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過敏反應是怎麼一回事?──《毒特物種》

免疫系統反應過頭,造成過敏反應

我們的靈長類祖先屬於毒蛇的獵物而非掠食者,毫不意外地對毒液沒有抵抗力。但是有少許證據指出,由於我們具備了適應性免疫系統,所以能獲得某種程度的抗毒能力。然而很不幸地,也因為相同的系統,讓我們對通常無害的毒液(例如蜜蜂的毒素)產生過敏反應,有時會因此死亡。

圖/pixabay

沒有人真的知道我們為什麼會有過敏反應,科學家對於這個免疫之謎已經爭論了數百年。

你可以把過敏反應想成免疫系統反應過頭的狀態。

過敏的定義是「免疫反應太過敏銳」(hypersensitive immune response)。讓人過敏的東西是過敏原,任何東西都有可能是過敏原,只要它能被身體裡製造抗體的系統辨認出來就行了。

在你首次接觸到過敏原時,並不會引發過敏反應,這時你的免疫系統正在對過敏原留下印象,好在下次遇到時能夠記起來。當過敏原再次出現,你的免疫系統便抓狂了,盡責地送出大量抗體。但是因為某種原因,有些抗原會讓身體送出免疫球蛋白E(IgE),而不是更普通的免疫球蛋白G(IgG)。

IgE抗體的結構。圖/wikipedia

造成過敏反應的 IgE 免疫球蛋白有什麼用?

IgE 本身有點麻煩,它們只占全身所有抗體的百分之 0.001 是有原因的,因為它們會刺激組織胺和其他發炎物質的大量釋放,造成全身性過敏反應(anaphylaxis)。過敏反應如果能讓血壓下降,那就是有益的,但是如果讓心跳停止,可是會要人命的。

由於 IgE 很容易就引起麻煩,科學家一直想要了解這種免疫球蛋白在免疫系統中的功用。怪的地方就在它看起來沒有什麼好處,只會引起過敏,有兩到三成的人曾發生過敏。能解釋 IgE 由來的證據並不多,對免疫學家而言這還是未解之謎。

為什麼會有一種弊多於利的抗體?

在人類演化史的某個階段,IgE 應該有些功用,不然持續引發過敏所付出的代價,應該會讓這種抗體消失。有些人認為 IgE 的功用是對抗寄生物,而現在我們周遭滿滿的洗手乳和抗生素,讓 IgE 沒了對手,所以我們只能在它功能失調時才注意到它的存在。

有些證據支持這個理論,但這個理論認為過敏只是 IgE 的副作用而非目的,可是無法解釋為何有些成分更容易引起過敏反應。我們抵抗寄生物的手段怎麼會那麼差勁,居然把花粉、食物、藥物、毒液和金屬誤認為寄生物?其他科學家則認為,這些惱人的抗體可能還有其他有趣的用途:

對抗有毒物質,包括毒液。

毒素理論:

演化生物學家 Margie Profet。圖/psychologytoday

「毒素理論」最早是由一位特別的科學家瑪姬.普羅菲特(Margie Profet)在一九九一年提出。雖然她有物理、數學和哲學學位,不過她讓免疫學界震驚的是對過敏的激進想法:過敏演化出來有其道理,而不是其他程序的副作用。她解釋:

「在演化的過程中,過敏持續存在。過敏耗費了大量成本,這意味著過敏是一種因適應而得到的能力,這種能力顯然是值得的。如是觀之,把過敏當成免疫上的缺陷是不正確的。」、

「過敏反應由一些特別的機制集合而成,顯然這是一種適應而得的反應。這些機制精確、經濟、有效率且複雜,目的就是要造成過敏。」

毒素理論包含了四大論點:

  • 首先,毒素無所不在而且會造成嚴重的傷害,這當然會成為演化驅力。如果毒素常見且造成的傷害又大,那麼我們的身體會發展出對抗毒素的方式,是非常合理的。除此之外,普羅菲特指出,大部分的毒素會造成急性傷害與長期傷害,例如許多毒素會刺激突變,進而引發癌症。
  • 第二,我們知道毒素具備的生理活性會引起過敏反應。例如許多毒素會和血清蛋白形成共價鍵,這通常會引發過敏。
  • 第三,絕大多數的過敏原,如果本身不是有毒物質,就是接上了其他較小毒素分子的攜帶蛋白。舉例來說,毒液本身及其中所含的物質都是劇毒,但有些乍看之下不會造成傷害的抗原也能攜帶毒素,例如乾草可以攜帶由真菌產生的黃麴毒素(aflatoxin),這種毒素會引發急性肝衰竭。
  • 最後,毒素理論指出,過敏症狀可以解釋成幫助緩解中毒狀況的方式。如果身體利用IgE 來調整對毒素的反應,那麼過敏症狀應該是有利的。事實上,嘔吐、噴嚏和咳嗽都有助於排出毒素,血壓降低能減緩毒素在體內散播的速度。就算是在過敏反應中釋放肝素這種抗凝血物質,都可以解釋成在對抗多種毒液的凝血作用。

