资料来源：美国佐治亚理工学院
摘要：T细胞识别过程的一个新的理解已经通过描述T细胞受体如何使用机械接触 - 参与其结合抗原的力量 - 做出是否他们所遇到的细胞是威胁的决定被揭示了。 “这是T细胞识别是如何受机械力影响的第一个系统研究，它表明机械力在T细胞的功能发挥着重要作用，”该文合著者之一说。 “我们认为，机械力再T细胞生物学的几乎每一步都会扮演一定的角色。”
T细胞是人体的哨兵，巡逻身体的每一个角落，寻找来自体外的威胁，如细菌和病毒。T细胞中的受体分子通过辨认他特定抗原来识别入侵者，从而帮助T细胞区分人体自身的细胞和供给者。当他们意识到了威胁，T细胞发信号给免疫系统的其他部分来对抗入侵者。
这些T细胞使用一个复杂的过程，以识别外来病原和病变细胞。在细胞杂志本周发表的一篇论文中，研究人员通过描述T细胞受体（TCR）如何使用机械接触---涉及其键到抗原的力量---以决定他们遇到的细胞是否都是威胁，使这种了解达到了一个新的水平。
“这是T细胞识别是如何受机械力影响的第一个系统研究，它表明外力在T细胞的功能中具有重要作用，”，乔治亚理工学院和埃默里大学华莱士H库尔特生物医学工程系教授程朱说。 “我们认为，机械力再T细胞生物学的几乎每一步都会扮演一定的角色。”
这些由美国国立卫生研究院的支持的研究人员使用基于单个红细胞一个微小的传感器和用于检测作为信令过程的一部分，由T细胞发出的钙离子的新技术完成了他们的发现。他们逐个将抗原键到一百多个人的T细胞来进行研究，测量参与键的力量和捆绑的寿命。然后将这些信息与他们观察到钙信号进行对照。
在调查中，研究人员了解到，电阻温度系数和激动剂肽主要组织相容性复合物（MHC）的形式捕捉键中变得更加强大与附加力的应用程序之间的交互来启动了细胞内信号。不太活跃的MHC复合物形式摆脱随外力削弱和不启动信令的键。总体而言，他们发现，抗原和T细胞受体之间的相互作用的信令结果取决于施加力的大小，持续时间，频率和时序。
“外力增加了与T细胞的相互作用的另一个层面，”朱解释说。 “具有通过外力延长的键寿命的抗原触发信号的可能性较高。重复接触和寿命积累发挥作用，并且发信号的决定通常是由基于行动的积累，而不是取决于一个单一的行动。 “
他将T细胞激活所需要多个步骤的合力与进入一个有安保措施的建筑物内的个人办公室相比较。进入大楼可能首先需要一键卡和个人识别码，而进入一个特殊的办公室可能再需要一个普通的密钥。同时需要识别抗原和机械力的具体水平可能有助于T细胞在不该启动时避免激活，朱说。
朱将键的积累比做一个拳击手在战斗中持续出拳。一记罕见的猛拳，或很短的时间内一系列较小的打击了，都可以击倒对手。但一系列在较长的时间的轻击可能没有效果，朱说。
研究人员已经有机械力如何影响细胞系统运作的其他例子。例如，在内皮细胞，行血管壁产生血液流动作用的机械应力起着疾病动脉粥样硬化的作用。外力对于适当的骨骼生长和愈合也是必要的。该机械力也将在免疫系统中发挥作用，因此并不奇怪，朱说。
“我们现在有一个更广泛的认可，物理环境和机械环境调控许多在体内的生物现象，”他说。 “当你在TCR键上施加力量时，他们中的一些分离速度更快，而另一些脱离比较缓慢。这就是对T细胞受体的反应的效果。”
在他们的实验中，朱和合作者刘宝玉，魏晨和Brian Evavold使用生物膜力探针测量的T细胞和抗原之间的键的强度和寿命。该探头包括将红血细胞吸出微量吸液管。紧贴着红细胞的是研究人员用于研究的抗原滴上。使用精确地控制运动细致的机制，胎圈，然后移动到与一个T细胞受体接触，从而允许结合发生。
要测试的抗原和T细胞受体之间形成的键的强度，研究人员应用piconewton力至胎圈保持抗原来自TCR的分离。红血细胞充当弹簧，拉伸和允许必须施加到分离的T细胞受体和抗原上的力的测量。该技术这需要运动控制在纳米尺度，允许的抗原和单个TCR之间的绑定的测量。
为评估对细胞内信号的绑定的影响，研究人员向细胞内注入染料，在接触到的钙信号传导离子时会发出荧光。检测荧光使研究人员能够知道什么时候机械力引发T细胞的信号传导。
“我们可以同时观察外力和信号，”作为库尔特学院的一名研究科学家和该论文的共同第一作者，刘解释说。 “我们可以直接观察到通过诱导T细胞受体相互作用的信号。”
作为下一个步骤，朱的团队希望利用新的实验技术，探索外力对T细胞发育的影响。有证据表明，T细胞在成长的初期阶段遇到外力可能会影响其发展的命运。
