本號五年前一篇爆款文和今年的諾貝爾生理醫學獎

今年的諾貝爾生理學或醫學獎被授給了美國科學家瑪麗·布倫科、弗雷德·拉姆斯德爾和日本科學家坂口志文，以表彰他們在外周免疫耐受機制方面的開創性發現。這是個有點冷門的領域，但是它對人類健康的影響卻一點都不冷門。官方的介紹是這樣說的：

“人體強大的免疫系統必須得到調節，否則可能會攻擊自身器官。三名獲獎者在外周免疫耐受方面取得了突破性發現，坂口志文發現了調節性T細胞，它可以有效阻止免疫系統攻擊人體自身，布倫科和拉姆斯德爾則找到了與之相關的基因，這些成果加深了科學界對免疫系統如何運作的理解，推動了自身免疫性疾病等方面的研究”。

說它冷門吧，有意思的是本號的第一篇算得上“爆款”的文章和這個領域還扯得上相當的關系。這一篇《》是本號的第五篇文章，五年多前的了，當時粉絲大概百十號人（？）（當然現在也不多），能拿下三萬七千的閱讀量對一個新生號來說絕對是一片爆款文了，財新和新浪網都轉載。這篇文章對今年的諾獎也有科普作用，大家有興趣可以。比如“免疫系統攻擊人體自身”是什么樣子的？可以看看我那篇文章的開頭：

英國倫敦的諾斯威克和圣馬可醫院的重癥監護部，有一天突然接受了一個名叫David Oakley的危重病人，他有以下的臨床癥狀：

發燒，頭疼，肌肉酸痛；

惡心，嘔吐，腹瀉；

呼吸不暢，嚴重的病人血紅蛋白氧飽和度僅為70%，肺部有浸潤；

和他同時入院的，還有另外五位癥狀類似的病人。他們進入重癥監護后，又發展出如下癥狀：

大面積雙肺感染，X光胸片呈現出所謂的“大白肺”，嚴重的患者需要吸氧，氣管切開插管和呼吸機來維持供氧；

腎衰，需要靜脈透析來維持生命。

有一個病人出現嚴重敗血癥

這就是自身免疫系統被錯誤激活后瘋狂攻擊自身臟器后造成的后果。如題目所示，這是一個出了大事故的藥物臨床試驗。這個候選藥物的研究代號叫TGN1412, 它能夠精準結合一種叫做CD28的存在于免疫細胞表面的蛋白質分子，其初始設計目的就是給病人擴增一類具有神秘功能的調節治療性T淋巴細胞，簡稱Treg, Regulatory T Cells。

揭開Treg神秘面紗的就是今年這三位諾貝爾獎獲得者。

有趣的是，坂口志文在實驗室接到諾獎委員會電話時有點吃驚，他原以為要等到研究有了更成熟的臨床應用后才可能獲獎。其實，生物學基礎研究一旦有突破，他的發明者或從業者都會在第一時間深挖其臨床應用和藥物開發的潛力，首先造福人類，其次造福自己的腰包，或者優先次序換一下也行。Treg從業人員也不例外。以TGN1412為例，它投入臨床研究是20年前的事了，當時距離坂口志文發現調控性T細胞Treg才（1995）十年，距離瑪麗·布倫科和弗雷德·拉姆斯德爾發現定義Treg的關鍵基因FOXP3（2001）才5年。

至于基礎研究就更早，2003年，坂口志文剛剛確認了FOXP3就是自己發現的Treg的最重要的調節基因。僅僅一個月后，德國維爾茨堡大學Hünig教授發表文章報道了他們多年前研制的一種結合CD28的抗體, 也就是后來叫做TGN1412這種候選藥物，能在大鼠體內把調控性T淋巴細胞Treg擴增20倍。這一下子就激發了免疫學家們無限美好的想象，如果坂口志文的發現和諾貝爾委員會的介紹所言不虛，“調節性T細胞可以有效阻止免疫系統攻擊人體自身”，那么讓患有自體免疫過盛疾病（比如風濕性關節炎，紅斑狼瘡，潰瘍性結腸炎）的病人服用TGN1412來擴增Treg， 給失控的自體免疫來個“剎車”，豈不就是一劑良藥嗎？

