作者丨[澳]伊丹·本-巴拉克
摘編丨何安安
在國務院聯防聯控機制於2月8日召開新聞發布會上,中國疾控中心傳染病預防控制處研究員馮錄召表示,新冠肺炎是一種新發的傳染病,大家都沒有免疫力,人人易感。而在近期的其他報導中可以得知,目前尚無針對新冠肺炎的特效藥,而這意味著除一些對症治療和支持治療外,通過提升患者自身免疫力來防護或清除病毒,是不可忽略且行之有效的手段。
在眾多有關於新冠肺炎的科普文章中,我們可以得知,當病毒進入身體,並感染第一個細胞起,身體中的偵察兵—樹突狀細胞(DC)便開始收集入侵者信息,並將罪犯的特徵信息傳遞給機體的特異性免疫系統,激活細胞免疫和體液免疫。其中,細胞免疫的主力軍是CD8+T細胞,該細胞經過DC的培訓後,成為殺手細胞,直接摧毀病毒基地—被綁架的肺細胞,導致病毒灰飛煙滅,無法複製。體液免疫的主力軍是漿細胞,該細胞的前身是B細胞,教頭DC培訓CD4+T細胞,經過培訓後,它可以幫助B細胞成為漿細胞,漿細胞有個大肚子,如同蜂王一樣不停地生產,產生新的免疫球蛋白—抗體,抗體如同巡航飛彈,精準命中病毒,抗體與病毒緊密結合,形成抗原(病毒)—抗體複合物,被脾臟等免疫器官所降解、清除,從而直接消滅病毒。
這些專業名詞聽上去似乎有些複雜。到底什麼是免疫力?我們的免疫系統究竟是從哪裡來的?什麼是細胞免疫和體液免疫?什麼是抗體?抗體又是怎麼工作的呢……一系列的問題讓我們眼花繚亂。對人類來說,疾病一直都是一個難解之謎。疾病到底是什麼?疾病是從哪裡來的?為什麼有些人會得病,而另一些人卻不會?為什麼會有如此多種不同的疾病?最重要的是,我們該如何治癒疾病?
《我們為什麼還沒有死掉》一書的作者,耶路撒冷希伯來大學
(Hebrew University of Jerusalem)
醫學科學學士、微生物學碩士,雪梨大學科學歷史與哲學博士伊丹·本-巴拉克給出的回答是:答案取決於你生活的地點、年代以及你信奉哪一個流派的觀點。事實上,誕生於19世紀下半葉的免疫學只有一個半世紀的歷史。人們在19世紀末陸續認識到免疫、免疫的角色、免疫的功能,而免疫系統的概念,則是20世紀60年代末期才出現的。在《我們為什麼還沒有死掉》一書中,伊丹·本-巴拉克從通俗醫學的角度,向我們揭示了免疫系統的種種奧秘。
以下內容節選自《我們為什麼還沒有死掉:免疫系統漫遊指南》第四章《研究的歷程》,已獲得出版社授權刊發。
《我們為什麼還沒有死掉:免疫系統漫遊指南》,[澳]伊丹·本-巴拉克 (Idan Ben-Barak)著,傅賀譯,倪加加校,重慶大學出版社2019年11月版。
免疫學的發展史上不乏見解的矛盾和衝突。作為醫學和基礎科學融合產生的交叉學科,免疫學也同時繼承了兩種不同學科的習慣、目標和思維方式。舉例來說,免疫學裡有相信臨床醫學的陣營,也有相信基礎醫學的陣營;有支持細胞學派的陣營,也有支持體液學派的陣營;有鼓吹指導理論的陣營,也有鼓吹選擇理論的陣營;有推崇免疫化學及免疫系統特異性的陣營,也有推崇免疫生物學及非特異性的陣營。有一些爭論已經達成了共識,還有一些爭論仍在繼續。
