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，获得了有关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抗体疗法的生产，以及依赖抗体生产的医学治疗的开发。

抗体是一组对免疫系统至关重要的蛋白质。免疫球蛋白 G(即 IgG)可存储过去感染的记忆，并标记危险微生物，以供免疫细胞消灭。母亲的 IgG 对于新生儿的免疫防御也至关重要。

几十年来，科学家们就知道一群白细胞(称为血浆 B 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。但浆细胞将抗体分泌到血液中的分子机制仍不完全清楚。

为了更多地了解这些机制，研究人员进行了一项前所未有的分析：他们捕获了数千个单个血浆 B 细胞及其各自的分泌物，然后将每个细胞释放的蛋白质量连接到图谱上。绘制同一细胞表达的数万个基因的图谱。

为了收集细胞及其分泌物，研究人员使用了称为 纳米瓶的微型碗形水凝胶容器，这是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 IgG 的高分泌甚至比包含产生抗体本身的指令的基因更重要。他们还发现，CD59(一种先前未与 IgG 分泌相关的基因)的存在比其他已与该细胞类型相关的遗传标记更能预测高产浆细胞。

“细胞中的这些过程就像制造蛋白质的装配线，在很多地方你都可以看到瓶颈，”加州大学洛杉矶分校萨穆埃利工程与医学学院阿蒙德和埃琳娜·海拉皮蒂安工程与医学教授迪诺·迪卡洛 说 。该研究的共同通讯作者。“整个单元内的事情必须同步顺利进行。如果细胞制造大量蛋白质，就会消耗大量能量，需要一种方法来纠正混乱的蛋白质。”

该研究发表在《自然通讯》 杂志上。迪卡洛也是 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， 他表示，这些发现不仅可以增进对生物学的基本理解，还可以在生物医学中得到应用。

例如，了解哪些基因与较高的抗体分泌相关，制药商可以利用这些基因来改造分泌大量抗体的细胞。这些知识还可以应用于一种将工程细胞直接引入患者体内的新兴策略，例如该论文的共同通讯作者、华盛顿大学免疫学家理查德·詹姆斯正在开发的潜在细胞疗法。

研究中使用纳米瓶和标准实验室设置的新方法也为理解 DNA 中包含的指令如何转化为细胞行为开辟了新的可能性。

每个纳米瓶都含有专门用于与研究人员正在研究的细胞表面的蛋白质结合的分子，这使得纳米瓶能够一次捕获单个细胞。一旦细胞在纳米管“碗”内被固定并受到保护，其分泌物也会积累并附着在专门设计用于捕获它们的特定抗体上。

在这项研究中，研究人员将数以万计的浆细胞及其释放的 IgG 捕获在直径约为一张纸厚度三分之一的纳米瓶中。然后将纳米瓶通过仪器分析每个细胞的信使 RNA 或 mRNA。

个体体内的每个细胞都携带着同样的 DNA 蓝图。因此，科学家通过观察 mRNA 来检测哪些基因处于活跃状态，mRNA 会翻译这些指令，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——实际分泌的在整个身体中具有明确功能的蛋白质的数量——与遗传密码的更基本层联系起来。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，研究人员希望找出影响浆细胞产生和分泌 IgG 的所有基因。

纳米瓶可从 Partillion Bioscience 购买，该公司由 Di Carlo 共同创立，位于 CNSI 校园创业孵化器 Magnify 内。

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