T细胞如何捕猎体内的寄生虫

    美国宾大的一个免疫和物理学等跨学科团队研究发现：T细胞追杀寄生虫所使用的运动策略，与一些扑食大鳄，例如鲨鱼，蓝鳍金枪鱼，猴类追捕它们的猎物所采用的策略相似。对于免疫细胞运动模式的新的了解，使得科学家们能创造出有关免疫系统功能的更精确的模型，进一步的工作，有可能产生新的方法来对付从癌症到艾滋病以至关节炎等与免疫相关的疾病。    

    这项研究是在感染寄生虫弓形虫小鼠中进行的。弓形虫（Toxoplasma gondii）寄生于细胞内，随血液流动，可到达全身各部位，破坏大脑、心脏、眼底，致使人的免疫力下降，弓形虫这种病原体是人类和动物感染的常见原因，世界三分之一的人口可能有过大脑中存在的弓形虫，处于休眠状态的感染形式。然而，这种感染在免疫力低下的个体中，例如艾滋病患者或接受器官移植者，可以产生严重的后果，包括发生脑炎，甚至死亡。而免疫系统中，T细胞是防止由弓形虫引起的疾病的主要的免疫细胞类型。

     免疫学界普遍认为，免疫细胞的运动一部分是由叫做趋化因子的信号蛋白控制的。研究发现，弓形虫感染小鼠的大脑中大量产生一个特定的趋化因子CXCL10和它的受体。 CXCL10被阻断时，老鼠的的T细胞很少，寄生虫再生过程激活，寄生虫负荷量增加。 采用多光子成像技术（multi-photon imaging），可观察活组织中的实时三维影像。研究人员使用这种方法试图找出在弓形虫感染小鼠组织中的T细胞的确切运动模式。研究发现，CXCL10似乎在加快T细胞能够寻找和控制感染的速度方面发挥了作用。

    免疫学家大多认为T细胞去发现感染细胞的运动模式，是一个“直接扑向猎物”，高度直接定向的移动方式。但是，观察数据分析显示与他们预想的那样不同，T细胞没有表现出定向运动的模式。 这些数据所反映的最贴切的T细胞运动模式与莱维行走 (Lévy walk) 模式有某种程度的相似。莱维行走模式是对一种捕食者在以前根本不了解猎物分布情况条件下，最佳行动捕食策略所做出的数学模式的预测，觅食的捕食者采取一种随机行走的方式，其特点是通常迈出很多小的步子，偶尔迈出大步，从而使之在近乎自然的猎物分布条件下与猎物相遇的机会达到最大。
 

    T细胞运动方式和典型莱维行走模式并不完全一致，观察发现，T细胞在“小步”和“大步”运动过程之间会有运动的暂停。就像细胞运动一样，这种暂停通常时间短暂，但偶尔也会很长 。 通过对广义上的莱维行走模式和其他行走模式的对比分析证明，莱维行走模式是一种更加有效发现罕见目标的策略。 这对T细胞的运动来说具有意义，因为它们也必须在大多数正常组织的“海洋”里中找出稀疏分布的寄生虫。就好像一个人在房间里要，找到放错地方的钥匙，你要在一个地方找一段时间，然后移动到另一个地方，在那里再去找一段时间。

     有趣的是, 不仅仅是T细胞利用莱维行走的策略来寻找它们的目标。一些动物捕食者也是按照类似莱维行走的方式来找到它们的猎物的。这在海洋动物捕食者中尤为常见，例如：金枪鱼、鲨鱼、浮游动物、海龟和企鹅等，而诸如蜘蛛猿和蜜蜂之类的陆地动物可能也是利用同样的方法来找到稀有的捕猎资源的。   

     在进化历程中，猎物学会了躲避捕猎者的搜寻，类比寄生虫，也有同样的现象。许多病原体知道如何隐藏，使T细胞无法直接移动至这些目标。实际上T细胞需要先进入一个区域，然后看看那里有什么应该攻击的目标。了解T细胞的这种运动模式，对于癌症和其他免疫介导的疾病也有关系,因为T细胞除了搜寻寄生虫外，也能搜寻癌细胞。通过了解有关掌控T细胞如何运动的因素，你就有可能设计使T细胞更有效发现这些靶细胞的策略和方法。  

    单就物理学而言, 莱维行走模型并不是新的理论, 然而，T细胞在“小步”和“快跑”运动过程之间的暂停现象，是人们以前从没有认识到的运动行为。从物理学的角度来看, T细胞这种行进与暂停的方式是一种新的运动模型，这些生物学现象也能够诠释一些我们从其他方面没有想到过的运动模式。(Nature March 2012)