2025年诺贝尔生理学或医学奖获奖工作的详细介绍

 

来源公众号：我爱生化　作者：Robert Young

昨天，2025年诺贝尔生理学或医学奖已经发布。“我爱生化”对获奖者玛丽·布伦科（Mary E. Brunkow）、弗雷德·拉姆斯德尔（Fred Ramsdell）和坂口志文（Shimon Sakaguchi）在外周免疫耐受领域的获奖发现做了一点介绍。今天，“我爱生化”将进一步从免疫耐受的历史背景、他们的具体贡献、实验过程，以及发现如何逐步展开等方面进行深入阐述，让朋友们对获奖工作有更多的了解。

一、背景：免疫耐受的研究历史

免疫耐受是免疫系统避免攻击自身组织的能力，是免疫学核心问题之一。20世纪中期，科学家们通过研究发现，免疫系统在发育早期通过胸腺中的“中心耐受”机制，清除那些可能攻击自身组织的T细胞（即负选择）。这一机制由澳大利亚免疫学家弗兰克·麦克法兰·伯内特（Frank Macfarlane Burnet）等人提出，他因此获得1960年诺贝尔生理学或医学奖。然而，中心耐受无法解释所有情况，例如，为什么某些自身反应性T细胞逃逸胸腺筛选后，仍然不引发广泛的自身免疫病？这提示存在一种“外周耐受”机制，在胸腺之外的组织中调控免疫反应。

到20世纪80年代，免疫学家开始注意到，某些免疫细胞似乎能主动抑制免疫反应，但具体机制不明。当时，主流观点认为免疫抑制可能是非特异性的，或由其他细胞类型（如B细胞或巨噬细胞）介导。调节性T细胞的概念尚未明确，相关研究处于萌芽状态。坂口志文、布伦科和拉姆斯德尔的发现，正是在这一背景下，通过实验和遗传学手段，揭示了外周免疫耐受的核心机制——调节性T细胞及其关键调控基因Foxp3。

二、发现过程的详细展开

1. 坂口志文的突破：发现调节性T细胞（Tregs）

坂口志文的研究始于20世纪80年代，他在日本京都大学从事免疫学研究，关注免疫系统如何避免攻击自身组织。1995年，他发表了一项里程碑式的研究，首次明确提出存在一类特殊的T细胞亚群，能够主动抑制免疫反应，防止自身免疫病。

实验背景：坂口注意到，某些免疫缺陷小鼠（例如无胸腺小鼠）在特定条件下会发展出严重的自身免疫病，如肠炎或关节炎。他推测，可能存在一种细胞在正常情况下抑制了这些反应。

关键实验：坂口团队通过流式细胞术（FACS）分析小鼠脾脏和淋巴结中的T细胞，发现一小群表达CD4和CD25标志物的T细胞（当时称为CD4+CD25+ T细胞）。为了验证其功能，他们将这些细胞从健康小鼠中移除，并将剩余T细胞转移到无免疫系统的小鼠（如SCID小鼠）体内。结果显示，缺乏CD4+CD25+ T细胞的小鼠迅速出现多种自身免疫症状，包括甲状腺炎、肠炎和糖尿病。反过来，将这些CD4+CD25+ T细胞重新注入后，自身免疫症状得到显著缓解。

结论：坂口将这些细胞命名为“调节性T细胞”（regulatory T cells, Tregs），证明它们在外周免疫耐受中起到关键作用，抑制效应T细胞（effector T cells）对自身组织的攻击。这一发现挑战了中心耐受的单一模型，表明外周耐受由特定的细胞亚群主动调控。

坂口的发现为后续研究奠定了基础，但当时CD25并非Tregs的独有标志物（其他激活的T细胞也可能表达CD25），因此需要更特异的分子标记来定义Tregs。

2. 布伦科和拉姆斯德尔的遗传学发现：Foxp3基因

玛丽·布伦科和弗雷德·拉姆斯德尔在2000-2001年间，通过研究一种名为“scurfy”的小鼠品系，揭示了Tregs功能背后的遗传机制。Scurfy小鼠是一种自然突变株，表现出严重的自身免疫症状，包括皮肤炎症、淋巴增生和早期死亡，通常在出生后几周内死亡。