對疾病的研究從人類文明之初就開始了,但對人類免疫系統的研究則是相對晚近的事情,從19世紀下半葉科學家意識到細菌可以導致疾病算起來,免疫學也只有一個半世紀的歷史。
免疫、免疫的角色、免疫的功能————這些都是人們到了19世紀末認識到的。不過,免疫系統的概念則是晚近才提出的。「系統」一詞暗示著連貫、交流、調控、整合以及一個共同的目標或功能。歷史學家安妮-瑪麗·莫林
(Anne-Marie Moulin)
曾指出,「免疫系統」這個詞是20世紀60年代末期才出現的。
弗拉卡斯託羅的理論跟接觸傳染的機制有關
吉羅拉莫·弗拉卡斯託羅
(Girolamo Fracastoro)
認為,眼炎可能會通過患者看到另一個人而進行傳播,就像是一種類似狗的動物的凝視,被稱為「卡塔本萊法」
(Catablepha)
,據說這可以殺人於千米之外。他認為,擊打用狼皮做成的鼓可以撕裂羊皮做成的鼓。他對梅毒的解釋是,這是奧林匹亞神的顯靈,是太陽輻射對地球的影響。
當然,在今天看來這非常荒唐,無異於天方夜譚。不過,今天我們之所以還提到他,是因為他也有一些非常超前的觀念。
弗拉卡斯託羅生於1478年,是一位醫生、地質學家、詩人、天文學家、數學家。當然,這都是我們今天給他貼的標籤;作為一位真正的文藝復興人,弗拉卡斯託羅本人未必同意我們的界定。比如,他的名作《梅毒》就是關於梅毒這種疾病的(事實上,正是他給這種疾病命的名),還是一首三卷本的長詩。在弗拉卡斯託羅看來,接觸傳染也就是腐爛從一個生物體傳播到另一個生物體——就好像從一顆果子傳播到另一顆果子,從一株樹傳播到另一株樹,從一個人傳播到另一個人。弗拉卡斯託羅認為,腐爛原則上可以按多種方式進行:一些疾病可以在遠距離內傳播,有些則必須通過接觸,另外一些則通過「種子」來間接傳播(每一種疾病都有它特殊的「種子」),它們可能隱藏在受汙染的材料裡,然後在宿主體內繁衍。
吉羅拉莫·弗拉卡斯託羅(1478年-1553年),文藝復興時期歐洲維羅納的一位醫生和作家。
最後一點是不是看起來很眼熟?把「種子」換成「細菌」,這就是現代細菌理論了,而且提到了病因的專一性(因此,治療也需要專一)和傳播途徑,等等。比巴斯德和科赫早300年,弗拉卡斯託羅就已經提出正確的解釋了。早在1546年,在人類尚未發明顯微鏡,也不了解微生物的時代,弗拉卡斯託羅就完成了他的著作。可嘆吶,那個時代人們尚不了解血液循環系統。僅僅在3年前(1543年),人們才剛剛發現地球可能是在圍繞著太陽轉動,而不是太陽繞著地球轉,而且,當時大部分人仍然不相信前者是真的。弗拉卡斯託羅是一個天才嗎?如果人們都聽他的,是不是會免去幾個世紀裡遭受的病痛呢?
