年度諾貝爾生理學或醫學獎

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沒有免疫就沒有生命——本年度諾貝爾生理學或醫學獎得主揭示免疫系統的奧秘日期：2011-10-11 作者：張田勘來源：文匯報

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□張田勘2011年10月3日上午，瑞典卡羅林斯卡醫學院諾貝爾生理學或醫學獎評審委員會宣布，本年度獲獎的是美國科學家布魯斯·博伊特勒、生於盧森堡的法國籍科學家朱爾斯·霍夫曼，以及加拿大科學家拉爾夫·斯坦曼。三位獲獎者的成果霍夫曼發現了一種稱為Toll的基因參與了果蠅胚胎髮育，同時也在構建果蠅的防禦病毒和真菌的先天性免疫中扮演了關鍵角色。如果沒有Toll基因，果蠅就會死於病菌的感染。1996年，他與其同事把這一研究結果發表於《細胞》雜誌。兩年後，博伊特勒在《科學》雜誌上發表了一項類似的研究結果。他的研究團隊發現了另一種類似Toll基因的突變基因，稱為Toll樣受體(TLR)，它編碼的蛋白稱為Toll樣受體蛋白，這種蛋白在小鼠天然的免疫系統中同樣起著重要作用。博伊特勒也發現，這種Toll樣受體能識別大多數革蘭氏陰性細菌產生的脂多糖，免疫系統能對後者產生可致命的過度危險反應。這些發現揭示，在遭遇病原微生物時，哺乳動物和果蠅在使用相似的分子來激活體內的先天免疫系統。這也意味著，Toll樣受體是先天免疫系統的感應器，是它們啟動了先天免疫反應。這也是免疫系統的第一道防線。這些發現迅速擴大了對Toll樣受體的研究，以及後來的適應性免疫研究（又稱獲得性免疫）。後者是免疫系統的第二道防線，這道防線會集中火力消滅已被感染的細胞和病原菌，消除它們對人體健康的威脅。斯坦曼正是在從事獲得性免疫研究中獲得了重要成果。發現一個大家族Toll基因編碼的蛋白稱為Toll受體，後來研究人員在不同的動物和人身上也發現了類似的Toll受體，稱為Toll樣受體（TLR）。霍夫曼發現Toll樣受體在果蠅對抗真菌感染的免疫過程中起了重要作用，因為它能調控抗真菌多肽果蠅黴素的合成，而果蠅黴素能讓果蠅對抗真菌感染。這種抗感染的功能首先要歸功於Toll樣受體識別病原微生物，即外來入侵者的能力。越來越多的研究發現，Toll樣受體是一個大家族，迄今在哺乳動物及人類中已經發現的Toll樣受體家族成員有13個，可分布在20多種細胞上。它們能感知入侵的外來微生物以及機體內變異的細胞，如癌細胞，從而啟動免疫反應。博伊特勒發現，TLR4能夠探測到細菌脂多糖的存在，從而促發免疫系統抗禦細菌，稱為免疫應答。博伊特勒等人同時發現，如果使小鼠中的TLR4突變而喪失功能，小鼠就不會識別和對脂多糖起反應。除了細菌本身和細菌的脂多糖，細菌身上的其他物質，如鞭毛蛋白、非甲基化DNA、透明質酸酶、硫酸肝素、纖維蛋白原、酵母多糖、脂蛋白、脂肽、脂磷壁酸、肽聚糖和酵母多糖等（統稱為抗原，也稱為Toll樣受體的配體），都能夠激發宿主（人）免疫應答，但是如果這樣的應答持續過久或者強度過大，也會對人造成傷害。由於Toll樣受體扮演著免疫應答感應器的角色，它首先起到的是免疫監視和識別的作用，每種TLR可識別不同的一類抗原，也就構成了監視與識別各種不同的病原相關分子模式；其次Toll樣受體可抗禦和限制病原菌對宿主的傷害；最後Toll樣受體也參與獲得性（適應性）免疫反應，儘管這種反應主要是由樹突細胞所引發的。