貝林憑借血清療法獲得1901年的諾貝爾獎
新冠肺炎初期，人們苦于尋找有效的治療方法。當(dāng)時的一種選擇是招募康復(fù)病人獻血，為患者進行血清療法。武漢金銀潭醫(yī)院院長就曾表示，該院開展了康復(fù)病人的恢復(fù)期血漿輸注，“血清療法”已經(jīng)初見成效。那么抗體及血清療法在歷史上是如何被發(fā)現(xiàn)的呢，又為免疫學(xué)的發(fā)展及疾病治療帶來了哪些進步呢？接下來，本文將帶領(lǐng)大家一起了解這一重要發(fā)現(xiàn)。
撰文 | 李 丹
責(zé)編 | 葉水送、嶺桐
1901年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予了德國科學(xué)家埃米爾·阿道夫·貝林（Emil Adolf von Behring）。頒獎詞寫道：“由于他在血清治療方面的工作，特別是在治療白喉方面的應(yīng)用，他在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開辟了一條新路，把戰(zhàn)勝疾病和死亡的勝利武器交到醫(yī)生手中?！?/span>白喉是由白喉桿菌引起的一種急性呼吸道傳染病。這一疾病大家可能都很陌生，因為我們都注射了百白破這種針對百日咳、白喉和破傷風(fēng)的三聯(lián)疫苗，所以在日常生活中幾乎不會聽到有關(guān)的病例。而在貝林的時代，白喉桿菌致死案例依然很常見。那時候，美國每年大約有15000人死于白喉，其中主要為兒童，而歐洲每年約有5萬人死于該病。
自古希臘時代起，人類就不斷地與白喉進行著斗爭。貝林的研究為人類戰(zhàn)勝白喉做出了劃時代的貢獻，而他的成就也是建立在前人斗爭的歷史經(jīng)驗之上。而這一切都要從19世紀說起。1854年，貝林出生于德國。在他生活的時代，抗生素還沒有被人類發(fā)現(xiàn)，普通的傷口感染就有可能導(dǎo)致死亡。當(dāng)時還沒有人知道淋巴細胞是什么意思，盡管在今天這已經(jīng)成為了最常見的血常規(guī)檢查項目。就在這樣一個人們不知免疫細胞為何物的時代，有一位法國科學(xué)家做出了突破性的貢獻，他就是人盡皆知的微生物學(xué)之父——路易·巴斯德。1883年，在研究“西伯利亞瘟疫”（即炭疽）之時，巴斯德首次制作出了減毒疫苗的雛形。他將培養(yǎng)的炭疽加熱到42度，降低毒性后給羊接種，而接種的羊即使再被注射炭疽桿菌也不會發(fā)病。此后，他還嘗試降低狂犬病毒的毒性，以此方式制作的疫苗拯救了不少犬傷患者的生命。通過這一系列研究，巴斯德讓世人熟知了一個概念：致病微生物經(jīng)過特殊減毒處理以后，也可以成為救人的疫苗。他的研究為免疫學(xué)這一年輕而有極具研究價值的學(xué)科，翻開了奠基的一章。
炭疽桿菌，圖片來源：wikimedia commons
順著巴斯德的思路，在巴斯德研究所工作的盧克斯（Roux）和葉爾信（Yersin）首先發(fā)現(xiàn)不含桿菌的白喉培養(yǎng)液中含有一種他們稱之為“毒素”的物質(zhì)。當(dāng)注射給動物時，這種物質(zhì)會引發(fā)白喉的所有癥狀。
緊接著在1890年，勃利爾格（Brieger）與弗蘭克（Fraenkel）從培養(yǎng)的白喉桿菌中制備出一種他們稱之為“毒素白蛋白”的有毒物質(zhì)。他們將這種物質(zhì)以適當(dāng)劑量注射到豚鼠身上，竟然產(chǎn)生了針對白喉桿菌的免疫效果。
至此，人們離治愈白喉只差臨門一腳，歷史等待著貝林的登場。
就在巴斯德研究炭疽的那兩年，貝林正在研究一種名為三碘甲烷（碘仿）的物質(zhì)。他發(fā)現(xiàn)碘仿不能殺死微生物，但可以中和微生物釋放的毒素，因此具有抗毒作用。他關(guān)于這些問題的第一篇研究論文發(fā)表于1882年。基于這一研究，貝林開始思考是否生物體可以和碘仿類似，產(chǎn)生可以中和微生物毒素的物質(zhì)呢？如果有，這一物質(zhì)是否可以用于治療疾病呢？正是這一想法讓貝林開始嘗試創(chuàng)新的“血清治療”。當(dāng)然，也有說法認為貝林因為認識了一位日本細菌學(xué)家北里柴三郎，受到了中國古籍中“以毒攻毒”概念的啟發(fā)。
日本細菌學(xué)家北里柴三郎, 圖片來源：wikimedia commons
無論靈感來自于哪里，一種新的治療方法被貝林開發(fā)出來。1890年，貝林和北里柴三郎發(fā)表論文，宣稱他們將適量的白喉或破傷風(fēng)桿菌的無菌肉湯培養(yǎng)物注射入實驗動物，會在動物的血液中檢測到可以中和對應(yīng)毒素的物質(zhì)，他們稱之為“抗毒素”。而且來自于一個動物體的“抗毒素”，可以免疫其他動物，且能治愈已經(jīng)出現(xiàn)白喉癥狀的個體。很快，這一發(fā)現(xiàn)被很多實驗室相繼驗證。隨后在1891年圣誕節(jié)前夕，貝林在獲得患者父母同意后，首次成功用羊血清治愈了一名白喉患兒。這一事件被稱之為“圣誕節(jié)大拯救”，貝林也被戲稱為送出治療白喉方法的“圣誕老人”。
