貝林憑借血清療法獲得1901年的諾貝爾獎(jiǎng)
新冠肺炎初期，人們苦于尋找有效的治療方法。當(dāng)時(shí)的一種選擇是招募康復(fù)病人獻(xiàn)血，為患者進(jìn)行血清療法。武漢金銀潭醫(yī)院院長(zhǎng)就曾表示，該院開(kāi)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(jiàn)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(lái)了哪些進(jìn)步呢？接下來(lái)，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
開(kāi)啟現(xiàn)代免疫學(xué)的大門(mén)1901年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了德國(guó)科學(xué)家埃米爾·阿道夫·貝林（Emil Adolf von Behring）。頒獎(jiǎng)詞寫(xiě)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(kāi)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。”白喉是由白喉?xiàng)U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?yàn)槲覀兌甲⑸淞税侔灼七@種針對(duì)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(huì)聽(tīng)到有關(guān)的病例。而在貝林的時(shí)代，白喉?xiàng)U菌致死案例依然很常見(jiàn)。那時(shí)候，美國(guó)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(wàn)人死于該病。
自古希臘時(shí)代起，人類就不斷地與白喉進(jìn)行著斗爭(zhēng)。貝林的研究為人類戰(zhàn)勝白喉做出了劃時(shí)代的貢獻(xiàn)，而他的成就也是建立在前人斗爭(zhēng)的歷史經(jīng)驗(yàn)之上。而這一切都要從19世紀(jì)說(shuō)起。1854年，貝林出生于德國(guó)。在他生活的時(shí)代，抗生素還沒(méi)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(shí)還沒(méi)有人知道淋巴細(xì)胞是什么意思，盡管在今天這已經(jīng)成為了最常見(jiàn)的血常規(guī)檢查項(xiàng)目。就在這樣一個(gè)人們不知免疫細(xì)胞為何物的時(shí)代，有一位法國(guó)科學(xué)家做出了突破性的貢獻(xiàn)，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(shí)，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(huì)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(guò)這一系列研究，巴斯德讓世人熟知了一個(gè)概念：致病微生物經(jīng)過(guò)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?jī)r(jià)值的學(xué)科，翻開(kāi)了奠基的一章。
炭疽桿菌，圖片來(lái)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(dòng)物時(shí)，這種物質(zhì)會(huì)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?xiàng)U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(duì)白喉?xiàng)U菌的免疫效果。
至此，人們離治愈白喉只差臨門(mén)一腳，歷史等待著貝林的登場(chǎng)。
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(wèn)題的第一篇研究論文發(fā)表于1882年。基于這一研究，貝林開(kāi)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(kāi)始嘗試創(chuàng)新的“血清治療”。當(dāng)然，也有說(shuō)法認(rèn)為貝林因?yàn)檎J(rèn)識(shí)了一位日本細(xì)菌學(xué)家北里柴三郎，受到了中國(guó)古籍中“以毒攻毒”概念的啟發(fā)。
日本細(xì)菌學(xué)家北里柴三郎, 圖片來(lái)源：wikimedia commons
無(wú)論靈感來(lái)自于哪里，一種新的治療方法被貝林開(kāi)發(fā)出來(lái)。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(wú)菌肉湯培養(yǎng)物注射入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，會(huì)在動(dòng)物的血液中檢測(cè)到可以中和對(duì)應(yīng)毒素的物質(zhì)，他們稱之為“抗毒素”。而且來(lái)自于一個(gè)動(dòng)物體的“抗毒素”，可以免疫其他動(dòng)物，且能治愈已經(jīng)出現(xiàn)白喉癥狀的個(gè)體。很快，這一發(fā)現(xiàn)被很多實(shí)驗(yàn)室相繼驗(yàn)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(lái)源：CDC, wikimedia commons
貝林的舉動(dòng)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(duì)于含有“抗毒素”的血清進(jìn)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(xiàn)。同時(shí)，這一工作也成功消除了白喉帶來(lái)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(méi)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(shuō)，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。
從免疫學(xué)角度來(lái)看，貝林為什么會(huì)成功？
當(dāng)我們仔細(xì)分析貝林的研究時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這一19世紀(jì)的研究完全符合現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)的框架。首先針對(duì)需要解決的研究問(wèn)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(dòng)物體上進(jìn)行驗(yàn)證，在結(jié)果獲得驗(yàn)證后，再進(jìn)行后續(xù)人類治療方法的開(kāi)發(fā)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今對(duì)一個(gè)生物學(xué)假設(shè)的驗(yàn)證，需要應(yīng)用多種技術(shù)，在多個(gè)層次（分子水平、細(xì)胞水平、動(dòng)物水平）進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，才能走向臨床試驗(yàn)。而且臨床試驗(yàn)從設(shè)計(jì)、審批到實(shí)施也都愈加完善。但是進(jìn)行生物學(xué)研究的總體構(gòu)架，依然遵循提出問(wèn)題、大膽假設(shè)、全面驗(yàn)證、臨床轉(zhuǎn)化這一系列步驟有序展開(kāi)。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(jìn)入身體后，首先激活天然免疫，然后抗原遞呈細(xì)胞可以把入侵信號(hào)傳遞給T細(xì)胞，T細(xì)胞激活后一方面分泌細(xì)胞因子參與殺滅病原微生物及被感染的細(xì)胞，另一方面激活B細(xì)胞。而B(niǎo)細(xì)胞分泌的抗體，就是貝林所發(fā)現(xiàn)的“抗毒素”。而且T細(xì)胞和B細(xì)胞中均有一部分細(xì)胞，會(huì)在激活后存活相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間。它們會(huì)“記住”之前遇到的信號(hào)，當(dāng)再次遇到相同信號(hào)時(shí)，它們快速反應(yīng)，保護(hù)機(jī)體不受損傷。這一類細(xì)胞也就被稱為記憶性T細(xì)胞、B細(xì)胞。這種再次遇見(jiàn)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(xì)胞外的游離病毒，中和抗體的產(chǎn)生就意味著人體針對(duì)病毒建立了良好的免疫效果。此外也有針對(duì)特定蛋白質(zhì)的抗體，可以通過(guò)和蛋白結(jié)合阻斷原有的信號(hào)通路。其中，針對(duì)免疫檢測(cè)點(diǎn)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(jiǎn)介
埃米爾· 阿道夫·貝林
照片來(lái)源于諾貝爾基金會(huì)檔案
1854年3月15日，貝林出生在德國(guó)艾勞的漢斯多夫。1874年進(jìn)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(guò)了國(guó)家考試。在軍隊(duì)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(kāi)展的針對(duì)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(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)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(duì)于白喉和結(jié)核進(jìn)行了深入的研究，并且成功開(kāi)發(fā)和實(shí)施了針對(duì)白喉的血清療法。該工作讓他獲得了許多榮譽(yù)。1893年，貝林被授予教授的頭銜，兩年后，他成為“Geheimer Medizinalrat”和法國(guó)榮譽(yù)軍團(tuán)的軍官。之后，他又成為了意大利、土耳其和法國(guó)的學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)員。
1896年，貝林迎娶了20歲的妻子，二人共育有六個(gè)孩子。
1901年，貝林獲得諾貝爾獎(jiǎng)，并且被提升為貴族。1903年，貝林被選為樞密院的議員，并被授予爵位。后來(lái)又在匈牙利和俄羅斯獲得榮譽(yù)會(huì)員，以及德國(guó)、土耳其和羅馬尼亞的勛章。他還成為馬爾堡的榮譽(yù)自由人（Ehrenbürger）。
