèi)皮上滾動(dòng)前進(jìn)，不斷地和血管內(nèi)皮相互接觸，我們首次發(fā)現(xiàn)這種接觸是有生物功能意義的。”論文第一作者、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所免疫治療研究中心許小青博士接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)說。

一張“角色扮演表” 看懂巨噬細(xì)胞“吃”細(xì)菌線路

為了更好地理解這一復(fù)雜的跨細(xì)胞線路，先明確一下“角色扮演表”：

敵人，即胞內(nèi)感染細(xì)菌，包括李斯特菌、結(jié)核桿菌等；

巡視系統(tǒng)，即T細(xì)胞、白細(xì)胞等，發(fā)現(xiàn)不同“敵人”會(huì)發(fā)出不同信號；

信號兵，可理解為干擾素，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌發(fā)出干擾素γ，發(fā)現(xiàn)病毒會(huì)發(fā)出干擾素α或β，這里是γ；

接受炎癥因子的信號后，基地（宿主體細(xì)胞，此次為血管內(nèi)皮細(xì)胞）會(huì)表達(dá)大量的內(nèi)皮細(xì)胞選擇素（E-selectin）；而作戰(zhàn)部隊(duì)（巨噬細(xì)胞）在之前是未活化狀態(tài)，與血管內(nèi)皮細(xì)胞選擇素作用后，才被活化，履行“固有免疫”的職責(zé)，殺伐外源細(xì)菌。

“這是一個(gè)持續(xù)了8年的研究工作。”許小青介紹，其中分子機(jī)制的研究耗時(shí)最長，占了全部研究的一半時(shí)間。

“我們發(fā)現(xiàn)，一個(gè)敲除E-selectin基因的小鼠，被李斯特菌感染之后，巨噬細(xì)胞的表現(xiàn)和正常小鼠是不同的。”許小青說，有活性的巨噬細(xì)胞不僅從血管中流出得少了，它的活性還降低了。

一個(gè)正常攜帶E-selectin基因的小鼠在受到細(xì)菌感染發(fā)炎后，血液流動(dòng)變慢，巨噬細(xì)胞打著滾地與血管的內(nèi)表皮接觸，并會(huì)從血管壁擴(kuò)散出來，到達(dá)炎癥發(fā)生地，開始?xì)缂?xì)菌的工作。

但是一旦缺乏E-selectin的表達(dá)，小鼠的表現(xiàn)是抵達(dá)“戰(zhàn)場”的部隊(duì)人數(shù)少了，殺傷力也不行了。“E-selectin缺失小鼠在細(xì)菌感染后，巨噬細(xì)胞應(yīng)該到達(dá)脾臟，引起脾臟腫大，但它的脾臟大小沒發(fā)生任何變化。此外，我們的另一計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明巨噬細(xì)胞的數(shù)量大幅下降。”許小青說，“我們對于細(xì)胞活性分子的檢測也證明了巨噬細(xì)胞的活化受阻。”

從細(xì)胞層面看，E-selectin是活化巨噬細(xì)胞必不可少的要素。“已有研究僅知道E-selectin能夠介導(dǎo)免疫細(xì)胞從血管中游出來，到炎癥部位抗菌，但是并不知道這個(gè)過程中，它還有活化免疫細(xì)胞的功能。”許小青說，課題組想在分子層面證明活化如何進(jìn)行。

一邊高一邊低 “蹺蹺板”濃度提示通路“堵點(diǎn)”

“因?yàn)榫奘杉?xì)胞的活化，意味著干擾素γ到達(dá)巨噬細(xì)胞表面與表面受體結(jié)合，才會(huì)引發(fā)活化，所以我們剛開始猜想是不是干擾素γ少了，沒有去刺激巨噬細(xì)胞活化。”許小青回憶，但是干擾素γ的檢測試驗(yàn)卻給了他們一個(gè)否定的答案——血清中干擾素γ的表達(dá)非但不低，反而異常升高。

“我們就覺得很新奇，前端增加，后端減少，那應(yīng)該是中間有環(huán)節(jié)出了問題。”許小青說，細(xì)胞通路猶如現(xiàn)實(shí)中的管路，“截流”或者“淤堵”點(diǎn)的前后就會(huì)出現(xiàn)汪洋和干涸的明顯對比。“蹺蹺板”式的濃度揭示出“淤堵”發(fā)生在巨噬細(xì)胞的內(nèi)部通路中。

那么究竟是什么造成了這個(gè)淤堵？

“干擾素γ活化巨噬細(xì)胞時(shí)，會(huì)有一個(gè)非常特異的通路，叫做JAK-STAT通路。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)通路的活性下降了。”許小青說，對于這個(gè)通路的幾個(gè)關(guān)鍵活性分子的活檢，證實(shí)了通路活性下降的猜測。

