生物保镖：免疫细胞如何从表面提取抗原进行学习和进化

大多数细胞进化缓慢，积累了更适合其环境的增量变化。免疫细胞，因为它们必须迅速适应以应对新的威胁，所以进化得更快。加州大学洛杉矶分校的物理学家现在报告说，部分原因在于它们强行将抗原从其他细胞表面拉出并“研究”它们的能力。

通过使用这种类型的机械力，免疫系统的B细胞通过靶向抗原产生抵抗病毒，细菌和寄生虫等有害病原体的抗体，能够更好地测量特定抗原的特性，比较B细胞群中哪些类型的细胞最有效地识别和响应每种抗原， 并产生更多的这些细胞。

免疫细胞使用机械力 - 除了生化信号传导 - 以一种积极，有意识的方式推进自己的进化的发现为免疫系统学习和记忆的研究增加了一个新的范式，加州大学洛杉矶分校物理学和天文学助理教授Shenshen Wang说。

“我们发现，快速进化的免疫细胞通过施加主动拉力来利用触觉来了解它们的抗原靶标并对自己进行排名，”王说。“这种主动的物理传感使免疫细胞库能够有效地应对当前的挑战，同时具有可塑性和适应性，可以应对未来的威胁。

细胞感知并响应外部物理力量长期以来一直是生物学的基石。但是，它们产生自己的物理力来获取信号的知识是最近的，其进化后果直到现在还没有被探索过。王说，这些发现可能有助于科学家弄清楚如何通过设计一系列疫苗来指导免疫系统的进化，以帮助它学会识别和编码不同抗原的最重要特征。例如，以这种方式调整的免疫系统可以更快地识别和中和以前从未遇到过的病毒。

该研究发表在两篇期刊论文中。在《美国国家科学院院刊》上，Wang和她的合著者，加州大学洛杉矶分校物理学博士生Hongda Jiang描述了B细胞如何从它们被拴住的抗原呈递细胞中拉取抗原，产生机械应力，通过连接的细胞表面传播并改变细胞相互接触点的能量分布。

Wang和Jiang指出，即使B细胞试图从特别坚硬的抗原呈递细胞中提取抗原没有成功，该过程仍然增强了B细胞的学习。更重要的是，机械力使连接结构变形增加了免疫细胞“记住”所学内容的时间，并扩大了它们可以检测到的抗原范围。如果拉力随着时间的推移变得更强，检测范围会显着扩大。

在一篇被接受发表在开放获取期刊《物理评论X》上的论文中，Wang和Jiang解决了免疫细胞的困境：身体有限的免疫B细胞集如何在对他们已经遇到的抗原做出足够强度的反应与能够识别他们从未见过的病原体之间取得平衡。这项新的研究表明，B细胞的机械力驱动的进化改善了记忆多样性，通过平衡对抗原反应的效力与覆盖的广度，使自然免疫具有更大的适应潜力。

通过打开多种生物物理途径来提高抗原识别能力，这种活跃的过程为身体的自然免疫提供了更多适应新突变体和未来变异体的途径。作者写道，该过程与生物力学传感和生化信号传导携手合作，产生灵活的免疫系统，能够快速进化以应对新的挑战。

“我们正在提出一种通过物理获取刺激进行生物识别的新范式，这可能会补充目前以生化信号为中心的观点，”王说。“同时，它为根据物理对进化的影响来理解生物适应提供了一个新的角度。我们的研究结果对理解生物学学习和物理指导适应性进化，特别是免疫反应具有广泛的意义。

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