細(xì)胞-細(xì)胞相互作用（CCIs）是多細(xì)胞生命的基石，允許細(xì)胞在群落中存在并執(zhí)行集體功能。細(xì)胞通過產(chǎn)生不同的分子和膜結(jié)構(gòu)相互作用，激活其他細(xì)胞中的信號通路，協(xié)調(diào)基因表達(dá)，然后驅(qū)動細(xì)胞功能。這些相互作用包括結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白、小化合物、細(xì)胞外基質(zhì)、膜突起和細(xì)胞外囊泡等。其中，與其他細(xì)胞上的同源受體結(jié)合的配體，或配體-受體相互作用（LRIs），是CCIs的主要機(jī)制。
 

相鄰細(xì)胞之間的直接物理接觸導(dǎo)致了宏觀上的組織和屏障結(jié)構(gòu)的形成，而在微觀上，它們驅(qū)動了細(xì)胞信號通路和激活狀態(tài)的改變。在許多情況下，細(xì)胞與細(xì)胞之間的直接接觸是啟動和維持細(xì)胞通信以驅(qū)動關(guān)鍵生理過程的必要條件。對這些細(xì)胞相互作用事件的破壞和改變可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的下游病理生理影響，這對治療發(fā)展尤為重要，細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的深入了解被越來越多地用于開發(fā)臨床免疫療法，以調(diào)節(jié)和利用細(xì)胞表面的細(xì)胞間通信。

研究細(xì)胞間相互作用的技術(shù)
研究細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的生物成分和過程的多樣性具有一系列跨學(xué)科的方法，可以分為細(xì)胞成像、基于鄰近性的化學(xué)標(biāo)記、功能開發(fā)、單細(xì)胞測序和機(jī)械力分析等方法�？偟膩碚f，這些技術(shù)旨在解開關(guān)鍵的生物學(xué)問題。細(xì)胞間的相互作用發(fā)生在哪里？這些物理交互作用的空間和組織結(jié)構(gòu)是什么？哪些細(xì)胞直接相互作用，在相互作用中存在什么生物分子？如何通過基因工程來利用細(xì)胞間直接相互作用的結(jié)果？機(jī)械力分析和單細(xì)胞測序?qū)ρ芯考?xì)胞-細(xì)胞相互作用的影響？

細(xì)胞間相互作用的可視化
光學(xué)顯微鏡作為一種可視化細(xì)胞間相互作用發(fā)生的重要手段，幫助我們理解這些相互作用背后的空間和組織結(jié)構(gòu)。早期基于顯微鏡的研究，如細(xì)胞接觸界面涉及使用光學(xué)顯微鏡直接觀察海綿的細(xì)胞解離和來自高階動物的細(xì)胞聚集。此后，在顯微鏡技術(shù)和細(xì)胞表面檢測方法的幫助下，改善了細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的成像效果，包括酶擴(kuò)增和熒光試劑的開發(fā)等。

基于細(xì)胞熒光的應(yīng)用，如簡化的細(xì)胞-脂質(zhì)雙分子層模型、超分辨率成像方法、熒光互補(bǔ)策略和雙光子成像的影響，可以增強(qiáng)細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的可視化和跟蹤。通過使用粘附于玻璃板上的平面脂質(zhì)雙分子層（SLBs），目前已經(jīng)成功地研究了細(xì)胞-細(xì)胞界面上的配體-受體相互作用動力學(xué)。SLBs中加入熒光標(biāo)記的蛋白質(zhì)，以促進(jìn)蛋白質(zhì)運(yùn)動和組織的成像，可以在細(xì)胞-細(xì)胞相互作用中跟蹤，對于研究免疫突觸動力學(xué)尤其重要（圖2）。

 

在細(xì)胞接觸環(huán)境中激活標(biāo)記探針可以了解細(xì)胞相互作用以及哪些蛋白質(zhì)和其他生物分子存在于細(xì)胞-細(xì)胞界面�；瘜W(xué)標(biāo)記包括使用某種酶或小分子催化劑，通過附著在表面蛋白質(zhì)上來導(dǎo)向細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的環(huán)境。然后通過適當(dāng)?shù)拇碳ぜせ畲呋瘎�，誘導(dǎo)用含有生物素的探針標(biāo)記鄰近底物，用于通過質(zhì)譜、凝膠成像、顯微鏡、流式細(xì)胞術(shù)或基因測序方法進(jìn)行檢測和下游分析。細(xì)胞間化學(xué)標(biāo)記策略大致分為兩類，接觸依賴和非接觸依賴，取決于細(xì)胞上的催化劑和鄰近細(xì)胞上的基質(zhì)之間的物理相互作用是否需要誘導(dǎo)標(biāo)記。接觸依賴標(biāo)記技術(shù)需要一個(gè)細(xì)胞表面的酶和相鄰細(xì)胞上的受體底物直接接觸，以便進(jìn)行細(xì)胞間接近標(biāo)記（圖3）。非接觸依賴標(biāo)記產(chǎn)生高反應(yīng)性的標(biāo)簽，并擴(kuò)散到周圍環(huán)境之外（圖4）。