一條路沿線的關(guān)鍵分子活性都不高，表明這條通路的淤堵發(fā)生在源頭，就是整個(gè)通路從開頭沒有被激活，而不是在細(xì)胞內(nèi)中斷的。“我們據(jù)此懷疑是細(xì)胞膜上干擾素γ的受體出了問題。”許小青說。

已經(jīng)有研究證明細(xì)胞膜上的受體由兩種亞基組成，這兩種亞基分別是IFN-γR1與IFN-γR2。IFN-γR1組成型表達(dá)于有核細(xì)胞表面，主要結(jié)合IFN-γ。IFN-γR2在細(xì)菌感染宿主后，易位于細(xì)胞膜并誘導(dǎo)型表達(dá)于細(xì)胞膜表面形成功能性IFN-γ受體。

可以理解為，R1生而住在細(xì)胞膜上，作用是“外聯(lián)”，接待來造訪的干擾素γ，而R2是后來轉(zhuǎn)運(yùn)到膜上來的，作用是“內(nèi)通”，外來的信號能不能轉(zhuǎn)到細(xì)胞內(nèi)部，誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，要看R2工不工作。

整個(gè)跨細(xì)胞線路的“排查”研究工作進(jìn)行到這里，基本可以鎖定目標(biāo)——對于E-selectin缺失小鼠來說，問題出在巨噬細(xì)胞表面的干擾素γ受體，其R2部分沒有進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。

細(xì)胞內(nèi)部探秘 嚴(yán)格的“排他”證明還原真相

鎖定目標(biāo)，課題組用時(shí)4年。接下來的4年將是最艱難的機(jī)制研究工作，需要探秘的地點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部，以及對IFN-γR2從誕生到轉(zhuǎn)移的過程解析。

R2亞基的實(shí)質(zhì)是蛋白質(zhì)，課題組從它的翻譯開始“尋根問底”。

資料顯示，蛋白由核糖體翻譯，需要易位的蛋白要到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體進(jìn)行修飾后再到達(dá)細(xì)胞膜。“有些到達(dá)細(xì)胞膜的蛋白還可能被細(xì)胞內(nèi)吞，然后被消化掉。”許小青說，所有這些細(xì)胞中的循環(huán)都要在機(jī)制研究中進(jìn)行證明和摸索，才能最終“排查”出一條IFN-γR2的生命線，并證明該過程受到E-selectin影響。

“我們要探討，E-selectin缺失小鼠中，這個(gè)循環(huán)中究竟哪一步受到了影響。”許小青說，研究每一個(gè)步驟，需要不同的方法。例如編碼IFN-γR2基因的轉(zhuǎn)錄有沒有受到E-selectin的影響，課題組檢測相關(guān)RNA，發(fā)現(xiàn)沒有降低的影響。

“我們檢測從翻譯到修飾過程中，R2蛋白在不同階段的產(chǎn)物，看在哪里濃度降低了。”許小青說，最終，通過將高爾基體分離出來，發(fā)現(xiàn)高爾基體上的R2亞基含量劇增，而膜上卻少了。

“蹺蹺板”濃度再次出現(xiàn)，目標(biāo)鎖定了，問題的癥結(jié)就在“蹺蹺板”的支點(diǎn)上。“最終發(fā)現(xiàn)問題出在高爾基體到細(xì)胞膜的這一步。”許小青說。結(jié)合此前E-selectin分子對巨噬細(xì)胞酪氨酸激酶通路的影響，找到共同聚焦點(diǎn)，課題組最終得出結(jié)論：E-selectin分子影響了酪氨酸激酶分子對R2進(jìn)行位點(diǎn)的選擇性磷酸化，磷酸化后的R2與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，促其從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜。

可見，沒有E-selectin，就沒有R2與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)合，因此難以上膜。

“在細(xì)胞內(nèi)部，有很多可能的路徑，我們都要一一證明，最終排查出這個(gè)路徑。”許小青說，這也是《細(xì)胞》雜志能夠接收的原因，所有的證明都要強(qiáng)有力。課題組甚至通過為小鼠進(jìn)行骨髓干細(xì)胞移植的方法，排除血液中其他可能的因素，證明只有E-selectin能夠產(chǎn)生該功能。

有分析認(rèn)為，該研究從動(dòng)態(tài)的角度對細(xì)胞膜上受體的表達(dá)進(jìn)行了首次闡釋，同時(shí)首次證實(shí)了炎性環(huán)境下，血管內(nèi)皮細(xì)胞可以通過E-Selectin來預(yù)先活化即將發(fā)揮重要吞噬功能的巨噬細(xì)胞。（記者 張佳星）