T細胞如何捕獵體內的寄生蟲

       美國賓大的一個免疫和物理學等跨學科團隊研究發現： T 細胞追殺寄生蟲所使用的運動策略，與一些撲食大鱷，例如鯊魚，藍鰭金槍魚，猴類追捕它們的獵物所采用的策略相似。對於免疫細胞運動模式的新的了解，使得科學家們能創造出有關免疫係統功能的更精確的模型，進一步的工作，有可能產生新的方法來對付從癌症到艾滋病以至關節炎等與免疫相關的疾病。

       這項研究是在感染寄生蟲弓形蟲小鼠中進行的。弓形蟲（ Toxoplasma gondii ）寄生於細胞內，隨血液流動，可到達全身各部位，破壞大腦、心髒、眼底，致使人的免疫力下降，弓形蟲這種病原體是人類和動物感染的常見原因，世界三分之一的人口可能有過大腦中存在的弓形蟲，處於休眠狀態的感染形式。然而，這種感染在免疫力低下的個體中，例如艾滋病患者或接受器官移植者，可以產生嚴重的後果，包括發生腦炎，甚至死亡。而免疫係統中， T 細胞是防止由弓形蟲引起的疾病的主要的免疫細胞類型。

      免疫學界普遍認為，免疫細胞的運動一部分是由叫做趨化因子的信號蛋白控製的。研究發現，弓形蟲感染小鼠的大腦中大量產生一個特定的趨化因子 CXCL10 和它的受體。 CXCL10 被阻斷時，老鼠的的 T 細胞很少，寄生蟲再生過程激活，寄生蟲負荷量增加。采用多光子成像技術（ multi-photon imaging ），可觀察活組織中的實時三維影像。研究人員使用這種方法試圖找出在弓形蟲感染小鼠組織中的 T 細胞的確切運動模式。研究發現， CXCL10 似乎在 T 細胞能夠尋找和控製感染的速度方麵發揮了作用。

      免疫學家大多認為 T 細胞去發現感染細胞的運動模式，是一個“直接撲向獵物”，高度直接定向的移動方式。但是，觀察數據分析顯示與他們預想的那樣不同， T 細胞沒有表現出定向運動的模式。

        這些數據所反映的最貼切的 T 細胞運動模式與萊維行走 (L é vy walk) 模式有某種程度的相似。萊維行走模式是對一種捕食者在以前根本不了解獵物分布情況條件下，最佳行動捕食策略所做出的數學模式的預測，覓食的捕食者采取一種隨機行走的方式，其特點是通常邁出很多小的步子，偶爾邁出大步，從而使之在近乎自然的獵物分布條件下與獵物相遇的機會達到最大。

        T 細胞運動方式和典型萊維行走模式並不完全一致，觀察發現， T 細胞在“小步”和“大步”運動過程之間會有運動的暫停。就像細胞運動一樣，這種暫停通常時間短暫，但偶爾也會很長 。

       通過對廣義上的萊維行走模式和其他行走模式的對比分析證明，萊維行走模式是一種更加有效發現罕見目標的策略。 這對 T 細胞的運動來說具有意義，因為它們也必須在大多數正常組織的“海洋”裏中找出稀疏分布的寄生蟲。就好像一個人在房間裏要，找到放錯地方的鑰匙，你要在一個地方找一段時間，然後移動到另一個地方，在那裏再去找一段時間。

       有趣的是 , 不僅僅是 T 細胞利用萊維行走的策略來尋找它們的目標。一些動物捕食者也是按照類似萊維行走的方式來找到它們的獵物的。這在海洋動物捕食者中尤為常見，例如：金槍魚、鯊魚、浮遊動物、海龜和企鵝等，而諸如蜘蛛猿和蜜蜂之類的陸地動物可能也是利用同樣的方法來找到稀有的捕獵資源的。

       在進化曆程中，獵物學會了躲避捕獵者的搜尋，類比寄生蟲，也有同樣的現象。許多病原體知道如何隱藏，使 T 細胞無法直接移動至這些目標。實際上 T 細胞需要先進入一個區域，然後看看那裏有什麽應該攻擊的目標。了解 T 細胞的這種運動模式，對於癌症和其他免疫介導的疾病也有關係 , 因為 T 細胞除了搜尋寄生蟲外，也能搜尋癌細胞。通過了解有關掌控 T 細胞如何運動的因素，你就有可能設計使 T 細胞更有效發現這些靶細胞的策略和方法。

        單就物理學而言 , 萊維行走模型並不是新的理論 , 然而， T 細胞在“小步”和“快跑”運動過程之間的暫停現象，是人們以前從沒有認識到的運動行為。從物理學的角度來看 , T 細胞這種行進與暫停的方式是一種新的運動模型，這些生物學現象也能夠詮釋一些我們從其他方麵沒有想到過的運動模式 。 (Nature March 2012)

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