加州大学洛杉矶分校的科学家们在一种特殊类型的细胞中发现了这一过程的基本规律，他们报告说，人体的免疫细胞自然会抵抗病毒、细菌微生物和其他入侵者，但它们也可以被重新编程或“训练”，以更积极、更有力地应对这些威胁。
在6月18日发表在《科学》(Science)杂志上的一项研究中，研究人员确定了巨噬细胞(先天免疫系统的抗感染细胞)内部的一个关键分子机制，该机制决定了这些细胞是否可以被训练，以及训练的程度。他们的发现可能有助于为未来增强免疫系统功能的有针对性的策略铺平道路。
“就像士兵或运动员一样，先天免疫细胞可以通过过去的经验来训练，从而更好地对抗感染，”加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院传染病临床助理教授、主要作者程昆(音)说。然而，他指出，研究人员之前已经观察到，某些体验似乎比其他体验更好地进行免疫训练。“这一令人惊讶的发现促使我们更好地理解控制这一过程的规则。”
免疫训练是否发生取决于细胞DNA的包裹方式。例如，在人类细胞中，细胞核必须容纳6英尺以上的DNA，细胞核很小，肉眼无法看到。为了实现这一壮举，DNA被紧密地包裹在染色体中。
资深作者、加州大学洛杉矶分校的托马斯·m·阿希尔微生物学教授、定量和计算生物科学研究所所长亚历山大·霍夫曼说，只有DNA的选定区域是暴露的和可接近的，只有那些可接近区域的基因才能对感染做出反应和抵抗。
然而，通过向巨噬细胞引入刺激——例如，一种来自微生物或病原体的物质，就像疫苗一样——先前紧密的DNA区域可以被解开。Hoffmann说，这种打开暴露了新的基因，这些基因将使细胞做出更积极的反应，从本质上训练细胞对抗下一次感染。
这项新的研究揭示了巨噬细胞中一种叫做NFκB的关键免疫信号分子的精确动力学，决定了这种基因的打开和暴露是否发生。此外，研究人员报告说，NFκB本身的动态活性是由引入巨噬细胞的细胞外刺激的精确类型决定的。
NFκB帮助免疫细胞识别入侵的威胁。当免疫细胞上的受体检测到有威胁的外部刺激时，它们会激活细胞内的NFκB分子。NFκB的动态——它随着时间的推移如何表现——形成了一种类似于莫尔斯电码的语言，它通过这种语言向DNA传达外部威胁的身份，并告诉DNA哪些基因准备好了战斗。
NFκB用来告诉DNA展开的代码的具体“词”取决于NFκB在遇到刺激后的8小时或更长时间内是振荡的还是稳定的。振荡的nf - κ b在巨噬细胞的细胞核中聚集，然后进入细胞质，然后循环地返回细胞核，就像摆动的钟摆一样。非振荡或稳定的NFκB进入细胞核并在那里停留数小时。
利用先进的显微镜技术，研究人员追踪了来自健康小鼠骨髓的巨噬细胞中NFκB的活性，追踪了分子在几种不同刺激下的动态变化。他们发现，只有当刺激诱导非振荡nf - κ b活性时，nf - κ b才能成功地训练巨噬细胞——打开DNA包裹并暴露新的抗感染基因。
“很长一段时间以来，我们直觉地知道NFκB是否振荡一定很重要，但根本无法弄清楚它是如何振荡的，”Cheng说。“这些结果对于理解免疫细胞的语言是一个真正的突破，了解这种语言将帮助我们‘破解’系统，提高免疫功能。”
Hoffmann说，研究人员还能够用数学模型模拟这个训练过程，他们收集到的预测性理解可能会为未来训练免疫的精确目标工程提供帮助。免疫调节系统的数学建模是他实验室的一个关键目标，以便将预测模拟用于精准医学。
程博士是在霍夫曼的指导下通过加州大学洛杉矶分校的专业培训和高级研究项目(STAR)获得博士学位的。
Hoffmann和Cheng希望这项研究能够激发更广泛的其他研究，包括对免疫细胞不适当训练引起的人类疾病的研究，优化免疫训练以对抗感染的策略以及补充现有疫苗方法的方法。
霍夫曼说:“这项研究表明，加州大学洛杉矶分校学院和大卫·格芬医学院的研究人员之间的合作如何能够产生有益于人类健康的创新和有影响力的科学。”
