近期，PNAS期刊发表一篇最新研究文章，讲述T细胞作为免疫系统的“保卫队”，通过表面抗原受体与配体结合“握力”判断所遇细胞好坏。
该成果由埃默里大学专注于细胞机械学研究的物理学家 Khalid Salaita团队与微生物免疫学系Brian Evavold团队合作完成。他们首次直接证实，T细胞能够借助受体、配体之间精准的机械牵拉，识别外源细胞。这种互作力是T细胞判断是否启动免疫反应的核心。
类似于“握手”，如果握力温柔，那么靶细胞是好细胞。如果握力强硬，则意味着是坏细胞。那么这种握力的标准是什么呢？Evavold团队如何测量的呢？
T细胞与靶细胞的互作不纯粹是化学反应，还涉及力学
T细胞具有很多生物学功能，包括消灭靶细胞、调控B细胞分泌抗体、启动免疫反应等等，能够防御疾病感染、肿瘤形成。T细胞表面有T细胞抗原受体（T cell receptor，TCR），能够识别致病性或者癌变细胞表面特定的抗原配体。当T细胞检测出一个抗原呈递细胞（antigen-presenting cell，APC），它的抗原受体会与配体识别并结合。如果T细胞受体判定该配体是外源的，那么T细胞则会被激活，启动钙离子信号通路。释放的钙离子会进一步引发下游级联信号反应，从而招募更多的免疫细胞参与免疫应答。
但是，T细胞如何识别抗原配体并做出后续反应还不完全清楚。Salaita团队认为，并不能把T细胞与靶细胞的识别过程看做一个纯粹的化学反应。他们推测，抗原配体与受体互作的力学将可能是免疫反应启动与否的关键，互作的力度大小将给T细胞传递是否响应的信号。
为了验证这一假设，Salaita团队开发出一个基于DNA的纳米颗粒张力传感器，能够从“皮牛顿”这一微小力学单位水平测量细胞互作的力量，相当于一个苹果的百万分之一重量。
以皮牛顿为单位，衡量T细胞的“握力”
研究人员从老鼠身上提取T细胞，以其为材料与个别氨基酸被修饰的突变配体进行互作。其中，有一些突变配体相当于强劲的“锚”，能够与TCR强烈契合。试验中T细胞与配体结合的过程、力度能够借助传感器、显微镜被记录下来。
当T细胞与靶细胞相遇，通过表面受配体识别、结合。这一互作过程牵涉的力度非常精密而准确，且不会长时间持续。通过牵拉、暂停，再牵拉、暂停，最终控制整个靶细胞。
如果，受体与配体的互作力度轻柔，T细胞并不会被完全激活。相反，当受体与配体互作激烈，T细胞则会被完全激活。
如何测量呢？研究人员通过探针实现力度测试过程。结果发现：当探针受到的力度为19皮牛顿，将发出荧光。当力度为12皮牛顿，探针将不会发出荧光。伴随着荧光信号，T细胞将会开启钙离子信号通路，细胞内钙离子浓度会上调，预示着免疫反应启动。
众所周知，肿瘤细胞表面具有免疫逃逸关键分子，从而使得癌变细胞逃脱免疫系统的防御。借助机械学，我们可以开发出新方法瓦解肿瘤的逃逸机制。首先，T细胞以精确的“握手”力度区分细胞好坏。当握力强烈，T细胞会意识到识别的细胞是“坏”细胞，从而启动免疫防御。这一最新发现将为自身免疫疾病、肿瘤免疫治疗提供新的指示。
备注：文章编译、整理自ScienceDaily。
参考文献
DNA-based nanoparticle tension sensors reveal that T-cell receptors transmit defined pN forces to their antigens for enhanced fidelity
文献检索：doi: 10.1073/pnas.1600163113