回首B淋巴細胞50年
——《自然》發文紀念這一開創現代免疫學的發現
該成果所產生的影響再怎麼高估都不為過。在接下來的幾年裡，單克隆抗體遍布實驗生物學的所有角落。
B淋巴細胞的掃描電鏡照片
圖片來源：Eye of Science/SPL
1963年，當Max Dale Cooper加入Robert Good在美國明尼蘇達大學的實驗室時，免疫學領域出現了兩個陣營。它們彼此都非常不喜歡對方。
當時，免疫學研究的核心問題是脊椎動物如何調整自己的防線以應對細菌和病毒，而後兩者的化學物質表現出幾乎無限的多樣性。在加入Good實驗室的兩年裡，Cooper作出了一項關於淋巴細胞的發現，其被證明為破解上述謎團並最終統一該研究領域的兩大陣營起到了至關重要的作用。
50年前，Good、Cooper和他們的同事Raymond Peterson在《自然》雜誌上發表論文，提出淋巴細胞有兩種類型的觀點。這左右了現代免疫學的進程，並且影響了對免疫缺陷疾病和免疫系統腫瘤的研究和治療以及強大的研究工具和治療方法——單克隆抗體的發展。
關於克隆的戰爭
20世紀60年代，其中一個陣營的免疫學家主要關注化學術語，並在當時取得了長足進步。該陣營的科學家發現，抗體分子是擁有兩個結合位點的蛋白質，能識別大量外在分子（抗原），甚至是合成抗原。同時，抗體由兩種重鏈和兩種輕鏈組成。其中，每個重鏈和輕鏈N末端的胺基酸多變，而C末端相對穩定。
第二個陣營關注的是細胞和整個有機體水平上的免疫學。在該陣營中，克隆選擇學說當時正越來越被接受。該理論認為淋巴細胞是多樣的，而且每個細胞都是獨特的或者可以生成克隆。每個細胞都擁有一個獨一無二的表面受體，當其與抗原結合時，會觸發細胞的克隆和擴散。該理論由澳大利亞墨爾本沃爾特和伊萊扎霍爾醫學研究所（WEHI）的Frank Macfarlane和芝加哥大學的David Talmage於20世紀50年代提出。克隆選擇學說為免疫學提供了概念框架，但關於其存在和作用機制的證據一直沒有找到。
1961年，同在WEHI工作的Jacques Miller發現，胸腺被移除的小鼠並未像動物通常表現的那樣，對來自其他種群小鼠的植皮手術產生排斥反應。這表明胸腺是一類能調節排斥反應等現象的關鍵細胞源，但該實驗並未獲得廣泛認可。當時，研究人員認為，淋巴細胞是抗體的唯一來源。不過，免疫學家並不知道產生抗體的淋巴細胞和參與移植排斥反應的淋巴細胞是否以及如何關聯。
以此為背景，身為兒科專家和臨床免疫學家的Cooper開展了一系列臨床觀察，這為發現有兩種淋巴細胞類型存在提供了早期的線索。一種同X染色體相關的疾病——維斯科特—奧爾德裡奇症候群的患者，會產生嚴重的、與免疫缺陷相關的皰疹病毒病變。不過，這些人擁有很高水平的抗體。與之相反，患有同X染色體相關的遺傳性免疫缺陷丙種球蛋白缺乏症的男孩能控制這種病毒感染，儘管他們缺乏抗體反應。這表明產生抗體的淋巴細胞和來自胸腺的、可產生移植排斥反應的淋巴細胞可能是兩種不同的類型。
關鍵的實驗
Cooper是少數幾位發現這種矛盾結論中所藏線索的免疫學家之一。他和Good決定重新研究雞的腔上囊和胸腺所起的作用。直到那時，關於雞的器官移除研究還有著相互矛盾的結果。Cooper推斷，這些差異之所以會出現，是因為一些雞可能在器官被移除前便擁有了免疫細胞。他的解決辦法是在移除器官後1天用放射線照射孵化的雛雞，這會消除在雞孵化前由其腔上囊或胸腺產生的任何細胞。因此，這些雛雞能揭示這兩個器官在免疫系統發育中所起的作用。
1965年1月9日，研究結果在《自然》雜誌發表，引起廣泛關注。沒有腔上囊並經放射線照射的雞被注射牛血清白蛋白或布魯氏菌後，均未產生抗體。來自這些雛雞的血清完全缺乏主要的抗體類型。然而，依賴胸腺的脾臟白髓區完全正常。這種反差極大的表型極易讓人聯想到同X染色體相關的丙種球蛋白缺乏症患者。
