Science Daily — 一百年前，俄羅斯微生物學家 Elie Metschnikow 第一次從無脊椎動物中發現了免疫系統的存在，直到百年後的今日，科學家們才慢慢的瞭解到這個看似簡單的系統有多麼地複雜。最近歐盟科學基金會（European Science Foundation，ESF）對外發表了一些他們的發現，科學家們顯示出無脊椎動物是如何發展出對抗疾病的證據。
圖1. The invertebrate immune system is anything but simple. (Credit: Image courtesy of European Science Foundation)
圖2. 微生物學家 Elie Metschnikow
早期 Metschnikow 藉由研究海星的過程中首次發現到細菌被細胞吞噬的現象，這個過程即稱為 “吞噬作用”（phagocytosis）也就是細胞吃掉了其他細胞。吞噬作用對於所有的生物體來說都是相當重要的免疫防禦。自從 Metschnikow 的研究以來，科學家們不斷的從比較簡單的生物體中（例如無脊椎動物）探討免疫系統的運作，希望能藉此瞭解較為複雜的生物體（例如您與我）內的免疫系統。
圖3. 吞噬作用圖示。a. Ingestion through phagocytosis, a phagosome is formed
b. The fusion of lysosomes with the phagosome creates a phagolysosome; the pathogen is broken down by enzymes c. Waste material is expelled or assimilated (the latter not pictured). Parts: 1. Pathogens；2. Phagosome；3. Lysosomes；4. Waste material；5. Cytoplasm；6. Cell membrane（圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Phagocytosis）
圖4. 正在吞噬大腸桿菌的巨噬細胞。（圖片來源：http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit4/innate/dkphago.html）
然而，無脊椎動物的免疫系統遠比我們所想像的更加精巧。「我們低估了無脊椎動物免疫系統的複雜性，」Paul Schmid-Hempel 博士這樣說到，他是瑞士 ETH Zurich 的進化生態學家（evolutionary ecologist）。藉由研究果蠅、蚊子與其他無脊椎動物（例如臭蟲、蛀蟲、介蟲、蠕蟲、海綿與蜜蜂等等）的免疫系統，科學家們發現在他們抵禦病原體（可以引發疾病的微生物）的過程中包含有一種嶄新的分子。
圖5. 各種無脊椎動物輪盤。（圖片來源：http://www.oum.ox.ac.uk/thezone/fossils/inverts/index.htm）
在果蠅中發現了一種名為 Dscam 的分子，它可以將自身折疊出 18000 種不同的組合。從電腦模型的計算中預測出這個分子的一些結構，透過這些結構讓科學家們得以假設與創造出不同的構型，每個不同的結構均具有與病原體表面相互結合的能力。「這個分子由於可以透過許多方法加以組合，因此具有相當程度的可塑性，」Schmid-Hempel 這樣說到。直到現在，我們總是以為只有脊椎動物才具有這種辨識專一病原體的能力。
在這個研究中其他令人感到興奮的成果就是科學家們顯示了這些無脊椎動物是如何管理他們的免疫系統的複雜方法。「昆蟲能辨識胜肽聚醣蛋白（peptidoglycan），這是細菌細胞壁的成分之一，以及如何快速的觸發一個免疫反應。」Schmid-Hempel 解釋到。可是，細菌一旦被殺死，消化掉胜肽聚醣蛋白後，免疫反應便消退了。這個過程中免疫系統的調節是相當重要的，因為免疫系統一旦缺乏了加以檢查的手續，那麼便會在體內產生錯誤的細胞攻擊事件，那麼結果將會損害到個別的個體。
圖6. peptidoglycan 一般結構。（圖片來源：http://www.bact.wisc.edu/Microtextbook/index.php?module=Book&func=displayarticle&art_id=60）
在人體中，身體若錯誤的辨識了自身的細胞將導致系統的錯亂，因此會出現自體免疫疾病的結果。舉例來說，克隆氏症（Crohn's disease）便是因為身體在辨識自身腸道細胞時出現了錯誤而產生的結果，這將導致免疫系統去攻擊這些細胞。瞭解這些在無脊椎動物體內的自體免疫程序也許可以有助於我們去開發一些治療人體相關疾病的藥物。
圖7. Endoscopy image of colon showing serpiginous ulcer, a classic finding in Crohn's disease.（原始圖片：http://en.wikipedia.org/wiki/Crohn's_disease）
此外科學家也發現昆蟲們能夠促使他們的免疫系統對於病原體的侵入做好準備。以雌性臭蟲來說，牠們常在交配的過程中受傷，因此在交配之前會先增強自己的免疫系統以抵抗可能隨之而來的病原感染。類似的狀況也可以在大黃蜂（bumblebees）身上觀察到，大黃蜂會保持著他們的免疫系統以確保在未來不會受到病原體的攻擊與感染。「甚至這可以藉由母親將免疫能力傳遞給子代，並可橫跨好幾代下去。」Schmid-Hempel 說到。這樣一個微妙的免疫系統管理能力至今一直都被視為是脊椎動物的一個特點。
Schmid-Hempel 認為在無脊椎動物的免疫系統中所發現到的分子層面機制可以對抗脊椎動物的世界。他說到：「昆蟲就像脊椎動物一樣會利用類似的方式去偵測病原體，只不過他們使用了不同的細胞與分子罷了。」
圖8. 研究昆蟲免疫系統的 Paul Schmid-Hempel 教授
科學家對於無脊椎動物是如何對病原體產生反應的精密過程的瞭解還相當的粗淺。他們所發現的這個新分子，使得無脊椎動物的免疫系統之行為模式越來越接近於脊椎動物了 － 這也提供了讓我們研究免疫系統時有了更佳的模型。
Note: This story has been adapted from a news release issued by European Science Foundation.
原始報導：
1. ScienceDaily：Invertebrate Immune Systems Are Anything But Simple
2. ESF News：http://www.esf.org/ext-ceo-news-singleview/article/invertebrate-immune-systems-are-anything-but-simple-conference-finds-284.html
相關連結：
1. 歐盟科學基金會（European Science Foundation）：http://www.esf.org/
2. 克隆氏症（Crohn's disease）：http://hopkins-gi.nts.jhu.edu/pages/latin/templates/index.cfm?pg=disease1&organ=6&disease=21&lang_id=4
3. Paul Schmid-Hempel 教授研究室：http://www.env.ethz.ch/people/professors/fullprofessors/paulsch/