客观日本

【人物】免疫学研究领域的佼佼者——坂口志文(下)

2021年03月23日 文化历史

接上篇: 【人物】免疫学研究领域的佼佼者——坂口志文(上)

一般情况下在日本,研究人员需要先在某位教授手下当助手,在经过多年的磨练之后才有可能成为教授,其间很少能有机会去研究脱离主流的假说。值得庆幸的是,坂口有幸在完成学位后就获得了赴美留学的机会,成为了露西尔·马基慈善信托(Lucille P. Markey Charitable Trust)每年选拔16名青年科学家之一,并提供8年的薪水和研究经费,这是由一位大牧场主的遗孀设立的慈善基金,是当时丰厚的奖学金之一。估计是当年有评委看好这位年轻的日本研究员未来会取得重大科研成果。同年获得该奖学金的研究人员中,有的现在已经成为洛克菲勒大学和哈佛大学的教授。

然而另一方面,机遇总是伴随着挑战。因为当时在美国,大多数免疫学家都认为不存在抑制性T细胞,所以坂口开展的研究往往被认为是与主流格格不入的,这也是坂口无人关注的“冬季时代”的开始。

怎么能证明存在抑制免疫反应的细胞呢?坂口确信抑制性的CD4T细胞群中包含了它们,但由于 CD4 细胞有很多类型,包括辅助 T 细胞(T helper cells, Th),需要努力寻找更确切的证据。经过深思熟虑,他开始逐一证明抑制性 T 细胞参与了各种已知的自身免疫性疾病。

自身免疫性疾病可由多种诱因引起。例如,基因突变、辐射、化学物质、病毒感染等,都会引发免疫系统攻击自身。传统的观点认为,辐射和病毒会引起自身细胞和组织的突变,免疫细胞视其为外来物而攻击它们,因为免疫细胞通常不攻击正常的自身细胞。

但是坂口的观点不一样,他坚信每个人都有攻击正常自身细胞的免疫细胞,只是抑制它们的细胞也同时存在,所以不会发生任何事情。辐射和病毒就是因为破坏了这些抑制细胞才引发自身免疫性疾病的。他通过试验证明,给小鼠提供化学物质和病毒以产生自身免疫性疾病,每种疾病都与抑制性CD4 T细胞有关。在接下来的8年多时间里,他在正规的期刊上陆续发表了自己的研究成果,但仍未获得学术界主流的认可。

挑战也伴随着机遇。当时免疫学界的重要人物伊桑·谢瓦奇(Ethan M. Shevach)教授正在美国国立卫生研究院研究一种叫环孢素A(Cyclosporine A)的免疫抑制药物,偶然间看到了坂口的一篇论文。谢瓦奇教授对抑制性T细胞嗤之以鼻,这在当时的学术界是众所周知的事情,据说凡是抑制性 T 细胞的论文,只要提交给由他主编的《美国免疫学杂志》他都会拒绝登载。但谢瓦奇教授找来实验室的一位女博士后研究员,嘱咐她对坂口的论文进行追踪测试验明其真伪。出乎意料的是,追踪测试得出的结果是确实可以复制自身免疫性炎症。在科学的世界里,必须要实事求是。谢瓦奇教授改变了自己的观点,对坂口的研究成果表示了的认可,坂口的周围环境也由此开始发生惊人的变化。

抑制性 T 细胞的研究难关在于不能客观地显示其实质。为了明确证明免疫抑制细胞的存在,坂口必须找到一种方法来客观地将其从众多免疫细胞中区分出来。恰好在那个时候,人们开始能够制作对应于各种细胞表面分子的单克隆抗体(monoclonal antibody),这些抗体中就可能有能作为识别标记的表面分子,但是坂口没有足够的资金购买所有分子的抗体。幸运的是,就在奖学金即将结束的时候,他受聘于拥有免疫学实验室的斯克利普斯研究所(Scripps Research),在那里有很多他认识的研究人员,大家可以灵活地开展研究合作,比如说分享10微升的抗体。如果在日本,单克隆抗体的价格很高,而且种类也不多,但在美国,可以选择的范围就大得多。他尝试了各种抗体,并将范围缩小到一种名为CD25的表面分子,它似乎是梦寐以求的T细胞的特异性标记。利用这一标记,任何人都可以确认免疫抑制性 T 细胞的存在。这是他研究生涯中最激动人心的时刻之一。

