四個諾獎站在他們肩上:米勒和庫珀的B、T細胞發現之旅

坐得住冷板凳，耐得住寂寞，才有望取得真正意義上的重大突破。

撰文 | 郭曉強

我們的身體時刻處於「危險」之中，周圍環境中的細菌、病毒等外源物會對健康帶來巨大威脅，機體為此進化出精密的免疫系統來區分「自我」和「非我」，並及時發現這些「非我」外源物從而消除這些危險。免疫系統的保護功能主要通過兩類免疫細胞，即B細胞和T細胞實現。B細胞可產生特異性抗體，通過中和外源有害分子而發揮保護作用，這一過程稱為體液免疫；T細胞可分泌細胞因子，對病毒感染的細胞或癌細胞進行特異性殺傷，稱為細胞免疫。因此，B細胞和T細胞可看作是身體健康的保護神，重要性顯而易見。然而，這兩類細胞的存在直到上世紀60年代之前還是個謎。

2019年9月，美國著名的拉斯克基礎醫學獎（Albert Lasker Basic Medical Research Award）被授予兩位免疫學家，美國埃默裡大學（Emory University）醫學院的馬克斯·戴爾·庫珀博士（Max Dale Cooper）和澳大利亞沃爾特和伊麗莎·霍爾醫學研究所（Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research）的雅克·弗朗西斯·米勒博士（Jacques Francis Miller），所表彰的正是他們半個世紀前在B細胞和T細胞發現過程中的奠基性貢獻。

1、等待填補的學科空白

免疫系統時刻守護著機體免受外源物的入侵，因此，研究免疫系統結構和功能的免疫學具有至關重要的意義。

1960年代初，免疫學研究已取得一系列重要進展。科學家們發現，免疫細胞可產生抗體，免疫系統可抵抗病毒感染、參與器官移植過程中的免疫排斥等，但免疫細胞產生部位、免疫細胞種類等諸多問題還懸而未決。在這些免疫學領域亟待解決的重大難題上，米勒博士首先取得了突破。

2、從「垃圾桶」撿回胸腺

1931年4月2日，米勒生於法國尼斯（Nice），童年時期由於父親工作的原因多在中國生活。由於第二次世界大戰全面爆發，米勒全家在1941年移居澳大利亞，米勒本人隨後獲得澳籍。在雪梨聖阿洛伊斯學院（St Aloysius' College）完成高等教育後，米勒進入雪梨大學學習，並於1955年獲得醫學學位。

米勒8歲時，姐姐感染肺結核，而當時的治療手段對肺結核束手無策，全家只能無助地看著這位美麗女孩在患病三個月後去世。這次變故為米勒年幼的心靈留下深刻的印記，因此在雪梨大學求學期間，米勒首次接觸病毒感染課題就義無反顧選擇了這一方向，並將其作為終生事業。

米勒博士（圖片來自拉斯克獎網站）

1958年，完成住院醫生培訓的米勒在研究獎學金的資助下來到英國倫敦癌症研究所（Institute of Cancer Research）進行博士學習。當時已知癌症的誘發原因有物理因素（如輻射）、化學因素（各種致癌化合物）和病毒因素等。由於先前的病毒研究背景，加上博士導師哈裡斯（Robert Harris）教授的建議，米勒選擇了病毒如何造成淋巴細胞白血病的發生作為博士研究內容。不巧的是，導師不久另謀高就，米勒只能獨自開展課題。

當時已有研究初步表明，淋巴細胞白血病的發生與胸腺（thymus）密切相關。胸腺原本被看作是一種「無用」器官（因為摘除成年小鼠的胸腺對其健康無絲毫影響），一種進化過程中類似盲腸的殘存物，而參與小鼠白血病的發生更是為胸腺添加一條罪狀。米勒自然而然產生一個樸素想法：如果主流觀點正確，那麼摘除胸腺將百利而無一害，用這種辦法杜絕白血病將毫無副作用。真相是否如此，需要用事實說話。

米勒為剛出生小鼠摘除胸腺，以備在成長不同階段進行病毒接種，並觀察這些去胸腺小鼠是否還會患上白血病。就在米勒準備接種病毒時，問題出現了，去胸腺小鼠開始的發育還算正常，但斷奶後不久便百病纏身、日漸消瘦，並最終早亡。這一事實初步表明，胸腺並非一無是處，去除它可導致幼鼠的災難性後果。

