王保國 余奇文

(上海交通大學醫(yī)學院基礎醫(yī)學院，上海200025)

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免疫學實驗課教學中的引經據(jù)典

王保國 余奇文

(上海交通大學醫(yī)學院基礎醫(yī)學院，上海200025)

免疫學是一門實驗科學。在免疫實驗課堂里，因實驗條件和課時限制，往往很難規(guī)范地完成完整的實驗流程，有時只能實施一些簡單實驗方法，由此造成教之乏味，聽之枯燥，做之無趣。實驗課的目的何在？僅僅是讓學生見識一下實驗室，了解一下實驗原理，簡單地動動手就可以了嗎？我們可以賦予實驗課更多的科學內涵，尤其是教師，教者生動，聽者也會積極回應?；赝庖邔W發(fā)展，有很多免疫學成果推動了人類的進步，銘刻著科學家與疾病斗爭、對真理探索所表現(xiàn)出來的專心致志、不屈不撓的精氣神。我們可以追尋100多年的免疫學歷史[1，2]、追尋免疫學成果的來龍去脈，追尋成果獲得的千辛萬苦，結合實驗內容在免疫學教學中引經據(jù)典，尤其對在免疫學領域獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的介紹，對提高學生學習興趣、培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、引導學生研究方向一定有所啟迪。本文介紹一些在免疫學實驗課中可以引用的在免疫學發(fā)展過程中的重大事例與實驗課教學的同道們交流，拋磚引玉，以其豐富免疫學實驗課的教學內容和科學內涵。

1 諾貝爾生理學或醫(yī)學獎關注危害人類生命的重大疾病

科學發(fā)明必定處在研究的象牙塔尖嗎？諾貝爾獎也青睞與人類生存息息相關的普眾性問題。在19世紀，白喉是威脅人類健康的主要殺手之一。那時候沒有抗菌素，白喉致死率驚人。1891年，德國細菌和免疫學家貝林(E.von Behring)和他的同事北里柴三郎(Kitasato)[2]在大名鼎鼎的科赫實驗室發(fā)現(xiàn)了一個有意思的現(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有某種對抗白喉桿菌毒素的物質。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有某種對抗白喉桿菌毒素的物質，這種物質被命名為“抗毒素”。 一個圣誕節(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、還未應用于人體的“藥物”，這個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，沒幾天就康復出院了。圣誕節(jié)加上難以置信的良好效果，使得此事產生了相當大的轟動，有人甚至以“圣誕節(jié)大拯救”來命名此次治療。這名女孩就是被動免疫療法應用于人體的第一例。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或醫(yī)學獎。100多年后的今天，盡管白喉幾乎絕跡，但是抗血清療法，即免疫被動免疫療法一直應用于臨床。在實驗課程中，我們不僅要求學生動手做，了解免疫學實驗的基本操作，更需要讓學生了解免疫學開創(chuàng)至今始終把解決臨床問題放在首位。在動手實驗的同時，要把學生的科創(chuàng)思維聚焦于一些可以通過免疫學方法解決的臨床醫(yī)學實際問題。

以病原體免疫動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防疾病。用疫苗預防疾病的方法始于19世紀末，如英國鄉(xiāng)村醫(yī)生琴納(E.Jenner)[3]制備了牛痘疫苗預防天花，法國科學家巴斯德制備了炭疽疫苗和狂犬疫苗預防炭疽病和狂犬病。1905年科赫(R.koch)發(fā)現(xiàn)結核桿菌及其傳播途徑并用結核菌素預防結核，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世紀到18世紀期間，天花是世界上最具毀滅性的傳染病。即使在20世紀，死于天花的人數(shù)比當時死于戰(zhàn)爭的人數(shù)多得多。種痘預防天花很早就有記載，如我國的宋朝就有吹痘術[4]，這種方法經波斯、土耳其傳入歐洲，再傳到美國。但是，首次發(fā)表完整系統(tǒng)的方法是一位來自于英國的鄉(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。琴納的論文在英國皇家學會的雜志上發(fā)表了，但有關臨床觀察部分被刪除了，那個時代受宗教影響認為接種牛身上的物質是難以想象的。經過進一步研究，琴納自己出版小冊子發(fā)表了他的成果。這本介紹牛痘接種的小冊子在歐洲和美洲廣為傳播，在預防天花中起到了關鍵作用，琴納因此受到了尊敬和多次獎勵。當然，那時候還沒有諾貝爾獎。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，作為一個鄉(xiāng)村醫(yī)生，對人類做出了如此大貢獻。我們應鼓勵學生，一個平凡醫(yī)生是可以大有作為的。

