没有免疫就没有生命

——本年度诺贝尔生理学或医学奖得主揭示免疫系统的奥秘
日期：2011-10-11 作者：张田勘 来源：文汇报

布鲁斯·博伊特勒
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朱尔斯·霍夫曼
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拉尔夫·斯坦曼
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    □张田勘
    
    2011年10月3日上午，瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔生理学或医学奖评审委员会宣布，本年度获奖的是美国科学家布鲁斯·博伊特勒、生于卢森堡的法国籍科学家朱尔斯·霍夫曼，以及加拿大科学家拉尔夫·斯坦曼。
    
三位获奖者的成果
    
    霍夫曼发现了一种称为Toll的基因参与了果蝇胚胎发育，同时也在构建果蝇的防御病毒和真菌的先天性免疫中扮演了关键角色。如果没有Toll基因，果蝇就会死于病菌的感染。1996年，他与其同事把这一研究结果发表于《细胞》杂志。
    
    两年后，博伊特勒在《科学》杂志上发表了一项类似的研究结果。他的研究团队发现了另一种类似Toll基因的突变基因，称为Toll样受体(TLR)，它编码的蛋白称为Toll样受体蛋白，这种蛋白在小鼠天然的免疫系统中同样起着重要作用。博伊特勒也发现，这种Toll样受体能识别大多数革兰氏阴性细菌产生的脂多糖，免疫系统能对后者产生可致命的过度危险反应。这些发现揭示，在遭遇病原微生物时，哺乳动物和果蝇在使用相似的分子来激活体内的先天免疫系统。这也意味着，Toll样受体是先天免疫系统的感应器，是它们启动了先天免疫反应。这也是免疫系统的第一道防线。
    
    这些发现迅速扩大了对Toll样受体的研究，以及后来的适应性免疫研究（又称获得性免疫）。后者是免疫系统的第二道防线，这道防线会集中火力消灭已被感染的细胞和病原菌，消除它们对人体健康的威胁。斯坦曼正是在从事获得性免疫研究中获得了重要成果。
    
发现一个大家族
    
    Toll基因编码的蛋白称为Toll受体，后来研究人员在不同的动物和人身上也发现了类似的Toll受体，称为Toll样受体（TLR）。霍夫曼发现Toll样受体在果蝇对抗真菌感染的免疫过程中起了重要作用，因为它能调控抗真菌多肽果蝇霉素的合成，而果蝇霉素能让果蝇对抗真菌感染。这种抗感染的功能首先要归功于Toll样受体识别病原微生物，即外来入侵者的能力。
    
    越来越多的研究发现，Toll样受体是一个大家族，迄今在哺乳动物及人类中已经发现的Toll样受体家族成员有13个，可分布在20多种细胞上。它们能感知入侵的外来微生物以及机体内变异的细胞，如癌细胞，从而启动免疫反应。
    
    博伊特勒发现，TLR4能够探测到细菌脂多糖的存在，从而促发免疫系统抗御细菌，称为免疫应答。博伊特勒等人同时发现，如果使小鼠中的TLR4突变而丧失功能，小鼠就不会识别和对脂多糖起反应。除了细菌本身和细菌的脂多糖，细菌身上的其他物质，如鞭毛蛋白、非甲基化DNA、透明质酸酶、硫酸肝素、纤维蛋白原、酵母多糖、脂蛋白、脂肽、脂磷壁酸、肽聚糖和酵母多糖等（统称为抗原，也称为Toll样受体的配体），都能够激发宿主（人）免疫应答，但是如果这样的应答持续过久或者强度过大，也会对人造成伤害。
    
    由于Toll样受体扮演着免疫应答感应器的角色，它首先起到的是免疫监视和识别的作用，每种TLR可识别不同的一类抗原，也就构成了监视与识别各种不同的病原相关分子模式；其次Toll样受体可抗御和限制病原菌对宿主的伤害；最后Toll样受体也参与获得性（适应性）免疫反应，尽管这种反应主要是由树突细胞所引发的。
    
