雞、狗、海星與魔術子彈

探索 06-23

本文經授權摘編自《優雅的守衛者》

撰文：馬特·里克特

譯文：秦琪凱

或許可以說，免疫學研究起源於一隻雞。

故事發生在16世紀末義大利北部的帕多瓦大學。有一個名叫法布里修斯的年輕研究員很喜歡解剖——他解剖眼睛、耳朵、動物胚胎,偶爾也解剖人類，不過他卻是因為一隻雞才被歷史銘記的。

一天，法布里修斯在解剖一隻家雞時，注意到了雞尾部下方有一個奇怪的區域。他發現了一個囊狀的器官，於是把它命名為囊（bursa），這個詞與「錢包」（purse）一詞同源。從此，這個器官被稱為法氏囊。

這件事看似毫無意義，但我們為什麼要提它呢？為什麼一隻雞身上有一個囊狀的「錢包」，卻看不出它相應的用途呢？

不知道法布里修斯是否相信，這小小的器官竟然是理解我們人類為何能夠倖存下來的關鍵。他會不會知道，這簡單的發現在將來竟然能夠拯救數百萬人的生命？

事實上，除此之外的許多其他發現，儘管似乎毫無關聯，卻構成了我們理解免疫系統的基石。

1622年7月23日，一位名叫加斯帕雷·阿塞利的義大利科學家進行了一場開創性的手術，他解剖了一隻「吃飽喝足且活得很好的狗」。在狗的胃裡，他觀察到了一種「乳白色的脈絡」。這一觀察結果與我們對運輸紅色血液的循環系統的理解並不一致。更奇怪的是，這些乳白色的脈絡看起來還含有白色的血液。阿塞利的解剖開啟了一段歷史上被稱為「淋巴狂熱」的探索時期，為了研究這種我們了解甚少的叫作淋巴的體液，數百隻動物被解剖，甚至被活體解剖。

多年來，人們對這種乳白色脈絡的作用依舊不清楚。正如《自然》雜誌在幾個世紀後所寫，阿塞利的發現「被遺忘在角落裡長達幾十年」。

那麼，這個特殊的循環系統究竟是什麼呢？

1882年夏天，義大利西西里島東北部，埃利·梅契尼科夫正透過顯微鏡觀察樣本。梅契尼科夫是一名來自敖德薩的動物學家，在俄國動亂初顯時，他和妹妹及其家人一起去了義大利。當時，猶太農民面臨著來自政府和當地農民更大的迫害。一次，當地農民甚至謀殺了一個猶太農民。梅契尼科夫把他的顯微鏡帶到西西里島，也正是在那裡，他靈光一閃：「我的科學生涯中最重要的事件發生了。」

法布里修斯這個名字將永遠與雞囊聯繫在一起。而對梅契尼科夫而言，他會與海星幼蟲結下不解之緣，因為這是他偉大發現的媒介。

一天，當他的家人在馬戲團「觀看猩猩表演」時，梅契尼科夫把顯微鏡對準了透明的海星幼蟲。他注意到一些細胞在這小小的生物體中移動，他將這些細胞描述為「遊走細胞」。就在此時，啟示從天而降。

埃利·梅契尼科夫在觀察免疫細胞方面，領先他所處的時代許多年。| 圖片來源：英國惠康基金會

「一個新的想法突然在我的腦海里閃過。我突然想到，類似的細胞可能會在生物體抵禦入侵時起到防衛作用。」梅契尼科夫寫道。

他想到了一個驗證的辦法——如果把一小塊異物插入海星體內會怎麼樣呢？在這種情況下，細胞是否會以某種方式蜂擁而至，就像前來救援一樣？

我們的住所有一個小花園，幾天前我們把一棵橘子樹裝扮成聖誕樹，我從上面掰下一些小刺，扎入了美麗、透明如水的海星幼蟲的皮膚。

那天晚上我興奮得無法入眠，整夜都在期待著我的實驗結果。第二天一大早我就迫不及待地去觀察結果並確認，實驗大獲成功。

確實，有一群遊走細胞聚集在異物周圍，看起來是在吞噬那些正在入侵、造成麻煩的組織。

這一實驗奠定了吞噬細胞理論的基礎，我將我此後25年的時光都獻給了這一領域。

梅契尼科夫的妹妹為他書寫了傳記，並概括了他的理論要點——一個科學家花了數年時間才完全接受的理論。她寫道：「這個非常簡單的實驗讓梅契尼科夫感到震驚，因為它與膿皰形成的現象十分相似，而正是遊走細胞導致了人類和其他高等動物的炎症。」在傳記中，她將炎症定義為「機體的一種治療反應，而病症主要表現為中胚層細胞與微生物的鬥爭」。