2 基礎性實驗也可以解決大問題

凝集反應、沉淀反應、補體結合反應以及中和反應是免疫學有四大經典反應，同位素標記、熒光標記以及酶標記是免疫學三大標記技術。這些實驗的原理不深奧，操作不復雜，甚至肉眼就可以觀察結果。如今即使這些簡單的方法，仍然是免疫學實驗課的主要內容。有時候，老師，學生都覺得講課與聽課很乏味，很老套。但就是這些經典的實驗在早期卻獲得了意想不到的驚人成果。1900年，奧地利科學家蘭德斯坦納(K.Landsteiner)[5,6]在維也納大學病理研究所工作中就是通過凝集試驗發(fā)現(xiàn)了人類ABO血型。這一至今看來最簡單不過的凝集反應，即顆粒性抗原和相應抗體在電解質參與下發(fā)生的凝集反應。幾塊玻片，一些相應的血漿和血球，或者一些已知的抗紅細胞抗體就可在普通實驗室完成實驗。但不得不承認，這一偉大的發(fā)現(xiàn)為安全輸血提供了重要保證。1927年，蘭德斯坦納與美國免疫學家菲利普·列文還發(fā)現(xiàn)了血液中的M、N、P因子，從而科學完整解釋了某些多次輸入同型血發(fā)生的溶血反應和婦產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，并贏得了“血型之父”之美譽。為了紀念蘭德斯坦納的貢獻，為了鼓勵獻血，世界衛(wèi)生組織、紅十字會與紅新月會國際聯(lián)合會、國際獻血組織聯(lián)合會、國際輸血協(xié)會自2004年起將蘭德斯坦納的生日6月14日定為 “世界獻血日”。

自1905年首提激素概念以來，一場場尋找激素的熱潮不斷涌起。激素在生命活動中扮演者重要角色，但激素在體內實在是極其微量，采用4大經典免疫學方法難以準確檢測。美國生物物理學家耶洛夫人(RS.Yalow)[7]采用同位素標記已知激素，通過競爭方法建立了放射免疫檢測血液中微量激素的新方法，使得實驗室檢測限度達到pg/ml水平，放射免疫檢測激素的方法被認為是激素研究中的一場劃時代的革命，由此耶洛夫人獲得了1977年的諾貝爾獎。

實驗課固然需要先進設備用以創(chuàng)新方法，新設備新方法可以展現(xiàn)前所未有的新結果。譬如，熒光標記抗細胞分化抗原的抗體，采用先進的流式細胞儀，可以細分細胞群和亞群，可以精確定位細胞內物質。但是，基礎性實驗也可以解決大問題。在課堂里，在介紹與操作上述4種基本免疫學方法的同時結合典故，尤其對學生第一次接觸免疫學實驗，能使實驗教學變得更生動、更引人，可以起到很好的教學效果。實驗課可介紹的實驗還包括免疫化學研究先驅德國科學家艾利希(P.Ehrlich)，他是第一位用化學方法解釋抗原抗體反應的科學家，他以沉淀反應解釋了毒素與抗毒素之間特異性定量反應的關系，由此提出了科學化學療法的概念；還可介紹比利時生理學家博爾代(J.Bordet)，他在比利時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，即現(xiàn)在名為補體，他發(fā)現(xiàn)抗原抗體結合以后可以激活補體，達到清除抗原的作用，這一發(fā)現(xiàn)，在當時對抗原抗體結合的生理結局有了明確的認識，他在實驗中建立了敏感的補體結合試驗，并以此實驗證實了細胞毒抗體的補體依賴機制。博爾代是第15位諾貝爾獎獲得者(1919年)。

3 科學需要不懈地追究與理念突破

通常人們都把機體的免疫力等同于抵抗力，似乎免疫力越強越好。實際上，過強免疫同樣會造成對機體的損害。琴納發(fā)現(xiàn)牛痘可以預防天花，同時也觀察到有的人對牛痘再接種會出現(xiàn)十分嚴重反應；科赫發(fā)現(xiàn)他所制備的結核菌素用于已感染結核的動物時也會出現(xiàn)強烈反應；貝林發(fā)現(xiàn)個別馬匹對再次注射大劑量白喉毒素時會出現(xiàn)超強反應。遺憾的是當時大家都沉浸于以免疫學新方法治療傳染病的歡樂之中，都認為免疫是防御，對機體起保護作用，而沒有對這種療法的副作用深加追究。1901年，法國科學家里歇(CR.Richet)在導師的指導下參加非洲熱帶海洋探險。海洋中有一種水母，傳說這種水母一吸附于別的生物時就射出一種強烈的毒液，使機體立即感到急劇的疼痛。里歇奉命研究其毒液，證實了這一情況?；胤▏?里歇以?？嬷?，用甘油提取海葵毒液并注入狗的體內，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。經過幾周不等的時間以后,里歇再一次對這些存活的狗進行注射。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，這些狗也會立即出現(xiàn)嚴重的癥狀：嘔吐、血性腹瀉,暈厥、昏迷、最后窒息死亡。反復實驗以后里歇提出了一個新觀念：免疫不僅對機體有保護作用，也會使機體發(fā)生病理損傷，甚至死亡，即過度免疫反應對機體是有害的，里歇把這種過度的免疫反應稱為過敏反應(anaphylaxis)，anaphylaxis取自希臘語中ana“反對”和phylaxis“保護”二詞。里歇的研究突破了傳統(tǒng)的免疫學概念，使人們認識到免疫反應的兩面性，即免疫不是越強越好，適應性免疫需要“適可而止”。1913年，里歇因研究過敏反應而獲得了諾貝爾獎。里歇的成果是通過反復試驗得到的，是通過推翻以往傳統(tǒng)概念而獲得的。當我們在制備超敏反應模型的教學中，引用典故，讓學生知道要勤于思考、敢于質疑。

