細胞膜是由兩層脂肪組成的，親水性朝外，懼水性朝內。也因此，細胞膜內外的分子，必須要經過細胞膜上特定的通道，由蛋白質組成的通道，才能從細胞膜外進去，或是從細胞膜內出來。不過也曾經聽過一場演講，提到細胞膜有些情況下，雙層脂肪還會旋轉，這真是太神奇了，不過今天重點是另外兩則新聞。

第一則新聞是多重抗藥性的新聞。抗藥性是指病患服用某種藥物一段時間以後，細胞產生抗藥性，也就是這個藥品，沒有辦法進入細胞膜裡面了！多重抗藥性則是其中一種藥物有抗藥性，其他相關藥物也會一起產生抗藥性。

第二則新聞則是相反的方向。是一項研究發現，有少數的人對愛滋病免疫。愛滋病是由HIV病毒所造成的，因為HIV會攻擊免疫細胞，所以造成免疫力下降，普通疾病也會讓人死亡，稱為愛滋病。但是世界上有些人卻對愛滋病 (後天免疫不全症候群) 免疫？研究發現是因為他們的免疫細胞的細胞膜，可以讓HIV病毒進不來。

因此，這兩則新聞剛好是報導相反方向的研究，不過都是為了讓細胞膜能夠進一步掌控什麼該進來，什麼該保持在細胞外面，讓人類身體可以更加健康。

接下來再稍微詳細整理一下這兩則新聞的報導。

第一則抗藥性研究的新聞，是史丹佛大學2008年8月19日發表在PNAS的研究(paper@PNAS)。研究的問題大約是這樣子：有些癌細胞，吃了Taxol這種藥可以被殺死。但是現在Taxol進不了癌細胞，因為細胞膜上有一推幫補pump讓Taxol進不來。研究人員發現可以用一種常見的胺基酸Arginine來當作傳送者，可以順利和細胞膜產生氫鍵，讓Taxol進入細胞膜裡面。

不過進到細胞裡面還沒有完成任務。必須要讓Taxol和原來的載體分開，才有辦法產生作用。這個時候他們設計一種連結載體和Taxol的方式，就是用雙硫鍵連結載體和Taxol。雙硫鍵很容易被一種叫做Glutathione的東西打斷，而Glutathione這個物質在癌細胞裡面量最多，因此載體和Taxol順利進入癌細胞裡面以後，遇到Glutathione馬上就會把雙硫鍵打斷，讓Taxol順利開始對癌細胞產生作用。

除此之外，研究者還有其他設計，可以控制Taxol脫離載體的速率。未來希望這種技術可以治療卵巢癌等癌症疾病，解決多重抗藥性的問題。

上面有些名詞我也不懂，不過各位就先把那些名詞當成演員的名字，然後曉得這些演員之間發生了什麼故事，之後對演員可以再多了解，但是這段故事至少就先看懂了！

第二則新聞則是愛滋病免疫，請各位可以先看下面這段影片：

有些人的基因有突變，是一種稱為delta 32的基因突變，就是在CCR5這段基因上面，有32個核甘酸消失不見了。而這段消失的片段，剛好就是製造一種分子，是HIV用來進入細胞膜所需要的一種分子。

CCR5基因以及HIV免疫的介紹影片 (Quicktime) (RealPlayer) 

因此研究者就想辦法，把病患的CCR5基因上面的那32個片段也刪除掉，他們就會對HIV免疫了！要怎麼刪除呢？他們用了ZFP(Zinc-Finger Protein鋅手指蛋白)，經過多次測試之後，終於發現可以刪除剛好那32個片段的ZFP，並且成功讓感染HIV的老鼠免疫。而這個研究的Sangamo Biosciences(Nasdaq: SGMO)機構，也正是發明如何找出特定功能ZFP的地方！

此外，他們稱這項研究為”ex vivo”，因為和傳統基因工程的做法不一樣，基因工程一般都是設計一個片段，然後接到原來的DNA上面，但是他們設計的ZFP只是暫時的載體，把那32個字母刪掉之後就離開細胞，因此稱為hit-and-run，刪完就跑。這個研究發表在2008年7月29日的Nature Biotechnology期刊 (paper@NCBI)。

