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当然,豚草不是唯一的过敏原。别的花粉、霉菌的孢子、动物的皮屑、螨的粪便、多种与皮肤接触的物质,包括某些药物与食物都会引起过敏反应。现代美国人中,大约有四分之一的人对不同的东西过敏。你或者亲戚朋友可能已经咨询过这方面的医生,或者已经做过检查过敏原的皮肤试验。医生给了两条建议:避免与过敏原接触,必要时使用抗组胺药。
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让我们来分析一下这两条建议:避免与过敏原接触不难理解,缓解症状是什么意思呢?不妨用治疗传染病的情况来做一类比。用抗组胺药缓解症状,是不是同用扑热息痛治疗发热,让老鼠闻不到猫的气味相似?目前我们知道,过敏反应是一种防御机制,但是我们还不能肯定是否可以抑制它。我们可以肯定的是,过敏反应有防御某些危险的能力,否则,作为过敏反应基础的免疫球蛋白E系统就不会存在。有没有可能,免疫球蛋白E系统曾经对其他物种有用,在人体上只是一个残迹?可能性不大,因为像这样复杂的系统如果自然选择不予以保留,它将很快退化,如果还有危害的话,退化得更快。无论如何,免疫球蛋白E系统肯定是有用的。
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这并不是说每一次过敏反应都有用。事实上,从演化的角度考察防御反应,虽然整个系统是一种适应机制,在大多数具体情况下却是有害的。这是“烟雾检测器原理”的一种表现。烟雾检测器是用来警告人们火灾的危险,但是真正有严重危险的情况并不多见。它们年复一年地挂在那里,似乎没有什么用处,或者只是对吸烟或烤面包冒烟报警。虽然有恼火的假警报、安装费用、定期更换电池等种种麻烦,考虑到它能提前对真正的火灾报警,所以还是留了下来。关于这个原理,第14章讨论焦虑时我们还要提到它。
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关于过敏反应,医生也许没有同你讨论免疫球蛋白E系统的用处或它的演化过程。如果你问为什么你会对猫或者牡蛎过敏,医生也许这样说:“人们对各种反应原的敏感性差异很大,而你碰巧是对猫特别敏感的人。所以你要避免与猫接触,并用药物抑制它所触发的防御反应。”
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关于过敏的学说有两个严重的困难。第一,过敏反应并非只是程度问题。有过敏反应的人对微量的过敏原发生反应,而没有过敏反应的人,在大量接触之后也不发生反应。就这一方面而言,过敏反应与对阳光或者晕动症(晕船、晕车)的过度敏感是完全不同的。第二个困难更严重,过敏反应不是一种本来运行良好的工作系统的走了极端。在现代工业社会,免疫球蛋白E的抗体除了引起过敏反应,几乎什么也没有干。好像我们演化出这么一个特异的免疫球蛋白E系统,只是为了惩罚随意吃浆果、穿上兽皮或者8月呼吸的人。
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虽然有这些问题存在,人们还是普遍把过敏反应解释成过度敏感,它的名称也暗示了这一点。1993年《纽约时报》上有一篇关于哮喘的报道,说这是一种过分的免疫反应,未来我们会找到一种药能够“干预哮喘过程”,使“肺不再对过敏原起反应”。这些说法压根就没考虑到,肺(或携带免疫球蛋白E的肺部细胞)可能会识别出一些我们尚不了解的东西。有一本广为流传的免疫学教科书把描述过敏反应的一章叫作“超敏反应”,但对于免疫球蛋白E细胞为何存在没做任何解释。
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我们为什么会生病 免疫球蛋白E系统之谜
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一旦发现一个物种或者更大的群体中某些复杂的特性,生物学家首先想知道它的功能是什么。这里的假定是,如果它没有什么重要的功能,就不可能在演化过程中出现并被保存下来。不妨稍微离题讲一个生动的例子:鲨鱼的口鼻部有一个器官,形状如同一个烧瓶,叫作洛伦齐尼瓮(一位文艺复兴时代的解剖学家Lorenzini首次描述了它,因此得名)。这个复杂的构造里含有丰富的神经纤维。三百多年来,人们对它的功能提出过各种猜测,包括调节浮力或者提高声音,但是一直没有定论。尽管如此,从来没有哪位生物学家认为它们只是碰巧“在那里”,不起任何作用。最后,实验证明洛伦齐尼瓮可以检测到微弱的电流刺激,使鲨鱼能发现躲在黑暗中或者埋在沙子里的猎物的肌肉活动。之所以有这个发现,是因为生物学家习惯了“适应主义工作程序”,认定洛伦齐尼瓮一定有功能,哪怕我们暂时没有认识到它。