為了確保人體試驗的安全，必須進行動物實驗。如前面所述，這個突破性的進展最初是在大鼠中做出來的，也就是說在嚙齒類動物中的安全性基本靠譜了。進入人體前最后一道關口是昂貴的高級靈長類動物試驗，用的是一種叫做菲律賓獼猴（cynomolgus macaque）的品種，這是在藥物研發中通用的猴子品系。試驗結果是給猴子的劑量可以沖到每公斤50毫克而不誘發明顯毒副作用。這樣的結果給了Hünig研究團隊一個強烈預感：這可能真的是一個神藥。

為什么說它神？因為人類免疫系統其實是一個遍布了CD28分子的大花園，很多種免疫細胞的表面都有這種分子的存在。瑪麗·布倫科和弗雷德·拉姆斯德爾兩位找到的FOXP3，才是Treg真正獨一無二的分子標記（要不然人家怎么得諾貝爾獎呢？）。這個猴子實驗的結果，就相當于是把高劑量的CD28結合劑隨機砸過去，不但準確砸到了想砸的Treg，花花草草卻一根都沒碰倒。這不是天選之藥嗎？

于是，2006年三月十三日，研發這個“未來神藥”的德國小公司TeGenero團隊和Hünig研究組相約一道從德國來到倫敦，這個藥物首次人體臨床試驗的的地方。他們有理由相信，自己可能成為一個正在發生的醫學奇跡的第一批目擊者。

結果是他們在志愿者身上目擊了本文開頭引用框里描述的恐怖現象。

這說明不單單是碰倒了花花草草，碰倒了小朋友，TGN1412簡直就是在花園里引發了一場大火。

憑借多年的免疫學造詣，Hünig很快直面了一個他絕對不想面對的現實：這不是一起和他們無關的藥物污染或者投毒事件。他們的神藥也許增加了他們想要的抑制型T細胞Treg, 但同時也喚醒了他們絕對不想碰的另一大殺器型的T細胞。和Treg不同，這一類細胞可以直接攻擊外來入侵病原或自體組織，抑或分泌大量細胞因子來激活B細胞，后者通過大量分泌抗體來加強體內的免疫風暴。受試者都是年輕的健康志愿者，無災無病，在一場無緣無故的免疫風暴下，焉能不倒下？

現在的難題是，這些受試者接受的劑量僅僅為猴子的五百分之一（這是從動物實驗過渡到人體試驗的一個常規安全措施），為什么猴子安然無恙，而人卻差點掛了？

要知道坂口志文最重要的發現其實是在和人類更遙遠的老鼠身上做出的。1995年，當時已經知道出生三天后被切除胸腺的小鼠會發展出多項器官嚴重發炎的自免疫癥狀。坂口志文團隊在體外制備了CD4+CD25+的T細胞并注射入這類老鼠體內，預防了它們的發炎癥狀，這才揭示了抑制性T細胞的存在。發現TGN1412的德國Hünig團隊證明這個免疫路徑在大鼠中也成立，可是為什么在靈長類和人類中得出的安全性結論卻截然相反？

找到這個問題的答案，卻像是懸疑小說的情節一樣，經歷一波三折。

TGN1412災難性的結果成為新聞頭條之后，國際上很多實驗室都在試圖找答案。有一家測定了菲律賓獼猴這個實驗動物的CD28序列，得出結論是它和人類基因有重要的差別，那么TGN1412和CD28的相互作用在人體和猴體內也許大不相同，這能解釋猴子能夠輕松耐受比人體高五百倍的劑量嗎？

這個解釋很快被證偽。另外一個團隊跟進發現，猴子CD28和藥物結合區的序列和人類其實100%吻合。這個低級錯誤的起因是因為測序前需要用PCR技術擴增DNA分子，在擴增的化學過程中人為地引入了隨機突變，它們并不代表物種真正的基因序列。這個證偽團隊進一步發現，問題可能出現在CD28這個細胞表面分子的下游通路上，人類和猴子可能有重大差別，橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，葉徒相似，其實味不同，所以同樣一個CD28和TGN1412的結合事件，在猴子體內平淡無奇而在人體內卻引發風暴。

這時候第三家團隊加入進來說你可能想多了。因為前兩家的全部精力集中于CD28分子位于細胞膜外面的區域，也就是負責和TGN1412結合的區域。但是CD28是個跨膜分子，更全面的序列比較發現，人猴CD28的跨膜片段有幾個關鍵性差別。過去人們往往把這個片段看成簡單地起到一個結構上承上啟下的作用，現在看卻不那么簡單，也許差之毫厘，謬以千里？