在CD25论文正式发表之前,坂口作为一名默默无名的研究者回到了日本。当时在诺尔奖得主利根川进教授的建议下,日本建立了一个名为“PRESTO 21”的制度,允许年轻的研究人员进行独立研究,他很幸运的被聘为第一批成员,以理化学研究所(Institute of Physical and Chemical Research)研究员的身份开始了研究工作。通过进一步研究,发现从正常小鼠身中去除可以通过CD25识别的CD4T细胞会导致自身免疫性疾病,这意味着这些细胞具有抑制免疫反应的能力。CD25阳性CD4T细胞占所有CD4T细胞的10%。之后,谢瓦奇教授立即进行了追踪测试,并确认了其真实性。也正是谢瓦奇教授本人创造了针对CD25的单克隆抗体。在此之后,人们开始关注坂口的研究,距离他第一次提出这个假设已经过了将近20年。之后在2000年,他应邀在《细胞》杂志上撰文,正式把其命名为“调节性T细胞”。2003 年,随着调节性T细胞越来越受到关注,出现了一个超越了CD25的决定性发现。这是一个叫 Foxp3 的基因。当这个基因在未成熟的 T 细胞中被激活时,它们会变成与调节性 T 细胞具有相同功能的细胞。依此可以从各个角度研究调节性T细胞的作用和特性。

“IPEX综合征”是一种痛苦的疾病,免疫系统反应过度,对所有进食的食物均产生过敏,患者通常在出生后三年内死亡。长期以来,该病的病因不明,但经研究发现是这由Foxp3的突变引起的,Foxp3的突变使正常的调节性T细胞无法产生,进而无法控制免疫系统。随着调节性T细胞与人类疾病的关系越来越清晰,研究这些细胞的意义也越来越大,参与研究的人员也越来越多。到了 2000 年代中期,调节性T 细胞已经和树突状细胞(Dendritic cell)、Toll样受体(Toll-like receptors)一起成为免疫学的三大主题之一。研究人员希望通过操纵基因和各种条件,创造出能够在体内发挥作用的调节性T细胞。为了使调节性T细胞稳定地发挥作用,似乎仅仅激活Foxp3是不够的。通过跟踪胸腺中调节性T细胞的生成过程,已经明确了复杂的分子功能与Foxp3并行参与。该研究的目的是了解调节性T细胞的生物学意义,以及创造功能稳定的T细胞,以期应用于医疗。

坂口相信调节性T细胞的存在是为了维持平衡。对免疫系统而言,重要的是要形成一种 “强大的平衡”,既能接受波动,又不容易崩溃。这种“强大的平衡”有多种潜在的应用。例如由于过敏性疾病是过度的免疫反应,可以通过成功地增加调节性 T 细胞的数量来抑制症状,从严重的疾病(如IPEX综合征)到熟悉的疾病(如花粉症),可以用于治疗各种过敏性疾病。此外,再生医学与免疫力是密不可分的。当再生的组织或器官被移植到体内时,免疫系统将移植的器官或组织视为异物而进行攻击时,就会出现排斥现象。

利用调节性T细胞的功能,如果能够控制攻击移植器官的免疫细胞,又不控制攻击细菌或病毒的免疫细胞的话,或许可以在较少排斥的情况下,进行安全的移植手术。另外,该技术也可以应用于癌症治疗。从本质上讲,免疫系统具有清除体内癌细胞的能力,但因为癌细胞是由正常细胞突变形成的,因此调节性T细胞可能会抑制试图消除癌细胞的免疫反应。之所以癌症疫苗效果不佳,是因为它们激活抑制癌症的调节性T细胞,而不是试图消除癌症的免疫细胞。因此,如果先用药物等安全的方法减少体内调节性T细胞的数量,再注射癌症疫苗,效果应该会增强。利用免疫系统的治疗还有其他优势。如果消除癌细胞的免疫细胞是在身体的一个地方产生的,它们可以在身体周围移动,消除其他地方的癌症。科学家希望通过控制好免疫系统,可以治愈大部分癌症。

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以视频方式参加罗伯·科赫奖颁奖活动时的坂口教授(图片出处: robert-koch-stiftung.de/

2020年11月,坂口获得了德国罗伯·科赫奖(Robert-Koch-Preis)。除此之外坂口还获得了包括2012年日本科学院奖、同年美国国家科学院外籍院士、2015年加德纳国际奖、2019年文化勋章、同年德国免疫学会奖等在内的多个国内外奖项。

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2016年坂口教授的退休纪念讲座(图片出自: ifrec.osaka-u.ac.jp/jpn/topics/20160329-1000.htm

回顾自己的研究之路,坂口说自己是一个幸运的人,非常感谢那些欣赏他的研究并在重要的时刻向他伸出援手的人。从事科研需要大量的资金,对于想从事科研的年轻人来说,现在的形势很严峻。他认为培养科研人员的必要条件有两点:发现和把握有趣的研究种子,对有些许成长的研究都给予更慷慨的支持。他认为科研人员必须把自己的工作放在大局中。在这个过程中,要把自己的想法和别人的进行比较,不断思考自己解释了什么,解释到什么程度,哪里有不足。因为要想真正了解某件事情,并不是光看书就能了解的,需要时间让知识沉淀在正确的地方,才能够更好的运用。就如他本人一样,在刚开始研究时,曾希望在40岁之前证明自己的假设,但花了更多时间才做到——“一切都需要时间”。

供稿:马佳宥
编辑修改:JST客观日本编辑部

【参考文献】
1.摇摆不定的自我与非自我——调节性T细胞的发现
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”
4.《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)

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