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在讨论免疫球蛋白E系统可能的功能之前,我们想先描述过敏反应的机制。异物进入体内之后,随即被巨噬细胞捕获,后者对异物中的蛋白质处理之后传递给辅助性T细胞,然后再传给B细胞。如果这个B细胞针对异源蛋白产生抗体,它就会受T细胞刺激、分裂并制造这些抗体。多数情况下,B细胞制造的是免疫球蛋白G抗体(Ig G,我们对此比较熟悉),但是对某些抗原,B细胞制造的是免疫球蛋白E(Ig E),一种介导过敏反应的抗体。
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与别的抗体相比,免疫球蛋白E的含量非常少,只占全部抗体的十万分之一。免疫球蛋白E经血液流遍全身,其中只有四千分之一到百分之一的免疫球蛋白E分子附着在嗜碱性细胞(如果它们在血液循环系统)或者肥大细胞(如果它们定位在局部)的细胞膜上。免疫球蛋白E分子附着于这两种细胞之后,可以维持大约6个星期。虽然免疫球蛋白E的含量很少,每个嗜碱性细胞上仍然会有10万~50万个免疫球蛋白E分子;而且,对豚草花粉的一次过敏反应中,大约有10%的免疫球蛋白E对豚草抗原具有特异性。
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这些肥大细胞的主要功能是等待着致敏原的再出现,就像浮在港湾等候敌人的鱼雷进犯。当致敏原再出现并与肥大细胞表面上的一两个特异性的免疫球蛋白E分子结合之后,肥大细胞会在8分钟之内排出一份含有10种以上化学物质的混合物。其中有些是酶,攻击附近的细胞;有的激活血小板;有的把别的白细胞吸引过来;还有一些刺激支气管平滑肌收缩,引起哮喘。其中,组胺引起瘙痒,并增加膜的通透性;这些不愉快的作用可以用抗组胺药阻止。虽然许多细节问题还有待探明,这一近因机制的概况早就为人所知,而且,它们在所有哺乳动物中基本一致。
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讲到这里,你可能会想,现在人们一定已经知道免疫球蛋白E的功能了!人们的确做过这方面的努力,但是至今还没有充分可靠的研究得出一个公认的答案。许多审慎的研究人员都知道,这样复杂的系统一定有明确的功能。“这些细胞不会只制造麻烦,而没有生物学价值”,哈佛的斯蒂芬·加利(Stephen Galli)说。他注意到,肥大细胞分布在皮肤和呼吸道的血管附近,把它们放在“寄生虫、病原体、环境中的致敏原与我们的皮肤和黏膜系统最先接触的表面”,但是,加利没有进一步回顾证据以推测该系统可能有哪些功能。有一本关于过敏反应的900页的新版教科书,只有一页提到这个问题。书上指出,“推测免疫球蛋白E系统有几种可能的益处”,包括对微循环的调节或者作为“灵敏的第一线防御”对付“细菌和病毒的入侵”以及攻击寄生虫。结论说,“人群中25%的人因免疫球蛋白E引起了严重的过敏反应,这提示,免疫球蛋白E的存在应当有一种补偿性的益处。”但是,同别的教科书一样,它也没有对过敏反应的适应性意义进行严肃认真的探索。
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最流行的一个观点是,免疫球蛋白E系统的功能是与寄生虫做斗争。支持这一观点的证据在于,科学家观察到寄生虫释放的某些物质可以刺激局部产生免疫球蛋白E并引起炎症,这被认为是对抗寄生虫的防御活动。更进一步的证据来自实验大鼠。在这些大鼠感染曼氏血吸虫之后,它们产生了强烈的免疫球蛋白E反应。把这种免疫球蛋白E转移到另外的大鼠,这些大鼠可以抵御感染,而如果阻断了免疫球蛋白E招募新细胞的能力,大鼠将更易受血吸虫的伤害。在感染了血吸虫的人群中,他们中有8%~20%的免疫球蛋白E可以攻击这些寄生虫;制造免疫球蛋白E能力较差的人,患的感染也更严重。
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引起肝脏和肾脏衰竭的血吸虫、引起失明的丝虫病等,在引进现代化的卫生设施和控制传染媒介以前,都曾经是严重的问题。如果免疫球蛋白E系统唯一的功能就是攻击寄生虫,那么现在发达国家抑制过敏反应的治疗方法便是正确的,因为其他原因引起的过敏反应都属于适应失调(maladaptive)。但是,支持“免疫球蛋白E系统的功能只是,或者主要是攻击寄生虫”假说的证据并不充分,其中一些证据甚至有点牵强。另外一种可能的假说是,免疫球蛋白E反应是寄生虫为了自身的好处而引发的(增加局部的血液供应)。遗憾的是,这个假说还没有得到充分的研究。
