客觀日本

【人物】免疫學研究領域的佼佼者——坂口志文(下)

2021年03月23日 科學家訪談

接上篇: 【人物】免疫學研究領域的佼佼者——坂口志文(上)

一般情況下在日本,研究人員需要先在某位教授手下當助手,在經過多年的磨練之後才有可能成爲教授,其間很少能有機會去研究脫離主流的假說。值得慶幸的是,坂口有幸在完成學位後就獲得了赴美留學的機會,成爲了露西爾·馬基慈善信託(Lucille P. Markey Charitable Trust)每年選拔16名青年科學家之一,並提供8年的薪水和研究經費,這是由一位大牧場主的遺孀設立的慈善基金,是當時豐厚的獎學金之一。估計是當年有評委看好這位年輕的日本研究員未來會取得重大科研成果。同年獲得該獎學金的研究人員中,有的現在已經成爲洛克菲勒大學和哈佛大學的教授。

然而另一方面,機遇總是伴隨着挑戰。因爲當時在美國,大多數免疫學家都認爲不存在抑制性T細胞,所以坂口開展的研究往往被認爲是與主流格格不入的,這也是坂口無人關注的「冬季時代」的開始。

怎麼能證明存在抑制免疫反應的細胞呢?坂口確信抑制性的CD4T細胞羣中包含了它們,但由於 CD4 細胞有很多類型,包括輔助 T 細胞(T helper cells, Th),需要努力尋找更確切的證據。經過深思熟慮,他開始逐一證明抑制性 T 細胞參與了各種已知的自體免疫性疾病。

自體免疫性疾病可由多種誘因引起。例如,基因突變、輻射、化學物質、電腦病毒傳染等,都會引發免疫系統攻擊自身。傳統的觀點認爲,輻射和電腦病毒會引起自身細胞和組織的突變,免疫細胞視其爲外來物而攻擊它們,因爲免疫細胞通常不攻擊正常的自身細胞。

但是坂口的觀點不一樣,他堅信每個人都有攻擊正常自身細胞的免疫細胞,只是抑制它們的細胞也同時存在,所以不會發生任何事情。輻射和電腦病毒就是因爲破壞了這些抑制細胞才引發自體免疫性疾病的。他透過試驗證明,給小鼠提供化學物質和電腦病毒以產生自體免疫性疾病,每種疾病都與抑制性CD4 T細胞有關。在接下來的8年多時間裏,他在正規的期刊上陸續發表了自己的研究成果,但仍未獲得學術界主流的身份鑑定。

挑戰也伴隨着機遇。當時免疫學界的重要人物伊桑·謝瓦奇(Ethan M. Shevach)教授正在美國國立衛生研究院研究一種叫環孢素A(Cyclosporine A)的免疫抑制藥物,偶然間看到了坂口的一篇論文。謝瓦奇教授對抑制性T細胞嗤之以鼻,這在當時的學術界是衆所周知的事情,據說凡是抑制性 T 細胞的論文,只要提交給由他主編的《美國免疫學雜誌》他都會拒絕登載。但謝瓦奇教授找來實驗室的一位女博士後研究員,囑咐她對坂口的論文進行追蹤測試驗明其真僞。出乎意料的是,追蹤測試得出的結果是確實可以克隆自體免疫性發炎。在科學的世界裏,必須要實事求是。謝瓦奇教授改變了自己的觀點,對坂口的研究成果表示了的身份鑑定,坂口的週遭環境也由此開發端生驚人的變化。

抑制性 T 細胞的研究難關在於不能客觀地顯示其實質。爲了明確證明免疫抑制細胞的存在,坂口必須找到一種方法來客觀地將其從衆多免疫細胞中區分出來。恰好在那個時候,人們開始能夠製作對應於各種細胞表面分子的單源抗體(monoclonal antibody),這些抗體中就可能有能作爲識別標誌的表面分子,但是坂口沒有足夠的資金購買所有分子的抗體。幸運的是,就在獎學金即將結束的時候,他受聘於擁有免疫學實驗室的斯克利普斯研究所(Scripps Research),在那裏有很多他認識的研究人員,大家可以靈活地開展研究合作,比如說分享10微升的抗體。如果在日本,單源抗體的價格很高,而且種類也不多,但在美國,可以選擇的範圍就大得多。他嘗試了各種抗體,並將範圍等比縮小到一種名爲CD25的表面分子,它似乎是夢寐以求的T細胞的獨特性標記。利用這一標記,任何人都可以應答免疫抑制性 T 細胞的存在。這是他研究生涯中最激動人心的時刻之一。

在CD25論文正式發表之前,坂口作爲一名默默無名的研究者回到了日本。當時在諾爾獎得主利根川進教授的建議下,日本建立了一個名爲「PRESTO 21」的制度,允許年輕的研究人員進行獨立研究,他很幸運的被聘爲第一批成員,以理化學研究所(Institute of Physical and Chemical Research)研究員的身份開始了研究工作。透過進一步研究,發現從正常小鼠身中去除可以透過CD25識別的CD4T細胞會導致自體免疫性疾病,這意味着這些細胞具有抑制免疫反應的能力。CD25陽性CD4T細胞佔所有CD4T細胞的10%。之後,謝瓦奇教授立即進行了追蹤測試,並應答了其真實性。也正是謝瓦奇教授本人創造了針對CD25的單源抗體。在此之後,人們開始關注坂口的研究,距離他第一次提出這個假說已經過了將近20年。之後在2000年,他應邀在《細胞》雜誌上撰文,正式把其命名爲「調節性T細胞」。2003 年,隨着調節性T細胞越來越受到關注,出現了一個超越了CD25的決定性發現。這是一個叫 Foxp3 的基因。當這個基因在未成熟的 T 細胞中被激活時,它們會變成與調節性 T 細胞具有相同功能的細胞。依此可以從各個角度研究調節性T細胞的作用和特性。