這種抗禦病菌的第一道免疫防線可以概括為：單核巨噬細胞、樹突細胞等抗原遞呈細胞通過膜表面表達的TLR感受入侵病原的相關分子模式刺激後，由細胞內信號傳導通路進入細胞核內活化NF-кB，啟動核內相關基因，轉導出相應的信使核糖核酸（mRNA），從而合成白介素1、6、8、12，α腫瘤壞死因子（TNF-α）和γ干擾素（IFN-γ）等細胞因子並釋放到細胞外，引起粒細胞、巨噬細胞趨化聚集，毛細血管通透性增高，淋巴細胞浸潤等，發揮攻擊和消滅入侵病菌的免疫應答效應。當然，Toll樣受體啟動的免疫效應還包括抗病毒感染。比如，通過誘導產生白介素6等，促進機體清除呼吸道合胞病毒。這也限制了一些病毒對人的傷害。Toll樣受體啟動的免疫效應同樣可以參與獲得性（適應性）免疫反應。多數Toll樣受體可以誘導抗禦病原微生物的防禦系統，產生白介素、腫瘤壞死因子和干擾素等，介導細胞免疫應答。「健康哨兵」引領免疫療法免疫系統的第二道防線是由斯坦曼首先發現的，即樹突細胞(DC)被抗原激活而產生的獲得性免疫反應（應答）。樹突細胞分布在人體外周組織和器官中，像哨兵一樣對身體進行警戒，但是，它們處於非成熟狀態，需要通過吞噬抗原並加工處理抗原後，才可以分化成熟，同時發生遷移，由外周組織通過淋巴管和血液循環進入次級淋巴器官，然後激發T細胞產生免疫應答。根據樹突細胞的來源可將其分為兩類，一類為髓系(DCl)，另一類為淋巴系(DC2)。它們都起源於體內的多能造血幹細胞，但它們各自的前體細胞不同。DC1的前體是外周血中的單核細胞，與單核細胞及粒細胞有共同祖先；而DC2的前體是漿細胞樣T細胞，與T細胞、自然殺傷細胞有共同祖先。因此，從它們的來源可以看出，樹突細胞本身就具有細胞免疫的功能。斯坦曼發現的樹突細胞啟動的第二道免疫防線（獲得性免疫）不只是可以抗禦多種病原微生物的感染，而且在今天產生了一種新的可以抗禦癌症的療法，即癌症的免疫療法。斯坦曼本人患癌也採用了由樹突細胞研製的治療性疫苗進行治療，這類疫苗可以調動人體免疫系統對腫瘤發起攻擊。同時，斯坦曼和霍夫曼、博伊特勒的發現所開啟的更多研究成果，也有助於治療其他一些炎性疾病，如風濕性關節炎。樹突細胞是最強大的抗原遞呈細胞，現在的癌症治療性疫苗就是利用或瞄準樹突細胞來研製的，稱為樹突細胞疫苗。由樹突細胞製成的治療前列腺癌的疫苗Provenge已於2010年4月被美國食品和藥品管理局批准用於臨床試驗治療。樹突細胞被致病抗原（如腫瘤抗原）激活後，可以促進特異性T細胞來殺死腫瘤細胞。Provenge疫苗的研製首先是，把人體中的樹突細胞分離和提取出來，在體外把它們暴露於一種叫做前列腺酸性磷酸酶的癌症相關蛋白中，使樹突細胞致敏。然後把這些致敏樹突細胞回輸到病人體內，這時致敏樹突細胞就會引發機體產生特異性細胞毒性T細胞（CTL），有針對性地殺滅前列腺癌細胞。用Provenge疫苗對512名男子進行臨床試驗，得到Provenge治療的病人平均存活時間為25.8個月，而那些對照組的病人平均存活時間為21.7個月，治療者生存時間增加了4個月。三年之後，Provenge治療的病人中32%仍然存活；而對照組只有23%存活。但是，由於每個人的樹突細胞是不同的，因此Provenge疫苗需要為每個病人單獨定製，這也造成了治療費用較為昂貴，治療一個病人開支為9.3萬美元，療法為一個月內三次注射。