最後附上HIV病毒進入免疫細胞的動畫給各位參考。

相關連結

• (Stanford News) Method could help fight drug-resistant diseases
• (ScienceCentral) HIV-immune Cells
• (MMDays) 免疫系統一日遊

加入MMDays在facebook的粉絲團 隨時閱讀最新文章

免疫系統對我們實在是非常重要。之前介紹過的病毒，或是生活環境中都有許多細菌，甚至身體裡面也會自己長出癌細胞，但是因為有了免疫系統，我們可以在一定程度下保持自己的健康，除此之外，我們得過一種疾病之後，還會記住這個疾病，第二次的免疫反應會更大更迅速，讓我們有「免疫」的表現。或者透過疫苗的方式，我們也不需要得過一次病，就可以「免疫」了！然而我們的免疫系統，是如何運轉的呢？除了白血球 (可以細分為4種今天不談) 提供身體一般非特定性的免疫功能，對每一種疾病特定的免疫反應，則是透過身體裡面的兩種淋巴細胞來反應，分別是B細胞和T細胞。為什麼叫做B細胞和T細胞呢？是因為他們喜歡用 BT 下載影片嗎？No No No! B細胞是因為他是在骨髓 (bone marrow) 裡面成熟，所以稱為B細胞， T細胞是因為他是在胸腺 (thymus) 成熟，所以稱為T細胞。

圖1 淋巴細胞(lymphocyte)與樹狀白血球細胞(dendritic cell)

B細胞和T細胞如何在身體裡面清除病原，讓身體保持健康呢？這邊有另外兩個主角，就是抗原和抗體 (antigen and antibody)。抗原是病菌或病毒上面某個可以被辨認的蛋白質片段，而抗體就是免疫細胞上面，可以專門來辨認和結合抗原的部分，抗原和抗體，就有如鑰匙和鎖的關係，而且具有特定性，一個抗體就只辨認一種抗原。B細胞和T細胞的差別，可以從他們細胞膜上面的抗體來分別。

圖2 抗原 (antigen) 與 抗體 (antibody)

每個T細胞或B細胞上面有許多抗體 (antibody)，就像上面那張圖裡面紫色的部分一樣，每個細胞有很多個抗體，但是同一個細胞表面的抗體會全部都一樣，也就是說抗體有很多種，但是一個B細胞或T細胞上面，只有一種抗體分布在上面。而一個抗原(antigen)則會有許多小部分 (epitopes) 可以讓某一個特定的抗體所辨認，所以一個抗原，有時候會需要三個抗體才能完全被辨認和結合。

抗體結合到抗原上面，就表現出免疫的作用了，譬如說病毒如果被抗體辨認，然後結合起來，病毒原來可以侵入細胞的區域，可能就被抗體給佔據，因此病毒就無法再入侵健康的細胞了。對於已經被感染的細胞，或是外來的病菌，抗體則是有另外一種作用，簡單地說，是一種把抗原標示起來的作用，讓免疫系統其他組成份子可以確定摧毀的目標。整個故事怎麼走呢？下面就來慢慢解釋。

首先，除了B細胞和T細胞以外，還有一種細胞稱為T-Helper細胞 (T-幫助細胞)。T-helper細胞在被啟動的時候，可以分泌一種化學物質 (cytokine) ，間接刺激B細胞和T細胞，形成兩條免疫反應的路徑，在往這兩條路走下去之前，讓我們先看看T-helper細胞怎樣子被啟動。

MHC和 T-helper 細胞的啟動

當一個細胞被感染以後，或是身體裡面的巨噬細胞 (macrophage) 剛把一個外來的病原體吃掉的時候，病原體上面的蛋白質，也就是抗原 (antigen)，就是可以被抗體辨認的地方，會從細胞裡面被帶到細胞膜上面示眾。而把抗原從細胞裡面帶到細胞膜上面的物質，名稱簡寫為 MHC，是一種蛋白質，可以把抗原從細胞裡面，帶到細胞膜上面示眾。T-helper細胞在細胞膜上面，如果有可以對應的抗體結合上去，T-helper細胞自己就會被啟動，開始散發出化學物質 (cytokine)，間接啟動B細胞和T細胞。