白喉導(dǎo)致的皮膚損傷，圖片來源：CDC, wikimedia commons
貝林的舉動為人類征服白喉邁出了至關(guān)重要的一步。之后，貝林在1913年宣布對于含有“抗毒素”的血清進行了規(guī)范的制備和純化，為現(xiàn)代免疫學(xué)做出重要貢獻。同時，這一工作也成功消除了白喉帶來的生命威脅。貝林本人也將制備“抗毒素”的方法視為自己一生最高的成就。當(dāng)然，貝林并沒有滿足于這一突破。他和北里柴三郎還將血清療法應(yīng)用于破傷風(fēng)治療，挽救了大量士兵的生命。在不幸感染肺結(jié)核后，結(jié)核桿菌也成為了貝林研究的疾病之一?？梢哉f，以貝林為代表的一批科學(xué)家的研究，改變了導(dǎo)致人類死亡的疾病譜。
當(dāng)我們仔細分析貝林的研究時，會發(fā)現(xiàn)這一19世紀的研究完全符合現(xiàn)代科學(xué)實驗的框架。首先針對需要解決的研究問題提出大膽的假設(shè)：“生物體能否產(chǎn)生抗毒素？是否具有治療效果？”然后利用現(xiàn)有的技術(shù)手段在動物體上進行驗證，在結(jié)果獲得驗證后，再進行后續(xù)人類治療方法的開發(fā)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今對一個生物學(xué)假設(shè)的驗證，需要應(yīng)用多種技術(shù)，在多個層次（分子水平、細胞水平、動物水平）進行反復(fù)驗證，才能走向臨床試驗。而且臨床試驗從設(shè)計、審批到實施也都愈加完善。但是進行生物學(xué)研究的總體構(gòu)架，依然遵循提出問題、大膽假設(shè)、全面驗證、臨床轉(zhuǎn)化這一系列步驟有序展開。隨著免疫學(xué)在近百年的快速發(fā)展，我們現(xiàn)在知道人體的免疫系統(tǒng)可以劃分為天然免疫和適用性免疫兩大部分。當(dāng)病原微生物或者疫苗進入身體后，首先激活天然免疫，然后抗原遞呈細胞可以把入侵信號傳遞給T細胞，T細胞激活后一方面分泌細胞因子參與殺滅病原微生物及被感染的細胞，另一方面激活B細胞。而B細胞分泌的抗體，就是貝林所發(fā)現(xiàn)的“抗毒素”。而且T細胞和B細胞中均有一部分細胞，會在激活后存活相對長的時間。它們會“記住”之前遇到的信號，當(dāng)再次遇到相同信號時，它們快速反應(yīng)，保護機體不受損傷。這一類細胞也就被稱為記憶性T細胞、B細胞。這種再次遇見相同病原體后所起到的快速抵抗能力，也就是疫苗發(fā)揮作用的主要原理。隨著抗體的研究愈發(fā)深入，科學(xué)家證明有些抗體具有“中和”能力，可以直接殺滅細胞外的游離病毒，中和抗體的產(chǎn)生就意味著人體針對病毒建立了良好的免疫效果。此外也有針對特定蛋白質(zhì)的抗體，可以通過和蛋白結(jié)合阻斷原有的信號通路。其中，針對免疫檢測點的抗體已經(jīng)成為了腫瘤治療的新方法。
埃米爾·阿道夫·貝林生平簡介
埃米爾· 阿道夫·貝林
照片來源于諾貝爾基金會檔案
1854年3月15日，貝林出生在德國艾勞的漢斯多夫。1874年進入了柏林一所著名的陸軍醫(yī)學(xué)院，作為軍醫(yī)學(xué)生服役并求學(xué)。1878年，貝林獲得了醫(yī)學(xué)學(xué)位并在1880年通過了國家考試。在軍隊服役幾年后，他被送到波蘭的沃勞和波森工作。在波森期間開展的針對碘仿的研究發(fā)表了其第一篇學(xué)術(shù)論文。之后，他被送到波恩的藥理學(xué)家賓茨那里接受進一步的實驗培訓(xùn)。1888年，埃米爾被命令回到柏林，在羅伯特·科赫（Robert Koch）手下的衛(wèi)生研究所擔(dān)任助理。他在衛(wèi)生研究院工作幾年后，又跟順科赫搬到傳染病研究所，繼續(xù)科學(xué)研究。1894年，貝林成為哈雷大學(xué)的衛(wèi)生學(xué)教授，第二年，他搬到馬爾堡大學(xué)，擔(dān)任相應(yīng)的教職。貝林對于白喉和結(jié)核進行了深入的研究，并且成功開發(fā)和實施了針對白喉的血清療法。該工作讓他獲得了許多榮譽。1893年，貝林被授予教授的頭銜，兩年后，他成為“Geheimer Medizinalrat”和法國榮譽軍團的軍官。之后，他又成為了意大利、土耳其和法國的學(xué)會榮譽會員。
1896年，貝林迎娶了20歲的妻子，二人共育有六個孩子。
1903年，貝林被選為樞密院的議員，并被授予爵位。后來又在匈牙利和俄羅斯獲得榮譽會員，以及德國、土耳其和羅馬尼亞的勛章。他還成為馬爾堡的榮譽自由人（Ehrenbürger）。
