Nature最新研究揭示了免疫系统的新特征——不断进化性

以色列理工学院的研究人员在著名的《自然》杂志上发表了一篇文章，提出了关于免疫系统进化的新见解。研究小组的发现强调了免疫进化的模块化和灵活性。这项研究是由鲁斯和布鲁斯拉帕波特医学院的研究人员，Shai Shen-Orr教授，Tania Dubovik博士和博士后Martin博士Luka?i?in与拉姆巴姆医疗保健校区和卡内基梅隆大学合作进行的。

免疫系统是复杂的，它的主要功能是保护机体免受病毒、感染和其他有害物质的侵害。这个系统的核心是不同类型的免疫细胞，每一种都有自己的功能，它们共同努力为身体提供必要的保护。免疫系统与动态环境之间的相互作用要求它不断变化。驱动生物世界变化的主要机制是进化，它基于通过突变的形成来适应环境变化——随机的遗传变化。然而，由于自然选择，并不是每一个随机的基因变化都对个体有益，即使这种变化是有益的，它也不会被保存下来并传递给后代。

免疫系统基因比基因组中的其他基因进化得更快，尤其是在哺乳动物和鸟类中，这表明免疫系统在适应健康和疾病的环境方面发挥着重要作用。尽管如此，它的进化动力学直到现在还没有深入研究。这在很大程度上是由于免疫系统是复杂的，并且在个体之间具有高度差异，这导致了在实验室动物中进行研究的传统，这些动物是为了遗传一致性而近亲繁殖的，并保持在清洁，无细菌的环境中。

以色列理工学院的研究人员利用了一种独特的基因不同的小鼠模型，这种模型与在人类身上观察到的相似。利用这个模型，研究人员测量了小鼠之间免疫细胞类型的差异，并确定了控制每种免疫细胞类型丰度的基因。这些基因中的许多通过控制表达它们的相同细胞类型来调节细胞分裂、迁移和死亡，从而影响整个系统。然而，在这些基因中，研究人员发现了一组在一种细胞类型中表达并控制另一种细胞类型的基因。 

通过扫描60种脊椎动物的基因组，跨越了大约6亿年的进化时间，研究人员证明，后者具有更丰富的突变，并为进化提供了有利的空间，通过增加多样性而不造成重大损害，从而在细胞类型之间产生新的相互作用。

Shen-Orr教授和他的团队表示:“其中一个重要的含义是，免疫系统进化新功能的能力更多地依赖于不同细胞之间的相互作用，而不是一种细胞类型，这让我们了解了复杂的模块化系统是如何进化的。这种模块化过去在基因和蛋白质如何进化新功能中被观察到，但从未在复杂的网络系统中被研究过，比如免疫系统的相互作用细胞。”

因此，对免疫系统可进化性的进一步研究不仅可以启发免疫反应背后的设计原则，而且还有助于仿生解决方案，例如，在基于功能单元之间相互作用的系统的工程方法中。

这项研究得到了以色列科学基金会(ISF)、阿普尔鲍姆基金会、米尔格罗姆基金会、科勒克研究基金、布鲁斯和露丝拉帕波特癌症研究中心以及Eli Kaufman奖学金的慷慨支持。