誰是自身免疫之父

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“遇事不決，量子力學；機制難尋，腸道菌群；病因無跡，自身免疫。”

上面是學術界流行的 “金句”，盡管其中帶有很大的玩笑成分，但至少關于自身免疫的部分，卻是多少有些道理。 自身免疫病的發生，是因為我們的免疫系統 “錯誤地” 產生了針對人體本身成分免疫反應，從而讓自身的組織或細胞遭受攻擊，導致了損傷或功能異常。因為自身抗原的廣泛存在，自身免疫病可以發生在幾乎所有的組織和器官，從皮膚到內臟，從心肺到大腦。所以，當一種疑難病的病因難以確定時，懷疑為自身免疫病也的確是一種選擇。 2020年7月30日，92歲高齡的免疫學家、約翰斯·霍普金斯大學諾埃爾·羅斯教授去世。在維基百科有關詞條里，在緬懷他的《科學家》雜志的文章、他所就職的約翰斯·霍普金斯大學網頁以及中文世界的相關報道里，羅斯都被稱為 “自身免疫之父”。作為一名普通的免疫學學者，我知道而且敬仰做出了杰出工作的羅斯教授。但坦白地說，我并不知道他擁有 “自身免疫之父” 這一頭銜。在媒體緬懷這位 “自身免疫之父” 的時候，我想起的是這一領域充滿曲折的百年。

1901年：簡單明了的起點

20世紀的開始，也正是人類對自身免疫認知的開端。1901年，德國科學家保羅·埃爾利希提出了 “自身毒性恐懼（Horror autotoxicus）” 這一概念，其中的自身毒性指的就是自身免疫。

1854年出生的埃爾利希是一個全才，在多個領域都取得了非凡的成就。在血液學領域，他發明了新的染色方法，首次可以把血液中的淋巴細胞和中性粒細胞區分開來；在微生物學領域，他發明了治療梅毒的特效藥物：砷凡納明；在腫瘤領域，他則是癌癥化學療法的先驅。 不過埃爾利希最大的成就，還是在免疫學領域。1908年，他和俄國科學家埃黎耶·埃黎赫·梅契尼可夫因為在免疫學上的貢獻而一起獲得了諾貝爾生理或醫學獎。埃爾利希之所以獲得諾貝爾獎，主要是因為他在體液免疫方面的工作，一方面是對血清中抗體的效價定量研究，另一方面是他首次提出了抗體產生的理論：側鏈學說。 除了被諾貝爾獎認可的工作外，埃爾利希另一項影響深遠的免疫學成就是提出了 “自身毒性恐懼” 這一概念，這成為人類對自身免疫認知的開端。 對于“自身毒性恐懼”這一概念，一些媒體做了錯誤的解讀。比如在維基百科上有關保羅·埃爾利希的中文網頁，作者就把“Horror autotoxicus” 翻譯成 “恐怖的自體毒性”，并認為這個概念的提出意味著埃爾利希預測了自身免疫的存在。而事實卻幾乎剛好相反。1901年，埃爾利希和他的一位同事于《柏林醫學周刊》上發表了一篇研究論文里提出 “自身毒性恐懼” 這一概念。在這項研究里，他們試著用羊自己的成分（這里用的是紅細胞）去對羊進行免疫，結果發現被免疫的羊沒有產生針對羊紅細胞的抗體。 埃爾利希對這一結果進行了這樣的解讀：身體對由免疫反應導致的自我傷害有著先天的恐懼和厭惡，所以不會有自身免疫的發生。這就是 “自身毒性恐懼” 的由來。 也就是說，埃爾利希提出 “自身毒性恐懼” 并不是預測到自身免疫的存在，而是認為自身免疫不會發生。即使以現在的眼光來看，埃爾利希的 “自身毒性恐懼” 理論依然有它的道理，而且是很有道理。我們的免疫系統的確進化出了多種機制來避免自身免疫（尤其是自身免疫病）的發生。但不幸的是，他的 “自身毒性恐懼” 理論被絕對化了，以至于成為阻礙科學界對自身免疫認知的教條。