對人類來說,疾病一直都是一個難解之謎。疾病到底是什麼?疾病是從哪裡來的?為什麼有些人會得病,而另一些人卻不會?為什麼會有如此多種不同的疾病?最重要的是,我們該如何治癒疾病?答案取決於你生活的地點、年代以及你信奉哪一個流派的觀點。以歐洲為例,在19世紀之前,無論是古希臘的希波克拉特
(Hippocrates)
還是古羅馬的蓋倫
(Galen)
,他們都認為疾病來源於上帝的旨意以及/或者是身體內四種體液的失衡。此外,人們也經常懷疑疾病是受惡魔的影響。空氣裡難聞的毒氣,叫作瘴氣,也可能會滲入人體,引起腐爛,導致疾病。古代、中世紀、文藝復興時期、前現代、現代的醫生和學者都試圖來理解疾病,並給患者提供有效的治療。
我們延續了這個傳統————現在,我們討論的是遺傳因素、環境因素、免疫缺陷患者,等等————而且我們可以大膽地說,在這些方面我們的認識取得了長足的進步。我們知道了感染疾病如何傳播、如何致病;我們認識到了微生物,因為我們可以在顯微鏡下看到它們。但是弗拉卡斯託羅僅僅靠思考就推測到了它們的存在。
但,果真如此嗎?弗拉卡斯託羅提到的「種子」真的是微生物嗎?當理解古人用詞的含義的時候,我們需要特別小心——因為詞語會變化,含義也會改變。通過閱讀弗拉卡斯託羅的作品可以發現,很顯然,弗拉卡斯託羅並不是在談論活生生的生物。他認為傳播疾病的「種子」是無生命的實體,就像洋蔥裡會使我們流淚的物質(這個例子是弗拉卡斯託羅書裡提到的)。它們可以在宿主體內繁衍,但是它們也會來自天空,是大氣或地球的變化創造了它們。如果我們繼續向前追溯就會發現,弗拉卡斯託羅的解釋來自一個古老的哲學流派,它的基本原則是世界萬物相愛相殺,相愛者彼此吸引,相殺者彼此排斥。當然,在現代人看來,這幾乎是無稽之談。弗拉卡斯託羅是一個聰慧之人,但他也無法擺脫時代的局限,他並不是黑暗時代裡的燈塔。
弗拉卡斯託羅也不是第一個提出接觸傳染會引起疾病的人。當14世紀的黑死病抹去了歐洲大陸1/3的人口之後,歐洲的先賢們必須要面對無數不容置疑的證據,這些證據表明:疾病並不總是來自身體內部。許多卓越的頭腦都試圖來理解這個世界,他們得出了五花八門的結論。弗拉卡斯託羅的許多同時代人都在討論接觸傳染。當然,這仍然是上帝的意志,在當時沒人對此有公開異議,但是上帝的意志也需要通過生理手段體現出來。弗拉卡斯託羅也不是第一個提出疾病源於「四種體液的失調」——跟他同時代的大名鼎鼎的帕拉塞爾蘇斯
(Paracelsus)
,更早的時候就提出過這種觀念。
弗拉卡斯託羅的理論只是許多相互競爭的理論之一,它們大都跟接觸傳染的機制有關。它對同時代人和後來的思考者有一些影響,但也招來了一些批評。回頭來看,他的一些觀念都非常接近正確,不過雖然它們已經接近真相,但並不是那麼自明。話說回來,很少有哪個觀念是不證自明的。正是這些有點混亂、有點嘈雜的對話,我們現在稱其為「科學」。
天花免疫是醫學史上一次幸運的意外事件
如果我們快進幾個世紀,就會發現人們已經普遍接受了「有些疾病是通過接觸傳播的」這種觀念。其中一個例子是天花,它已經困擾人類長達數千年之久。人們慢慢觀察到,曾經患過天花的人就不會再患,不同地方、不同時代的人都曾想到過進行「人痘接種」,也就是從天花患者身上的膿包裡取一點出來,接種到健康人的皮膚下,雖然接種者接下來會表現出輕微的疾病症狀,但從此以後,就不會再得天花了。
人痘接種對於抵禦天花相當有效。當然,人痘接種也招來了許多非議。儘管如此,人們還是逐漸接受了人痘接種。
現在輪到疫苗登場了。愛德華·詹納