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不过,普罗费最近提出,免疫球蛋白E系统可能是针对毒素的一种后备防御。在第6章里,我们提到过,我们生存的环境中到处都是毒素。吸入的花粉、接触的叶子、吃下去的植物和动物都可能含有毒素。大多数毒素是植物产生出来抵抗寄生虫和其他动物的。
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我们有好几套对抗这些毒素的防御机制。首先,我们尽可能地避开它们。我们的呼吸和消化系统的壁上配备有免疫球蛋白A型抗体(Ig A),可以固定毒素,还有除毒酶,可以分解多种化学结构不同的物质。人体分泌的黏液,皮肤、黏膜和吸收表面的构造也起一定的防御性作用。即使毒素可以越过第一道防御线,它们还会遇到肝脏和肾脏分泌的一系列酶的攻击和破坏。但是,因为所有的适应性机制都可能失败,身体还有后备防御系统。普罗费认为,过敏反应就是这种匆忙把毒素驱出体外的后备防御。流泪把它们冲出眼结膜囊;分泌黏粘液、打喷嚏和咳嗽把它们排出呼吸道;呕吐使它们从胃排出;腹泻使它们从胃以下的消化道排出。过敏反应迅速启动,驱赶冒犯我们的东西。这与毒素造成伤害的速度是协调的。假如误食了花园里美丽的毛地黄,哪怕只是一丁点,你也可能在救护车到达之前一命呜呼。这种情况符合普罗费的理论,我们的免疫系统中只有免疫球蛋白E介导的过敏反应能够这样快速地起作用。过敏反应的其他特征也支持她的理论,包括:①能够与组织永久性结合的动物毒液和植物毒素更容易触发过敏反应,②过敏反应中释放的抗凝物质可以中和引起凝血的动物毒液,③某些物质引起的过敏反应看起来没有什么规律。
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说到这里,我们要稍停片刻,想一想我们要回答的问题到底是什么。我们已经指出,第一个问题是:免疫球蛋白E系统的正常功能是什么?第二个问题是:为什么有些人对过敏反应格外易感,而另外一些人不易感?第三个问题是:为什么一个易感者对这种物质却不对别的物质发生过敏反应,比如,为什么是牛奶而不是花粉?第四个问题是:为什么过敏反应的发病率似乎在最近这些年里迅速升高?
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我们为什么会生病 遗传性过敏症
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对过敏反应特别易感的人据说是患有遗传性过敏症(atopy)。这种过敏症有很强的家族性。普通人群中发生临床性过敏反应的风险是10%,如果父母之一有过敏反应,子女的风险便是25%,如果父母双方都有,则上升到50%。有关的基因还没有彻底查明,不过,11号染色体上的一个显性基因可能起了关键作用。如果我们找到了引起过敏反应的基因,我们还要弄清楚它们为什么会存在。它们是不是像引起镰刀型细胞疾病的基因一样,在某些情况下有特别的好处,或者抵抗某种感染?或者它们在与某些别的基因联合起来的时候有好处?或者它们是脱轨基因,在现代环境之前不会引起疾病?
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不过,基因并不是故事的全部。对同卵孪生子的研究表明,一半的双胞胎里表现出截然不同的过敏反应——当一个有过敏反应时,另一个并不发生过敏反应。可见,基因之外的因素也一定很重要。即便是在有遗传性过敏症的家族中,有人对虾过敏,而另一个人对豚草花粉过敏。为什么会这样?为了回答这个问题,我们将考虑两条思路:一个是上面说的防御性适应常常产生一些代价不高的错误,但是可以防止代价更高的错误,即烟雾检测器原理;另一个则是酶学变异现象,这点已经在最近的生物学研究中有所体现。
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同一个物种里的不同个体之间,无论是人还是其他动物,可以有很大差异。它们的遗传密码可以有99%的一致性,但是那1%的遗传差异可以使身体结构和化学性质截然不同。相同的那部分基因也可能会编码出不同的蛋白质,因为它们也可能包含了一条程序指令:“如果A,则X;否则,Y”。回头来看,个体之间丰富的差异是经常存在的。只要考虑一下许多物种中雄性和雌性的体型、生殖过程、行为,还有食物、居住地和其他特征的差别之大。这些差异可能是因为睾丸酮水平超过某个阈值之后的基因表达不同。
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