因此受到感染的細胞，把病菌吃掉的巨噬細胞、樹狀白血球細胞、以及B細胞本身，都會在吃完病原或感染後，經由MHC把可以被辨認的抗原從細胞裡面，帶到細胞膜表面示眾。T-hepler細胞上面的抗體一旦結合到這個抗原，就會分泌化學物質 (cytokine) 刺激B細胞和T細胞。

間接啟動B細胞的路徑

B細胞被T-helper細胞間接啟動以後，會分化成熟為兩種B細胞，分別是漿B細胞 (plasma B cell)和記憶B細胞 (memory B cell)。漿B細胞就是負責大量生產可以結合剛才那一個抗原的抗體，就像是大量製造對付某一個抗原的子彈，製造出來的抗體就可以開始發揮作用，而這也稱為第一階段的免疫反應。記憶B細胞，則是可以存活數十年之久，下一次又遇到同樣一個抗原出現的時候，可以立即製造抗體，因此免疫反應變快了，也變強了，因為第一次分化成熟的時候，同時就製造了一堆記憶B細胞，是可以認得這個抗原的B細胞。所以記憶B細胞，就是第二階段免疫反應的主角，再第二次接觸抗原的時候，立即且比第一次更強烈地製造對應的抗體。

圖3 間接啟動B細胞的免應反應路徑

間接啟動T細胞的反應路徑

剛才提到B細胞分泌抗體來達成免疫作用，會發生在器官移植排斥和輸錯血的時候，也會發生在消滅外來病菌的時候，也就是針對完整的病原體進行消除。然而如果是自己身體的細胞，但是已經被感染，要消除自己本身被感染的細胞，要怎麼辦呢？T細胞這條路徑，就是負責這一個部分。

因為T細胞上面還有膜蛋白CD8 (所以下一次如果看到投影片上面有CD4或是CD8，就知道是在講膜蛋白，不是講音樂產業了XD)，所以T細胞和T-helper細胞一樣，都可以和示眾的MHC上面的抗原結合。T-helper剛才啟動分泌化學物質(cytokin) 之後，T細胞間接被啟動，就會和B細胞一樣再分成兩條路，一部分會變成殺手T細胞 (cytotoxic T cell)，另一部分變成記憶T細胞 (memory T cell)。殺手T細胞可以在被感染的細胞上面 (有MHC在細胞膜上面把病原示眾，所以不會殺錯細胞) 挖個洞，然後分泌分解細胞的物質進去。這個感染的細胞，就會進行細胞凋亡 (apotosis)的過程。之後剩下來的碎屑抗原，就是由剛才B細胞分泌的大量抗體來圍起來。

圖4 間接啟動T細胞的反應路徑

抗體產生的過程

至於這麼多種病原，要從哪邊產生這麼多種抗體來辨認呢？DNA是否有這麼多基因可以產生這麼多種抗體呢？關鍵在於mRNA的修飾。先讓我們稍微回想一下，之前介紹DNA到蛋白質的過程，大約有下面幾個步驟：

1. 依照DNA製造出互補(A對T, C對G) 的mRNA，有如石膏像的模子。
2. mRNA上面三個鹼基代表一個胺基酸
3. tRNA在ribosome裡面，上面抓著胺基酸，下面一次比對三個mRNA單位，製造出一串胺基酸序列
4. 胺基酸序列經過自我摺疊，形成立體結構，變成有功能的蛋白質

其中第一步的部分，有一些簡化，簡化了什麼呢？是mRNA在進入ribosome，接受tRNA比對來製造蛋白質之前，會先做修飾。這個修飾的動作不只是免疫系統這邊需要，其他部分像是基因調節 (gene regulation)的步驟，都會用到，譬如說脂肪的數量、醣類的數量，會影響某一種蛋白質的表現量，影響的方法，就是讓DNA產生mRNA的時候，可以只產生前面一段，或是像免疫這邊，進行修飾。