(Edward Jenner)
被認為是發明疫苗接種的第一人。他的確是在1796年自己想到了這個主意,並付諸實踐,但他並非第一人。早在20多年之前,一位名叫班傑明·傑斯特
(Benjamin Jesty)
的農場主就對他的家人進行了接種,避過了1774年的瘟疫。他們的故事相當類似:他們都是在鄉村長大,都很了解他們的擠奶工,都觀察到了一個現象,擠奶工每天接觸奶牛以及感染牛痘的奶牛,而這些人很少患上天花(在制奶業,這是一個眾所周知的事實)。他們都猜測到,接觸到奶牛的牛痘可以保護人不得天花。他們都動手檢驗了他們的猜測:傑斯特從一位鄰居受感染的奶牛身上取得了新鮮的樣品,並且就地用他妻子的縫衣針感染了她和他們的兩個孩子(分別是兩歲和三歲)。詹納則從一位擠奶工身上取得樣品,並在一個叫詹姆士·菲普斯
(James Phipps)
的出身貧寒的8歲兒童身上進行了接種。
愛德華·詹納(1749年5月17日—1823年1月26日),英國醫生、醫學家、科學家。
接下來他們做的事情就不大一樣了。傑斯特,這位農場主,照樣按部就班地生活。他的妻子接種之後病了一場,然後就恢復了。他的一些鄰居認為他為了一個瘋狂的念頭而魯莽地置家人的性命於不顧,是個匪夷所思的人。另一些鄰居則持更正面的態度,而且有證據表明,他對當地其他人也進行了牛痘接種。官方直到1805年才認可他的貢獻,這距離他最初進行接種試驗已經過去30年了(詹納也剛剛在幾年前才把他的實驗結果公之於眾)。傑斯特受邀來到倫敦,向原創疫苗天花研究所
(Original Vaccine Pock Institute)
匯報了他的試驗。傑斯特帶著他已成年的兒子羅伯特,羅伯特同意作為志願者來證明他父親的治療方法確實有效。傑斯特甚至還帶去了他自己的肖像畫;這幅畫留存至今,在這幅畫裡,傑斯特穿著農場主的行頭(來倫敦之前,他的家人曾建議他打扮一番,但他拒絕了)。這次小小的認可,以及他的家人都能健康地活著,都源於他大膽的創新。
另一方面,詹納是位醫生,也是位學者。他把試驗結果寫成了簡報,並遞交給了皇家學會。在最初的報告被拒絕之後,詹納又對更多的孩子進行了試驗,包括他自己的小兒子,然後他的第二份簡報就被接受了。在此之後,詹納開始致力於推廣疫苗接種,實際上,這成了他下半生一直在努力的一項事業,這使他成了英國乃至整個歐洲的一位名人,當然,這也引來了不少非議,但更多的是表揚,英國議會甚至給他頒發了薪金。從此之後,我們就有了疫苗。
人們總是談疫苗色變,反對的聲音從一開始就有,後來也一直存在。對疫苗的牴觸情緒實在不算什麼新鮮事了。幾乎每一次試圖引入人痘接種或者疫苗接種的嘗試都會遇到質疑、抵制乃至敵視。問題在於,接種疫苗最初是民間行為,醫學主流斥之為沒有道理的迷信。今天,醫生和科學家卻是疫苗最堅定的支持者。這種轉變是怎麼發生的?
即使是在免疫接種成為常規操作的許多年後,科學家對於免疫的機制依然沒有給出很好的解釋。疫苗領域的開拓者們缺少一套系統的理論。你要如何解釋為什麼接觸其他人的天花或者牛痘,會保護你不受後續感染?我們現在知道,保護來自免疫記憶,我們會談論在接觸天花病毒之後身體會發起初級免疫應答,形成記憶B細胞留在體內,但是詹納和他的同時代人根本不知道免疫系統這回事。
他們完全是通過觀察牛和擠奶工,加上聽來的國外傳聞,提出了他們的推測。缺乏理論對於醫學實踐者來說不是太大的問題。醫生喜歡結果,只要治療有效(或者說看起來有效),他們往往也不甚關心為什麼病人能被治癒。天花疫苗之所以被接受,是因為實際結果是好的。儘管如此,沒人知道為什麼它如此有效,因此,醫生也不知道要如何把這套辦法用於治療其他疾病。天花免疫是醫學史上一次幸運的意外事件,要理解免疫的機制,還需要再等上很多年的時間。