1901-1951：半個世紀的彷徨

就在埃爾利希提出 “自身毒性恐懼” 理論的三年后，科學家就發現了自身抗體的蹤影。1904年，奧地利科學家卡爾·蘭德施泰納 （Karl Landsteiner，1930年諾貝爾生理或醫學獎得主，理由是發現ABO血型）和他的同事多納特發現：三個尿中帶血和蛋白的病人血液中有一種奇特的因子，這種因子在低溫的情況下能夠破壞他們身體里的紅細胞。他們把這種因子稱為自身紅細胞裂解因子（autohemolysin ），并把論文發表在《慕尼黑醫學周刊》上。現在我們知道，他們發現的就是一種針對紅細胞的自身抗體。但蘭德施泰納和多納特并沒有把這一發現和自身免疫聯系起來。其中的原因部分就是因為當時科學家并不相信自身免疫的存在，還有部分可能因為他們兩人從事的都是偏向臨床的工作，對免疫的基礎研究興趣不足。僅僅在兩年后的1906年，自身免疫現象再次和科學家相遇，而觀察到這一現象的恰恰是埃爾利希的學生奧古斯特·保羅·馮·瓦瑟曼。瓦瑟曼最著名的科學成就之一是發明了檢測梅毒抗體的方法，也叫瓦瑟曼反應（Wassermann reaction）。 在這個反應里，梅毒螺旋體感染的肝細胞（從死了的梅毒病人身上獲得）被用來作為抗原，利用 “抗紅細胞抗體-紅細胞” 復合物激活補體并導致紅細胞裂解的原理來檢測一個人身體里是否有針對梅毒的抗體的存在。如果一個人身體內沒有針對梅毒的抗體（沒有被梅毒感染），那么反應里的復合物—補體激活能正常運行，所以可以觀察到紅細胞的裂解；而如果一個人身體內有針對梅毒的抗體（梅毒患者），那么梅毒抗體可以和梅毒抗原結合并進一步激活和消耗補體，所以看不到紅細胞裂解的發生。但不久瓦瑟曼就發現，如果只用正常沒有感染梅毒的人的肝做抗原來進行上面的檢測，在一些病人的血液里同樣可以檢測到了防止紅細胞裂解的抗體的存在。換句話說，在一些病人身上有一種針對正常肝細胞的自身抗體。20世紀初的這兩個關于自身免疫的重要發現曾經引起過免疫學界的短暫注意，也就此提出了 “自身抗體（Autoantiboby）” 這一概念，但因為當時的免疫學的主流是研究病原體的感染，很少人真正相信自身免疫的存在，所以這些最初發現但無法解釋的證據也慢慢被忽略了。接下來是兩次世界大戰，當免疫學界的注意力再次被吸引到人類自身免疫病上的時候，已經是30多年以后。1945年， 南非科學家基爾在他發表的一篇關于 “黑水病（Balckwater fever，瘧疾中的一種溶血性并發癥）的論文里，就提到自身抗原和自身抗體在其中的發病機制里可能起到了作用。1948年，美國科學家哈格雷維斯等人發現了 “紅斑狼瘡細胞效應”。而類風濕因子（一種存在于類風濕關節炎等病人身上的針對IgG的IgM型自身抗體）的鑒定和確認，則是一個更加重要的發現。 盡管有關自身免疫的證據越來越多，但這些都不足以說服當時的免疫學家相信自身免疫病的存在。其中的原因主要有兩點：第一個是這些自身抗體的特異性無法被證明，包括這些抗體產生的原因和結合抗原兩個層面上的特異性；第二個原因更為重要，就是無法證明這些自身抗體是導致自身免疫病的罪魁禍首。在當時的條件下，要在病人身上證明以上兩點幾乎不可能。當然，可以用動物去做實驗證明，這就是實驗性自身免疫，但這個領域的同期進展也同樣曲折。

