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博士用鸡屁股做实验 获意外发现 60年后获奖1300万

新闻来源: 生物圈阿龙 于2021-05-09 11:52:01  提示:新闻观点不代表本网立场

1963年,在美国明尼苏达大学医学院有一位儿科医生麦克斯·库珀,有一天库珀在病房里接收了两位很奇怪的病人。病人A体内有大量抗体蛋白,但却出现湿疹病毒反复感染,病人B体内缺少抗体蛋白,却能抵抗住湿疹病毒的感染。两位病人看起来相互矛盾的现象,让库珀医生百思不得其解,而其中的答案早就躲在10年前发表的一篇关于鸡屁股的小论文里。麦克斯·库珀

在病房里,库珀医生仔细检查着他的儿童病人。其中一位病人A患有维斯科特-奥尔德里奇综合征(Wiskott-Aldrich syndrome ),这是一种相对罕见的疾病,病人A会反复感染湿疹病毒、出现湿疹、出血和血小板减少,看起来是一种免疫缺陷的疾病,但奇怪的是,库珀对病人A抽血检查发现其体内的免疫球蛋白抗体含量却很高,并不像患有免疫缺陷的疾病。

而另外一位病人B患有X-连锁无丙种球蛋白血症(X-linked agammaglobulinemia),虽然他的体内免疫球蛋白抗体含量很低,但却能够抵抗住湿疹病毒的感染。

两位奇怪的病人

看着两个奇怪的病人,两种相互矛盾的现象,儿科医生库珀百思不得其解。当时库珀已经知道人体的免疫系统主要由胸腺产生的T细胞发挥作用,可是T细胞的免疫作用并不能解释他所观察到的奇怪现象。

于是,库珀去找他的导师罗伯特·古德(Robert Good)探讨这个问题。古德是当时免疫学研究领域的牛人,胸腺T细胞的免疫系统正是由他和另外几位牛人所发现。但古德听完库珀的描述也觉得很奇怪,以现有的免疫学知识根本解释不了这两个小孩的病理。

直到有一天,古德带着库珀参加一个美国本土的学术会议,在会议上他们看到了一篇论文,虽然这篇论文跟人类的免疫系统毫不相关,但它就像是一道灵光把库珀和古德的天灵盖一下子给打开了。

这究竟是一篇什么样的论文?

小鸡屁股的意外发现时间回到1952年,在美国的俄亥俄州立大学有一位博士研究生,布鲁斯·格里克(Bruce Glick),他对鸡屁股非常着迷。

布鲁斯·格里克(Bruce Glick)

有一天,格里克解剖了一只鸡屁股,发现里面有一个特殊的结构,他问他的导师这是什么东西?

鸡屁股里的法氏囊

导师回答说这玩意儿叫做腔上囊,是17世纪初的时候一位意大利解剖学家西罗尼姆斯·法布里休斯(Hieronymus Fabricius)所发现,所以它又叫做法氏囊,在鸟类的屁股里都有这个东西,但是300多年来,没有人知道它是干嘛用的。

格里克听完觉得挺有意思,于是就决定把这个法氏囊作为自己的研究课题。

格里克在实验基地里养了一群小鸡,他把其中一些小鸡的法氏囊给摘掉了想要看看小鸡的反应。

一段时间之后,格里克并没有观察到小鸡有什么异常,它们还是能吃能喝活得好好的。

直到有一天,发生了一件很奇怪的事情。

格里克的一位研究生同学提莫西·张(Timothy Chang)来到实验基地,他想要找格里克借一些小鸡来做实验。格里克觉得这群小鸡仔已经用处不大了,就借给了提莫西。

在实验的过程中,提莫西给格里克的小鸡注射了一种可以抵抗沙门氏菌的疫苗,目的是为了给本科生演示疫苗如何产生抗体。

本来是一个很常规的演示实验,可奇怪的是,在疫苗注射一周之后,提莫西对小鸡抽血检测,发现其中80%的小鸡并没有按预想中的产生抗体,这让提莫西在本科生面前非常地尴尬,于是他去到实验基地找格里克算帐。

格里克仔细检查了实验记录和小鸡的编号,发现没有产生抗体的恰好是之前摘除了法氏囊的那些小鸡,研究生的直觉告诉格里克和提莫西,这个法氏囊不简单呐。

于是,格里克和提莫西决定对鸡屁股上这个不起眼的东西进行更加深入的研究。经过更大规模的重复实验之后,他们证实了最初的发现:切除鸡屁股里的法氏囊会影响小鸡抗体的形成。

格里克和提莫西把研究成果写成论文投稿到当时美国顶尖的学术杂志 《科学》上(Science),但是遭到了拒稿,杂志主编给出的理由是:法氏囊影响小鸡抗体产生的原理需要进一步研究清楚才行。

格里克和提莫西很无奈只好改投到另一本叫做《家禽科学》的杂志,论文在1956年公开发表。

格里克的论文

《家禽科学》是一本知名度一般的杂志,格里克的论文发表之后,他的这个关于鸡屁股法氏囊的科学发现并没有引起什么关注。

直到库珀和他的导师古德看到了这篇论文。

两套免疫系统一直以来,库珀和古德都认为人体内只有一套免疫系统,由胸腺T细胞产生的抗体发挥作用,而这套系统在鸡的身上也同样存在。

可是当读完了格里克的论文,知道鸡屁股里的法氏囊也可能产生抗体时,库珀和古德顿时惊呆了。

人类会不会跟鸡一样也有第二套免疫系统呢?