被稱為「免疫學之父」的巴斯德其實是細菌學家
對生物學者來說,19世紀中葉是一個激動人心的時期。生命之謎的巨大拼圖逐漸開始成形。細胞理論提出所有生物體都是由單個細胞組成,並逐漸成為主流認識。對生物學來說,細胞成了結構與功能的基本單位,就像之後物理學中的原子。現在,研究的焦點是細胞,而不再是器官或組織。人們發現細胞還有自己的亞結構,即細胞器,它們也會複製。到了1855年,魯道夫·菲爾紹
(Rudolf Virchow)
作了一句雋永的總結:所有的細胞都來自細胞
(Omnis Cellulae Cellula)
。如果細胞對於理解生命至關重要,那麼對於理解疾病也是如此。
在另一個領域,病菌理論登上了舞臺。細菌學家,比如羅伯特·科赫
(Robert Koch)
、約瑟夫·李斯特
(Joseph Lister)
、埃米爾·馮·貝林
(Emil von Behring)
、路易斯·巴斯德
(Louis Pasteur)
證明了是病菌導致了疾病,而且,更準確地說,特定的病菌會導致特定的疾病。巴斯德也表明,細菌只能來自其他細菌,有力地打擊了長久以來的「自然發生說」——即,生命可以從無生命物質中自然產生的觀念。與此同時,在英國,查爾斯·達爾文於1859年發表了《物種起源》,為生物學提出了指導性原則。
羅伯特·科赫(1843年12月11日-1910年5月27日),世界病原細菌學的奠基人和開拓者。
之所以提到生物學的發展史,是因為它跟免疫觀念的後續發展密切相關。我稍後會談到演化觀念的重要性。細胞理論為研究者如何發現細胞、看待細胞、理解細胞提供了一個概念框架。沒有這種思考模式,人們就不會注意到在身體各處(而不僅局限在那些容易辨認的器官)出現的免疫現象。最後,病菌理論為醫學科學提供了一個無價的資產:一個明確的科學問題。
在此之前,沒有人研究過免疫系統,因為沒什麼理由會讓人想到有這種東西存在。當我們發現病菌可以感染身體並造成傷害之後,人們就需要解釋是什麼因素在阻止這樣的事情發生。最終,在人們找到了疾病的源頭之後,他們開始更細緻地研究人體。
巴斯德的職業生涯為我們理解當時的醫學研究提供了有益的參考。他的職業是化學家,不是醫生,由於對發酵的研究(他發現發酵其實並不是一個化學過程,而是一個生物過程),他迷上了生物學和醫學。從此之後,他逐漸澄清並建立了病菌理論,為人和動物的疾病提供了解釋。歷時多年,他治癒了蠶病、牲畜的炭疽病、雞的霍亂,最後,用狂犬疫苗挽救了一個被瘋狗咬傷的兒童的生命(如果當時嚴格要求行醫執照的話,巴斯德也許會陷入巨大的麻煩,也不會有今天的盛名)。
1880年,為了解釋他成功證實的獲得性免疫的現象,他提出了一個理論。故事是這樣的:有一天,在使用霍亂病菌感染雞的時候,巴斯德偶然使用了一批放了很久的培養基,這些受感染的雞並沒有馬上生病——此外,它們對霍亂也有了抵抗力。這也是一個獲得性免疫的例子,很像我們之前在天花病例中看到的例子,只是這次出現在動物疾病中,而不是人類疾病,因此可以繼續實驗。後來發現,這種可以賦予抵抗力的培養基是被弱化過的——由於過度接觸氧氣而「變弱」了。巴斯德打算人工重複這種弱化的培養基,於是開創了疫苗接種實踐。在巴斯德之前,只有天花可以進行疫苗預防,因為只有牛痘可以很方便地進行取樣和接種。現在,他說了,我們也可以使用弱化的病菌來對其他許多疾病進行免疫!