換言之：在入侵的那一刻，身體會有一個最初的反應，包括吞噬細胞的聚集，這種過程並不總是愉快的，而這就是我們所說的炎症。

關於梅契尼科夫，有一點我們需要明白：這個人遠遠領先於他的時代。

9年後的1891年，與梅契尼科夫同時代的保羅·埃爾利希——來自柏林的免疫學之父，開啟了對「魔術子彈」的搜尋。埃爾利希希望能夠闡釋所有免疫學問題中最讓人捉摸不透的一個：我們的免疫系統究竟是如何識別並攻擊像病毒、細菌和寄生生物這樣的外來病原體的呢？而像海星體內那樣的細胞，又是怎麼知道要奮起并吞噬異物的呢？

免疫學之父保羅·埃爾利希在實驗室。|圖片來源：英國惠康基金會

埃爾利希對組織染色的科學技術有一種痴迷。通過這種方法，他可以看到一些化學物質對身體的某些特定部位有「明顯的親和力」，《藥理學》（Pharmacology）雜誌上的一篇引述歷史的文章寫道。例如，歷史記載，化學物質亞甲藍似乎能進入神經系統。難道說是神經系統吸引了這種化學物質？

是否存在「魔術子彈」或其他物質、過程，能讓防禦細胞攻擊入侵者呢？這個問題的答案是如此之寬泛，令科學家困惑了許多年。不過這也說明，這個問題在科學上是對的。

埃爾利希有一個理論，這個理論雖然存在錯誤，卻十分絕妙。他認為，也許人類的防禦系統是建立在一個鎖鑰機制上的。當某種疾病發生時，體內的某種特殊細胞會與病毒或細菌接觸並與之附著在一起。埃爾利希給這些附著物起了個名字，叫作「Antik?rper」，用英文說就是「antibody」（抗體）。他的想法是，抗體會附著在被稱為抗原的致病物上。抗體是鑰匙，抗原是鎖。隨後，抗體將摧毀細胞。埃爾利希的理論雖然先進，但也存在一些問題。首先，他認為免疫細胞攜帶著一系列被稱為「側鏈」的鑰匙，若這些鑰匙形狀正確，便可以插入鎖里。這雖然後來被證明是不對的，但考慮到他當時的技術條件，這仍然是一個了不起的猜測，而他的想法也確實催生出免疫系統語言中最重要的一個詞——抗體。

埃爾利希還發現了許多其他類型的細胞，它們具有不同的邊緣、形狀和看似不同的功能。他將這些細胞命名為嗜鹼性粒細胞和中性粒細胞等，而這也豐富了免疫學的獨特語言。那麼問題來了，這些細胞屬於我們的防衛系統，還是說它們另有他用呢？

隨著時間的推移，問題和觀察也堆積如山。這也不奇怪，畢竟免疫系統是世界上最複雜的有機系統之一，其起源遠遠早於人類的演化歷程，也許只有人腦的複雜度才能與之匹敵。

免疫系統的起源可以回溯到35億年前，大約是在細菌——第一個細胞有機體出現的時候。利用先進的化學和分子工具，科學家發現，一些細菌似乎擁有精細的免疫系統，能夠識別特定的外來威脅並對其進行記憶編碼，以便在遭到入侵時能夠消除這些威脅。

大約在5億年前，物種分化，脊椎動物演化為具有不同免疫系統的兩種亞門。第一個譜系屬於無頜脊椎動物，如七鰓鰻和盲鰻。它們演化出了一個與我們人類有著本質上的不同，卻幾乎同樣複雜的防禦網路。與人類的免疫系統相比，它們的免疫系統就像是一種使用著不同字母的古老語言，是遺傳密碼的另一種版本，但仍具有許多與我們相同的防禦優勢。

兩千萬年後，也就是大約4.8億年前，另一個免疫系統譜系也得到了發展。我們之所以知道這一點，是因為鯊魚這種活化石在那時就已經出現了，它們就依賴於第二種免疫系統，人類也是如此。從最基本的層面上說，我們與鯊魚以及其他有頜脊椎動物擁有共同的免疫系統。

我們的免疫系統已經存在了那麼久，這一事實足以說明它的強大力量，因為演化不會讓沒有用的功能留存那麼久。

這是一支在生命狂歡節里時刻保持警惕、無處不在的維和部隊。

本文經出版社授權摘編自《優雅的守衛者》（馬特·里克特/著，秦琪凱/譯，中信出版集團·鸚鵡螺，2020年6月）。