巨噬細(xì)胞是是一種廣泛分布于全身的免疫細(xì)胞，在先天性免疫和獲得性免疫反應(yīng)中都起著重要作用。其中，吞噬作用是指巨噬細(xì)胞識別并吞噬病原體或其他異物（包括腫瘤細(xì)胞以及自身衰老和異常的紅細(xì)胞等）的過程，涉及細(xì)胞形態(tài)改變、骨架重構(gòu)、表面粘附、細(xì)胞突出和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等復(fù)雜的協(xié)同行為。這一過程引起了生物物理和生物力學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。長期以來，研究人員致力于發(fā)展理論模型來解析在此過程中巨噬細(xì)胞如何有效變形并完成吞噬，但現(xiàn)有模型往往無法考慮細(xì)胞骨架重構(gòu)和細(xì)胞膜-細(xì)胞骨架相互作用，導(dǎo)致模型分析與實(shí)驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大差異。為此，從巨噬細(xì)胞結(jié)構(gòu)出發(fā)構(gòu)建包含細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架信息的細(xì)胞力學(xué)模型，可為從分子到細(xì)胞等不同層面探究吞噬過程中細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架的動力學(xué)行為提供新途徑。
近日，浙江大學(xué)李學(xué)進(jìn)研究員課題組在Cell Press旗下期刊Biophysical Journal上發(fā)表題為“Two-component macrophage model for active phagocytosis with pseudopod formation”的封面論文。該研究構(gòu)建了一種新型的雙組分巨噬細(xì)胞力學(xué)模型，通過設(shè)計細(xì)胞骨架生長、回縮、斷裂和重構(gòu)等功能以及膜面積補(bǔ)充算法，成功再現(xiàn)了巨噬細(xì)胞吞噬病原體或其他異物過程中吞噬行為的模擬（圖1），揭示了細(xì)胞骨架變化和偽足形成在調(diào)控吞噬行為中的關(guān)鍵作用。
圖1 巨噬細(xì)胞通過伸出偽足主動吞噬目標(biāo)物的過程。
文章發(fā)表后，美國生物物理學(xué)會在官方博客以“Macrophages detect and engulf targets with pseudopods”為題進(jìn)行了推介；同時，Biophysical Journal期刊在當(dāng)期的News and Notable欄目中以“Particle-based simulations shed light on cytoskeleton-membrane dynamics in phagocytosis”為題進(jìn)行了亮點(diǎn)報道，認(rèn)為該方法能夠把細(xì)胞膜的微觀結(jié)構(gòu)變化（微觀尺度）與細(xì)胞偽足形成引起的吞噬行為（介觀尺度）聯(lián)系起來，為理解吞噬過程中巨噬細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架動力學(xué)交互行為提供了一個模型框架。同時，該研究證實(shí)了細(xì)胞突出是形成偽足結(jié)構(gòu)的主要驅(qū)動力，為探究吞噬過程驅(qū)動作用的不確定性提供了新觀點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)對于在不同情形下控制巨噬細(xì)胞吞噬率有重要指導(dǎo)意義，從誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞吞噬癌細(xì)胞以抑制腫瘤細(xì)胞生長，到規(guī)避巨噬細(xì)胞吞噬遞藥微粒以增強(qiáng)靶向遞藥效率等方面。