1888-1949：實驗性自身免疫的困境

實驗性自身免疫的領域的起源，從某種意義上來說要更早一些，因為可以追溯到路易斯·巴斯德。1885年，巴斯德發明了減毒的狂犬病疫苗。在他最初的配方里，用來接種的是烘干透了的感染有狂犬病毒的兔子脊髓。而接受這個疫苗的近5000人里，雖然沒有嚴重的副作用發生，但這種接種的保護性并不是很好。為了提高疫苗的成功率，巴斯德修改了疫苗的接種方案，不僅把疫苗換成了沒有干透的感染有狂犬病毒的兔子脊髓，也大大增加了接種的次數。這樣的改動的確提高了疫苗的成功率，但同時也出現了一種奇怪的副作用：少數被接種者出現了類似腦脊髓炎的癥狀，包括癱瘓和死亡。在現在的免疫學研究人員看來，這種疫苗接種后的腦脊髓炎就是一種自身免疫反應的結果。但當時并沒有自身免疫的概念，巴斯德把其中的原因歸罪于狂犬病毒的副作用。可能部分因為巴斯德的威望，也部分因為那種副作用發生得并不頻繁，這種疫苗接種后的腦脊髓炎慢慢被學術界淡忘了，巴斯德也于1895年去世。四十多年后，來自美國洛克菲勒研究所的托馬斯·瑞瓦斯舊事重提，他認為疫苗接種后腦脊髓炎的發生并不是因為病毒的副作用，而是因為反復接種兔子脊髓的結果。為了驗證自己的觀點，瑞瓦斯用健康的兔子的大腦組織反復去免疫猴子，結果其中有些猴子也出現了腦脊髓炎的癥狀；但即使這些兔子的大腦組織里含有病毒，也不會進一步增加猴子腦脊髓炎的發生。這一發現不僅證明了他自己的假設，也是實驗自身免疫病領域里程碑式的研究。但作為這一研究執行人，瑞瓦斯自己卻并沒有意識到這一發現和自身免疫病的關聯，更沒有想到這可以作為研究自身免疫病的動物模型。其中的原因除了當時普遍對自身免疫病缺乏認知外，還有一點就是利用這種方法在猴子身上誘導腦脊髓炎太麻煩，需要十幾次甚至幾十次的反復接種兔子的大腦組織。原因很簡單，因為沒有佐劑，單靠兔子大腦這一抗原的刺激很難產生強的免疫反應， 這也是巴斯德的狂犬疫苗在反復多次接種后才會產生腦脊髓炎副作用的理由。 所以，這里不得不提到實驗自身免疫學領域的另一個里程碑，就是1942年弗氏佐劑（Freunds Adjuvant）的發明。作為一種高效的免疫刺激劑，弗氏佐劑大大加快了實驗自身免疫學的進程，讓疾病癥狀在少量的幾次免疫后出現成為可能。 1947年，美國科學家卡巴特（Kabat）等人用兔子的大腦作為抗原去免疫猴子，在弗氏佐劑幫助下，經過三次免疫后，猴子如期出現了腦脊髓炎的癥狀。更為重要的是，他們發現如果用猴子的大腦作為抗原去免疫，同樣也會讓猴子出現同樣的癥狀。這一項研究的重要性不言而喻，因為它第一次證明可以利用同種動物的抗原去誘導自身免疫病的發生。 兩年后，這一模型在小鼠身上得到了驗證。利用小鼠大腦為抗原，來自洛克菲勒研究所的奧里斯基等人在小鼠身上誘導出腦脊髓炎的癥狀。這就是至今依然在廣泛應用，而且也很可能是免疫學史上被使用的最多的動物模型：實驗性自身免疫腦脊髓炎小鼠模型。 但在那個時候，這個動物模型被稱為 “實驗性急性腦脊髓炎”，再后來又被叫為 “實驗性過敏腦脊髓炎”，好像故意在避免和自身免疫的關聯。直到20世紀60年代，才被改為現在的 “實驗性自身免疫腦脊髓炎”。之所以有這樣的曲折，跟當時對人類自身免疫病的錯誤認知有關。表面上看是因為 “自身毒性恐懼” 理論被絕對化成了教條，從而阻礙了對自身免疫認知的進程。而其中更為深層次的原因，還是因為當時研究手段缺乏，從而導致對自身免疫認知的不足。 不過隨著免疫學的進展，變革和突破已經變得不可阻擋。