次年，Cooper和同事在一篇發表於《實驗醫學期刊》的重要論文中擴展了他們的開創性研究。他們利用不含腔上囊和胸腺的輻照雛雞，闡明了由這兩種器官產生的免疫細胞所具有的不同功能。同時，他們發現抗體反應需要來自腔上囊的B細胞，而來自胸腺的T細胞則能夠調節遲髮型超敏反應、移植物抗宿主的排斥反應和植皮排斥反應。
針對免疫缺陷疾病的兩種淋巴細胞模型的解釋力是巨大的。由於同X染色體相關的丙種球蛋白缺乏症患者在抗體產生上有缺陷，但在細胞免疫方面正常，因此他們的疾病或許只能歸因於B細胞發育缺陷。相反，細胞免疫和基於抗體的免疫都嚴重缺乏的瑞士型無丙種球蛋白血症，可能是由一種對T細胞和B細胞均有影響的前體細胞缺陷引起的。一點也不奇怪的是，相較於免疫學家，臨床醫生更能接受Cooper的發現。
接下來，Cooper面臨的最重要問題是在哺乳動物中發現同腔上囊作用相同的器官。在隨後的近10年間，該研究的關聯性和通用性一直備受爭議。
在哺乳動物中找到和腔上囊作用相同的器官被證實異常艱難。起初，Cooper和同事懷疑腸道組織是B細胞的來源。他們在這個死胡同裡花費了巨大的精力。
1974年，答案最終浮出水面。當時，Cooper和來自英國倫敦大學學院的Martin Raff、John Owen從懷孕14天的小鼠中獲得其胚胎肝臟細胞。在4～7天的培養之後，B細胞產生了。與此同時，由來自WEHI的Gustav Nossal和瑞士日內瓦大學的Pierre Vassalli領導的小組利用小鼠骨髓細胞有了類似發現。換句話說，造血或形成血液的組織在哺乳動物中充當了腔上囊在雞中所起的作用。
到了20世紀70年代末，這種對於不同淋巴細胞類型的理解開始改變白血病和淋巴瘤的治療。如今，這些腫瘤的細胞起源可被用來對癌症進行分類，並制定不同的治療方法。因此，急性淋巴細胞白血病可能源自B細胞或T細胞，亦或兩者都不是，而非霍奇金和伯基特淋巴瘤源自B細胞。針對這些腫瘤的不同療法的效果如何，通常和它們的分類密切相關。
藥物和疫苗
B淋巴細胞生物學所產生的最大影響之一是雜交瘤的發明，這是一種可無限繁殖產生抗體的細胞系。1975年，來自英國劍橋MRC分子生物學實驗室的Georges K?觟hler和César Milstein報導稱，他們將B細胞同一種骨髓瘤細胞融合後，得到的雜交細胞可不間斷產生特定抗體。這就是單克隆抗體技術的起源，並使K?觟hler、Milstein和Niels Jerne獲得1984年諾貝爾生理學或醫學獎。
該成果所產生的影響再怎麼高估都不為過。在接下來的幾年裡，單克隆抗體遍布實驗生物學的所有角落。這些分子是一類可被用來鑑定、分離研究人員感興趣的幾乎任何分子或細胞的潛在特定試劑。在臨床上，單克隆抗體已成為最有力的診斷和治療方式之一。
Cooper的發現還為回答克隆選擇學說的最根本問題奠定了基礎，即克隆多樣性是如何產生的。1976年，Susumu Tonegawa闡明了該問題：B細胞通過結合3種類型的基因片段「召集」了多個系列的抗體。
最終，這些在化學水平上得到詳細闡明的抗體，如今在基因、細胞和組織層次上也有了更好的理解。到20世紀80年代中期，T細胞的克隆屬性也被解釋清楚。通過發現B細胞和T細胞，Cooper和同事開啟了一系列具有裡程碑意義的發現，並最終統一了該領域中的化學和分子陣營。
不過，B淋巴細胞生物學仍存在一些關鍵問題。尤其是在開發針對HIV、流感和很多其他致病原的疫苗時，還有很多未被滿足的要求。理解B細胞如何被選擇分化成保護身體免受感染的長壽細胞，將為人們在實證研究失敗的地方提供指導。
隨著這些發現繼續影響人類健康，記住它們源自50年前Cooper利用雛雞進行的一次實驗仍然有著重要意義。（閆潔）
《中國科學報》 (2015-01-14 第3版 國際)