    这种抗御病菌的第一道免疫防线可以概括为：单核巨噬细胞、树突细胞等抗原递呈细胞通过膜表面表达的TLR感受入侵病原的相关分子模式刺激后，由细胞内信号传导通路进入细胞核内活化NF-кB，启动核内相关基因，转导出相应的信使核糖核酸（mRNA），从而合成白介素1、6、8、12，α肿瘤坏死因子（TNF-α）和γ干扰素（IFN-γ）等细胞因子并释放到细胞外，引起粒细胞、巨噬细胞趋化聚集，毛细血管通透性增高，淋巴细胞浸润等，发挥攻击和消灭入侵病菌的免疫应答效应。
    
    当然，Toll样受体启动的免疫效应还包括抗病毒感染。比如，通过诱导产生白介素6等，促进机体清除呼吸道合胞病毒。这也限制了一些病毒对人的伤害。
    
    Toll样受体启动的免疫效应同样可以参与获得性（适应性）免疫反应。多数Toll样受体可以诱导抗御病原微生物的防御系统，产生白介素、肿瘤坏死因子和干扰素等，介导细胞免疫应答。
    
“健康哨兵”引领免疫疗法
    
    免疫系统的第二道防线是由斯坦曼首先发现的，即树突细胞(DC)被抗原激活而产生的获得性免疫反应（应答）。
    
    树突细胞分布在人体外周组织和器官中，像哨兵一样对身体进行警戒，但是，它们处于非成熟状态，需要通过吞噬抗原并加工处理抗原后，才可以分化成熟，同时发生迁移，由外周组织通过淋巴管和血液循环进入次级淋巴器官，然后激发T细胞产生免疫应答。根据树突细胞的来源可将其分为两类，一类为髓系(DCl)，另一类为淋巴系(DC2)。它们都起源于体内的多能造血干细胞，但它们各自的前体细胞不同。DC1的前体是外周血中的单核细胞，与单核细胞及粒细胞有共同祖先；而DC2的前体是浆细胞样T细胞，与T细胞、自然杀伤细胞有共同祖先。因此，从它们的来源可以看出，树突细胞本身就具有细胞免疫的功能。
    
    斯坦曼发现的树突细胞启动的第二道免疫防线（获得性免疫）不只是可以抗御多种病原微生物的感染，而且在今天产生了一种新的可以抗御癌症的疗法，即癌症的免疫疗法。斯坦曼本人患癌也采用了由树突细胞研制的治疗性疫苗进行治疗，这类疫苗可以调动人体免疫系统对肿瘤发起攻击。同时，斯坦曼和霍夫曼、博伊特勒的发现所开启的更多研究成果，也有助于治疗其他一些炎性疾病，如风湿性关节炎。
    
    树突细胞是最强大的抗原递呈细胞，现在的癌症治疗性疫苗就是利用或瞄准树突细胞来研制的，称为树突细胞疫苗。由树突细胞制成的治疗前列腺癌的疫苗Provenge已于2010年4月被美国食品和药品管理局批准用于临床试验治疗。
    
    树突细胞被致病抗原（如肿瘤抗原）激活后，可以促进特异性T细胞来杀死肿瘤细胞。Provenge疫苗的研制首先是，把人体中的树突细胞分离和提取出来，在体外把它们暴露于一种叫做前列腺酸性磷酸酶的癌症相关蛋白中，使树突细胞致敏。然后把这些致敏树突细胞回输到病人体内，这时致敏树突细胞就会引发机体产生特异性细胞毒性T细胞（CTL），有针对性地杀灭前列腺癌细胞。
    
    用Provenge疫苗对512名男子进行临床试验，得到Provenge治疗的病人平均存活时间为25.8个月，而那些对照组的病人平均存活时间为21.7个月，治疗者生存时间增加了4个月。三年之后，Provenge治疗的病人中32%仍然存活；而对照组只有23%存活。
    
    但是，由于每个人的树突细胞是不同的，因此Provenge疫苗需要为每个病人单独定制，这也造成了治疗费用较为昂贵，治疗一个病人开支为9.3万美元，疗法为一个月内三次注射。但是，利用树突细胞研制的疫苗也不只是治疗前列腺癌，而是可以治疗其他癌症，如神经胶质瘤。美国《临床肿瘤杂志》最近发表的一篇论文指出，在接受树突细胞疫苗治疗神经胶质瘤的22名病人中，有9人在一年后仍然存活，而且病情没有恶化。神经胶质瘤是一种发展极快的恶性肿瘤，这证明树突细胞疫苗治疗这种肿瘤的效果是显著的。
    