1951-1964：變革的時代

當20世紀進入下半葉的時候，免疫學迎來了它的第二個春天，自身免疫領域也有了新的氣象。1951年，哈靈頓等人報道了一項關于特發性血小板減少性紫癜（idiopathic thrombocytopenic purpura，一種由針對血小板的抗體導致的疾病） 的研究。他們發現，將這些病人的血清輸入到幾位志愿者（包括哈靈頓自己）的身體里的時候，這幾名志愿者血液中的血小板數量很快發生了減少 。這一發現首次顯示了血清中的某個因子（很可能是自身抗體）是導致特發性血小板減少性紫癜的致病因素，給自身免疫病的研究帶來了曙光。 但這還遠遠不夠，一是它沒有證明導致血小板減少的就是自身抗體，二是這些自身抗體的特異性依然是個問題。而徹底將以上兩個問題解決的，就是這篇文章開頭處的主人公羅斯。也是在1951年，24歲的他剛剛獲得了醫學博士學位，加入了歐內斯特·維特布斯基教授的實驗室。維特布斯基1901年出生于德國法蘭克福，在海德堡大學學習的時候師從埃爾利希的學生漢斯·薩赫。所以從學術輩分上來看，他是埃爾利希的徒孫。1935年，因為納粹的迫害，維特布斯基流亡美國，成為布法羅大學醫學院的一名教授，主要從事組織特異性抗原的研究。而羅斯得到的課題，是對一種甲狀腺組織特異的蛋白—甲狀腺球蛋白的研究。

為了研究甲狀腺球蛋白，羅斯用來自不同物種（包括雞、豬、羊、牛等多種動物）的甲狀腺去免疫兔子。結果發現，大部分哺乳動物的甲狀腺都能誘導兔子產生出針對兔甲狀腺球蛋白的抗體。這一點并不意外，甚至可以說是意料之中。但羅斯做了另外一個實驗，用兔子的甲狀腺當抗原去免疫兔子，結果發現兔子同樣產生了針對甲狀腺球蛋白的抗體。也就是說，通過免疫自身抗原，兔子產生了自身抗體。換句話說，兔子有產生自身免疫反應的能力。當這一結果呈現在面前的時候，屬于埃爾利希學術家族而且是“自身毒性恐懼”教條支持者的維特布斯基不愿意相信，他建議羅斯重復實驗。于是羅斯把這個實驗重復了幾次，并且得到了一致的結果。維特布斯基又建議把免疫用的抗原由整個甲狀腺換成提純了的兔子甲狀腺球蛋白，來證明這是針對該自身抗原的特異反應。羅斯接下來的實驗又證明了這一點，單獨免疫甲狀腺球蛋白也能誘導兔子產生該自身抗體。但這些還沒有說服維特布斯基，他又建議了另外一個實驗：用同一只兔子身上提取出來的甲狀腺球蛋白去免疫同一只兔子，確保產生的免疫是自身免疫，而不是同種異體的免疫反應。這樣的實驗的確有些不好做，需要先對兔子進行手術取出部分甲狀腺，然后純化出甲狀腺球蛋白，再去免疫同一只兔子。但羅斯還是做到了，進一步證明了針對甲狀腺球蛋白的自身免疫的存在。而且，在這些被免疫的兔子里，它們的甲狀腺出現了炎癥和損傷。也就是說，這些針對甲狀腺球蛋白的自身免疫反應能夠介導炎癥和組織損傷，證明了它們的致病性。當看到自身免疫反應的特異性和致病性都被證明了的時候，維特布斯基改變了自己堅持了幾十年的觀點，成為自身免疫病研究領域的支持者和領航人。接下來，他們再用同樣的方法在狗和豚鼠身上重復了這一發現。而且在患有甲狀腺炎的病人身上，也如期檢測到了針對甲狀腺的自身抗體。1957年，這篇研究論文發表在美國醫學會雜志（JAMA）上 。在這篇劃時代的論文里，維特布斯基和羅斯不僅用無可辯駁的證據證明了自身免疫病的存在，還提出了鑒定自身免疫病的幾條標準：1.直接顯示血液中有自身抗體存在； 2.自身抗體可以識別特定的自身抗原； 3.能在動物模型里誘導這種自身抗體的產生； 4.動物模型能夠模擬病人的癥狀。以上幾條自身免疫病的鑒定標準被稱為 “維特布斯基法則”。維特布斯基在1969年去世。1993年，羅斯對自身免疫病的鑒定標準進行了與時俱進的修正，但名字依然叫 “維特布斯基法則”。而維特布斯基和羅斯兩人也因為他們的杰出工作獲得了2019年的金鵝獎（Golden Goose Award）。

