日夜守护你的白细胞竟然可以这么帅??| 工作细胞专题

2018年由日本动画制作公司大卫社(David production)推出的季番动画《工作细胞》在网络上可谓火得出圈,在哔哩哔哩动画上狂砍1.9亿次总播放,甚至被《人民日报》点名表扬,成就了科普界与二次元的“梦幻联动”。动画中将身体内的各类不同的细胞拟人化,借助巧妙的剧情构思,展现了人体内部各种精密的生理机制。各种细胞以生动活泼的姿态展现在我们面前时,细胞生物学还是原来枯燥乏味的样子吗?

时隔两年多以后,《工作细胞2》问世并定档1月新番,令人非常期待本季动画又会有什么不同的体验。本季动画的主角依然是由前野智昭配音的白细胞(中性粒细胞)和由花泽香菜配音的红细胞,萌力十足的血小板在动画中也依然戏份不断。

在动画中,白细胞男主角作为抵抗外来病原体的急先锋,忠诚地执行着各种防御和清扫的任务,在第一季中赚足了眼球。动画里的白细胞主要指中性粒细胞(neutrophil),而实际上,中性粒细胞也的确是身体忠诚的卫士,作为血液中的重要防线勤恳地工作着。

中性粒细胞占外周血白细胞的一半以上,其细胞核形状特殊,可呈分叶状,也称多形核白细胞。中性粒细胞具有较强的吞噬病原的能力,并且其细胞质中含有大量的溶酶体等颗粒,其中包含的大量酶承担着消化被吞噬的病原体的作用。中性粒细胞在时间上也处于抵抗病原的第一线,在身体发生感染时中性粒细胞在6小时内即可在炎症部位达到数量高峰。

中性粒细胞的密度相对较大,在分离PBMC(外周血单个核细胞)时会被去除,并且中性粒细胞中含有较多的RNA酶等反应抑制剂,所以在目前热门的单细胞测序当中,对中性粒细胞展开研究比较困难。并且中性粒细胞本身所含有的RNA量相对就比较少,含有的有效信息量相对也较少。所以虽然中性粒细胞在血液白细胞中的占比很高,但是在各类单细胞测序的研究当中,我们却很少能够看到中性粒细胞的身影。


不过,在2020年7月,我们却惊喜地看到了一篇专攻中性粒细胞的论文发表于《Nature Immunology》,利用10X单细胞测序技术解析了小鼠中性粒细胞图谱,揭示了稳态状态和感染状态中中性粒细胞的不同状态和变化。前文说到过中性粒细胞的单细胞测序相对困难,所以本文的研究者也是在一定的实验优化之后,完成了小鼠骨髓、外周血、脾脏等部位的中性粒细胞分选和单细胞测序。

从稳态环境中性粒细胞分群的结果,我们可以看出骨髓中包含的中性粒细胞包括髓系祖细胞在内能够大致分成G0-G4一共5个cluster,其中G0-G2处于分裂阶段,而G3-G4属于较成熟的亚群。骨髓外的外周器官(脾脏、外周血)主要包含G5a-c三个cluster,与骨髓中的中性粒细胞群体存在着非常明显的差异(这三类细分的G5中性粒细胞的marker基因为:G5a:Lyz2/S100a8,G5b:Ifit1/Isg15,G5c:Cxcr4/Gm2a)。从细胞类型比例的饼图中我们也可以看出,脾脏(SP)和外周血(PB)的中性粒细胞组成非常类似,但与骨髓(BM)中的中性粒细胞比例存在较大差异。拟时序分析也体现了不同器官和不同cluster细胞之间的相互转换关系。

研究者还使用细菌感染的小鼠模型取了同样的器官进行中性粒细胞分选以及单细胞测序,从结果上看,与稳态模型的结果一致,中性粒细胞的分群结果大致相同。不过从不同类型的中性粒细胞比例上看,感染后的结果与感染前存在一定差异。在外周器官(外周血和脾脏)中,感染后的中性粒细胞样本中G5b型细胞比例上升而G5a和G5c两类细胞占比下降。除了细胞类型比例之外,感染后的细胞在转录因子等重点基因表达、功能特征等方面均与感染前出现了一定的差异,指示感染后中性粒细胞的功能变化。(白细胞们已经抄起匕首动员起来的既视感!)

当然,要在感染时期动员大量的白细胞上战场,按照平时的发育成熟模式肯定是来不及的,机体会在感染状态下开启急性髓系造血模式,通过中性粒细胞在早期分裂加速以及在中后期的成熟加速来完成白细胞的快速生产,这也可能是急性感染的重要诊断标志。

小编说

《Nature Immunology》的这篇文章无论是生信分析还是湿实验都干货满满,整篇文章的证据链非常清楚,作为专注中性粒细胞的一篇重要图谱类文献,为整个免疫学知识的进步提供了巨大的帮助,让我们对在免疫反应中默默付出的中性粒细胞又增进了了解。回头再去看《工作细胞2》的时候,可能会对靠谱的白细胞更多一份亲切感呢!

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