免疫系统可以执行许多生物过程，从杀死病毒到对抗癌症，这在很大程度上要归功于大约100种被称为细胞因子的关键细胞信号蛋白，它们指导免疫细胞做什么。细胞因子也是治疗类风湿性关节炎、COVID-19和癌症等许多疾病的药物的目标，但到目前为止，由于免疫系统非常复杂，科学家们还没有全面了解不同的免疫细胞如何对不同的细胞因子做出反应。
麻省理工学院博德研究所和哈佛大学的研究人员创建了一项新的大规模参考，可以帮助科学家和临床医生更好地了解细胞因子在健康和疾病中的作用。该参考文献被称为《免疫词典》，发表在《自然》杂志上。
利用单细胞RNA测序分析单个细胞中的基因表达，研究人员发现了86种主要细胞因子如何影响小鼠的17种免疫细胞类型。他们发现免疫系统的复杂程度令人惊讶:细胞因子可以触发更多的免疫反应，免疫细胞可以执行比以前认为的更多的功能。
该团队还为科学家开发了一种名为免疫反应富集分析(IREA)的软件，他们可以用它来识别与疾病或药物反应有关的最活跃的细胞因子，以及不同的免疫细胞如何根据接收到的细胞因子信号执行不同的功能。
我们采访了该研究的第一作者和共同通讯作者Ang Cui，他曾是Broad大学Nir Hacohen实验室的博士后研究员，现在是哈佛大学牙科医学院和哈佛医学院(HMS)的助理教授;和Hacohen，共同通讯作者，Broad研究所成员，HMS和马萨诸塞州总医院的医学教授;是什么让他们的免疫词典独特，以及它如何影响免疫学研究在这个问答。
Nir Hacohen:这是第一个单细胞分辨率字典，每一种主要的免疫细胞类型在体内以前所未有的规模对每一种主要的细胞因子作出反应。
典型的免疫反应研究可能会在几种情况下观察大约五种免疫细胞类型，而这项研究观察了几乎所有主要免疫细胞类型对几乎所有主要细胞因子的反应。这是超过1400种细胞因子和细胞类型的组合，比典型的研究多了两个数量级，使研究小组能够全面记录免疫系统的复杂性。
这个规模是独一无二的，而且，在单细胞分辨率下做这个实验是至关重要的，因为如果你分离一个巨噬细胞，实际上有不同类型的单核细胞和巨噬细胞。
单单元分辨率允许更自然地查看这些子集。我们还决定在老鼠身上做这个实验，而不是在培养物上。这些年来有很多论文说，人们在实验室的培养皿中提取细胞并用细胞因子刺激它们，但我们从来不知道这在动物身上意味着什么。这是我们第一次在生理背景下做这个实验。
崔昂:这项研究可能具有深远的意义，加速我们对自然免疫反应和人类免疫相关疾病的理解。对于许多免疫介导的疾病，没有治愈或治疗方法。有些病人会对治疗产生耐药性，我们无法预测他们会是谁。
有许多悬而未决的问题，有了这个基础参考可以显著提高我们对免疫系统的理解。将来，当医生给病人提供针对免疫系统的细胞因子疗法时，他们可能会在《免疫词典》中寻找预期的细胞水平的免疫反应。
崔昂:我们发现，对细胞因子的免疫反应和免疫细胞的可塑性都比我们之前认为的要复杂得多。即使是最早发现和研究最充分的细胞因子之一IL-1β，也会诱导比以前已知的更复杂的反应。IL-1β可以在每种细胞类型中诱导不同的反应，这表明单个细胞因子如何触发协调的多细胞免疫反应。这只能通过创建每个免疫细胞对细胞因子反应的这种全局图来揭示。
尼尔·哈科恩:词典给了我们很多惊喜。我对IL-1β的发现感到震惊。我想对很多人来说，这将帮助他们理解中枢细胞因子。
崔昂:这项研究还向我们展示了免疫细胞的可塑性。例如，众所周知，巨噬细胞会极化成m1样(促炎)或m2样(修复)状态(这有助于确定它们的功能)，但我们不知道其他免疫细胞类型是如何极化的。我们发现每一种免疫细胞类型都可以极化成不同的状态，这取决于它们接受的细胞因子。例如，自然杀伤细胞可以根据我们给予它们的细胞因子发挥不同的功能。
崔昂:从长远来看，对体内免疫反应的更精确理解可以实现精准医疗，克服目前针对各种疾病创造有效免疫疗法的限制。字典也可以用于基础生物学研究，例如，如果你想知道什么细胞因子可以触发特定的基因。
我们已经使用我们的软件来询问四种疾病的免疫反应:狼疮、癌症、COVID-19和丙型肝炎。它确定了每种疾病最活跃的细胞因子。
Nir Hacohen:如果我是一名免疫学家，在任何疾病或任何过程中对我的单细胞数据集进行研究，我会希望使用这种新的参考来进行细胞因子分析，因为细胞因子驱动了许多决定。
我希望我们的方法能帮助科学家理解任何免疫过程、疫苗、疾病或治疗反应，这样就可以推断出哪些细胞因子在起作用。然后你可以在动物模型中阻断这些细胞因子看看它们的作用是什么。我们很高兴看到人们会用它做什么。
更多信息:崔昂等，单细胞分辨率下细胞因子免疫应答词典，Nature(2023)。DOI: 10.1038/s41586-023-06816-9期刊信息:Nature
麻省理工学院博德研究所和哈佛大学提供
引用:新的免疫反应“字典”
nses揭示了免疫系统比以前认为的要复杂得多(2023,12月7日)
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