目前，我們對人體免疫系統的認識仍然存在片面性，比如許多具有臨床重要性的免疫受體已被視為“孤兒”，它們的配體仍未被發(fā)現；又比如我們的研究方法仍局限于單個(gè)受體，缺乏系統地表征整個(gè)細胞表面蛋白質(zhì)組的吞吐量，諸如此類(lèi)的問(wèn)題。我們都知道，人體免疫系統由分布在全身循環(huán)的細胞網(wǎng)絡(luò )組成，這就迫切地需要產(chǎn)生真正系統級的免疫細胞功能全方位互作視圖。
2022年8月3日，Nature發(fā)布了一項最新研究，劍橋大學(xué)、約克大學(xué)等多個(gè)名校聯(lián)合，首次為人類(lèi)免疫系統的細胞間布局提供了一個(gè)系統的視角，從免疫細胞連接的系統級延伸到單個(gè)受體表征，為未來(lái)詳細研究免疫系統網(wǎng)絡(luò )提供了一個(gè)模板。
構建表面蛋白相互作用組
研究的第一步就是要讓蛋白受體們相互接觸，研究者首先開(kāi)發(fā)了一種“可擴展的陣列多價(jià)細胞外相互作用篩選 (SAVEXIS)”方法，該方法可以在消耗微量蛋白質(zhì)的同時(shí)篩選數十萬(wàn)種相互作用。通過(guò)利用鏈霉親和素的多聚化，構建了篩選的固定“誘餌”和報告基因連接的“獵物”，這保證了放大信號從一個(gè)構建體而不是兩個(gè)構建體中產(chǎn)生，并且該設計適用于檢測跨結構類(lèi)別范圍內的低親和力蛋白相互作用。
Figure 1圖解：
a, SAVEXIS 能夠高效和高通量篩選重組細胞外結構域之間的蛋白質(zhì)結合相互作用；
b,有六種不同的定制設計用于功能表達不同的受體拓撲結構和多組分復合物；
c，總結了免疫受體的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)對矩陣，它們具有通過(guò)篩選鑒定或先前在文獻中報道的相互作用；
d, 篩選成功地發(fā)現了大多數先前報告的交互作用，且誤報最少；
e，免疫受體相互作用的有組織的相互作用網(wǎng)絡(luò )。紫色表示哪些相互作用是新穎的，線(xiàn)條粗細與篩選測量的證據量成正比。
量化總受體參與情況
為了驗證Figure1的發(fā)現，每個(gè)交互都需要通過(guò)正交方法進(jìn)行評估，具體實(shí)驗過(guò)程見(jiàn)以下Figure 2詳解。但該部分實(shí)驗中，作者有一些發(fā)現：
1.在與抗原呈遞細胞的接觸中，與樹(shù)突狀細胞相比，循環(huán) T 淋巴細胞在與 B 細胞配對時(shí)表現出對更高親和力受體的微妙偏好。
2.表面相互作用的總體分布具有以低微摩爾范圍為中心的親和力。
3.更高的表達水平確實(shí)與結合強度呈負相關(guān)。
4.免疫激活伴隨著(zhù)細胞相互作用強度的廣泛轉變。高親和力的相互作用在發(fā)炎狀態(tài)下占主導地位，而這些在靜止狀態(tài)下被更短暫的相互作用所取代，
Figure 2詳解：
a, 首先，作者測試了用編碼受體的 cDNA 轉染后展示在人類(lèi)細胞表面上的蛋白質(zhì)與互補受體的結合情況。
隨后，又用兩輪表面等離子體共振（SPR）來(lái)表征直接結合強度。
c，根據a與b的實(shí)驗結果，研究者意識到，可以將 SPR 數據中測量的結合親和力與從文獻中提取的測量值結合起來(lái)，不僅可以組裝一個(gè)系統的物理相互作用網(wǎng)絡(luò )，還可以組裝一個(gè)獨特的定量網(wǎng)絡(luò )。
d，研究者將這種定量受體相互作用網(wǎng)絡(luò )與白細胞中的蛋白質(zhì)組學(xué)表達相結合，以深入了解整個(gè)免疫系統的結合動(dòng)力學(xué)模式