讓我們先把抗體放大瞧瞧。

圖5 T細胞抗體

圖6 B細胞抗體

上面Y形狀和鐮刀狀的部分，就是抗體的形狀，尖端的部分有個字母V，代表多變化 (variant)，因為抗體V的那一端有各種變化，才能比對和結合各式各樣的抗原。我們的基因有40種V片段和5種 J 片段，原本這樣子只有45種變化，但是mRNA修飾的過程中，可以少掉內含子 (intron)，只讓外含子 (extron) 表現出來。因此組合數就變成40*5 = 200種，因為每次會挑一個V片段和一個J片段組合，其他部分就會裁減掉，不會被tRNA拿來比對製造胺基酸序列。

圖7 抗體基因與mRNA修飾的示意圖

圖8 抗體基因重組示意圖

所以，我們現在知道，T細胞和B細胞上面有抗體，可以和抗原結合。但是需要T-helper細胞啟動才會開始分化。T-helper細胞則是會和細胞膜表面的MHC示眾的抗原結合，才會分泌化學物質(cytokine)來間接啟動T細胞和B細胞。T細胞和B細胞啟動之後都會有兩種路，相同的地方是都會有記憶細胞，分別是記憶T細胞和記憶B細胞，記憶細胞可以再下次接觸到同樣的抗原的時候，有更快更激烈的免疫反應，達到免疫的效果。B細胞另一條路，則是分化成漿B細胞，負責分泌可以結合目前這個抗原的抗體，有如一堆子彈。T細胞的另一條路，則是分化成殺手T細胞(cytotoxic T cell)，負責把已經被感染的身體細胞消滅，進入細胞凋亡 (apoptosis) 的過程。抗體結合到抗原上面之後，可以停止病原的作用，或是標示出這個需要消滅的目標。下面是免疫過程的總整理圖。

圖9 免疫系統總整理

下面有一段影片，希望對各位讀者的了解有幫助，不過還沒有中文字幕。

影片1 免疫過程簡介

免疫的不全、過敏、與自我攻擊

愛滋病 (AIDS) 是後天免疫缺乏症候群，是一種疾病，造成這個疾病的，是一種病毒叫做 HIV，也就是人類免疫缺乏病毒，這種病毒因為會攻擊剛才提到的T-helper細胞，造成T-helper細胞個數下降，促使免疫力下降，因此平常都不會致命的疾病，都可能造成愛滋患者死亡。

過敏則是另外一個極端，因為免疫系統裡面，某些抗體(IgE)在過敏原結合上去之後，會讓相鄰的抗體連結在一起，讓mast 細胞釋放出histamin，造成微血管過度擴張，就變成過敏症狀了，嚴重過敏有可能導致死亡。抗體依照結構可以分為IgA, IgE等等，有些和血液的Rh有關，有些會透過母乳為給嬰兒(IgA)。下面就是各種免疫血球素 (immunoglobulin) 的形狀。

圖10 免疫血球素(immunoglobulin)

自我攻擊則是說免疫系統裡面的抗體，在製造出來成熟之前，會先自我檢查，是否會對身體本身進行結合，也就是把身體自己的組織當成抗原。如果這個檢查的關口失效，製造出來的抗體和免疫細胞，就會攻擊自己身體的健康細胞，造成自體免疫疾病 (autoimmune disease)，像是多重硬化症 (MS: multiple sclerosis)，就是一種自體免疫的疾病。

結語

這次簡單地向各位介紹免疫系統，包括T-helper細胞如何間接啟動B細胞和T細胞，造成記憶細胞表現免疫功能，以及B細胞分化後製造抗體、T細胞分化後啟動感染細胞的自我凋亡過程。也介紹了抗體有那麼多種，是因為mRNA開始轉譯之前，會經過修飾，因此會有200多種抗體的組合。最後提到免疫系統分別再不全、過敏、以及自我攻擊的時候，出現的疾病狀態。如果沒辦法一次吸收，還請各位讀者慢慢咀嚼，或是等待下一篇白話文出現囉！

延伸閱讀

• Campbell and Reece, Biology, 7th edition, Pearson.
• (Wikipedia) antibody, antigen, T cell, B cell, T-helper cell, Immunoglobulin, immune system
• (維基百科) 抗體, 抗原, T細胞, B細胞, T-helper細胞, 免疫血球素,免疫系統,自體免疫疾病,過敏

加入MMDays在facebook的粉絲團 隨時閱讀最新文章