新西兰新研究——日光可以增强免疫系统抵抗感染的能力

新西兰

免疫系统如何知道什么时候是白天？资料照片。 图片来源：Unsplash

你是否曾经发现自己熬夜或上夜班后，睡眠时间与正常时间不同步？你可能正在经历科学家所说的“社交时差”。

该术语描述了我们的内部生物钟（昼夜节律）与社交时间表之间的不一致。

与不规律的睡眠模式和不一致的日光照射有关的社交时差越来越普遍，并且与免疫系统减弱有关。

例如，轮班工作会扰乱我们的昼夜节律，这已被证明会对我们抵抗感染的能力产生负面影响。

这些观察结果强化了这样一种观点：通过定期接受日光照射来保持强健的昼夜节律有助于维持健康的免疫系统。

但是免疫系统如何知道何时是白天呢？这正是我们今天发表在《科学免疫学》杂志上的研究揭示的。我们的发现最终可能为炎症疾病的治疗带来益处。

感染急救人员

昼夜节律是地球上所有生命的基本特征。据信，昼夜节律大约在25亿年前进化而来，使生物体能够适应24小时太阳日带来的挑战。

在分子层面上，这些昼夜节律是由一种基因编码的多组分计时器——生物钟——来协调的。几乎所有细胞都已知具有生物钟的组成部分。但它们如何在不同类型的细胞中发挥作用来调节其行为，目前尚不清楚。

在实验室中，我们使用斑马鱼（宠物店中常见的小型淡水鱼）作为模型生物来了解我们对细菌感染的免疫反应。

我们使用斑马鱼幼体，因为它们的基因构成和免疫系统与我们相似。而且，它们的身体透明，便于在显微镜下观察生物过程。

克里斯·霍尔（左）和合作研究员盖伊·沃曼，以及他们研究中用作模型生物的斑马鱼。 图片：克里斯·霍尔供图

我们专注于一种名为“中性粒细胞”的免疫细胞，它属于白细胞的一种。我们对这些细胞感兴趣，因为它们专门杀灭细菌，是感染的第一反应者，并且是我们体内数量最多的免疫细胞。

由于中性粒细胞寿命极短，从人体血液中分离的中性粒细胞在实验中非常难以操作。然而，通过透明的斑马鱼幼体，我们可以拍摄它们，直接观察这些细胞在完整动物体内的功能。


细胞可以判断是否是白天

我们的初步研究表明，当动物活跃时，对细菌感染的免疫反应强度在白天达到峰值。

我们认为这是一种进化反应，赋予了人类和斑马鱼生存优势。由于人类和斑马鱼等昼行性动物在白天最为活跃，它们更容易受到细菌感染。

这项研究让我们好奇，想知道这种增强的免疫反应是如何与日光同步的。通过拍摄中性粒细胞在一天中不同时间杀灭细菌的影像，我们发现它们在白天杀灭细菌的效率比在夜间更高。

然后，我们对中性粒细胞进行了基因编辑，通过仔细移除特定的生物钟组件来关闭它们的生物钟。这种方法类似于从模拟时钟中移除重要的齿轮，使其不再滴答作响。

这导致人们发现，这些重要的免疫细胞拥有一个内部光调节的昼夜节律钟，可以提醒细胞白天到来（类似于闹钟）。这增强了它们杀死细菌的能力。

我们的下一个挑战是了解中性粒细胞究竟如何检测光，以及人类中性粒细胞是否也依赖这种内部计时机制来调节其抗菌活性。

我们还想知道，这种杀灭机制是否仅限于某些类型的细菌，例如我们白天更容易遇到的细菌。还是说，它是对所有感染威胁（包括病毒感染）的更普遍的反应？

这项研究开启了开发以中性粒细胞昼夜节律为靶点、调节其活性的药物的潜力。鉴于中性粒细胞是最早被募集到炎症部位且数量最多的免疫细胞，这一发现对许多炎症疾病具有非常广泛的意义。

* 此处描述的研究由博士生 Lucia Du 和 Pramuk Keerthisinghe 领导，是 Hall 实验室与奥克兰大学医学与健康科学学院由 Guy Warman 和 James Cheeseman 领导的时间生物学研究小组合作完成的。


这个故事最初发表在 《对话》上。

* Chris Hall是奥克兰大学 Waipapa Taumata Rau 分校的免疫学副教授。