f，建立了一個(gè)粗略但有規則的數學(xué)模型，該模型整合了定量蛋白質(zhì)組學(xué)表達、結合動(dòng)力學(xué)和公布的細胞參數，以總結單個(gè)蛋白質(zhì)相互作用對給定細胞相互作用的貢獻。在圖g中得到了驗證，數據與已發(fā)布的數據一致。
集成多蜂窩免疫網(wǎng)絡(luò )（器官組織間）
盡管作者建立的的數據集使用循環(huán)免疫細胞作為來(lái)源，但免疫系統跨越了廣泛的器官，每個(gè)器官都可能是理解相互作用的生物學(xué)作用的關(guān)鍵。因此，研究者試圖通過(guò)創(chuàng )建一個(gè)交互式地圖集來(lái)將網(wǎng)絡(luò )的相互作用背景化，該地圖集繪制了在人類(lèi)組織的單細胞表達數據集中檢測到這些受體和配體對的位置。具體過(guò)程仍見(jiàn)Figure 3詳解。
Figure 3詳解：
a，單細胞數據集的系統整合，地圖集繪制了在人類(lèi)組織的單細胞表達數據集中檢測到這些受體和配體對的位置。
c，發(fā)現了一個(gè)反復出現的基序，其中髓系細胞在多個(gè)細胞相互作用網(wǎng)絡(luò )中充當樞紐。在多個(gè)初級和次級淋巴組織中量化，骨髓細胞具有始終較高的網(wǎng)絡(luò )中心性評分
d，為了研究這些相互作用是否在人體生理環(huán)境下表現出來(lái)，研究者檢查了淋巴結空間轉錄組學(xué)數據集中受體和配體的空間共定位，不過(guò)這只是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的情況。
e，在Figure1中，研究者發(fā)現的新型相互作用對，例如 JAG1-VASN（分布在人類(lèi)淋巴結富含免疫細胞的隔室的邊界區域），可以在后續實(shí)驗中詳細驗證。
多重白細胞檢測并鑒定受體蛋白功能通路
研究者為了評估所表征的蛋白-受體相互作用是否可以在調節免疫系統方面具有潛在的臨床用途，他們對分離的人類(lèi)免疫細胞進(jìn)行了高通量細胞表型分析。具體過(guò)程見(jiàn)以下Figure 4詳解。
Figure 4詳解：
a，用重組蛋白干擾人外周血單核細胞 (PBMC) 并在 4 小時(shí)和 24 小時(shí)成像，測量細胞活化和連接的變化
b，研究者使用具有確定受體相互作用的蛋白質(zhì)引發(fā)對淋巴細胞作用的反應。發(fā)現一組新型相互作用因子中的蛋白質(zhì)（TNFRSF21 以及粘附蛋白 CHL1 和 CD320）引發(fā)了多種反應，促進(jìn)了自然殺傷 (NK) 細胞激活。
c，從高內涵成像數據中提取相互作用的細胞群落。以重組 SEMA4D 和 SIRPA 為例，描繪了受重組 SEMA4D 和 SIRPA 干擾的白細胞的代表性顯微鏡視野（左）和計算的物理細胞接觸（右，白線(xiàn)）。
e，觀(guān)察到的相互作用變化符合數學(xué)模型的預測。
總結
免疫系統是一個(gè)分布式系統，它不是固定在體內的局部器官上，而是由許多特殊的細胞類(lèi)型組成，這些細胞類(lèi)型必須適應性地協(xié)調細胞間信號傳遞，以應對病原體和其他可能出現的威脅。
該文提供了細胞表面蛋白的系統和定量全局視圖，這些蛋白使免疫細胞能夠動(dòng)態(tài)運行它們的相互作用。研究者在該系統中提到的每一個(gè)蛋白-受體相互作用都值得進(jìn)一步的個(gè)性化研究，并進(jìn)一步闡明它們在健康和疾病中的全部作用，這需要科學(xué)家們的進(jìn)一步探索。
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