如果真是这样,那么这套系统的抗体是在哪里产生呢?要知道人类的屁股上并没有法氏囊的,这些问题盘旋在库珀和古德的大脑里。

为了找到人体内的第二套免疫系统,库珀和古德决定先对小鸡的屁股进行实验,以证实小鸡的身上确实存在两套免疫系统。

他们分别摘除了小鸡的胸腺和法氏囊,然后用 X 射线照射小鸡以杀死它们体内残留的免疫细胞,最后库珀和古德证实了在小鸡身上有两个器官来负责产生免疫细胞。

鸡胸腺会产生T细胞,T细胞就像是训练有素的杀手,当体内某些细胞已经被病毒或细菌入侵了,T细胞就会识别并直接杀死这些被感染的细胞,这个免疫过程被称为细胞免疫。

T细胞(示意图)

而鸡屁股里的法氏囊会产生B细胞,B细胞就像是巡逻的警察,它们会进入体内的血管,识别血液中自由流动的入侵者,比如病毒或者细菌,然后产生大量的抗体把它们锁定,接着另一种叫做巨噬细胞的免疫细胞会把病菌消灭掉,这个免疫过程被称为体液免疫。

B细胞(示意图)

1965年,这两套免疫系统在小鸡身上被发现,论文发表在英国顶尖的科学杂志《自然》上面,当时的这个发现轰动了整个科学界。

回到文章开头提到的两位奇怪病人,他们相互矛盾的病症用两套免疫系统的理论就可以轻松解释了。

病人A体内检出有很高含量的抗体,但还是感染了湿疹病毒,是因为他的体液免疫正常,但细胞免疫失效了。



而病人B体内的抗体含量很低,却能够抵抗住湿疹病毒的感染,是因为他的体液免疫失效了,但细胞免疫是正常的。



在小鸡身上的发现让库珀和古德更加有理由猜测:人体内也同样存在类似的两套免疫系统。

但要证实这个猜测并不容易,法氏囊是小鸡体内的中枢免疫器官,库珀和古德也必须要找到人体内的法氏囊,也就是产生B细胞的器官。

B细胞现原形库珀和同事开始用老鼠来做实验,他们从器官演化的角度入手找到了小肠上的一小段组织,并认为这一小段组织和鸡屁股的法氏囊有着演化上的关系,它有可能就是产生B细胞的器官,简称:装B神器。

但是,在科学探索的道路上有时候也会遇到骗子。

库珀和同事花了近10年的时间来研究小肠组织,到最后才发现这是完全错误的研究路线,小肠组织并非库珀想要找的"装B神器",因为那上面根本不可能产生B细胞。

直到1974年,库珀和同事对小鼠胚胎的肝脏细胞进行培养观察,在肝脏细胞发育4到7天之后,他们终于看到了B细胞的原形。

同一年,来自澳大利亚和瑞士的研究小组在小鼠的骨髓细胞里也看到了B细胞的产生。

到这里,真相终于被揭开了。

肝脏和骨髓都是造血器官,原来在老鼠和人类等哺乳动物身上,是造血器官承担了类似鸡屁股法氏囊的功能,负责在体内产生B细胞。

我们从出生到年老之所以能够抵抗很多病菌的感染,是因为我们体内有免疫系统的保护。

从疫苗的研发到免疫性疾病的治疗,比如简单的抗过敏治疗,骨髓移植、器官移植,癌症的免疫治疗等手术的实施都需要我们对免疫系统有层层深入的了解。

如果说人类依托免疫系统来治病救人是一个庞大的工程,那么T细胞和B细胞的发现,无疑就是这个庞大工程的基础建设。

回顾这个基础建设的过程,谁都没有想到,鸡屁股竟然在其中发挥了关键的作用,不管是格里克在小鸡屁股法氏囊的意外发现,还是库珀等人对小鸡屁股和胸腺的一系列发现,都是值得我们铭记的科学成就。

功成名就2018年,美国国家科学促进会为了表彰格里克鸡屁股实验的贡献,为他颁发了当年的金鹅奖,(Golden Goose Award),奖金是两百万美元,约等于1300万元人民币。

而库珀也因为发现了B细胞,在2019年获得了被称为“诺贝尔奖风向标”的拉斯克奖(Lasker Awards),这也是美国最高声望的生物医学奖。

到这里,格里克和库珀研究鸡屁股而功成名就的科学故事就分享完了。

可能鸡在我们生活当中实在太常见了,以至于我们都忽略了它的存在。实际上鸡在科学上的贡献还有很多,在古代人们把鸡看作是一座行走的药房,有人用鸡胗来治疗尿床,有人用鸡肉榨汁来降温,在现代有人用鸡冠来治疗炎症,有人用生鸡蛋来生产疫苗,有人用熟鸡蛋来消肿,有人用鸡汤来治疗感冒,而最为流行的就是有人用泡椒凤爪来治疗嘴馋 。
网编:和评

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