客观日本

【人物】免疫学研究领域的佼佼者——坂口志文(上)

2021年03月01日 文化历史

众所周知,我们的身体是配备了免疫系统的,这是一种保护自己的机制,来抵御“外敌”,如细菌、病毒和体内产生的癌细胞等。免疫细胞在这个免疫系统中起着重要的作用,包括消灭入侵外敌的巨噬细胞((Macrophage,略称 MΦ))和自然杀伤细胞(natural killer cell ,略称NK细胞),执行消灭外敌和指挥免疫系统等各种功能的T细胞(T lymphocyte),以及产生抗体的B细胞(B lymphocyte)。

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血液中免疫细胞的流式分型(来源: elabscience.cn/List-detail-10429.html )

调节性T细胞(Treg)是T细胞的一种,可以通过抑制控制免疫细胞的过度工作来抑制过敏反应和炎症反应,被认为是治疗癌症和自身免疫性疾病的关键。

目前,全世界的研究人员都在致力于利用抑制免疫反应的调节性T细胞开发各种疗法和药物,利用调节性T细胞治疗新型冠状病毒的疗法也在开发中。坂口志文教授是日本免疫学研究领域的佼佼者,是他发现了调节性T细胞,并导致了免疫学一度被接受的概念的颠覆。

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大阪大学特任教授坂口志文(图片取自大阪大学官网)

坂口1951 年出生于日本滋贺县,他的家乡长浜市附近有琵琶湖和伊吹山,在壮丽的大自然包围下长大。他在当地的公办小学和初中就读,上初中时就想当画家或雕塑家。曾在美术社做塑料雕塑、画画,还特别喜欢收集比赛获奖证书。但那时,在那个农村的小天地里,他并没有下定决心认真训练成为一名画家。

坂口的父亲在京都大学学习哲学,后来回到滋贺县长滨北高中担任教师。因为他们家里有很多书,所以他从小就喜欢待在家里看书,而且在上小学的时候就戴上了眼镜。他的母亲家系从江户时代就开始做村医,所以他对医学也很有感情,渴望成为像雅斯贝尔斯那样的精神病学家和哲学家,所以他决定去读医学院,成为一名精神病学家。从父亲所在的滋贺县长滨北高中毕业后,还复读了一年,之后考入京都大学医学院学习医学。

坂口第一次接触免疫学是在大学的一次讲座上。免疫力是一种识别和消除体内异物的机制,它是保护人体免受细菌和病毒感染的重要手段。另一方面,知道了免疫细胞功能过剩会引起疾病。众所周知,当免疫细胞对异物反应过度时,就会发生过敏性疾病,但人们也知道,免疫细胞可能会把自己的组织和细胞当作异物攻击。这些疾病被称为“自身免疫性疾病”,如类风湿性关节炎、1型糖尿病等。这意味着,由免疫力确定的自我与非自我(non-self)之间的界限有时会有很大的波动。1976 年,他从京都大学医学部医学系毕业后,马上选择在该校研究生院继续深造。当时他选择病理实验室是为了学习更多的免疫学知识,但他觉得在那里做的研究很无趣,不相信自己能够坚持四年。正当他徘徊不定时,爱知县癌症中心的西冢泰章教授团队的一篇论文引起了他的注意。正是这篇文论,指明了他今后的研究之路。

当时西冢教授在进行一项实验,从3天大的小鼠身上取出胸腺。胸腺是产生免疫细胞的地方,那里产生的细胞叫“T 细胞”,是“Thymus”的缩写。作为消灭异物的指挥塔的帮助性T细胞和攻击异物的杀伤性T细胞都是免疫力不可缺少的,所以切除胸腺应该会削弱免疫反应。然而,出乎意料的是,结果却恰恰相反。换句话说,免疫细胞过度工作,会把自己当成异物攻击。虽然这种现象在当时并没有引起公众的注意,但他坚信在这个现象背后能探索到一些普遍性的机制,于是毫不犹豫地拜访了西冢教授,并于1977年毅然决然地从京都大学研究生院退学,成为爱知县癌症中心的一名无偿“研究生”(相当于旁听生)。彼时的他想以这个现象为出发点,深入研究免疫学,尽可能在40岁左右研究出一个普遍性的理论。

