【人物聚焦】免疫学杰出学者系列专题(四)
在免疫系统中, T淋巴细胞和B淋巴细胞是特异性免疫防御的主力军,T细胞可分泌细胞因子,或直接杀伤靶细胞,介导细胞免疫应答;B细胞可以产生抗体介导体液免疫应答。2019年9月,美国著名的拉斯克基础医学奖(Albert Lasker Basic Medical Research Award)颁发给了美国埃默里大学医学院的Max Dale Cooper教授和澳大利亚沃尔特和伊丽莎·霍尔医学研究所的Jacques Francis Miller教授,表彰他们为发现B淋巴细胞和T淋巴细胞所做出的贡献。
在上世纪60年代初期,虽然科学家们发现免疫系统能够抵抗感染,参与器官移植中的排斥反应等,但是淋巴细胞的具体免疫学功能和免疫器官到底是什么对于当时的学术界而言仍然是个谜。直到1961年,Jacques Miller教授在《The Lancet》杂志上发表论文,揭示了胸腺的免疫学功能。这一发现是免疫学研究历史上的重大突破。
Jacques Miller——胸腺不再是冗余的器官
Jacques Miller,1931年4月2日出生于法国尼斯。由于父亲工作的原因,Miller教授小时候多在中国生活,但由于第二次世界大战的全面爆发,Miller教授全家在1941年移居澳大利亚。随后Miller教授进入悉尼大学学习,并在1955年获得医学学位。Miller教授的姐姐因为感染肺结核去世,因此Miller教授在悉尼大学期间选择了从事病毒感染研究。在1958年,Miller教授来到了英国伦敦癌症研究所,主要研究一种可能由病毒引起的淋巴细胞白血病,该肿瘤在某些小鼠品系自发,或用放射线、化学致癌物、新生期移植白血病小鼠的提取物可诱导小鼠发病。
1959年Miller教授发现,给新生小鼠注射淋巴细胞白血病组织(胸腺或者淋巴结)的提取物(cell-free),接着断奶后进行胸腺切除术,小鼠不会得淋巴细胞白血病,但如果再移植新生小鼠胸腺后又会复发淋巴细胞白血病[1, 2]。于是Miller教授假设淋巴细胞白血病的发生需要“病毒”在新生小鼠胸腺中复制。若摘除新生小鼠胸腺,注射白血病组织提取物,并观察这些去胸腺小鼠是否还会患上白血病。在实验过程中,Miller教授发现这些去胸腺小鼠刚开始的发育还算正常,但之后都慢慢消瘦,并最终死亡,甚至没注射过组织提取物的对照组也出现了同样的情况[3]。这一发现表明,胸腺并非像以往所认为的那样是无用的。
这一发现在当时颠覆了科学界的认知,并不被科学界认可。毕竟在当时科学界普遍认为胸腺是一个冗余的器官,他们认为这些结果可能是Miller教授在实验过程中发生了污染导致的(Miller教授当时是在由马厩改造的实验室中进行的实验)。为此,Miller教授来到当时唯一有着无菌小鼠的地方——美国国家卫生研究院(National Institutes of Health),在无菌环境中也同样重复出了这项结果。
1962年,Robert Good和Byron Waksman的研究团队分别在小鼠和大鼠中也得出了相似的结果[8, 9]。随着学术界逐渐认可胸腺是一种免疫功能器官,科学家开始研究胸腺的具体作用。与此同时,Max Cooper教授1965年发表在《Nature》杂志上的论文,揭示了可能有两个不同的淋巴细胞群的存在[10]。
Max Cooper——法氏囊中发现第二类淋巴细胞群
Max Dale Cooper,1933年8月31日出生于美国密西西比州。1957年从杜兰大学医学院获得了医学博士学位,成为了一名儿科医生。他发现Wiskott–Aldrich综合征患儿免疫功能缺陷,缺乏对病毒的抗感染能力,但体内的抗体水平非常高;而先天性丙种球蛋白缺乏症的患儿体内缺乏抗体,但存在对病毒的抗感染能力。Cooper教授对此非常感兴趣,并在1963年,加入了Robert A. Good实验室进行研究。
早在1956年,Bruce Glick发现,从鸡体内去除法氏囊后,可造成鸡体内抗体含量显著降低[11]。Frank MacFarlane Burnet(1960年诺贝尔奖得主)实验团队在1962年发表的文献表明,向鸡卵注射睾酮来破坏法氏囊的发育后,胸腺正常的鸡产生抗体减少,但还是存在免疫排斥反应;而那些胸腺萎缩的鸡,免疫排斥反应消失了[12]。根据以上的研究发现,Max Cooper教授对鸡进行了胸腺切除术或法氏囊切除术,并用辐照处理。结果发现,经法氏囊切除术的鸡不能产生抗体;而经胸腺切除术的鸡可以产生抗体,但严重缺乏淋巴细胞[10]。这一结果说明了鸡体内很可能存在两类来源不同,功能不同的淋巴细胞群,法氏囊来源的细胞(根据法氏囊Bursa首字母称之为B细胞)主要介导抗体的生成,而胸腺来源的细胞(根据胸腺Thymus首字母称之为T细胞)主要作用于迟发型超敏反应和免疫排斥反应[13]。
到20世纪60年代中后期,学术界基本接受两类淋巴细胞群的存在。但人和小鼠等哺乳动物体内都不存在法氏囊,那么在哺乳动物中与禽类法氏囊相对应的器官是什么呢?科学家们开始寻找哺乳动物中的法氏囊。
在1974年,Cooper教授和英国伦敦学院大学的两位科学家Martin Raff 和 John Owen,使用小鼠胚胎肝脏细胞时培养出了B淋巴细胞[16]。同一年,来自澳大利亚沃尔特和伊丽莎·霍尔医学研究所的Nossal团队和日内瓦大学的Vassalli团队,使用小鼠骨髓也培养出了B淋巴细胞(骨髓Bone marrow首字母也是B)[17, 18]。就这样,在1974年科学家们找到了哺乳动物中产生B细胞的器官。
上世纪六七十年代是免疫学研究的蓬勃发展期,科学家们又陆续发现了T细胞和B细胞存在相互作用,T细胞和B细胞的来源和迁移路径,MHC分子的作用和T细胞的亚型等等。
小结
T细胞和B细胞的发现是免疫学发展中的重要里程碑,是现代免疫学的奠基石,Miller教授和Cooper教授为此做出了巨大的贡献,为免疫学研究开启了新篇章。
参考文献:
1. Miller JF. Role of the thymus in murine leukaemia. Nature. 1959;183(4667):1069.
2. Miller JF. Fate of subcutaneous thymus grafts in thymectomized mice inoculated with leukaemic filtrate. Nature. 1959;184(Suppl 23):1809-10.
