王保國(guó) 余奇文

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海200025)

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·教學(xué)園地·

免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的引經(jīng)據(jù)典

王保國(guó) 余奇文

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海200025)

免疫學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。在免疫實(shí)驗(yàn)課堂里，因?qū)嶒?yàn)條件和課時(shí)限制，往往很難規(guī)范地完成完整的實(shí)驗(yàn)流程，有時(shí)只能實(shí)施一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方法，由此造成教之乏味，聽之枯燥，做之無趣。實(shí)驗(yàn)課的目的何在？?jī)H僅是讓學(xué)生見識(shí)一下實(shí)驗(yàn)室，了解一下實(shí)驗(yàn)原理，簡(jiǎn)單地動(dòng)動(dòng)手就可以了嗎？我們可以賦予實(shí)驗(yàn)課更多的科學(xué)內(nèi)涵，尤其是教師，教者生動(dòng)，聽者也會(huì)積極回應(yīng)?；赝庖邔W(xué)發(fā)展，有很多免疫學(xué)成果推動(dòng)了人類的進(jìn)步，銘刻著科學(xué)家與疾病斗爭(zhēng)、對(duì)真理探索所表現(xiàn)出來的專心致志、不屈不撓的精氣神。我們可以追尋100多年的免疫學(xué)歷史[1，2]、追尋免疫學(xué)成果的來龍去脈，追尋成果獲得的千辛萬苦，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在免疫學(xué)教學(xué)中引經(jīng)據(jù)典，尤其對(duì)在免疫學(xué)領(lǐng)域獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的介紹，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、引導(dǎo)學(xué)生研究方向一定有所啟迪。本文介紹一些在免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)課中可以引用的在免疫學(xué)發(fā)展過程中的重大事例與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的同道們交流，拋磚引玉，以其豐富免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容和科學(xué)內(nèi)涵。

1 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)關(guān)注危害人類生命的重大疾病

科學(xué)發(fā)明必定處在研究的象牙塔尖嗎？諾貝爾獎(jiǎng)也青睞與人類生存息息相關(guān)的普眾性問題。在19世紀(jì)，白喉是威脅人類健康的主要?dú)⑹种?。那時(shí)候沒有抗菌素，白喉致死率驚人。1891年，德國(guó)細(xì)菌和免疫學(xué)家貝林(E.von Behring)和他的同事北里柴三郎(Kitasato)[2]在大名鼎鼎的科赫實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意思的現(xiàn)象，將患過白喉的小鼠血清注入新患白喉的老鼠體內(nèi)以后，新感染白喉的老鼠奇跡般地痊愈了，這說明患過白喉的小鼠體內(nèi)有某種對(duì)抗白喉?xiàng)U菌毒素的物質(zhì)。感染白喉的老鼠奇跡般地痊愈了，這說明患過白喉的小鼠體內(nèi)有某種對(duì)抗白喉?xiàng)U菌毒素的物質(zhì)，這種物質(zhì)被命名為“抗毒素”。 一個(gè)圣誕節(jié)的夜晚，一名白喉女孩氣息奄奄，看上去即將不久于人世，絕望的父母接受了年僅三十多歲，留著絡(luò)腮胡子、衣著整齊的貝林醫(yī)生為他們女兒注射一種新的、還未應(yīng)用于人體的“藥物”，這個(gè)藥物就是抗白喉毒素的抗血清。注射后，小女孩的病情迅速好轉(zhuǎn)，沒幾天就康復(fù)出院了。圣誕節(jié)加上難以置信的良好效果，使得此事產(chǎn)生了相當(dāng)大的轟動(dòng)，有人甚至以“圣誕節(jié)大拯救”來命名此次治療。這名女孩就是被動(dòng)免疫療法應(yīng)用于人體的第一例。繼白喉抗毒血清后，貝林又研發(fā)破傷風(fēng)抗毒血清，在此后的第一次世界大戰(zhàn)期間挽救了大批受傷士兵，貝林再次被譽(yù)為“士兵的救星”。作為血清療法的創(chuàng)始人，貝林于1901年獲得了第一屆的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。100多年后的今天，盡管白喉幾乎絕跡，但是抗血清療法，即免疫被動(dòng)免疫療法一直應(yīng)用于臨床。在實(shí)驗(yàn)課程中，我們不僅要求學(xué)生動(dòng)手做，了解免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作，更需要讓學(xué)生了解免疫學(xué)開創(chuàng)至今始終把解決臨床問題放在首位。在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，要把學(xué)生的科創(chuàng)思維聚焦于一些可以通過免疫學(xué)方法解決的臨床醫(yī)學(xué)實(shí)際問題。