里歇的研究范圍很廣，包括生理生化、心理病理、藥理學，以及精神病學、細菌學和醫(yī)藥統(tǒng)計學等。里歇還是詩人、小說家、戲曲家和飛行家，發(fā)表過不少文學作品，還長期擔任《科學周刊》和《生理學和普通病理學雜志》的編輯工作。在教學中，我們還應該鼓勵學生培養(yǎng)更多的愛好與特長。

4 科學獻身精神

講起科學獻身精神，就可能想到研究放射性物質的居里和居里夫人。事實上，在免疫學研究領域也不乏其人，除了在研究中不幸被感染者以外，更有以自身作為實驗對象，親自嘗試人體實驗結果。澳大利亞醫(yī)生馬歇爾(BJ.Marshall)[8]是一位實驗愛好者。一直以為，胃腸潰瘍的原因是壓力過大、不當食物或藥物等原因造成的，為了防止癌變，嚴重潰瘍只能手術切除胃的病理部分。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首。胃pH為1～3，如此強酸環(huán)境細菌會活嗎？即使能活，如何證明其與疾病有關？事實上這種細菌早在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菌，并在體外成功培養(yǎng)繁殖。他們發(fā)現(xiàn)這種細菌會分泌尿素酶，這種酶會把進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，由此使細菌有了適應生長的條件。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頭小豬做實驗，動物實驗始終沒有成功，馬歇爾即以自身為實驗對象，親自口服10億個細菌，證實了胃炎的疾病過程。1994年，美國國家衛(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系而獲得了諾貝爾獎。教學中可舉的例子還有南非病毒學家泰勒(M.Theiler)[9]，他也是一位具有獻身精神的科學家。泰勒以大無畏的科學獻身精神首先在自己身上注射稀釋的黃熱病病毒，親身體驗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用于非洲和南美洲以后，終結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奧難懂，也沒有多么創(chuàng)新性的理論支撐，但諾貝爾獎評委會認為，這種經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有的贊譽，摘得了1951年諾貝爾獎。諾貝爾獎的評判更多地傾向于研究成果的現(xiàn)實效益和潛在價值。當然，在課堂里有必要告訴學生，我們需要的是科學的獻身精神，而不是魯莽的、無價值的冒險行為。

5 結語

諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的成果，主要聚焦于醫(yī)學實際問題。如傳染性疾病的診斷、治療與預防。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。在免疫學實驗教學中，采用通俗易懂的語言結合生動活潑的圖片把免疫學的輝煌歷史通過PPT放進課堂里可以提高學生學習興趣，引導學生創(chuàng)新思維，銘記科學家們對科學的專心致志、不懈追求以及忘我的科學精神，可以使免疫學實驗課更豐富多彩，引人入勝。

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

[2] 矢沢科學事務所.諾貝爾獎中的科學(生理學或醫(yī)學獎卷)[M].北京，科學出版社，2012：1-270.

[3] 何 維,劉學禮.免疫與內分泌[M].見：諾貝爾獎百年鑒,上海,上?？萍冀逃霭嫔?2002：1-169.

[4] 馬伯英.中國的人痘接種術是現(xiàn)代免疫學的先驅[J].中華醫(yī)史雜志,1995,25(3)：139-143.

[5] 任本命.卡爾·蘭德斯坦納[J].遺傳,2006,28(1):1-2.

[6] Carl Zimmer.血型從何而來[J].大眾科學,2014,(10):20-21.

[7] 胡國強.放射免疫測定法的創(chuàng)建者—羅莎琳.耶洛[J].放射免疫學雜志,1994,7(2):122-124.

[8] 張發(fā)云,楊真威,李國明,等.幽門螺桿菌與2005年諾貝爾醫(yī)學獎[J].生物化學與生物物理進展,2005,32(11):1016-1018.

[9] 洪 濤,王健偉.傳染病與病毒[M].見：諾貝爾獎百年鑒,上海：上?？萍冀逃霭嫔?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(1974年-)，男，實驗師，主要從事免疫與細胞生物學實驗教學，E-mail: wangbg@shsmu.edu.cn。

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

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