資料來源：美國佐治亞理工學院
摘要：T細胞識別過程的一個新的理解已經通過描述T細胞受體如何使用機械接觸 - 參與其結合抗原的力量 - 做出是否他們所遇到的細胞是威脅的決定被揭示了。 “這是T細胞識別是如何受機械力影響的第一個系統研究，它表明機械力在T細胞的功能發揮著重要作用，”該文合著者之一說。 “我們認為，機械力再T細胞生物學的幾乎每一步都會扮演一定的角色。”
T細胞是人體的哨兵，巡邏身體的每一個角落，尋找來自體外的威脅，如細菌和病毒。T細胞中的受體分子通過辨認他特定抗原來識別入侵者，從而幫助T細胞區分人體自身的細胞和供給者。當他們意識到了威脅，T細胞發信號給免疫系統的其他部分來對抗入侵者。
這些T細胞使用一個復雜的過程，以識別外來病原和病變細胞。在細胞雜志本周發表的一篇論文中，研究人員通過描述T細胞受體（TCR）如何使用機械接觸---涉及其鍵到抗原的力量---以決定他們遇到的細胞是否都是威脅，使這種了解達到了一個新的水平。
“這是T細胞識別是如何受機械力影響的第一個系統研究，它表明外力在T細胞的功能中具有重要作用，”，喬治亞理工學院和埃默里大學華萊士H庫爾特生物醫學工程系教授程朱說。 “我們認為，機械力再T細胞生物學的幾乎每一步都會扮演一定的角色。”
這些由美國國立衛生研究院的支持的研究人員使用基于單個紅細胞一個微小的傳感器和用于檢測作為信令過程的一部分，由T細胞發出的鈣離子的新技術完成了他們的發現。他們逐個將抗原鍵到一百多個人的T細胞來進行研究，測量參與鍵的力量和捆綁的壽命。然后將這些信息與他們觀察到鈣信號進行對照。
在調查中，研究人員了解到，電阻溫度系數和激動劑肽主要組織相容性復合物（MHC）的形式捕捉鍵中變得更加強大與附加力的應用程序之間的交互來啟動了細胞內信號。不太活躍的MHC復合物形式擺脫隨外力削弱和不啟動信令的鍵。總體而言，他們發現，抗原和T細胞受體之間的相互作用的信令結果取決于施加力的大小，持續時間，頻率和時序。
“外力增加了與T細胞的相互作用的另一個層面，”朱解釋說。 “具有通過外力延長的鍵壽命的抗原觸發信號的可能性較高。重復接觸和壽命積累發揮作用，并且發信號的決定通常是由基于行動的積累，而不是取決于一個單一的行動。 “
他將T細胞激活所需要多個步驟的合力與進入一個有安保措施的建筑物內的個人辦公室相比較。進入大樓可能首先需要一鍵卡和個人識別碼，而進入一個特殊的辦公室可能再需要一個普通的密鑰。同時需要識別抗原和機械力的具體水平可能有助于T細胞在不該啟動時避免激活，朱說。
朱將鍵的積累比做一個拳擊手在戰斗中持續出拳。一記罕見的猛拳，或很短的時間內一系列較小的打擊了，都可以擊倒對手。但一系列在較長的時間的輕擊可能沒有效果，朱說。
研究人員已經有機械力如何影響細胞系統運作的其他例子。例如，在內皮細胞，行血管壁產生血液流動作用的機械應力起著疾病動脈粥樣硬化的作用。外力對于適當的骨骼生長和愈合也是必要的。該機械力也將在免疫系統中發揮作用，因此并不奇怪，朱說。
“我們現在有一個更廣泛的認可，物理環境和機械環境調控許多在體內的生物現象，”他說。 “當你在TCR鍵上施加力量時，他們中的一些分離速度更快，而另一些脫離比較緩慢。這就是對T細胞受體的反應的效果。”
在他們的實驗中，朱和合作者劉寶玉，魏晨和Brian Evavold使用生物膜力探針測量的T細胞和抗原之間的鍵的強度和壽命。該探頭包括將紅血細胞吸出微量吸液管。緊貼著紅細胞的是研究人員用于研究的抗原滴上。使用精確地控制運動細致的機制，胎圈，然后移動到與一個T細胞受體接觸，從而允許結合發生。
要測試的抗原和T細胞受體之間形成的鍵的強度，研究人員應用piconewton力至胎圈保持抗原來自TCR的分離。紅血細胞充當彈簧，拉伸和允許必須施加到分離的T細胞受體和抗原上的力的測量。該技術這需要運動控制在納米尺度，允許的抗原和單個TCR之間的綁定的測量。
為評估對細胞內信號的綁定的影響，研究人員向細胞內注入染料，在接觸到的鈣信號傳導離子時會發出熒光。檢測熒光使研究人員能夠知道什么時候機械力引發T細胞的信號傳導。
“我們可以同時觀察外力和信號，”作為庫爾特學院的一名研究科學家和該論文的共同第一作者，劉解釋說。 “我們可以直接觀察到通過誘導T細胞受體相互作用的信號。”
作為下一個步驟，朱的團隊希望利用新的實驗技術，探索外力對T細胞發育的影響。有證據表明，T細胞在成長的初期階段遇到外力可能會影響其發展的命運。