這種觀念也許過於樂觀了。不是所有的疾病都這麼容易「弱化」;開發疫苗是一件非常複雜的任務。但是,它的原則是沒有問題的,從此以後,疫苗也的確是按照這種原理進行開發的:在人體中使用弱化的或者滅活的細菌或病毒。
路易斯·巴斯德(1822年12月27日-1895年9月28日),法國著名的微生物學家、愛國化學家。
所有這一切都非常激動人心,而且的確有用,但是為什麼會這樣呢?巴斯德的解釋是這樣的:一個特定的細菌感染了人體,進而站穩了腳跟,繁衍生息。為了實現這個目的,細菌就需要從環境中攝取營養。由於每一種細菌都有獨特的營養需求,包括許多含量很低但至關重要的「微量元素」,一旦細菌用完了身體裡的這些營養,它們就會死於飢餓。如果身體後來再次感染上同樣的細菌,這些新的入侵者找不到食物,也就無法存活。由於不同類型的細菌有不同的營養需求,因此一種細菌引起的免疫對另一種細菌就沒有作用。
巴斯德的清除理論(類似的理論已經有人提出過了)跟他在實驗室的觀察直接相關。細菌學研究的新方法和最新進展意味著,研究人員終於可以進行純培養了——即,在一個容器裡只有一種類型的細菌,研究人員可以專門研究它。這是一個重大突破,它徹底改變了生物學(我認為,也改變了世界)。在巴斯德的實驗室培養基裡,不同的細菌的確需要不同的營養,否則它們就無法生長(直到今天,許多實驗室仍然為此付出著大量的勞動)。如果你把一個細菌細胞丟進一個含有它喜好的營養的燒杯或者平板上,細菌就會像巴斯德所說的那樣,不受控制地繁殖,直到耗盡營養,細菌最終也死去。巴斯德於是把這套動態過程引入到體內,不過他看不到體內發生的主動防禦功能;它只是一個容器,從這個角度來說,身體跟實驗室的燒杯並沒有太大的不同。
巴斯德的理論並沒有延續多久。在1880年之後,由於新的研究——比如,死去的細菌雖然不能消耗營養,卻依然可以引起人體免疫——他自己也很快放棄了自己的這套理論。我之所以講這個故事,是因為在我看來,這標誌著「前免疫學」時代的結束。巴斯德通常被稱為「免疫學之父」,從許多方面而言,這都沒錯,但他是一個細菌學家,他關於免疫學的理論也是從細菌學的角度提出來的:細菌發揮了主要的(乃至唯一的)功能,身體只是扮演了被動的角色。
細胞免疫和體液免疫是相互補充的
1908年的諾貝爾生理學或醫學獎由埃黎耶·埃黎赫·梅契尼可夫
(Ilya Ilyich Mechnikov)
和保羅·埃爾利希
(Paul Ehrlich)
獲得,這很公平,因為他們兩人代表了免疫學研究裡兩個相互衝突的學派。
我們先來看看梅契尼可夫,他的鬍子要更加有型。他是一位俄國動物學家,在西西里安安靜靜、勤勤懇懇地研究海洋無脊椎動物的消化系統。1882年的一天,他正在顯微鏡下觀察海星的幼蟲,忽然想到了一個主意:在幼蟲內的那些遊動的細胞也許可以幫助海星抵禦感染,就像人體內的白細胞可以在身體受感染的部位聚集。於是他把一些刺扎到了幼蟲體內,第二天早晨,他觀察到那些本來遊動的細胞已經停止遊動,並在被刺的部位聚集了起來。隨後,在對無脊椎動物和兔子所做的實驗中,他確認了自己的發現:某些白細胞在特定的條件下會攻擊、吞噬、消化外源入侵者,從而保護身體免受感染。於是,他把這些細胞稱為「吞噬細胞」。
埃黎耶·埃黎赫·梅契尼可夫(1845年5月16日-1916年7月16日),俄國微生物學家與免疫學家,免疫系統研究的先驅者之一。