米勒對發病前的去胸腺小鼠進行皮膚移植實驗，結果發現，這些小鼠喪失了產生排斥反應的能力，對外源皮膚可以說是來者不拒，即使親緣關係極遠的不同膚色小鼠間進行皮膚移植也毫無障礙。米勒又對早亡的去胸腺小鼠進行解剖觀察，發現其肝臟出現大面積病毒感染，表明小鼠對病毒的抵抗力降低。此外，去胸腺小鼠更易患癌，這一發現為癌症免疫治療提供了最初的理論依據。這些數據清晰表明，胸腺是一種重要的免疫器官，米勒於1961年發表了這一結果。

然而，米勒的發現在當時並未得到科學界普遍認可，包括著名免疫學家梅達沃（Sir Peter Medawar，1960年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者）在內的反對者提出諸多質疑，甚至有點詰難的味道。他們認為，米勒進行實驗的場所太過簡陋、胸腺切除術操作不當容易引起小鼠外傷等，可能恰恰是這些因素，而非胸腺本身缺失的緣故，才導致小鼠出現感染。為此，米勒來到當時唯一有著無菌小鼠的地方——美國國家衛生研究院，採用更嚴格的實驗操作證實了上述結果的可靠性。還有人指出，即使米勒的小鼠實驗沒有問題，這一結論能否推廣到人類也需打個問號。

米勒實驗（修改自Miller JF. Nat Rev Immunol,2011,11(7):489-495）

米勒雖遭到一些科學家的質疑，但同時也獲得眾多支持，如美國的古德教授（Robert A. Good）於1962年發表了小鼠實驗，也證實了胸腺在免疫系統中發揮關鍵作用。隨著學術界逐漸認可胸腺是一種免疫功能器官，免疫學家開始推測胸腺的具體作用。他們認為，胸腺形成的淋巴細胞在外周分化出成熟免疫細胞，並獲得抗體生成、抵抗病毒入侵等功能。然而事實上，米勒的結果已初步否定這一結論，因為去胸腺小鼠儘管存在免疫缺陷，但其抗體生成功能並未完全消失。胸腺究竟發揮了何種免疫功能呢？另一位獲獎者庫珀博士隨後很好地解決了這一難題。

3、從法氏囊到骨髓：發現第二類免疫細胞

1933年8月31日，庫珀出生於美國密西西比州的哈茲勒赫斯特（Hazlehurst）。庫珀的童年在鄉村度過，擁有無拘無束的時間、自由漫遊的空間、恣意探索的樹林和溪流，以及引發思考的星空。同為教師的父母贈予他書籍的寶藏，培養他閱讀的渴望，這些都是庫珀成長道路上最珍貴的禮物。

庫珀最初對醫學的興趣並不十分濃厚，甚至認為成為醫生要「浪費」太多時間和金錢，從而影響自己的業餘愛好，更沒有想到自己最終會從事免疫學的研究工作。然而，如同米勒的專業選擇受到家庭變故的影響，庫珀哥哥的意外去世也把他推上了學醫道路，開啟了醫學預科、醫學院、實習醫生和住院醫師的常規歷程。1955年，庫珀從密西西比大學醫學院畢業，又於1957年從紐奧良杜蘭大學醫學院（Tulane University School of Medical）獲得醫學博士學位。

庫珀博士（圖片來自拉斯克獎網站）

庫珀在杜蘭大學主要從事兒科臨床實習，有機會接觸到諸多患有遺傳性疾病的兒童，其中兩類X-性連鎖疾病為庫珀留下深刻印象。Wiskott–Aldrich症候群患兒對病毒感染缺乏抵抗力，但體內可產生大量抗體；先天性抗體缺陷症候群患兒體內缺乏抗體，但保留抗病毒感染能力。這些現象暗示了抗體生成和抗感染是由兩種不同來源的免疫細胞負責。為能對此建立更為深入的理解，1963年，庫珀加入古德實驗室開展合作研究。

早在1956年，格利克（Bruce Glick）等人就發現，從雞體內去除鳥類獨有的器官法氏囊（bursa of Fabricius）後，可造成體內抗體含量顯著降低，暗示其與免疫作用密切相關。然而，無論是格利克實驗還是米勒實驗，結果的可重複性都較差，數據總是模稜兩可，無法確定這些器官在免疫過程中的角色到底是完全主導還是部分參與。庫珀和古德推測，摘除法氏囊時，雞體內可能已有免疫細胞存在，這些免疫細胞對最終結果具有幹擾作用。為從本質上消除這種誤差，他們在去除雛雞的法氏囊或者胸腺後，進一步採用放射性處理，以完全消除可能在孵化前已形成的免疫細胞。這一方法改進極大地增加了結果的穩定性和可重複性。