以病原體免疫動(dòng)物制成抗血清可以治病，把病原體通過特定的處理方法制成滅活或減毒活疫苗可以預(yù)防疾病。用疫苗預(yù)防疾病的方法始于19世紀(jì)末，如英國(guó)鄉(xiāng)村醫(yī)生琴納(E.Jenner)[3]制備了牛痘疫苗預(yù)防天花，法國(guó)科學(xué)家巴斯德制備了炭疽疫苗和狂犬疫苗預(yù)防炭疽病和狂犬病。1905年科赫(R.koch)發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌及其傳播途徑并用結(jié)核菌素預(yù)防結(jié)核，等等。天花是通過呼吸道傳播，以高燒伴隨皮膚出現(xiàn)膿包為特征的重癥傳染病。17世紀(jì)到18世紀(jì)期間，天花是世界上最具毀滅性的傳染病。即使在20世紀(jì)，死于天花的人數(shù)比當(dāng)時(shí)死于戰(zhàn)爭(zhēng)的人數(shù)多得多。種痘預(yù)防天花很早就有記載，如我國(guó)的宋朝就有吹痘術(shù)[4]，這種方法經(jīng)波斯、土耳其傳入歐洲，再傳到美國(guó)。但是，首次發(fā)表完整系統(tǒng)的方法是一位來自于英國(guó)的鄉(xiāng)村醫(yī)生琴納。牛痘和天花是類似的疾病，前者癥狀輕，后者癥狀重。琴納在鄉(xiāng)村觀察到感染牛痘的擠奶女工可以避免感染天花。1796年，琴納把一位感染牛痘的患者的痘皰液取出接種到另一孩子的手臂上，觀察到被接種者在天花人群生活中避免了天花感染。琴納的論文在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的雜志上發(fā)表了，但有關(guān)臨床觀察部分被刪除了，那個(gè)時(shí)代受宗教影響認(rèn)為接種牛身上的物質(zhì)是難以想象的。經(jīng)過進(jìn)一步研究，琴納自己出版小冊(cè)子發(fā)表了他的成果。這本介紹牛痘接種的小冊(cè)子在歐洲和美洲廣為傳播，在預(yù)防天花中起到了關(guān)鍵作用，琴納因此受到了尊敬和多次獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)然，那時(shí)候還沒有諾貝爾獎(jiǎng)。1977年最后一例天花在非洲索馬里被消滅，1979年10月26日，WHO莊嚴(yán)宣布全世界范圍已消滅天花這一人類征服疾病的最輝煌的成果。琴納，作為一個(gè)鄉(xiāng)村醫(yī)生，對(duì)人類做出了如此大貢獻(xiàn)。我們應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生，一個(gè)平凡醫(yī)生是可以大有作為的。

2 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)也可以解決大問題

凝集反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、補(bǔ)體結(jié)合反應(yīng)以及中和反應(yīng)是免疫學(xué)有四大經(jīng)典反應(yīng)，同位素標(biāo)記、熒光標(biāo)記以及酶標(biāo)記是免疫學(xué)三大標(biāo)記技術(shù)。這些實(shí)驗(yàn)的原理不深?yuàn)W，操作不復(fù)雜，甚至肉眼就可以觀察結(jié)果。如今即使這些簡(jiǎn)單的方法，仍然是免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)課的主要內(nèi)容。有時(shí)候，老師，學(xué)生都覺得講課與聽課很乏味，很老套。但就是這些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)在早期卻獲得了意想不到的驚人成果。1900年，奧地利科學(xué)家蘭德斯坦納(K.Landsteiner)[5,6]在維也納大學(xué)病理研究所工作中就是通過凝集試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了人類ABO血型。這一至今看來最簡(jiǎn)單不過的凝集反應(yīng)，即顆粒性抗原和相應(yīng)抗體在電解質(zhì)參與下發(fā)生的凝集反應(yīng)。幾塊玻片，一些相應(yīng)的血漿和血球，或者一些已知的抗紅細(xì)胞抗體就可在普通實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)。但不得不承認(rèn)，這一偉大的發(fā)現(xiàn)為安全輸血提供了重要保證。1927年，蘭德斯坦納與美國(guó)免疫學(xué)家菲利普·列文還發(fā)現(xiàn)了血液中的M、N、P因子，從而科學(xué)完整解釋了某些多次輸入同型血發(fā)生的溶血反應(yīng)和婦產(chǎn)科中新生兒溶血癥問題。蘭德斯坦納因此獲得了1930年的諾貝爾獎(jiǎng)，并贏得了“血型之父”之美譽(yù)。為了紀(jì)念蘭德斯坦納的貢獻(xiàn)，為了鼓勵(lì)獻(xiàn)血，世界衛(wèi)生組織、紅十字會(huì)與紅新月會(huì)國(guó)際聯(lián)合會(huì)、國(guó)際獻(xiàn)血組織聯(lián)合會(huì)、國(guó)際輸血協(xié)會(huì)自2004年起將蘭德斯坦納的生日6月14日定為 “世界獻(xiàn)血日”。