实验背景：布伦科和拉姆斯德尔在美国杰克逊实验室和达特茅斯医学院工作，专注于遗传学方法解析免疫疾病。他们注意到，scurfy小鼠的症状与Tregs功能缺陷可能相关，因为这些小鼠的免疫系统似乎失控，攻击自身组织。

关键实验

（1）基因定位：布伦科和拉姆斯德尔团队利用遗传学技术，对scurfy小鼠进行高分辨率遗传定位。他们发现，scurfy表型由X染色体上的单一基因突变引起。通过大规模基因组测序和物理定位，他们在2001年鉴定出一个新基因，命名为Foxp3（叉头框蛋白3，forkhead box P3）。  

（2）功能验证：他们进一步发现，Foxp3编码一种转录因子，调控T细胞的分化和功能。在scurfy小鼠中，Foxp3基因突变导致其蛋白功能丧失，Tregs无法正常发育或运作。通过基因敲除实验，他们确认Foxp3缺陷的小鼠表现出与scurfy小鼠相似的自身免疫症状。  

（3）人类关联：布伦科和拉姆斯德尔将研究扩展到人类，发现一种罕见的X连锁遗传病——IPEX综合征（免疫失调、多内分泌病变、肠病、X连锁综合征）患者存在FOXP3基因突变。这些患者通常在婴儿期出现严重自身免疫症状，如1型糖尿病、炎症性肠病和湿疹，常在早期死亡。这证明Foxp3在人类Tregs功能中的核心作用。

结论：布伦科和拉姆斯德尔的工作首次将Tregs的功能与一个具体基因（Foxp3）联系起来，证明Foxp3是Tregs发育和功能的“主开关”。这一发现为Tregs的分子机制提供了关键证据。

3. 整合与深化：Foxp3与Tregs的统一模型

2003年前后，坂口志文和其他研究者（包括布伦科和拉姆斯德尔的部分后续工作）将这些发现整合，形成了外周免疫耐受的完整理论框架。

坂口的后续研究：坂口团队验证了Foxp3是Tregs的特异性标志物。与CD25不同，Foxp3几乎仅在Tregs中高表达，且其表达直接决定Tregs的抑制功能。他们通过基因表达分析和功能实验，证明Foxp3通过调控一系列免疫抑制基因（如CTLA-4、IL-10）使Tregs能够抑制效应T细胞的过度激活。

协同验证：多个实验室（包括坂口、布伦科和拉姆斯德尔的团队）合作或独立验证了Foxp3的角色。例如，敲除Foxp3的小鼠缺乏功能性Tregs，表现出类似scurfy小鼠的症状；而过表达Foxp3的T细胞能获得类似Tregs的抑制能力。

人类疾病联系：研究者进一步发现，FOXP3突变不仅导致IPEX，还与多种常见自身免疫病的易感性相关，如类风湿关节炎和系统性红斑狼疮。这表明Tregs功能障碍可能在更广泛的疾病中起作用。

4. 技术与方法的突破

这一系列发现得益于20世纪90年代的几项技术进步：

（1）流式细胞术：坂口利用FACS精确分离CD4+CD25+ T细胞，揭示其独特功能。

（2）基因组测序：布伦科和拉姆斯德尔使用高通量测序和遗传定位技术，快速锁定Foxp3基因。

（3）基因敲除技术：通过CRISPR前身的基因敲除方法，研究者验证了Foxp3的功能。

（4）动物模型：scurfy小鼠和SCID小鼠为研究提供了理想的实验系统。

这些技术手段的结合，使研究者能够从细胞水平到分子水平，系统解析外周免疫耐受的机制。

三、发现的意义

外周免疫耐受的发现不仅重塑了免疫学理论，还为多种疾病的治疗提供了新方向。以下是更详细的意义阐述：

1. 理论意义

重新定义免疫稳态：Tregs和Foxp3的发现表明，免疫系统不仅是“攻击-防御”系统，还具有复杂的“制衡”机制。外周耐受与中心耐受共同作用，确保免疫系统既能抵御外敌，又不误伤自身。 

