斯坦曼的樹突細胞與諾貝爾獎

王軼楠，孫麗光，楊永廣

2011年10月3日北京時間17點30分，瑞典皇家科學院諾貝爾獎委員會在瑞典卡羅琳斯卡醫學院宣布，美國科學家布魯斯·巴特勒（Bruce A.Beutler）、盧森堡科學家朱爾斯·霍夫曼（Jules A.Hoffmann）和加拿大科學家拉爾夫·斯坦曼（Ralph M.Steinman）因在免疫系統研究領域的貢獻獲得 2011年度諾貝爾醫學生理學獎。其中，拉爾夫·斯坦曼的獲獎理由是“發現樹突狀細胞并闡明其在獲得性免疫中的作用”[1-2]。

令人傷感的是，拉爾夫·斯坦曼在諾貝爾獎宣布的前幾天因胰腺癌逝世，享年 68 歲，沒能親耳聽見自己獲獎的消息[1-2]。

1 背景資料

拉爾夫·斯坦曼 1943年出生于加拿大蒙特利爾，1963年在加拿大麥吉爾大學獲得化學和生物學學士學位，1968年獲美國哈佛醫學院醫學博士學位。在美國馬薩諸塞州綜合醫院完成了實習醫生和住院醫生訓練后，1970年，他作為博士后加入洛克菲勒大學細胞生物學和免疫學實驗室，1972年被任命為助理教授，1976年晉升為副教授，1988年晉升為教授。他曾獲 2006年德布勒森分子醫學獎，2007年阿爾伯特-拉斯克基礎醫學研究獎等。他曾是美國科學院院士、美國醫學院院士。

從樹突細胞的首次發現到獲得諾貝爾獎的三十八年間，斯坦曼及其同事們始終專注于樹突細胞的鑒定、分離、生長以及特性與功能的研究。他們發現樹突細胞是免疫反應的重要啟動因素，也是免疫耐受的重要調節者，并利用樹突細胞的特性研制了針對腫瘤的多種疫苗。斯坦曼的發現在固有免疫和獲得性免疫之間建立了橋梁，樹突細胞成為理解免疫系統如何維持機體健康，抵御疾病作用的關鍵線索[3]。

2 樹突細胞的研究史

1973年，斯坦曼從小鼠的脾臟中發現了一種新的細胞類型，具有與過去發現的其他免疫細胞迥然不同的形態，他將其命名為樹突細胞。他們發現樹突細胞表面表達高水平的MHC 蛋白，能夠俘獲、處理并且提呈抗原給 T 細胞，從而產生具有 MHC 限制性的細胞毒性 T 細胞。同時，他們發現樹突細胞具有很強的活化輔助性 T 細胞的功能，活化后的輔助性 T 細胞與提呈抗原的 B 細胞發生有效的相互作用，引起 B 細胞的克隆擴增和抗體產生。

接下來，斯坦曼等發現不同成熟狀態的樹突細胞具有不同的功能，盡管所有的樹突細胞都能夠處理并提呈抗原，但其成熟狀態卻決定了免疫反應的不同類型和特性，這也證明了樹突細胞成熟時所處的環境對于獲得性免疫的類型具有重要的影響。因此，樹突細胞的成熟成為固有免疫與獲得性免疫之間重要的樞紐。

2000年開始，斯坦曼及其同事開始研究樹突細胞在調控免疫耐受中的作用。他們發現，在攝取自身抗原后，如果沒有其他的刺激信號，外周淋巴組織中的樹突細胞會將自身肽-MHC 復合體提呈給幼稚 T 細胞，引起 T 細胞的不應答或凋亡，從而誘導免疫耐受。

由于樹突細胞在淋巴細胞激活與誘導免疫反應中的重要作用，樹突細胞被斯坦曼及其同事稱為“自然的佐劑”。他們在體外應用抗原刺激樹突細胞，然后將成熟的樹突細胞注入小鼠和人的體內。這些樹突細胞能夠在體內刺激 T 細胞的生長，而擴增的 T 細胞能夠特異性地識別樹突細胞提呈的抗原。樹突細胞能夠啟動抗原特異性的免疫反應，這一事實以及樹突細胞體外擴增技術的成熟使得斯坦曼等人開始嘗試應用樹突細胞進行腫瘤以及自身免疫病的治療[3]。

3 樹突細胞的免疫學特性與意義

免疫系統能夠識別來自外界或自身的抗原，產生免疫反應。樹突細胞由于其獨特的免疫學特性，在這一過程中發揮著重要的作用。樹突細胞廣泛存在于外周組織，通過其模式識別受體（pattern recognition receptors，PRR）捕捉并識別抗原，活化后的樹突細胞遷移至附近的淋巴結，在這里將抗原提呈給 T 淋巴細胞，從而產生抗原特異性的 T 淋巴細胞，發生相應的免疫應答。樹突細胞能夠誘導 T 細胞向不同的亞群分化，如輔助性 T 細胞，殺傷性 T 細胞及抑制性 T 細胞等。同時，樹突細胞還能夠誘導 T 細胞產生免疫記憶，在同種抗原再次出現時產生迅速的免疫反應。