自1905年首提激素概念以來，一場(chǎng)場(chǎng)尋找激素的熱潮不斷涌起。激素在生命活動(dòng)中扮演者重要角色，但激素在體內(nèi)實(shí)在是極其微量，采用4大經(jīng)典免疫學(xué)方法難以準(zhǔn)確檢測(cè)。美國(guó)生物物理學(xué)家耶洛夫人(RS.Yalow)[7]采用同位素標(biāo)記已知激素，通過競(jìng)爭(zhēng)方法建立了放射免疫檢測(cè)血液中微量激素的新方法，使得實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)限度達(dá)到pg/ml水平，放射免疫檢測(cè)激素的方法被認(rèn)為是激素研究中的一場(chǎng)劃時(shí)代的革命，由此耶洛夫人獲得了1977年的諾貝爾獎(jiǎng)。

實(shí)驗(yàn)課固然需要先進(jìn)設(shè)備用以創(chuàng)新方法，新設(shè)備新方法可以展現(xiàn)前所未有的新結(jié)果。譬如，熒光標(biāo)記抗細(xì)胞分化抗原的抗體，采用先進(jìn)的流式細(xì)胞儀，可以細(xì)分細(xì)胞群和亞群，可以精確定位細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)。但是，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)也可以解決大問題。在課堂里，在介紹與操作上述4種基本免疫學(xué)方法的同時(shí)結(jié)合典故，尤其對(duì)學(xué)生第一次接觸免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)，能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得更生動(dòng)、更引人，可以起到很好的教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)課可介紹的實(shí)驗(yàn)還包括免疫化學(xué)研究先驅(qū)德國(guó)科學(xué)家艾利希(P.Ehrlich)，他是第一位用化學(xué)方法解釋抗原抗體反應(yīng)的科學(xué)家，他以沉淀反應(yīng)解釋了毒素與抗毒素之間特異性定量反應(yīng)的關(guān)系，由此提出了科學(xué)化學(xué)療法的概念；還可介紹比利時(shí)生理學(xué)家博爾代(J.Bordet)，他在比利時(shí)巴斯德研究所工作期間提出了血漿中存在著一種叫做防御素的物質(zhì)，即現(xiàn)在名為補(bǔ)體，他發(fā)現(xiàn)抗原抗體結(jié)合以后可以激活補(bǔ)體，達(dá)到清除抗原的作用，這一發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)對(duì)抗原抗體結(jié)合的生理結(jié)局有了明確的認(rèn)識(shí)，他在實(shí)驗(yàn)中建立了敏感的補(bǔ)體結(jié)合試驗(yàn)，并以此實(shí)驗(yàn)證實(shí)了細(xì)胞毒抗體的補(bǔ)體依賴機(jī)制。博爾代是第15位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者(1919年)。