「IPEX症候群」是一種痛苦的疾病,免疫系統反應過度,對所有進食的食物均產生過敏,患者通常在出生後三年内死亡。長期以來,該病的病因不明,但經研究發現是這由Foxp3的突變引起的,Foxp3的突變使正常的調節性T細胞無法產生,進而無法控制免疫系統。隨着調節性T細胞與人類疾病的關係越來越清晰,研究這些細胞的意義也越來越大,參與研究的人員也越來越多。到了 2000 年代中期,調節性T 細胞已經和樹突狀細胞(Dendritic cell)、Toll樣接受者(Toll-like receptors)一起成爲免疫學的三大主題之一。研究人員希望透過操作子和各種條件,創造出能夠在活體內發揮作用的調節性T細胞。爲了使調節性T細胞穩定地發揮作用,似乎僅僅激活Foxp3是不夠的。透過跟蹤胸腺中調節性T細胞的生成程序,已經明確了複雜的分子功能與Foxp3並行參與。該研究的目的是了解調節性T細胞的生物學意義,以及創造功能穩定的T細胞,以期應用於醫療。

坂口相信調節性T細胞的存在是爲了維持平衡。對免疫系統而言,重要的是要形成一種 「強大的平衡」,既能接受波動,又不容易崩潰。這種「強大的平衡」有多種潛在的應用。例如由於過敏性疾病是過度的免疫反應,可以透過成功地增加調節性 T 細胞的數量來抑制病徵,從嚴重的疾病(如IPEX症候群)到熟悉的疾病(如花粉症),可以用於冶癒各種過敏性疾病。此外,再生醫學與免疫力是密不可分的。當再生的組織或器官被移植到活體內時,免疫系統將移植的器官或組織視爲異物而進行攻擊時,就會出現排斥現象。

利用調節性T細胞的功能,如果能夠控制攻擊移植器官的免疫細胞,又不控制攻擊細菌或電腦病毒的免疫細胞的話,或許可以在較少排斥的情況下,進行安全的移植手術。另外,該技術也可以應用於癌症冶癒。從本質上講,免疫系統具有清除活體內癌細胞的能力,但因爲癌細胞是由正常細胞突變形成的,因此調節性T細胞可能會抑制試圖消除癌細胞的免疫反應。之所以癌症疫苗效果不佳,是因爲它們激活抑制癌症的調節性T細胞,而不是試圖消除癌症的免疫細胞。因此,如果先用藥物等安全的方法減量活體內調節性T細胞的數量,再注射癌症疫苗,效果應該會強化。利用免疫系統的冶癒還有其他優勢。如果消除癌細胞的免疫細胞是在身體的一個地方產生的,它們可以在身體周圍行程,消除其他地方的癌症。科學家希望透過控制好免疫系統,可以治癒大部分癌症。

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以影片方式參加羅伯·科赫獎頒獎活動時的坂口教授(圖片出處: robert-koch-stiftung.de/

2020年11月,坂口獲得了德國羅伯·科赫獎(Robert-Koch-Preis)。除此之外坂口還獲得了包括2012年日本科學院獎、同年美國國家科學院外籍院士、2015年加德納國際獎、2019年文化勳章、同年德國免疫學會獎等在内的多個國内外獎項。

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2016年坂口教授的退休紀念講座(圖片出自: ifrec.osaka-u.ac.jp/jpn/topics/20160329-1000.htm

回顧自己的研究之路,坂口說自己是一個幸運的人,非常感謝那些欣賞他的研究並在重要的時刻向他伸出援手的人。從事科研需要大量的資金,對於想從事科研的年輕人來說,現在的形勢很嚴峻。他認爲培養科研人員的必要條件有兩點:發現和把握有趣的研究種,對有些許成長的研究都給予更慷慨的支援。他認爲科研人員必須把自己的工作放在大局中。在這個程序中,要把自己的想法和別人的進行比較,不斷思考自己解釋了什麼,解釋到什麼程度,哪裏有不足。因爲要想真正瞭解某件事情,並不是光看書就能瞭解的,需要時間讓知識沉澱在正確的地方,才能夠更好的運用。就如他本人一樣,在剛開始研究時,曾希望在40歲之前證明自己的假說,但花了更多時間才做到——「一切都需要時間」。

供稿:馬佳宥
編輯修改:JST客觀日本編輯部

【參考文獻】
1.搖擺不定的自我與非自我——調節性T細胞的發現
2.不上預備校,不上課竟能考上京都大學醫學院——諾貝爾獎候選人坂口志文的心得
3.大阪大學特任教授坂口志文榮獲德國微生物學和免疫學領域最負盛名的「羅伯特-科赫獎」
4.《免疫の守護者 制御性T細胞とはなにか(免疫的守護者,什麼是調節性T細胞?)》(作者:坂口志文,塚﨑朝子,ISBN 978-4-06-517284-1)