3. Miller JF. Analysis of the thymus influence in leukaemogenesis. Nature. 1961;191:248-9.
4. Miller JF. Immunological function of the thymus. Lancet. 1961;2(7205):748-9.
5. Miller JFAP, Haddow A. Effect of neonatal thymectomy on the immunological responsiveness of the mouse. 1962;156(964):415-28.
6. Miller JF, Grant GA, Roe FJ. Effect of Thymectomy on the Induction of Skin Tumours by 3,4-Benzopyrene. Nature. 1963;199:920-2.
7. Grant GA, Miller JF. Effect of neonatal thymectomy on the induction of sarcomata in C57 BL mice. Nature. 1965;205(976):1124-5.
8. Arnason BG, Jankovic BD, Waksman BH. Effect of thymectomy on 'delayed' hypersensitive reactions. Nature. 1962;194:99-100.
9. Dalmasso AP, Martinez C, Good RA. Further Studies of Suppression of the Homograft Reaction by Thymectomy in the Mouse. 1962;111(1):143-6.
10. Cooper MD, Peterson RD, Good RA. Delineation of the Thymic and Bursal Lymphoid Systems in the Chicken. Nature. 1965;205:143-6.
11. Glick B, Chang TS, Jaap RG. The Bursa of Fabricius and Antibody Production. Poultry Sci. 1956;35(1):224-5.
12. Warner NL, Szenberg A, Burnet FM. The immunological role of different lymphoid organs in the chicken. I. Dissociation of immunological responsiveness. Aust J Exp Biol Med Sci. 1962;40:373-87.
13. Cooper MD, Raymond DA, Peterson RD, South MA, Good RA. The functions of the thymus system and the bursa system in the chicken. J Exp Med. 1966;123(1):75-102.
14. Miller JF, Mitchell GF, Weiss NS. Cellular basis of the immunological defects in thymectomized mice. Nature. 1967;214(5092):992-7.
15. Miller JF, Mitchell GF. Cell to cell interaction in the immune response. I. Hemolysin-forming cells in neonatally thymectomized mice reconstituted with thymus or thoracic duct lymphocytes. J Exp Med. 1968;128(4):801-20.
16. Owen JJ, Cooper MD, Raff MC. In vitro generation of B lymphocytes in mouse foetal liver, a mammalian 'bursa equivalent'. Nature. 1974;249(455):361-3.
17. Ryser JE, Vassalli P. Mouse Bone-Marrow Lymphocytes and Their Differentiation. Journal of Immunology. 1974;113(3):719-28.
18. Osmond DG, Nossal GJ. Differentiation of lymphocytes in mouse bone marrow. II. Kinetics of maturation and renewal of antiglobulin-binding cells studied by double labeling. Cell Immunol. 1974;13(1):132-45.
19. Kincade PW, Lawton AR, Bockman DE, Cooper MD. Suppression of immunoglobulin G synthesis as a result of antibody-mediated suppression of immunoglobulin M synthesis in chickens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1970;67(4):1918-25.
20. Pancer Z, Amemiya CT, Ehrhardt GRA, Ceitlin J, Gartland GL, Cooper MD. Somatic diversification of variable lymphocyte receptors in the agnathan sea lamprey. Nature. 2004;430(6996):174-80.
来源:B809
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