填补理论空白：之前，中心耐受无法解释为何部分自身反应性T细胞在胸腺外仍被控制。Tregs的发现提供了答案，揭示了外周免疫抑制网络的存在。

跨学科影响：Foxp3作为转录因子，其研究推动了分子生物学、遗传学与免疫学的交叉融合。

2. 临床意义

自身免疫病：Tregs功能障碍与多种疾病相关，包括1型糖尿病、类风湿关节炎和多发性硬化症。研究者正在开发Tregs细胞疗法，通过体外扩增患者Tregs并回输，抑制过度免疫反应。已有早期临床试验显示，Tregs疗法对某些患者有效。

器官移植：移植排斥反应是免疫系统攻击外来组织的结果。Tregs可被用于抑制排斥反应，延长移植器官存活时间。例如，研究者尝试在肝脏或肾脏移植中使用Tregs，减少免疫抑制药物的依赖。

癌症免疫疗法：Tregs在肿瘤微环境中常过度活跃，抑制抗肿瘤免疫反应。基于此，研究者开发了靶向Tregs的疗法（如抗CTLA-4或抗PD-1免疫检查点抑制剂），增强免疫系统对癌细胞的攻击。这些疗法已显著延长某些癌症患者的生存期。

遗传病治疗：IPEX综合征的患者因FOXP3突变导致Tregs缺陷，研究者正探索基因疗法（如CRISPR修复FOXP3）或干细胞移植来恢复Tregs功能。

3. 社会与全球影响

自身免疫病和癌症影响全球数亿人，Tregs相关疗法的潜力可能改变这些疾病的治疗格局。例如，全球约4亿人患有自身免疫病，开发Tregs疗法可能显著降低疾病负担。

这些发现推动了精准医学的发展，通过分析患者FOXP3表达水平或Tregs功能，可为个体化治疗提供依据。

4. 后续研究启发

Tregs和Foxp3的发现引发了全球范围内的研究热潮，数千篇论文探讨Tregs在不同疾病中的作用。

新技术（如单细胞RNA测序）进一步揭示Tregs的异质性，发现不同组织中的Tregs可能有特化功能。

研究者还在探索如何利用Tregs治疗感染性疾病（如新冠病毒引起的免疫风暴）或过敏性疾病。

总之，坂口志文通过发现Tregs奠定了外周免疫耐受的细胞基础，布伦科和拉姆斯德尔通过鉴定Foxp3基因揭示了其分子机制。他们的工作从不同角度（细胞生物学和遗传学）解答了免疫系统如何维持平衡的难题。坂口的实验直接证明Tregs的抑制功能，布伦科和拉姆斯德尔则通过scurfy小鼠和人类IPEX综合征，确认Foxp3是Tregs的核心调控因子。这些发现从20世纪90年代的初步观察，到2000年代的分子机制解析，历经约十年整合，形成了外周免疫耐受的完整理论。

这一发现不仅重塑了免疫学基础理论，还为治疗自身免疫病、癌症和移植排斥提供了新策略。2025年诺贝尔奖的授予，表彰了三位科学家在揭示免疫系统复杂调控机制方面的卓越贡献，也预示着基于Tregs的疗法将在未来医学中发挥更大作用。

附：免疫之歌：致布伦科、拉姆斯德尔与坂口

在生命的微观世界，奥秘深藏，  

免疫之军，守护健康，昼夜巡航。  

却有叛兵，误伤己身，疾病暗生，  

三位智者，揭开迷雾，点亮光明。

　

坂口志文，京都殿堂，目光如炬，  

T细胞之谜，他率先探路。  

CD25闪耀，调节之兵，守护和平，  

外周耐受，免疫之盾，永不凋零。

　

布伦科与拉姆斯德尔，基因之海，  

scurfy小鼠，病痛中藏真知。  

Foxp3现身，转录之钥，调控天平，  

自免之患，从此有望，曙光初升。

　　

三剑合璧，科学星空，熠熠生辉，  

从实验室到病床，生命得慰。  

自身免疫，移植之难，癌症阴影，  

Tregs之力，化险为夷，造福万民。

　

哦，诺贝尔荣光，2025年闪耀，  

布伦科、拉姆斯德尔、坂口，英名传颂。  

免疫之歌，唱响未来，探索无疆，  

人类健康，因你们而更坚强！

以下是15道关于外周免疫耐受、调节性T细胞（Tregs）和Foxp3基因的五选一选择题，专为2025年诺贝尔生理学或医学奖得主玛丽·布伦科、弗雷德·拉姆斯德尔和坂口志文的发现设计，朋友们可以测试一下自己。