3 科學(xué)需要不懈地追究與理念突破

通常人們都把機(jī)體的免疫力等同于抵抗力，似乎免疫力越強(qiáng)越好。實(shí)際上，過強(qiáng)免疫同樣會(huì)造成對(duì)機(jī)體的損害。琴納發(fā)現(xiàn)牛痘可以預(yù)防天花，同時(shí)也觀察到有的人對(duì)牛痘再接種會(huì)出現(xiàn)十分嚴(yán)重反應(yīng)；科赫發(fā)現(xiàn)他所制備的結(jié)核菌素用于已感染結(jié)核的動(dòng)物時(shí)也會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈反應(yīng)；貝林發(fā)現(xiàn)個(gè)別馬匹對(duì)再次注射大劑量白喉毒素時(shí)會(huì)出現(xiàn)超強(qiáng)反應(yīng)。遺憾的是當(dāng)時(shí)大家都沉浸于以免疫學(xué)新方法治療傳染病的歡樂之中，都認(rèn)為免疫是防御，對(duì)機(jī)體起保護(hù)作用，而沒有對(duì)這種療法的副作用深加追究。1901年，法國(guó)科學(xué)家里歇(CR.Richet)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下參加非洲熱帶海洋探險(xiǎn)。海洋中有一種水母，傳說這種水母一吸附于別的生物時(shí)就射出一種強(qiáng)烈的毒液，使機(jī)體立即感到急劇的疼痛。里歇奉命研究其毒液，證實(shí)了這一情況?；胤▏?guó)后,里歇以?？嬷?，用甘油提取海葵毒液并注入狗的體內(nèi)，有些狗被致死劑量注射以后死了，有些狗注射后卻能存活下來了。經(jīng)過幾周不等的時(shí)間以后,里歇再一次對(duì)這些存活的狗進(jìn)行注射。出現(xiàn)了出乎他意料之外的現(xiàn)象,即使注射極小量的毒液，這些狗也會(huì)立即出現(xiàn)嚴(yán)重的癥狀：嘔吐、血性腹瀉,暈厥、昏迷、最后窒息死亡。反復(fù)實(shí)驗(yàn)以后里歇提出了一個(gè)新觀念：免疫不僅對(duì)機(jī)體有保護(hù)作用，也會(huì)使機(jī)體發(fā)生病理損傷，甚至死亡，即過度免疫反應(yīng)對(duì)機(jī)體是有害的，里歇把這種過度的免疫反應(yīng)稱為過敏反應(yīng)(anaphylaxis)，anaphylaxis取自希臘語中ana“反對(duì)”和phylaxis“保護(hù)”二詞。里歇的研究突破了傳統(tǒng)的免疫學(xué)概念，使人們認(rèn)識(shí)到免疫反應(yīng)的兩面性，即免疫不是越強(qiáng)越好，適應(yīng)性免疫需要“適可而止”。1913年，里歇因研究過敏反應(yīng)而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。里歇的成果是通過反復(fù)試驗(yàn)得到的，是通過推翻以往傳統(tǒng)概念而獲得的。當(dāng)我們?cè)谥苽涑舴磻?yīng)模型的教學(xué)中，引用典故，讓學(xué)生知道要勤于思考、敢于質(zhì)疑。

里歇的研究范圍很廣，包括生理生化、心理病理、藥理學(xué)，以及精神病學(xué)、細(xì)菌學(xué)和醫(yī)藥統(tǒng)計(jì)學(xué)等。里歇還是詩(shī)人、小說家、戲曲家和飛行家，發(fā)表過不少文學(xué)作品，還長(zhǎng)期擔(dān)任《科學(xué)周刊》和《生理學(xué)和普通病理學(xué)雜志》的編輯工作。在教學(xué)中，我們還應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生培養(yǎng)更多的愛好與特長(zhǎng)。