首位不知自己获奖的先行者
    
    事实上，斯坦曼生前和其他研究人员也正在计划采用不把树突细胞提取出来、而是直接致敏体内的树突细胞来治疗癌症患者。2007年，斯坦曼被诊断出患了胰腺癌后，他就意识到自己可以充当一名先行者，用自己发现的树突细胞研制的疫苗来试验治疗自己的癌症。这可以建立一种新的疗法，而且也有可能治愈自己的疾病。斯坦曼试用的许多实验性疗法中有两种就是树突细胞疫苗治疗。阿哥斯治疗公司研制了一种治疗肾癌的树突细胞疫苗，基于此，该公司为斯坦曼个性化地设计了一种树突细胞疫苗以治疗他的胰腺癌。
    
    同时，斯坦曼也寻求另一种树突细胞疫苗GVAX进行治疗。人体中有一种粒细胞-巨细胞集落刺激因子(GM-CSF)，可以刺激巨噬细胞和树突细胞等抗原递呈细胞增殖、分化和成熟。用GM-CSF基因修饰肿瘤细胞之后，可以成为一种树突细胞疫苗，称为GVAX瘤苗。GVAX瘤苗经放射线灭活后注射到患者肿瘤周围，可分泌GM-CSF，以增加局部的炎性反应，从而吸引大量多核细胞、巨噬细胞和树突细胞等聚集浸润。这些细胞能吞噬注射局部的肿瘤细胞。试验表明，Gvax肿瘤疫苗对前列腺癌、肺癌、胰腺癌、肾脏肿瘤及黑素瘤5种肿瘤都具有抗癌活性。
    
    最近的研究还表明，在未成熟树突状细胞和成熟树突状细胞同时存在的情况下，能更有效地激活T细胞。因为，未成熟树突细胞摄取、加工抗原的功能与成熟树突细胞递呈抗原、激活T细胞的功能相互协同作用，加上树突细胞能促使自身成熟并将抗原递呈给T细胞，进一步激发T细胞增殖，诱导特异性细胞毒性T细胞生成，因而提高了抗肿瘤效果。
    
    尽管斯坦曼接受树突细胞疫苗治疗延长了寿命，但因其癌症比较特殊，加上树突细胞疫苗也只处于实验阶段，因而疗效并不显著。他在诺贝尔奖评委会宣布其获得本年度生理学或医学奖的前三天去世。尽管这是一种巨大的遗憾，但他和博伊特勒、霍夫曼以及其他研究人员所发现和揭示的免疫系统的奥秘将在未来造福更多的病人，而不只是癌症病人。
    
Toll基因的发现
    
    Toll基因并非由朱尔斯·霍夫曼发现，但是霍夫曼发现了Toll基因具有免疫功能。
    
    德国科学家克里斯蒂安·沃尔哈德最早发现Toll基因，并阐明其在果蝇发育中的作用，因此他成为1995年诺贝尔生理学或医学奖得主之一。
    
    沃尔哈德等人发现，该基因突变后果蝇长得很怪。有人认为之所以叫它Toll基因，是因为沃尔哈德等人当时发现它的作用后很激动，用德语大呼Dasist jatoll（太棒了）！
    
人体两道免疫防线
    
    第一道防线（先天性免疫）——Toll基因编码的蛋白，称为Toll样受体（TLR），扮演着免疫应答感应器的角色。
    
    作用①：监视与识别各种不同的病原菌
    
    作用②：抗御和限制病原菌对宿主的伤害
    
    作用③：参与第二道防线作战
    
    第二道防线（获得性免疫）——树突细胞被抗原激活后，从身体的外周组织通过淋巴管和血液循环进入次级淋巴器官，激发T细胞产生免疫应答。
    
    作用：制造出抗体和“杀手”细胞等“武器”，消灭已被感染的细胞及“入侵者”。