眾說紛紜的四年過去了，2010年終于迎來了一個讓大多數人認可的結論。原來TGN1412在人體中通過CD28激活了一類叫做記憶型CD4+ T淋巴細胞，造成了災難。而在動物實驗中的靈長類中，由于某種原因，CD28在這類細胞表面神秘地消失了。那么可想而知，在猴子中你不管怎么上高劑量的CD28激活劑，相當于對牛彈琴，這些大殺器型的免疫細胞好像聾子一樣聽不懂CD28激活劑帶來的信號。以前的團隊爭論什么CD28途徑在人猴中的細微差異，那真的是多心了，這不是差別大小的問題，而是有和沒有的問題。

這凸顯了免疫藥物的研發之難，因為它的系統太復雜了。動物模型稍有不慎，滿盤皆輸。

讓我們再回到那個讓坂口志文為之神往并啟發了他諾貝爾獎成就的發現：如果將出生2-4天的小鼠的胸腺移除，會誘發它們的多器官自免疫炎癥。

而在更早的堪稱免疫學開山鼻祖的一篇文章中，Jacques Miller把剛剛出生的小鼠的胸腺移除，發現小鼠得了免疫缺陷，無法抵御外來病原的入侵，也這是這個研究導致了整個T細胞這個新領域的開端，開啟了現代免疫學的大門。

這些發現之所以讓人神往，是因為同樣是移除胸腺，一個造成免疫缺失，另一個造成免疫過剩，差別就在于三天的時間。坂口志文敏感的直覺告訴他，在胸腺這個免疫力的中央發動機里，一個獨立的剎車機制很可能在出生三天后開始蘊蓄并擴散到機體的外周組織。于是他嘗試了各種T細胞的的組合，能夠恢復正常免疫系統的就是這個迷宮的鑰匙。

幸運的是，他成功了， 這把金鑰匙就是Treg。

那個試圖用這把鑰匙開啟治療自體免疫疾病大門的Thomas Hünig卻慘痛地失敗了。雖然很難講基礎研究科學家們能對這個科學探索中的悲劇負什么具體責任，但是他為此賠上了自己全部的學術聲譽。十年之后，Hünig回顧和反思的時候，他認為自己學到的最大教訓就是：動物實驗在藥物的安全評估中并不可靠，哪怕是和人類親緣關系最近的靈長類。

幾個月前FDA給工業界發出了一個指南，仿佛是對10年前Hünig感想的一個遲來的回應，那就是，對于類似于TGN1412這樣的人類單克隆抗體藥物試驗，FDA不再強制要求進行整體動物的安全實驗。

那么一個有意思的問題就是，既然動物實驗在預測藥物的人體安全上不可靠，最好的解決方案是徹底取消？還是努力設計更靠譜的實驗？

其實，也是在2016年，一個成功預測TGN1412免疫毒性的小鼠動物模型已經有了。要說這個實驗還頗有坂口志文在無胸腺小鼠中恢復免疫耐受實驗的神韻，但是它的技術手段比20年前粗暴的胸腺摘除可精彩多了，它采用的是基因手術刀，把RAG1，Aβ，IL-2 Rγc，HLADQ等重要的免疫基因摘除，這樣的老鼠就成為一個自身免疫系統被基本清零卻不死的軀殼。然后再把來自人類供體的外周血單核白細胞注入其體內（他們是成熟免疫細胞的前體）。一兩周之后，和人類T細胞有幾分類似的外周免疫系統居然就在老鼠體內被重建了。

把TGN1412注入到這樣的小鼠模型體內后，炎癥風暴被重現了。這樣的老鼠模型比昂貴的靈長類還有效。

參考文獻：

The rise and fall of the CD28 superagonist TGN1412 and its return as TAB08: a personal account. Thomas Hünig. FEBS J . 2016 Sep;283(18):3325-34.

Risk in drug trials. Lancet. 2006 Dec 23; 368(9554): 2205.

TGN1412 Induces Lymphopenia and Human Cytokine Release in a Humanized Mouse Model. PLoS One. 2016 Mar 9;11(3).