4 科學(xué)獻(xiàn)身精神

講起科學(xué)獻(xiàn)身精神，就可能想到研究放射性物質(zhì)的居里和居里夫人。事實(shí)上，在免疫學(xué)研究領(lǐng)域也不乏其人，除了在研究中不幸被感染者以外，更有以自身作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，親自嘗試人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果。澳大利亞醫(yī)生馬歇爾(BJ.Marshall)[8]是一位實(shí)驗(yàn)愛好者。一直以為，胃腸潰瘍的原因是壓力過大、不當(dāng)食物或藥物等原因造成的，為了防止癌變，嚴(yán)重潰瘍只能手術(shù)切除胃的病理部分。馬歇爾和他的同伴沃倫(JR.Warren)發(fā)現(xiàn)胃里的幽門螺桿菌是潰瘍的罪魁禍?zhǔn)?。胃pH為1～3，如此強(qiáng)酸環(huán)境細(xì)菌會(huì)活嗎？即使能活，如何證明其與疾病有關(guān)？事實(shí)上這種細(xì)菌早在100年前就在胃里被發(fā)現(xiàn)過，只是沒有引起注意而已。馬歇爾和沃倫從胃組織里分離到了細(xì)菌，并在體外成功培養(yǎng)繁殖。他們發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌會(huì)分泌尿素酶，這種酶會(huì)把進(jìn)入胃里的尿素分解成氨和二氧化碳，與胃酸作用可造成局部中性環(huán)境，由此使細(xì)菌有了適應(yīng)生長(zhǎng)的條件。要證明微生物的致病性需要滿足“科赫原則”，他們倆首先以4頭小豬做實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)始終沒有成功，馬歇爾即以自身為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，親自口服10億個(gè)細(xì)菌，證實(shí)了胃炎的疾病過程。1994年，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院(NIH)建議，有消化道潰瘍者，無論首發(fā)還是復(fù)發(fā)，都需要檢查幽門螺桿菌。2005年，馬歇爾和沃倫因發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌與消化道潰瘍的關(guān)系而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。教學(xué)中可舉的例子還有南非病毒學(xué)家泰勒(M.Theiler)[9]，他也是一位具有獻(xiàn)身精神的科學(xué)家。泰勒以大無畏的科學(xué)獻(xiàn)身精神首先在自己身上注射稀釋的黃熱病病毒，親身體驗(yàn)黃熱病病毒疫苗的免疫效果，他所制備的減毒活疫苗廣泛運(yùn)用于非洲和南美洲以后，終結(jié)了黃熱病作為這些地區(qū)主要傳染病的歷史。盡管泰勒的工作看上去并不深?yuàn)W難懂，也沒有多么創(chuàng)新性的理論支撐，但諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)認(rèn)為，這種經(jīng)過多次感染而降低毒性的活疫苗研制方法有著非常光明的前景。泰勒因成功研制黃熱病疫苗而獲得了應(yīng)有的贊譽(yù)，摘得了1951年諾貝爾獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)的評(píng)判更多地傾向于研究成果的現(xiàn)實(shí)效益和潛在價(jià)值。當(dāng)然，在課堂里有必要告訴學(xué)生，我們需要的是科學(xué)的獻(xiàn)身精神，而不是魯莽的、無價(jià)值的冒險(xiǎn)行為。

5 結(jié)語

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的成果，主要聚焦于醫(yī)學(xué)實(shí)際問題。如傳染性疾病的診斷、治療與預(yù)防。傳染性疾病不僅過去，將來也仍然是威脅人類的重要課題?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)還有自身免疫病、腫瘤、器官移植以及抗體作為藥物用于臨床等一系列問題需要探索研究。在免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用通俗易懂的語言結(jié)合生動(dòng)活潑的圖片把免疫學(xué)的輝煌歷史通過PPT放進(jìn)課堂里可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維，銘記科學(xué)家們對(duì)科學(xué)的專心致志、不懈追求以及忘我的科學(xué)精神，可以使免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)課更豐富多彩，引人入勝。

[1] 劉伯寧.諾貝爾獎(jiǎng)與免疫學(xué)的百年淵源[J].自然雜志,2012,34(3):167-171.

[2] 矢沢科學(xué)事務(wù)所.諾貝爾獎(jiǎng)中的科學(xué)(生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)卷)[M].北京，科學(xué)出版社，2012：1-270.

[3] 何 維,劉學(xué)禮.免疫與內(nèi)分泌[M].見：諾貝爾獎(jiǎng)百年鑒,上海,上?？萍冀逃霭嫔?2002：1-169.

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[8] 張發(fā)云,楊真威,李國(guó)明,等.幽門螺桿菌與2005年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,2005,32(11):1016-1018.

[9] 洪 濤,王健偉.傳染病與病毒[M].見：諾貝爾獎(jiǎng)百年鑒,上海：上海科技教育出版社,2002：1-172.

[收稿2015-10-02 修回2015-11-20]

(編輯 許四平)

10.3969/j.issn.1000-484X.2016.04.028

王保國(guó)(1974年-)，男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事免疫與細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，E-mail: wangbg@shsmu.edu.cn。

及指導(dǎo)教師：余奇文(1957年-)，男，副主任技師，主要從事免疫學(xué)教學(xué)方面研究，E-mail: yuqw-wcm@163.com。

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1000-484X(2016)04-0573-03