为什么小鼠的胸腺在3日龄时被切除,免疫细胞就开始攻击自己呢?难道是攻击自己的免疫细胞已经存在于小鼠的体内?胸腺中会不会有不知名的T细胞抑制它们?这是坂口最初的一个设想。当时东京大学多田富雄教授团队已经提出了存在抑制免疫反应的细胞的假说。这些被称为“抑制性T细胞”的细胞引起了全世界的关注,当时人们在学术会议上都在谈论抑制性T细胞。刚开始时坂口觉得这或许可以解释他的假说,但当时的理论并不是很清晰。据称需要在很特殊的条件下才能观察到的、非常复杂和模糊的结果:如果用某种抗原诱导免疫反应,几天后检查T细胞,它们是抑制性的,统计抗原特异性抗体产生细胞时会发现数量减少了。

另一方面,坂口看到的是一个明显的现象:当小鼠的胸腺被切除后,会出现自身免疫性炎症。 如果有抑制免疫反应的细胞,它们一定是一直存在于体内的,而不是像其他人说的那样,只是在某些条件下。 因此他决定根据自己的可靠现象来构建一个理论。 因为再时髦的理论,如果不能解释眼前的现象,就没有必要采用。在科学探索之路上,最后能提出高度概括性的理论者为胜。 考虑到这一点,他决定用自己的思维方式和方法去追求自己的假设。

首先,坂口从3日龄的小鼠身上取出胸腺引起炎症,然后将一组T细胞从正常小鼠的胸腺中移植到胸腺中。 结果发现炎症消退了,这似乎很可能是因为来自胸腺的T细胞含有抑制过度免疫反应的细胞。在用当时最先进的单克隆抗体技术对T细胞进行分类时发现,在实验中似乎具备抑制免疫反应的T细胞有叫做CD4的表面分子,而抑制性T细胞被认为有叫做CD8的表面分子。由此可见它们与在学术界引起轰动的抑制性T细胞并不一样。

坂口用了4年的时间弄清了这一点后,为了博士学位又回到京都大学,但他无法回到曾经在籍的病理科。再三考虑之后他决定投靠到因兼任约翰-霍普金斯大学教授而缺席的石坂公成教授的实验室。他坚信免疫抑制细胞虽然与抑制性T细胞不同,但始终存在于小鼠体内,并将迄今为止的研究成果总结为博士学位论文,终于在1983年获得了京都大学的医学博士学位。

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图片出处:qinqianshan.com/biology/antibody/t-cell/

遵循自己的假设经过几年的探索,通过单独操纵免疫细胞,而不像过去那样进行胸腺切除术,成功地在小鼠上重现了自身免疫性炎症。坂口满怀信心地撰写了论文《小鼠胸腺切除术诱发的自身免疫性卵巢炎症的细胞免疫学研究报告(Study on cellular events in postthymectomy autoimmune oophoritis in mice)》。实验内容大致如下: 首先制备了由于基因异常而完全不能产生T细胞的小鼠。 然后将正常小鼠的CD4 T细胞分成不同的组别,并移植了一组看似不含有免疫抑制细胞T细胞,小鼠就出现了自身免疫性炎症。 这意味着在移植的T细胞中含有攻击自己的T细胞。T细胞有两种类型:一种是过度行动、攻击自己的T细胞,另一种是抑制自己的T细胞,它们相互平衡,维持正常状态。由此他更加坚信自己追寻的是免疫力的真实面貌。

然而就在坂口意气风发之时,却遭遇了意想不到的厄运。因为世界上没有人能够证实抑制性T细胞的存在,抑制性T细胞的假说开始崩溃,人们开始对这类研究退避三舍。虽然他的论文中充满了自信了,但当时的学术氛围却是不接受“抑制免疫反应的细胞”这个概念,所以没有多少人注意到他的研究成果。如果继续留在日本,研究的种子将被摧毁,为此他毅然决然地踏上了赴美求学之路。(未完待续)

供稿:马佳宥
编辑修改:JST客观日本编辑部

【参考文献】
1. 《免疫の守護者 制御性T細胞とはなにか(免疫的守护者,什么是调节性T细胞?)》(作者:坂口志文,塚﨑朝子,ISBN 978-4-06-517284-1)
2.不上预备校,不上课竟能考上京都大学医学院——诺贝尔奖候选人坂口志文的心得
3.大阪大学特任教授坂口志文荣获德国微生物学和免疫学领域最负盛名的“罗伯特-科赫奖”