通過記錄個別T細胞不一樣的命運，研究人員證實可以有效模擬出適應性免疫反應從前不可預知的一些方面。即一個至關重要的問題：是什么決定了免疫系統數以百萬計的細胞中，哪些細胞將動員起來對抗急性感染？哪些細胞則留在后方長期存活，形成了免疫記憶的基礎？科學家們的研究發現發表在《科學》（Science）雜志上，有可能對改善免疫治療和疫苗接種策略產生影響。

科學家們發現，一小部分能夠識別相關抗原的CD8+ T細胞，啟動了對于感染或腫瘤的直接免疫反應。這小部分細胞中的少數細胞快速擴增為巨大數量的、靶向殺傷感染細胞或癌細胞的短壽T細胞。同時，而這小部分細胞中其余的大部分轉為長壽細胞，以幫助確保免疫系統在將來這種抗原再度出現之時能記起這種抗原。

慕尼黑工業大學Dirk Busch 教授說：“到目前為止，研究人員只有可能在抗感染免疫反應過程中觀察得到免疫細胞群。我們開發了一種技術使得我們能夠觀察個別的T細胞。”結合創新的細胞處理技術，研究人員將理論系統生物學和臨床經驗充分運用到了這一研究中。

標記可預測的閾值

從理論上講，單個T細胞能夠通過發育為多樣化的擴增群體，產生一種適應性免疫應答，在對抗急性感染的同時為未來提供持久記憶。然而有一個根本性的問題：一個有效的反應是預先設定在單個T細胞水平之上，還是出現在多種細胞混雜的命運之后？人們從未對此進行過測試。另一個尚待解決的問題是：哪些短壽殺傷細胞群和和長壽記憶細胞群是按這一順序形成？

為了解答這些問題，慕尼黑工業大學的研究人員首先將特異標記的T細胞導入到小鼠體內，隨后觸發了一種特異免疫反應。大約7天后，他們能夠確定單個T細胞生成了多少后代細胞，都是什么類型。采用與海德堡大學Thomas Hoefer教授研究小組共同開發的一種生物數學模擬技術，幫助解讀了數據。論文的第一作者、慕尼黑工業大學住院醫生Veit Buchholz說“人們無法預測單個殺傷性T細胞后代的‘生涯路徑’。 就像滾動一次骰子，這是一個概率問題。要生成一種可預測的免疫反應，我們發現一個樣品至少需要50個細胞。”

通過分析大量的短壽殺傷細胞和長壽記憶細胞，研究人員重建了T細胞的發育程序，并預測了它們的行為。所有的細胞都沿著相同的發育路徑前進，但它們所走的距離各不相同。也就是說，生成大量短壽抗感染細胞的少量細胞，與命中注定生成記憶細胞的那些細胞，經歷了相同的階段，但前者離開這一階段后提供了即時保護。

除了本身生成的研究結果，該研究另一個重要的意義在于，提高了人們對于將體內和生物信息學方法的能力結合起來開展研究的信心。“事實上，實驗結果詳細證實了我們的預測，有力支持了我們的理論，”Hoefer教授說。

研究人員解釋說，可通過幾種途徑讓這些研究結果對人類健康發揮重要作用，如改善抗癌免疫治療的效力，或是優化老年人治療策略。“未來的記憶細胞處于帶有兩種極端分化形式的擴增的初始階段，理想情況下應該取得一個平衡，以確保記憶細胞庫不會耗竭。因此，我們可以考慮如何調整疫苗接種方案，首先允許擴增，且不會過早讓分化起作用。”