梅契尼可夫的貢獻不僅僅是觀察到了這種現象,在此之前,人們也觀察到細胞內有細菌,但從來不知道它們在那裡做什麼。梅契尼可夫的吞噬細胞理論把這些不同的觀察聯繫了起來,從而為免疫學問題提出了一個統一的解釋,這是巴斯德和前人所沒能實現的。免疫系統從此被理解為全身的特徵,而不再是只在感染發生部位的局部特徵——這種觀念一開始並不明顯。免疫學能夠成為科學,而不僅僅是醫學的一個分支,梅契尼可夫功不可沒。
不僅如此,他還是對炎症現象提出合理解釋的第一人。在此之前,炎症被視為一個「有毒」的過程,是一個需要解決的問題。梅契尼可夫意識到,也許炎症本身不是問題,而是一段自愈的過程。當然,炎症可能成為問題——我們仍然需要使用抗炎症藥物——但這並不是因為炎症本身是壞的,而是因為它偶爾會失控。
科學家在提出一套新的理論後,往往會由於激動而過度使用這些理論來解釋不同的現象,梅契尼可夫也不例外。他利用他的理論來解釋了很多現象,比如,他認為,炎症是人體對各種問題的一般性反應。此外,他也提出,吞噬細胞會吞噬神經元,從而引起神經退行性疾病;吞噬細胞吞噬頭髮中的色素,從而使頭髮變得灰白。
梅契尼可夫的觀念依賴的是菲爾紹提出的「疾病的細胞基礎」理論,然而,一種古代醫學理論——體液說——的現代更新版對其發起了挑戰。
曾經主宰了醫學好幾百年的「四體液說」,已經是明日黃花。取而代之的理論認為,血液中的非細胞成分可以保護身體免受感染。1886年,約瑟夫·福多爾
(Joseph Fodor)
發現,人體的血清可以殺死細菌;1890年,埃米爾·馮·貝林發現了血清裡的有效成分——我們後來稱之為「抗體」。
在此之後,研究人員又做出了更多的發現,也引發了一些爭論。一個陣營是細胞學派,以梅契尼可夫(他當時在巴黎的巴斯德研究所工作)和他的多數法國學生和同事為代表,他們認為,細胞是人體免疫應對外源抗原的主戰場;另一個陣營是體液學派,大多數是德國人,他們認為,免疫的主力是血清裡的成分,包括抗體和我們今天叫作補體的成分。
粗略地說,細胞學派是從生物學的角度立論,在他們看來,免疫來自活細胞與外源抗體的相互作用。與此相反,體液學派則是從化學的角度立論,核心是抗體。抗體從哪裡來?它們是怎麼形成的?抗原的特異性是從哪裡來的?在當時,蛋白分子(特別是酶)的特異性是一個研究熱點,而抗體只不過是一個重要的例子。
免疫生物學家和免疫化學家對問題的理解不同,採取的方法也有差異。兩個陣營在理解身體免疫的機制以及把這種理解用於臨床上都取得了長足的進展。第一屆諾貝爾醫學獎(1901年頒發)頒給了埃米爾·馮·貝林,以表彰他開發出了針對白喉的血清療法。事實上,這並不是諾貝爾獎最後一次青睞免疫學。進入20世紀,人們逐漸意識到,細胞學派和體液學派的方法各有千秋——於是他們共享了1908年的諾貝爾獎。免疫學是一個熱門學科,不過,體液學派似乎更受青睞。
埃米爾·馮·貝林(1854年3月15日-1917年3月31日),德國醫學家。
體液學派的方法更有聲有色一些。很長一段時間,體液免疫佔據了主流,而細胞免疫退居幕後。部分原因在於,抗體要比細胞更容易開展研究工作。它們更容易合成、分析和定量,因而更易於研究。細胞有一個複雜的、自動化的構造,而抗體雖然很大,但畢竟是單分子,因此在幾十年裡,抗體研究出現了許多有趣的結果。
我們現在知道,細胞免疫和體液免疫是相互補充的。正如「盲人摸象」的故事所講的,早期的免疫學家只是「摸」到了免疫系統的不同部位。不過,我們至今也沒有了解到大象的所有細節,當然,也有可能,它根本不是一頭大象。
抗體是怎麼工作的?