单项选择题

1. 外周免疫耐受的主要功能是什么？

A. 增强效应T细胞对抗原的反应  

B. 防止免疫系统攻击自身组织  

C. 促进B细胞产生抗体  

D. 激活先天免疫系统  

E. 加速炎症反应  

2. 坂口志文在1995年发现调节性T细胞（Tregs）时，使用了哪种关键技术？

A. CRISPR基因编辑  

B. 流式细胞术（FACS）  

C. 高通量基因组测序  

D. 单细胞RNA测序  

E. 蛋白质组学分析  

3. 以下哪种细胞表面标志物被坂口志文用于初步鉴定Tregs？

A. CD8  

B. CD25  

C. CD19  

D. CD56  

E. CD14  

4. 布伦科和拉姆斯德尔研究scurfy小鼠时，发现了哪个基因的突变导致其自身免疫症状？

A. IL-10  

B. Foxp3  

C. CTLA-4  

D. PD-1  

E. TGF-β  

5. Foxp3基因编码的蛋白质属于哪类分子？

A. 细胞表面受体  

B. 细胞因子  

C. 转录因子  

D. 信号转导蛋白  

E. 膜转运蛋白  

6. 以下哪种人类疾病与FOXP3基因突变直接相关？

A. 系统性红斑狼疮  

B. IPEX综合征  

C. 类风湿关节炎  

D. 多发性硬化症  

E. 哮喘  

7. 坂口志文通过哪种实验证明Tregs的免疫抑制功能？

A. 体外培养Tregs并检测抗体产生  

B. 将Tregs转移到SCID小鼠并观察自身免疫症状  

C. 敲除Foxp3基因并分析炎症因子  

D. 使用CRISPR编辑Tregs基因组  

E. 检测Tregs在肿瘤微环境中的作用  

8. Foxp3基因突变在scurfy小鼠中导致的主要表型是什么？

A. 慢性感染  

B. 淋巴细胞减少  

C. 严重自身免疫病  

D. 肿瘤易感性增加  

E. 免疫记忆丧失  

9. 以下哪项是Tregs抑制免疫反应的主要机制之一？

A. 直接杀伤效应T细胞  

B. 分泌抑制性细胞因子如IL-10  

C. 增强抗原呈递细胞功能  

D. 促进B细胞分化  

E. 诱导炎症性巨噬细胞  

10. 外周免疫耐受与中心耐受的主要区别是什么？

A. 外周耐受发生在胸腺，中心耐受发生在骨髓  

B. 外周耐受由Tregs调控，中心耐受由负选择实现  

C. 外周耐受仅涉及B细胞，中心耐受涉及T细胞  

D. 外周耐受依赖抗体产生，中心耐受依赖细胞因子

E. 外周耐受增强免疫反应，中心耐受抑制免疫反应  

11. 以下哪种技术帮助布伦科和拉姆斯德尔定位Foxp3基因？

A. 单细胞RNA测序  

B. 高分辨率遗传定位  

C. 蛋白质质谱分析  

D. 体视显微镜观察  

E. 核磁共振成像  

12. IPEX综合征患者的主要临床症状不包括以下哪项？

A. 1型糖尿病  

B. 炎症性肠病  

C. 湿疹  

D. 高血压  

E. 甲状腺

13. 以下哪项是Tregs在器官移植中的潜在应用？  

A. 增强抗原呈递  

B. 抑制移植排斥反应  

C. 促进病毒感染  

D. 诱导急性炎症  

E. 加速伤口愈合  

14. Foxp3在Tregs中的作用是什么？

A. 编码细胞表面受体  

B. 调控Tregs发育和功能基因表达  

C. 促进T细胞增殖  

D. 诱导细胞凋亡  

E. 增强抗原识别  

15. 以下哪项不是Tregs在癌症治疗中的研究方向？

A. 抑制Tregs以增强抗肿瘤免疫  

B. 增强Tregs以减少炎症  

C. 靶向Tregs的CTLA-4表达  

D. 开发Tregs细胞疗法  

E. 增加Tregs在肿瘤微环境中的比例 

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