也是在1957年，澳大利亞的免疫學家弗蘭克·麥克法蘭·伯內特 （Frank Macfarlane Burnet）提出了著名的克隆選擇學說，并因此獲得了1960年的諾貝爾生理或醫學獎。克隆選擇學說這一偉大理論不僅像導航燈一樣指引了免疫學的研究，也為解釋自身免疫現象提供了理論基礎。1957年之后，自身免疫領域的研究迅速啟動。 1964年，第一屆國際自身免疫會議召開，宣告這一研究領域進入了一個全新的時代。

1964年后：長足的發展

從1964年到現在，又過去了半個多世紀，自身免疫學領域也取得了長足的發展。首先，在自身免疫的病因上，數以百計的易感基因被發現，而且多種環境因素也被證明和自身免疫病的發生相關。其次，在自身免疫病的鑒定和診斷上，越來越多的自身免疫病被鑒定出來。到目前為止，已經發現和確認了的自身免疫病有80多種，而且這一名單隨著我們對疾病的了解還在增長。再次，在疾病的發病機制上，科學界不僅闡明了免疫系統如何防止自身免疫發生的主要原理：在中樞免疫系統和外周免疫系統里建立多種免疫耐受機制，而且對由自身抗體和自身反應性T細胞介導的疾病原理有了更多的理解。最后，在對自身免疫病的治療上，因為對疾病的正確診斷和發病機制的了解，越來越多的藥物被開發了出來，包括經典的化學藥物和最新的生物學藥物。以上的進展或許可以用大皰性類天皰瘡這個例子來說明，這是一種針對皮膚結構蛋白的自身抗體介導的疾病，皮膚和黏膜因為真皮和表皮層脫節而分離。患者（一般是老年人）不僅進食困難，為了減輕皮膚表皮的脫落之后的痛苦，有些嚴重的患者甚至要長時間地泡在浴缸里生活。在這種病被正確診斷之前，各種皮膚藥膏和抗生素的治療都毫無作用，病人只能在痛苦中等待死亡。到了20世紀八九十年代，科學界認識到這是一種自身免疫病，主要的自身抗原是膠原蛋白17。該自身抗體在結合到位于真皮表皮結合處的膠原蛋白17之后，能夠誘導下一步的炎癥反應并對組織造成損傷，從而導致真皮表皮的分離。而在大皰性類天皰瘡被科學地認知之后，多種針對免疫系統的療法可以對該病的癥狀進行控制。比如免疫抑制劑或者B細胞敲除單抗能夠降低抗膠原蛋白17的自身抗體的產生，血漿吸收可以降低病人身體里的自身抗體，免疫球蛋白可以抑制自身抗體介導的炎癥和損傷。所以，像其他自身免疫病一樣，大皰性類天皰瘡雖然目前還無法治愈，但它的癥狀可以部分地被控制，而病人的痛苦也因此大大減輕，能夠正常地生活。以上就是自身免疫的百年變遷。毫無疑問，羅斯在其中做出了劃時代的杰出工作，但把“自身免疫之父” 的頭銜安放到他的頭上，其合理性依然是一個值得討論的話題。一件簡單的問題是，如果羅斯是 “自身免疫之父”，又該如何評價他的導師維特布斯基的貢獻？ 一個科學領域的進展是很多科學家共同努力的結果，其中有極少數做出了杰出的工作。與其簡單地送出 “XX之父” 的頭銜，不如靜下心來了解一下這個領域的歷史，看看科學家是如何從混沌走向光明。

（轉自公眾號《知識分子》）