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从脂多糖受体到哺乳动物先天免疫

当霍夫曼在法国斯特拉斯堡大学的实验室进行果蝇研究的同时，博伊特勒正在小鼠中寻找脂多糖受体，这时候大家对哺乳动物中固有免疫细胞如何感知病原体还一无所知。
布鲁斯·博伊特勒（Bruce A. Beutler） 

与霍夫曼一样，博伊特勒的科学之路也是受到了父亲的影响。他的父亲是一位杰出的血液学家和遗传学家，21岁就获得了医学博士学位，随后专攻血液学，获得盖尔德纳奖并入选美国科学院院士。老博伊特勒最著名的成就是1962年发现人类X染色体的随机失活，推动了生物医学很多领域的进步。

 

博伊特勒对生物学浓厚的兴趣就是从小时候起与父亲无数次谈论科学中培养起来的，并在很早就建立了对遗传变异和自然选择的认知，慢慢从一个科学的观察者成长为探索未知的实验者。在高中和大学阶段，博伊特勒就有机会到各个优秀的实验室学习，这为他后来的科学道路奠定了坚实的基础。



值得一提的是，在加州大学圣地亚哥分校的亚伯拉罕·布劳德实验室，博伊特勒第一次听到“内毒素”这个词，也就是大多数革兰氏阴性菌的细胞壁成分——脂多糖。只不过那时候博伊特勒还没有意识到，寻找脂多糖受体会成为他获得诺贝尔奖工作的核心。

 

杰出的科学家父亲无疑是博伊特勒职业生涯最好的引路人，父亲一直把做“重要的事情”作为人生信条。在老博伊特勒看来，疾病往往可以解释新的和重要的生物学原理，他建议博伊特勒去医学院读书。



在18岁大学毕业后，博伊特勒来到芝加哥大学学习医学，毕业后在得克萨斯大学西南医学中心进行了两年的住院医生实习，临床的训练让他对于机体如何运作有了更为深刻的认识，然而繁忙的临床工作让博伊特勒几乎没有做研究的时间，他开始怀念在实验室工作的乐趣。那是生物学史上大师辈出的黄金年代，分子克隆的黎明也即将到来，博伊特勒迫不及待地想要投身其中，登上这趟正在飞驰的科学列车。

 

结束内科实习后，博伊特勒加入洛克菲勒大学安东尼·切拉米实验室进行博士后研究，在那里，他开始研究恶病质素（Cachectin）。既往的研究表明，恶病质素能够抑制脂肪细胞中脂蛋白脂肪酶的合成，被认为是恶病质中导致机体消瘦的原因。然而博伊特勒敏锐地觉察到那可能只是冰山一角，早年积累的丰富的蛋白纯化经验，让博伊特勒很快就纯化出了恶病质素蛋白，并且制备出了识别它的抗体。



博伊特勒先前就观察到巨噬细胞受到脂多糖刺激后会大量产生恶病质素，并推测它可能参与了脂多糖诱导的内毒素休克。让博伊特勒感到欣喜的是，当他用恶病质素的抗体免疫小鼠后，这些小鼠就可以免受脂多糖诱导的死亡。



显而易见，恶病质素作为一个关键因子介导了脂多糖的致死作用，进一步通过序列比对，博伊特勒发现小鼠恶病质素与人的肿瘤坏死因子（TNF）高度同源，以往它是作为一个抗肿瘤蛋白被大家所关注，而博伊特勒博士后时期的开创性研究证明了这个蛋白也具有促炎性，也是这项工作将博伊特勒带到了炎症研究领域。

 

TNF-α抑制剂结构
很快，博伊特勒就在炎症因子领域赢得了声誉，并回到得克萨斯大学西南医学中心，创建了自己的实验室，围绕着肿瘤坏死因子展开了一系列基础和转化研究。



炎症性疾病是人类健康的一大威胁，其病因非常复杂，其中类风湿性关节炎的主要致病因子就是TNF-α，由激活的单核细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞分泌，博伊特勒团队针对这类疾病开发了阻断肿瘤坏死因子的融合蛋白，并申请了这个融合蛋白的专利，最终把专利卖给了Immunex公司，后来被安进公司收购，成为全球最畅销的融合蛋白药依那西普（etanercept），用于治疗类风湿性关节炎和其他几种炎症性疾病。

 

在基础研究层面，博伊特勒团队关注两个重要的科学问题，即肿瘤坏死因子的生物合成是如何被调控的，以及巨噬细胞是如何被脂多糖激活的，问题的核心指向了脂多糖受体。



1965年，来自加州大学伯克利分校的赫普纳和韦斯报道了C3H/HeN品系的小鼠会死于革兰氏阴性菌感染引起的炎症和感染性休克，而与之相近的C3H/HeJ品系则耐受革兰氏阴性菌的感染，博伊特勒意识到介导内毒素反应的关键基因发生了突变，这个关键基因会是脂多糖受体吗？所有的问题都集中到一点，找到耐受脂多糖反应的突变基因。

 

博伊特勒确信这将是一个非常有意义的工作，为了鉴定这个发生突变的基因，他花了5年的时间，长期没有产出使得博伊特勒的执着和坚持在旁人看来毫无意义，连父亲都劝他不要把鸡蛋放在同一个篮子里。但是，这一次博伊特勒遵从了内心的坚持。



1998年9月的一个晚上，博伊特勒通过BLAST比对，鉴定出小鼠中Toll 基因的同源体TLR4就是脂多糖受体，并证实了正是TLR4基因的突变使得C3H/HeJ小鼠免受脂多糖刺激诱导的炎症反应和败血性休克，同样对脂多糖感兴趣的同事送来了香槟，庆祝免疫系统识别微生物的传感器被揭开神秘面纱的重要发现，至此，哺乳动物如何识别病原微生物也有了答案。

 

在发现脂多糖受体到获得诺贝尔奖的13年间，博伊特勒结交了很多先天免疫领域的挚友，与霍夫曼团队也开展了开放而融洽的合作。博伊特勒和霍夫曼惺惺相惜，经常一起徒步，一起探讨科学和人文。

 

当被问起成功归因于什么，博伊特勒说，我没有Plan B，就自信而坚定地向着一个目标跑去，而成功就在那里。

 

如果说模式识别受体的发现是给固有免疫细胞安上了一双眼睛,那么树突状细胞则为固有免疫和适应性免疫搭建起一座桥梁。