中毒了?這時候給他一個牽制,擋住這波攻擊。圖/wikimedia

根據普羅菲特的說法,過敏是適應性免疫系統對抗毒素(包括毒液)最後的奮力一擋。每次接觸到同一種過敏原,過敏就變得更加嚴重,這並非免疫系統發生錯誤,而是這種反應的重點。因為同一種毒素倘若多次接觸,傷害便會累積。

換句話說,如果你接觸到某種毒素的次數越多,下次就越需要更快排除。

這個說法並不是說現在的各種過敏反應不會造成困擾,每年用來治療流鼻水、眼睛紅腫、乾草熱的醫藥費用高達數十億美元,這些過敏症狀由各式各樣的物質引發。毒素理論的支持者認為,如果只注意這些麻煩,會讓人忽略了全貌。他們指出,過敏被視為麻煩,這是因為我們不了解這種反應經常幫我們擦屁股。

普羅菲特的毒素理論在一九九三年為她贏得麥克阿瑟基金會(MacArthur Foundation)的「天才獎」(genius grant),但時至今日,科學社群還是無法完全接受。科學家一直說,是因為沒有實驗證據支持這個理論。

有些人(包括普羅菲特)指出,受過敏所苦的人比較不容易得到癌症,可能是因為過敏反應排除了致癌物,但這並非明確的證據。畢竟反應過頭的免疫系統會隨時警惕、啥都攻擊,當然也會更警覺地攻擊癌症。如果毒素理論被證明是對的,那麼過敏反應就應該有些特別的益處。

毒素理論有哪些實驗證據?

嗡嗡嗡。圖/wikimedia

普羅菲特激進的看法在二十年後才有實驗證據支持。二○一三年,科學家指出用少量的蜜蜂毒液引發過敏,有助於小鼠對抗後來承受致死的毒液劑量。

最有說服力的證據在於用基因工程改造小鼠,讓牠們缺少這個過敏程序中的某一個步驟(沒有 IgE、IgE 的受體,或是具有這個受體的肥大細胞),如此一來事先接觸少量的毒液便沒有幫助。這個實驗把 IgE 的反應和保護效果建立起直接的關連。後來科學家用毒性更強烈的山蝰(Russell’s viper)進行相同的實驗,之前由 IgE 引發的效應也具有抗毒的功能。

毒素理論如果要在仔細的檢驗下站得住腳,還得要能解釋更多的現象,包括一直受到仔細調控的免疫系統在過敏反應中是如何失控的。不過這是個讓人信服的理論,可以解釋我們身體對應毒素所產生的反應,特別是毒液中的毒素,而且也和我們對製造毒液動物的認知相符,特別是牠們的劇毒真的會影響周遭的動物。

嘶嘶嘶。圖/pxhere

我們現在或許還沒有辦法在自己的血液製造對抗毒液的蛋白質或分子,但是我們古老而嬌小的祖先(以及其他像小鼠那樣被當成獵物的動物)可能已經發展出複雜的免疫反應,目的就只是為了處理毒液這種威脅生命的毒素。如果毒素理論是正確的,那麼科學家可能就不需如此費力就能找出具有救命潛力的治療方式。中毒之後能活下來的祕密也許就在眼前,只是偽裝成過敏而已。

無須多說,對於致死性的中毒,我們急需更好的療法,估計每年有四十萬人遭到毒蛇齧咬,十萬人因此死亡。其他分泌毒液的動物,包括了蜘蛛、蠍子、水母等,也取人性命—我會在最後一章介紹這些動物。

不過抗毒科學未來一片光明,我們現在發展的許多方向,例如普羅菲特的見解、免疫動物、自我免疫者或抗毒學等,都充滿了希望。此外,我們越了解毒素在分子階層的運作方式,越能發展出對抗毒素的武器,就算是不致命的毒素也一樣。畢竟有些毒素雖然不會致人於死,引起的痛苦也要人命。

 

 

本文選自泛科學2018年6月選書《毒特物種:從致命武器到救命解藥,看有毒生物如何成為地球上最出色的生化魔術師》,馬可孛羅出版社。





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