基于鄰近性的化學(xué)標(biāo)記
近端細(xì)胞之間的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用（CCIs）可以通過標(biāo)記方法進(jìn)行評估，標(biāo)記方法可以是依靠酶催化探針與受體的結(jié)合，以依賴接觸的方式標(biāo)記 LRIs（圖5 c），也可以是通過催化劑誘導(dǎo)高活性狀態(tài)的可擴(kuò)散標(biāo)記，以不依賴接觸的方式標(biāo)記 LRIs（圖5 d）。合成受體可以被設(shè)計(jì)成在每次與發(fā)送細(xì)胞產(chǎn)生的特定配體相互作用時(shí)，在受體細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)感興趣的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。例如，發(fā)送細(xì)胞中的膜結(jié)合綠色熒光蛋白（GFP）可以與抗GFP（a-GFP）納米抗體和Notch受體合成受體一起使用。這種合成受體可以幫助跟蹤體內(nèi)信號發(fā)送者-接收者之間的相互作用（圖5 e）。

單細(xì)胞基因表達(dá)分析
細(xì)胞之間的分子相互作用決定了大多數(shù)細(xì)胞表型。轉(zhuǎn)錄組學(xué)提供了豐富的信息，可用于推斷細(xì)胞間的相互作用，從而發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在其群落中的作用。目前，可通過更復(fù)雜的算法考慮細(xì)胞的異質(zhì)性和空間組織、多種配體類型和細(xì)胞內(nèi)信號事件，并能夠使用更大、更復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，包括單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)。

使用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）的計(jì)算工具主要應(yīng)用于差異基因分析，即把單細(xì)胞聚合成細(xì)胞簇或細(xì)胞類型。這種方法有效地處理了scRNA-seq中每個(gè)細(xì)胞中測量的轉(zhuǎn)錄本稀少的問題。然而，最新方法可以實(shí)現(xiàn)在真正的單細(xì)胞分辨率下處理這些數(shù)據(jù)（圖6），推斷出單個(gè)細(xì)胞對之間的通信。以單細(xì)胞分辨率分析CCIs可以深入了解單細(xì)胞之間以及細(xì)胞群內(nèi)部的相互作用異質(zhì)性。

以上是涉及到細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的生物成分和過程的一系列跨學(xué)科的方法，其中細(xì)胞間相互作用的可視化作為重要方法，包括顯微鏡成像與熒光蛋白和小分子熒光團(tuán)相結(jié)合的細(xì)胞-細(xì)胞可視化方法、基于鄰近性的細(xì)胞間化學(xué)標(biāo)記方法等，可繪制細(xì)胞-細(xì)胞接觸環(huán)境，以及以細(xì)胞工程為基礎(chǔ)、在功能上利用細(xì)胞間相互作用的策略，不僅在分子水平上深入了解了細(xì)胞-細(xì)胞接觸環(huán)境，還對細(xì)胞的治療開發(fā)產(chǎn)生了影響。

探索細(xì)胞-細(xì)胞界面的技術(shù)的發(fā)展帶來了關(guān)于細(xì)胞-細(xì)胞相互作用生物學(xué)的大量信息，然而要更全面地理解細(xì)胞間相互作用背后的生化事件，仍然存在許多挑戰(zhàn)，如監(jiān)測發(fā)生物理接觸的細(xì)胞的形成、繁殖和脫離的動態(tài)過程。
 
那么有什么新工具可以彌補(bǔ)這些不足，助力于細(xì)胞間相互作用的監(jiān)測呢？
 
奎克泰生物的JuLI™系列實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠?yàn)楸O(jiān)測細(xì)胞間相互作用提供所需要的工具。JuLI™系列設(shè)備操作簡單，無需復(fù)雜人工操作，省時(shí)省力；無需頻繁取出樣本觀察，提供穩(wěn)定的生長環(huán)境；實(shí)時(shí)觀察，延時(shí)記錄，全面呈現(xiàn)類器官培養(yǎng)情況，獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。JuLI™ Stage配備GFP、RFP與DAPI三色熒光通道，可實(shí)時(shí)熒光成像和延時(shí)拍攝，基于圖像軟件，可檢測熒光強(qiáng)度。

通過活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)，滿足了對活細(xì)胞開展實(shí)時(shí)成像的需求，具有廣泛的應(yīng)用前景，為體外研究細(xì)胞間相互作用，監(jiān)測細(xì)胞間相互作用動態(tài)過程提供了一個(gè)新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)
[1] Armingol E, Baghdassarian HM, Lewis NE. The diversification of methods for studying cell-cell interactions and communication. Nat Rev Genet. 2024 Jan 18. (IF 42.7)
[2] Bechtel TJ, Reyes-Robles T, Fadeyi OO, Oslund RC. Strategies for monitoring cell-cell interactions. Nat Chem Biol. 2021 Jun; 17(6): 641-652. (IF 14.8)