但是，利用樹突細胞研製的疫苗也不只是治療前列腺癌，而是可以治療其他癌症，如神經膠質瘤。美國《臨床腫瘤雜誌》最近發表的一篇論文指出，在接受樹突細胞疫苗治療神經膠質瘤的22名病人中，有9人在一年後仍然存活，而且病情沒有惡化。神經膠質瘤是一種發展極快的惡性腫瘤，這證明樹突細胞疫苗治療這種腫瘤的效果是顯著的。首位不知自己獲獎的先行者事實上，斯坦曼生前和其他研究人員也正在計劃採用不把樹突細胞提取出來、而是直接致敏體內的樹突細胞來治療癌症患者。2007年，斯坦曼被診斷出患了胰腺癌後，他就意識到自己可以充當一名先行者，用自己發現的樹突細胞研製的疫苗來試驗治療自己的癌症。這可以建立一種新的療法，而且也有可能治癒自己的疾病。斯坦曼試用的許多實驗性療法中有兩種就是樹突細胞疫苗治療。阿哥斯治療公司研製了一種治療腎癌的樹突細胞疫苗，基於此，該公司為斯坦曼個性化地設計了一種樹突細胞疫苗以治療他的胰腺癌。同時，斯坦曼也尋求另一種樹突細胞疫苗GVAX進行治療。人體中有一種粒細胞-巨細胞集落刺激因子(GM-CSF)，可以刺激巨噬細胞和樹突細胞等抗原遞呈細胞增殖、分化和成熟。用GM-CSF基因修飾腫瘤細胞之後，可以成為一種樹突細胞疫苗，稱為GVAX瘤苗。GVAX瘤苗經放射線滅活後注射到患者腫瘤周圍，可分泌GM-CSF，以增加局部的炎性反應，從而吸引大量多核細胞、巨噬細胞和樹突細胞等聚集浸潤。這些細胞能吞噬注射局部的腫瘤細胞。試驗表明，Gvax腫瘤疫苗對前列腺癌、肺癌、胰腺癌、腎臟腫瘤及黑素瘤5種腫瘤都具有抗癌活性。最近的研究還表明，在未成熟樹突狀細胞和成熟樹突狀細胞同時存在的情況下，能更有效地激活T細胞。因為，未成熟樹突細胞攝取、加工抗原的功能與成熟樹突細胞遞呈抗原、激活T細胞的功能相互協同作用，加上樹突細胞能促使自身成熟並將抗原遞呈給T細胞，進一步激發T細胞增殖，誘導特異性細胞毒性T細胞生成，因而提高了抗腫瘤效果。儘管斯坦曼接受樹突細胞疫苗治療延長了壽命，但因其癌症比較特殊，加上樹突細胞疫苗也只處於實驗階段，因而療效並不顯著。他在諾貝爾獎評委會宣布其獲得本年度生理學或醫學獎的前三天去世。儘管這是一種巨大的遺憾，但他和博伊特勒、霍夫曼以及其他研究人員所發現和揭示的免疫系統的奧秘將在未來造福更多的病人，而不只是癌症病人。Toll基因的發現Toll基因並非由朱爾斯·霍夫曼發現，但是霍夫曼發現了Toll基因具有免疫功能。德國科學家克里斯蒂安·沃爾哈德最早發現Toll基因，並闡明其在果蠅發育中的作用，因此他成為1995年諾貝爾生理學或醫學獎得主之一。沃爾哈德等人發現，該基因突變後果蠅長得很怪。有人認為之所以叫它Toll基因，是因為沃爾哈德等人當時發現它的作用後很激動，用德語大呼Dasistjatoll（太棒了）！人體兩道免疫防線第一道防線（先天性免疫）——Toll基因編碼的蛋白，稱為Toll樣受體（TLR），扮演著免疫應答感應器的角色。作用①：監視與識別各種不同的病原菌作用②：抗禦和限制病原菌對宿主的傷害作用③：參與第二道防線作戰第二道防線（獲得性免疫）——樹突細胞被抗原激活後，從身體的外周組織通過淋巴管和血液循環進入次級淋巴器官，激發T細胞產生免疫應答。作用：製造出抗體和「殺手」細胞等「武器」，消滅已被感染的細胞及「入侵者」。