雖然細胞免疫和體液免疫在20世紀的前幾十年裡爭論不休,但兩個領域的研究者都接受,甚至在某種程度上擁抱了演化理論。像巴斯德那樣對自然選擇的拒斥態度已經一去不復返了。
兩者相比,梅契尼可夫的細胞免疫學更主動地接受了演化理論,在該理論提出的早期,當他觀察海星體細胞聚集的時候,這一點已經很明顯了。他正確地假定,雖然這種類型的細胞是在低等的、看似外星生命的生物體裡發現的,但是在「更高級」的生物體,包括人體裡,也會出現。梅契尼可夫認為,要理解疾病,不能只看一種生物體,而是必須同時考慮兩種生物體:宿主和病原體之間的生存鬥爭。梅契尼可夫對這個過程的理解並沒有失之簡化,他認識到了這種鬥爭的結果不是零和博弈,而是包含了各種可能性(他就是最早提倡「益生菌」的研究者之一)。
另一方面,休液免疫學者對於演化理論就不是很關注,畢竟,這不是任何化學理論的基礎。他們也更少思考那些惱人的問題,比如自身免疫病。對他們來說,主要任務是理解抗體,但是問題在於:抗體如此之多,要從哪裡入手呢?
一開始,免疫學家認為,感染性疾病沒那麼多,因此,我們可以放心地假定人體有能力對所有存在的疾病產生抗體,就好比身體一出生就「知道」要合成各種酶類來消化食物。
埃爾利希於1900年提出的側鏈理論
(Side-chain eory)
,是選擇理論
(Selectionist eory)
的一個代表,它預兆了現代的免疫受體概念。他認為,免疫細胞表面的蛋白質具有「側鏈」,可以與特定的抗原發生作用。隨著人們的發現越來越多,這些理論逐漸失去了解釋能力。一個日漸明顯的事實是,抗原的種類實在太多了。更重要的是,人們開始在實驗室裡合成人造化合物,注射進動物體內,然後動物就會分泌出抗體——當時我們尚不理解它的本質。如果針對每一種抗原都有一種抗體,那這意味著我們需要跟抗原一樣多的抗體,而鑑於抗原的數目如此之多,這似乎是不可能完成的任務。那麼,這些特異性的抗體是從哪裡來的呢?
保羅·埃爾利希(1854年3月14日-1915年8月20日),德國科學家。
如果這個問題在一個世紀之前提出來,那麼回答是:全知全能的上帝會在人體內準備好足夠多的抗體。不過,這套思路在現代人這裡已經行不通了。
一些理論家認為,抗體其實是抗原的修飾形式。感染發生時,抗原被人體吸收,然後經過重排,就可以針對性地結合原來的抗原了。之後,這套理論經過優化改良成了「指導主義」
(Instructionist)
:抗原可以「指導」抗體的形狀,即,免疫系統遇到抗原的時候會選擇性地應對。抗體的特異性並不是事先就有的,而是在感染發生之後才做出的反應。林奈·鮑林
(Linus Pauling)
在1940年提出的摺疊模板理論
(Refolding Template Theory)
就是指導主義的一個代表:在他的模型中,進入人體的抗原會遇到一個未成熟的抗體分子,後者隨後會把抗原包裹起來,根據抗原的形狀來形成新的輪廓。然後,這個「模板」進入一個能產生抗體的細胞裡,大量複製,從而產生無數同種類型的抗體。
「指導主義」理論的整個概念看似很合理:它為特異性的產生提供了一個合理的解釋。不過,這個理論並沒有流行多久,因為很快實驗室的證據就把它證偽了。抗體的多樣性是如何產生的?這其實是一個無比複雜的問題:科學家們絞盡腦汁也沒有猜透身體的這個奧秘。這個問題直到1949年才得到解答,弗蘭克·麥克法倫·伯內特
(Frank Macfarlane Burnet)
提出了他的克隆選擇理論。這是選擇主義理論中的佼佼者,而且其本質是演化理論,雖然它乍看起來似乎太過複雜,但是實驗表明,身體就是這麼複雜。
以上內容節選自伊丹·本-巴拉克所著的《我們為什麼還沒有死掉:免疫系統漫遊指南》一書,較原文有刪節修改,小標題為編者所加非原文所有。已獲得出版社授權刊發。
作者丨[澳]伊丹·本-巴拉克 (Idan Ben-Barak)
摘編丨何安安
編輯丨李永博
校對丨何燕