关键要点

  • 研究白细胞的研究人员发现了与人体中最常见的抗体类型（称为免疫球蛋白G）的高产量和释放相关的基因图谱。
  • 这一发现可能是朝着新的基于抗体的治疗方法和提高细胞疗法有效性迈出的一步。
  • 研究人员使用加州大学洛杉矶分校开发的称为纳米小瓶的微观容器来捕获他们研究的单个细胞。

由加州大学洛杉矶分校和西雅图儿童研究所领导的一项合作产生了关于负责产生和释放免疫球蛋白G的基因的新知识，免疫球蛋白G是人体内最常见的抗体类型。

这一发现有可能推动癌症和关节炎等疾病的基于抗体的疗法的制造，以及依赖抗体产生的医学治疗的发展。

抗体是一组对免疫系统至关重要的蛋白质。免疫球蛋白G或IgG存储过去感染的记忆，并标记危险的微生物将被免疫细胞消除。母亲的IgG对新生儿的免疫防御也至关重要。

几十年来，科学家们已经知道，一群称为浆B细胞的白细胞会产生IgG。血浆B细胞效率很高，每秒产生超过10，000个IgG分子。但是，使浆细胞能够将抗体分泌到血液中的分子机制仍未完全了解。

为了更多地了解这些机制，研究人员进行了一项以前从未做过的分析：他们捕获了数千个单个浆B细胞及其个体分泌物，然后将每个细胞释放的蛋白质量连接到图谱中，该图谱映射了数万个由同一细胞表达的基因。

为了收集细胞及其分泌物，研究人员使用了称为纳米小瓶的微观碗形水凝胶容器， 这是在加州大学洛杉矶分校之前的研究中开发的。

他们的分析发现，与产生能量和消除异常蛋白质有关的基因对于高IgG分泌甚至比含有制造抗体本身指令的基因更重要。他们还发现，CD59（一种以前与IgG分泌无关的基因）的存在比已经与这种细胞类型相关的其他遗传标记更好地预测高产浆细胞。

“细胞中的这些过程就像制造蛋白质的装配线，有很多地方你可以看到瓶颈，”加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院的Armond和Elena Hairapetian工程和医学教授Dino Di Carlo说 。“事情必须在整个细胞中同步顺利进行。如果一个细胞正在制造大量的蛋白质，它就会消耗大量的能量，需要一种方法来纠正那些被搞砸的蛋白质。

该研究发表在《自然通讯》杂志上。Di Carlo也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所和加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心的成员，他说这些发现不仅可以促进对生物学的基本理解，还可以应用于生物医学。

例如，了解哪些基因与抗体分泌较高有关，制药商可以使用这些基因来设计分泌大量抗体的细胞。这些知识也可以应用于一种新兴的策略，将工程细胞直接引入患者体内，例如华盛顿大学免疫学家Richard James正在开发的潜在细胞疗法，他是该论文的共同通讯作者。

在研究中使用纳米小瓶和标准实验室设置的新方式也为理解DNA中所含指令如何转化为细胞行为开辟了新的可能性。

每个纳米小瓶都包含定制为与研究人员正在研究的细胞表面的蛋白质结合的分子，这使得纳米小瓶一次能够捕获单个细胞。一旦该细胞被固定并保护在纳米小瓶“碗”内，其分泌物也会积聚并附着在经过工程改造以捕获它们的特异性抗体上。

在这项研究中，研究人员将数以万计的浆细胞以及它们释放的IgG困在直径约为一张纸厚度三分之一的纳米小瓶中。然后将纳米小瓶通过仪器运行以分析每个细胞的信使RNA或mRNA。

个体身体中的每个细胞都带有写在DNA中的相同蓝图。因此，科学家通过观察mRNA来检测哪些基因是活跃的，mRNA翻译这些指令，以便每个细胞都可以构建特定于其功能的蛋白质。

“每个细胞中都有多层信息，”迪卡洛说。“我们能够将最后一层 – 实际分泌的蛋白质量在整个身体中具有明确功能 – 与 更基本的遗传密码层联系起来。目前没有其他技术可以做到这一点。现在我们有了这种方法，对我来说，最有趣的事情是接下来要问哪个问题。

在未来的研究中，研究人员希望确定影响浆细胞产生和分泌IgG的所有基因。

纳米小瓶可从Partillion Bioscience获得商业销售，该公司由Di Carlo共同创立，位于CNSI的校园创业孵化器 Magnify中。

该研究的第一作者是华盛顿大学的Rene Cheng和Joseph de Rutte，他于2020年获得加州大学洛杉矶分校的博士学位，是Partillion的联合创始人兼首席执行官。其他作者隶属于UW，Partillion和总部位于西雅图的Luminex公司。该研究得到了美国国立卫生研究院和西雅图儿童研究所的支持。