免疫系統裡的「自我」是誰?

原文刊載於科學月刊2020十一月號
我們常將免疫系統擬人化成一個打擊外敵的軍隊,但這 樣的想法有沒有嚴謹的科學根據?在免疫學中是否真的 能分出誰是敵?誰是我?(Designed by Freepik)

我是誰?

1960年的諾貝爾生理學或醫學獎得主伯內特(Macfarlane Burnet)是推動免疫學現代化的先鋒,他發展出來的自 身和非自身理論(self/non-self theory)闡述了免疫反 應的啟動原則,奠定了當代免疫學理論的基礎。根據這 個理論,後天免疫系統(adaptive immune system) 具有能夠區辨「敵方分子」抗原(antigen)的能力,可 以精準地識別侵入者並啟動一連串的發炎與排斥反應 將之消滅。但同時,對自己的「自我分子」抗原則按 兵不動,不會產生排斥反應,也就是說,免疫系統對自 我有所謂的免疫耐受性(immunological tolerance)。 伯內特的自身和非自身理論就是敵我之分的科學基礎。

一對異卵雙胞胎的小牛,在胚胎時曾經血管相連、血液相通過, 成長過程中彼此體內都有對方的紅血球細胞。即使彼此血型不 相容,但輸進對方的血後,由於免疫系統把這些外來血球當成 了自己人,且對它們產生免疫耐受性,因此不會產生免疫反應。 (Photo by Daniel Leone on Unsplash)

挑戰自我

自我與非我的差異簡單明瞭,可惜自然世界總是比想像 中的複雜,自身與非自身理論隨著研究的進展逐漸露出 破綻。首先,如果免疫系統真的能認得自身並辨識外敵, 為什麼對腸內上萬億個微生物能夠互相容忍,和平共處? 再者,如果免疫系統對自我分子不會起攻擊反應,那又 該如何解釋自體免疫反應?同時,腸道的黏膜免疫系統 (mucosal immune system)若沒有腸內菌的刺激,不僅 是讓 B 淋巴細胞(B lymphocytes, B cell)成熟化的免疫 組織無法完整發育,阻擋細菌入侵的腸膜細胞間也會產生空隙,讓細菌有機可趁。我們現在也正逐漸發現,沒 有某些微生物的刺激,免疫系統會失衡,產生自體免疫 反應!如果說免疫系統的功能就是排除外物捍衛自身, 那該怎麼解釋免疫系統對外來物(微生物)的仰賴、對自己的攻擊? 1992 年,馬青格(Polly Matzinger)提出另一套想法: 危險訊號模型(danger model)。根據這個模型,組織 受到損害時會釋放化學分子(危險訊號)誘發免疫發炎反 應,受傷的因素可以是內憂也可以是外患,有時候是組 織自身的問題,也有時是受到外來病原攻擊。但不論如 何,只要有受傷,組織便會呼叫免疫系統前來處理,免 疫反應便是針對這些危險訊號去做反應,而不是針對「非 自身分子」。

如果免疫系統能認得自身並辨識外敵,那為什麼能容忍小腸中的上 萬億的微生物?圖為革蘭氏染色(Gram stain)後的凝結芽孢桿菌 (Bacillus coagulans),為一種益生菌。口服凝結芽孢桿菌後約 4 ~ 6 小時,此菌會於小腸萌發,且凝結芽孢桿菌會分泌乳酸與短鏈脂 肪酸,影響腸道菌叢的組成,也會抑制致病菌生長;既然凝結芽孢 桿菌屬於外來菌,為何我們的免疫系統能容忍它呢?(Photo by CDC, public domain, Wikimedia Commons)
免疫系統究竟怎麼「決定」何時啟動排斥或耐受反應?又是如何決定誰是自 我?誰是外敵?不同的免疫模型定義了不同的免疫自我樣貌,但多細胞生物 與其微生物組成,其實是個微觀的複雜生態系統,此生態系統千變萬化,裡 頭的生態與免疫關係,遠超越耐受或排斥,保護或攻擊的二元區分,這些關 係也往往隨時間與脈絡改變。圖為活化的淋巴球(lymphocyte)。(Photo by SpicyMilkBoy, CC BY-SA4.0, Wikimedia Commons)

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I communicate science from a philosophical perspective. Researcher of living things that stay with the trouble. Communicator of risky interdisciplinary science.

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Lynn Chiu

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