用DNA芯片测定基因表达模式，能揭示正常免疫细胞的作用机理，以及反常免疫细胞的致病机理——

　　对美国国立癌症研究所免疫学家路易斯·斯托特（Louis Staudt）来说，由他开发出的淋巴芯片Lymphochip是解开人类免疫系统之谜的钥匙——芯片上星罗棋布着数以千计的人类不同基因。当T杀伤细胞被病原体激活，或B细胞癌变导致白血病，该芯片能一次测出哪些基因被开启或关闭了。

　　目前，从事免疫学研究的科研人员应用淋巴芯片及类似的DNA芯片的人数在不断增加，标志着免疫学开始进入基因组免疫学的黄金时代，对导致正常和反常免疫反应的基因程序的理解已跃上新的水平。“利用DNA芯片测定基因表达模式的方法使我们不再是一次观察一个基因，而是同时观察整个免疫系统的基因”，斯托特说。

　　芯片分析方法已唤起免疫学家们的兴趣。他们藉助芯片分析来界定控制病原体的免疫反应，以及导致某种白血病的基因活性的变化。芯片分析还能揭示从未成熟的前驱细胞直到充斥的成熟免疫细胞的发育历程。意大利免疫学家拉斯·罗格（Lars Rogge）说，“它将改变免疫学的研究方式，我们能用它来解决需要回答的问题。”从芯片分析收集到的信息还有助于诊断疾病和发现新疗法。

　　就斯托特的工作来说，他与其同事已专注于区别淋巴细胞的不同恶变，以及区别它们与健康细胞的基因变化。他们从1998年起就与DNA芯片的奠基人、斯坦福大学的帕特·布朗（Pat Brown）合作开发淋巴芯片。他们收集了在淋巴细胞不同发育时期和一些白血病细胞里高度活化的15000个基因，并加上已知在淋巴细胞或癌症生物学里重要的3500个基因，开始描绘B细胞瘤和T细胞瘤的基因活性特征。

　　起初的结果便已惊人。斯托特及其同事在2000年2月3日一期的《自然》杂志上报道：扩散型（大）B细胞淋巴瘤不是一种疾病，而是“掩藏在一种临床分型里、具有两种不同特征的两种不同疾病。”有希望的是，临床医师能根据患者的基因活性特征作出最佳治疗选择，或最终设计出更好的疗法。

　　用DNA芯片对淋巴细胞癌的研究很有成效，对其他免疫疾病也很实用。斯托特预言：“十分明显，自身免疫或免疫缺陷疾病都不是单一的，我们可以不费劲地猜测，它们都包含不同的亚型。例如，β干扰素治疗只对一个亚型的多发性硬化症患者有效。我们应观察患者的基因表达特征，看它们是否与疗效有关。

　　斯坦福大学传染病学家大卫·雷尔曼（David Relman）正在追求相似的目标。“我们的理念是，从宿主细胞的基因表达特征识别特异的难于诊断的感染，”他说。这样做的优越性在于，临床样本里不一定含有被检出的病原体，“用当前的诊断方法，如不在其时，不在其地，很可能什么也得不到，”对宿主反应之一瞥却能搞清感染处于什么阶段，可使治疗更切实际。

　　雷尔曼的最终目标是想精确地搞清病原体如何致病的，他和同事已在百日咳杆菌bordetella pertussis上迈出了一大步。他们用芯片分析技术，比较了感染上带毒株和无毒株的细胞的基因表达模式，希望从被毒素开启的基因搞清病原体是如何致病的。还有一些研究人员正藉助芯片分析来揭示导致淋巴细胞反应正常、异常或当反应正常时遇到病原体被激活的基因程序。这样的分析还能给自身免疫或免疫缺陷提供病因线索。

　　意大利的罗格研究组用芯片分析技术于免疫系统主要调节者——T辅助细胞的研究即其一例。T辅助细胞有两型：TH1细胞主要调节包括T杀伤细胞活性的细胞介导免疫，TH2细胞则调节抗体的生产。在2000年5月一期的《自然遗传学》杂志上，罗格研究组报道了他们用芯片分析比较了这两型T辅助细胞约6000个基因的表达模式，发现其中215个基因的表达是有区别的。一个主要区别是：在TH1细胞内，与细胞自杀（程序性死亡）有关的基因是往高调的，这就是TH1细胞较TH2细胞易于程序性死亡的原因。由于程序性死亡帮助TH1细胞处于受抑制位置，自身免疫疾病（诸如类风湿关节炎）这个自动保险机制可能存有缺陷。现在，用芯片分析技术就能检验这个假说。形成明显对照的是，变态反应与哮喘是由于TH2细胞功能亢奋所致。因此，鉴定调节这两型细胞的基因，可能会引出这些疾病的新疗法。

　　研究自身免疫的国立澳大利亚大学的免疫学家克里斯托弗·古德诺（Christopher Goodnow）的研究组，目前正致力于搞清指令免疫细胞耐受自身组织的基因径路。在2000年2月10日的《自然》杂志上，古德诺及其同事报道：他们比较了一种抗原如何影响正常B细胞与所谓无反应性B细胞（在发育过程中，因某种原因而对自身抗原不反应）的基因表达模式。他们发现，在正常B细胞内，抗原把整套抑制细胞增殖的基因全都关闭，使得B细胞在反应时增殖。但这不发生在无反应性的B细胞内。“令人惊讶的是，B细胞的活化，竟是关闭抑制细胞增殖基因，而不是开启细胞增殖基因，”古德诺说。

　　研究人员在实验中还发现，常用免疫抑制剂FK506，不仅阻断了B细胞中的增殖基因，而且也关闭了其抑制基因。“这可能是免疫抑制剂诱导产生耐受性，但并非好事的原因”，古德诺猜测。无反应性B细胞的基因表达模式现在能作为筛检“更精确地模拟耐受性诱导过程的候选药物”的标准。这样的药物可能只需用到免疫系统已被诱导得耐受移植器官，不似当今的免疫抑制剂需终生使用。

　　古德诺还藉助芯片分析技术以探索免疫缺陷的成因。1998年，他在国立澳大利亚大学建立起全新的实验设备，计划在5年内培育出数以千计的随机突变的小鼠；因为他确信，为全面了解免疫系统，需要良好的各种免疫缺陷的动物模型。“自然突变的免疫缺陷小鼠只有5～6种，”古德诺解释道。对第一批200种突变小鼠世系的分析，已取得丰硕成果：26种突变小鼠的免疫系统被摧毁，包括一种T细胞发育受阻，另一种T辅助细胞过度活化。古德诺现正藉助芯片分析以搞清基因活性改变与这些突变小鼠客观症状的关系。

　　加州Novartis功能基因组学研究所的免疫学家迈克尔·库克（Michael Cooke）告诫说，虽然芯片能揭示基因表达模式，但“这只是第一步。它们只能揭示在某种情况下哪些基因的活性调高了或调低了，真正地挑战在基因功能的分析上。”

　　由于单个芯片上覆有数以千计的基因，如同其他芯片使用者，免疫学家正面临着超负荷的数据威逼。检出在研究中对生物学过程实际有用的数据，需要藉助于协作良好的计算机专家。美国国立癌症研究所的斯托特说，“很快，DNA芯片将从方兴未艾的技术发展成免疫学家的另一实验室技术。”

[Science，2000年10月6日]