樹突細胞的上述功能是由其免疫學特性所決定的：首先是樹突細胞的存在部位：樹突細胞存在于皮膚、黏膜等體表部位，能及時捕捉抗原并運送到引流淋巴結，誘導免疫反應的產生；其次，樹突細胞表面有各種受體的表達并且具有完善的內吞系統，能夠有效地捕獲并處理抗原；同時，樹突細胞的成熟和分化狀態是由外界環境中各種刺激或內源性刺激的性質和強度決定的，因此樹突細胞在固有免疫和獲得免疫之間構建了重要的信息傳遞的通道。最后，樹突細胞具有來自骨髓的共同的前體細胞，在向外周的移行過程中卻分化成為具有不同標志物和 PRR 表達的眾多亞群[4]。

盡管在樹突細胞的免疫學特性及在細胞免疫中的功能方面的研究已經取得了大量成果，但仍有許多問題有待闡明。如樹突細胞表面抗原攝取受體的鑒定，特別是對于死亡細胞識別的受體的鑒定；對樹突細胞不同亞群功能的進一步明確；在淋巴組織中樹突細胞與其他種類的淋巴細胞，如 B細胞，NK 細胞之間的相互作用；以及樹突細胞究竟傳遞怎樣的信號給 T 淋巴細胞，使其分化為具有不同功能的淋巴細胞亞群等。對于這些問題的探索和闡明必將為人們深入理解免疫系統功能提供全新的思路，并為樹突細胞在預防和治療疾病中的應用奠定理論基礎。

4 樹突細胞與臨床免疫學

樹突細胞能夠誘導 T 淋巴細胞活化，促進機體對外來致病微生物的免疫應答，發揮免疫系統的防御功能；對于自身抗原或外界環境中的無害抗原，樹突細胞還能夠誘導免疫耐受，防止自身免疫病的發生。然而，在某些疾病狀態下，樹突細胞的特性和功能也會隨之改變，有時會促進疾病的發生和發展。隨著樹突細胞體外擴增技術的發展，利用樹突細胞獨特的免疫學特性，針對感染性疾病、腫瘤、自身免疫病等疾病的預防及治療已成為臨床免疫學研究的熱點[5]。

樹突細胞能夠誘導機體對于感染的免疫應答，防止感染性疾病的發生，然而，致病微生物對于樹突細胞的正常功能也有一定的影響，如某些抗原能夠阻斷樹突細胞的成熟，或誘導樹突細胞的凋亡，或改變樹突細胞誘導的反應類型等。根據這些特點，目前針對感染性疾病設計的以樹突細胞為基礎的疫苗主要致力于促進樹突細胞的免疫反應性，包括針對樹突細胞表面受體設計的抗原疫苗，可以促進樹突細胞的成熟，提高樹突細胞的抗原提呈能力，改變免疫反應的類型等。

目前以樹突細胞為基礎的抗腫瘤免疫療法主要針對進展期腫瘤，從患者體內獲取樹突細胞，在體外應用腫瘤抗原刺激，然后將樹突細胞回輸給患者，回輸的樹突細胞會進入淋巴器官的 T 細胞區，從而誘導抗腫瘤的免疫效應。早期的臨床研究已經顯示出這一療法的前景，能夠抑制腫瘤的進展，誘導抗腫瘤的免疫反應。不過，仍然有許多實際問題限制著這種抗腫瘤生物治療的發展，如絕大部分回輸的樹突細胞仍然存留在注射的部位，只有很少一部分細胞能夠進入引流淋巴組織；還包括對回輸的樹突細胞誘導輔助性 T 細胞和殺傷性 T 細胞分化能力的確認；以及回輸的樹突細胞在機體內的生存時間等問題。然而，2010年 4月一種針對前列腺癌的治療性腫瘤疫苗 Sipuleucel-T 已獲得美國食品藥品安全局（FDA）的批準，這一事件被看作是以樹突細胞為基礎的抗腫瘤免疫療法發展史上的里程碑[5-6]。

在多發性硬化，系統性紅斑狼瘡的動物模型中，攜帶有自身抗原的樹突細胞能夠誘導自身反應性 T 淋巴細胞的產生，促進疾病的發展進程。同時大量證據表明，在人的自身免疫病中，某些細胞因子的過量產生是主要的致病因素，而樹突細胞往往是這些細胞因子的重要來源。如在類風濕性關節炎和銀屑病的發病機制中，腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor, TNF）是重要的致病因素，而樹突細胞是產生 TNF 的主要細胞。因此，在自身免疫病的治療中，減少樹突細胞數量，抑制樹突細胞功能是研究的焦點所在[7]。

5 結語

三十八年前斯坦曼讓我們認識了樹突細胞。樹突細胞的發現對免疫學及免疫治療的革命性貢獻肯定了斯坦曼工作的巨大價值。授予斯坦曼諾貝爾獎表達了世界對這位杰出免疫學家的認同和感謝。

[1] Travis J.Nobel Prize in physiology or medicine.Immunology prize overshadowed by untimely death of awardee.Science, 2011,334(6052):31.

[2] Friedrich MJ.Nobel prize honors immunity researchers.JAMA, 2011,306(18):1966-1967.

[3] Moberg CL.An appreciation of Ralph Marvin Steinman (1943-2011).J Exp Med, 2011, 208(12):2337-2342.

[4] Sch?kel K.Dendritic cells -- why can they help and hurt us.Exp Dermatol, 2009, 18(3):264-273.

[5] Hovden AO, Appel S.The first dendritic cell-based therapeutic cancer vaccine is approved by the FDA.Scand J Immunol, 2010, 72(6):554.

[6] Steinman RM, Banchereau J.Taking dendritic cells into medicine.Nature, 2007, 449(7161):419-426.

[7] Bashyam H.Ralph Steinman: dendritic cells bring home the Lasker.J Exp Med, 2007, 204(10):2245-2248.