庫珀實驗結果表明，對去除法氏囊的雛雞進行輻射，可導致抗體產生能力喪失；對摘除胸腺的雞進行輻射，可造成病毒抵抗能力消失。據此庫珀認為，雞體內至少存在兩類不同來源、不同功能免疫細胞：來源於法氏囊的免疫細胞負責製造抗體，根據法氏囊單詞首字母命名為B細胞；來源於胸腺的免疫細胞介導移植物排斥反應等，同樣根據胸腺單詞首字母命名為T細胞。1965年，庫珀發表了這一結果，對格利克實驗和米勒實驗以及兩類遺傳性疾病的臨床表現給予理想解釋，並初步說明該結論具有普適性。

然而，尚有一個問題亟需解決。法氏囊是鳥類獨有器官，人和小鼠等哺乳動物體內都不存在，那麼他們的B細胞是從何而來的呢？

1968年，米勒和學生證實小鼠中也存在兩類免疫細胞，它們分別發揮不同的功能。1974年，庫珀小組和多家實驗室幾乎同時證明了哺乳動物的B細胞來源於骨髓。巧合的是，骨髓（bone marrow）的英文首字母也是B，因此B細胞的名稱沿用至今。至此，哺乳動物也有B細胞和T細胞兩類免疫細胞的結論得到證明。

B細胞和T細胞來源模型（修改自Cooper MD. Nat Rev Immunol, 2015,15(3):191-197）

4、為現代免疫學鋪路

B細胞和T細胞的發現是現代免疫學發展史上具有裡程碑意義的事件，拓展了人們對獲得性免疫系統的組織原理的理解和認識，奠定了諸多免疫學研究的基礎，推動了抗體製備、疫苗研發、器官移植、自身免疫性疾病診斷和治療、癌症免疫治療等多個領域的快速發展。

在庫珀和米勒的研究基礎上，後來的科學家們取得了一系列矚目的成就，並有多位成為諾貝爾生理學或醫學獎獲得者。1973年，多爾蒂（Peter Doherty）和辛克納格爾（Rolf Zinkernagel）闡明了T細胞抗病毒作用機制，兩位科學家因此分享1996年諾獎；1975年，科勒（Georges K hler）和米爾斯坦（César Milstein）將B細胞與骨髓瘤細胞融合而製備出雜交瘤，成為單克隆抗體製備的基礎，兩位科學家因此分享1984年諾獎；1976年，利根川進（Susumu Tonegawa）闡明了B細胞抗體多樣性產生原理，並因此獲得1987年諾獎；2018年的諾獎更是與庫珀和米勒的貢獻密不可分，獲獎的兩位免疫學家艾利森（James P Allison）和本庶佑（Tasuku Honju）發現了抑制負免疫調節的癌症療法，其策略正是通過激活T細胞實現對癌細胞的殺傷，而使用的工具則是B細胞產生的抗體。

庫珀和米勒也因為在發現B細胞和T細胞方面的貢獻而獲得諸多科學大獎，除了9月份宣布的拉斯克基礎醫學獎，他們還於2018年分享日本國際獎等獎項。庫珀被譽為「B細胞免疫學之父」，而米勒被認為是揭示一種人體器官功能的唯一在世科學家。從貢獻上講，兩位科學家顯然值得進一步分享諾貝爾獎。無奈的是，鑑於2018年的諾貝爾生理學或醫學獎剛剛授予癌症免疫治療，再次授予免疫學方面的貢獻估計還要等上幾年。兩位教授都已近90歲高齡，而諾貝爾獎只授予在世的人，所以兩位科學家最終能否登上諾獎領獎臺還很難預判。

兩位前輩還為年輕科學家提出許多寶貴建議：發現一個讓自己著迷的研究領域；找到一位值得信賴的好導師；選擇一個自己篤信的研究方向，然後義無反顧做下去，即使困難重重，也要堅持到底。哪怕自己的研究成果短期內看不到臨床價值，也不要氣餒，畢竟從理論到應用往往是一個極為漫長的過程。

歸納一句話，坐得住冷板凳，耐得住寂寞，才有望取得真正意義上的重大突破。

主要參考文獻

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