免疫學技術論文
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免疫學技術論文篇一
心理神經免疫學研究
摘要心理神經免疫學(Psychoneuroimmunology)是一門探索人類心身健康奧秘的新型邊緣學科。它研究神經系統(tǒng)如何將心理因素轉換為可以影響健康的生理狀態(tài)的機制，特別是腦和行為如何影響免疫系統(tǒng)，又如何受到免疫系統(tǒng)的影響的。免疫系統(tǒng)和神經系統(tǒng)之間是否真正存在聯(lián)系一直有爭論，我們實驗室圍繞高級神經活動對免疫系統(tǒng)的作用開展了研究。工作包括：條件反射性免疫抑制和增強、情緒應激與免疫、心理行為干預與癌癥等。這些工作不僅證實了心理調控，比如信號刺激、情緒和意念想象等，確實可以影響免疫系統(tǒng)的功能，而且對有關機制進行了探討。
關鍵詞心理神經免疫學，條件反射性免疫，情緒應激，心理行為干預。
分類號B845
有人統(tǒng)計，人類疾病有2/3與心理刺激、生活境遇有關，其中心身疾病占1/3。實際上，心理因素可以影響生理因素的觀點是各國文化群體都普遍認可的。也就是說，精神和軀體之間是互相聯(lián)系的。然而心理因素如何影響健康和疾病卻一直是個謎。隨著科學的發(fā)展，一門新興交叉型邊緣學科，心理神經免疫學(Psychoneuro- immunology)誕生了。它融合了心理學、生物化學、免疫學、行為學、解剖學、分子生物學和臨床醫(yī)學等多種學科，研究神經系統(tǒng)如何將心理因素轉換為可以影響健康的生理狀態(tài)的機制，特別是腦和行為如何影響免疫系統(tǒng)，又如何受到免疫系統(tǒng)的影響的。這些研究對認識精神活動在健康和疾病中的作用打開了科學之窗。人們看到了免疫系統(tǒng)，這一保護機體免受傳染病和腫瘤侵襲的防御系統(tǒng)，是精神和軀體之間的橋梁[1,2]。但是，盡管已經有很多研究表明神經系統(tǒng)可以影響免疫系統(tǒng)，依然有不少生理學家認為免疫系統(tǒng)是獨立的自我調節(jié)系統(tǒng)。實際上這涉及一個由來已久的爭議問題，即心身分離還是心身交互作用的問題。本文的目的就是依據我們自己的工作，闡明心理行為因素在調節(jié)免疫功能中的作用及其相應的機制。這些工作包括了條件反射性免疫抑制和增強、情緒應激的免疫效應、心理行為干預與癌癥等。
1心理神經免疫調節(jié)的研究
1.1條件反射性免疫抑制和增強
條件反射性免疫是中樞神經系統(tǒng)調節(jié)免疫系統(tǒng)的重要證據。自從Ader和Cohen在1975年第一次發(fā)表關于條件反射性免疫抑制(conditioned immunosuppression, CIS)的工作以來，這一實驗范式得到了廣泛的關注。在這種實驗范式中，一種對于實驗動物來說在味覺上新異的溶液，比如糖精水，被用作條件刺激(conditioned stimulus, CS)，而免疫抑制劑如環(huán)磷酰胺、環(huán)孢霉素A等具胃腸道毒副效應的藥物作為非條件刺激(unconditioned stimulus, UCS)，二者配對呈現(xiàn)。隨后再次給與條件刺激，則發(fā)現(xiàn)實驗對象出現(xiàn)了條件性味覺厭惡的行為現(xiàn)象，而且免疫功能也受到了顯著的抑制。針對這一現(xiàn)象的解釋是有爭議的。有的認為這是條件反射性的調節(jié)作用，是中樞神經系統(tǒng)調控免疫功能的重要證據之一。另一些則認為可能是應激的作用。動物對糖精水的厭惡行為也即味覺厭惡性條件反射的建立不能排除某種程度的應激的存在，而應激則會引起腎上腺皮質激素的升高，從而抑制免疫功能[3]。為弄清條件性免疫抑制的實質，我們分別采用一次性和兩次性的CS-UCS結合訓練方式，并在不同時程呈現(xiàn)條件刺激，觀察由條件刺激引起的味覺厭惡性行為與條件反射性免疫抑制的關系，發(fā)現(xiàn)兩者的表現(xiàn)方式和表現(xiàn)程度并不同步，條件反射性免疫抑制并非是厭惡行為反應或情緒應激的伴隨產物 [3,4]。并進一步發(fā)現(xiàn)不具明顯毒性作用的生物免疫抑制劑作為UCS時，也能建立條件性的免疫抑制效應[5]。條件刺激不僅可誘發(fā)動物的細胞免疫抑制反應而且可誘發(fā)體液免疫反應的抑制作用，并且隨著強化水平的增加，條件反射性免疫抑制效應增強[6]。這些實驗證明條件反射性免疫抑制是條件刺激的作用，而不是應激效應。對CIS的合理的解釋是腦中CS―UCS的聯(lián)想學習過程，中樞神經系統(tǒng)儲存了對條件刺激(CS)的知覺信息，該條件刺激與UCS的免疫抑制反應相偶聯(lián)，CS再次呈現(xiàn)時就產生一個直接信號激活免疫系統(tǒng)引起反應。
利用聯(lián)想學習原理，條件反射性免疫調節(jié)應該是雙向的。也就是說，條件刺激可以產生免疫抑制效應，也就可以產生免疫增強效應。建立起條件反射性免疫增強(conditioned immuno-enhancement, CIE)的模式將更有利于證明條件反射性免疫調節(jié)是中樞神經系統(tǒng)調控免疫系統(tǒng)的結果。而且由于CIE所用藥物的免疫效應與CIS有所不同，CIE模式將為腦和免疫系統(tǒng)相互作用的研究提供新視角。為次，我們在國際上首次嘗試以卵清白蛋白(ovalbumin, OVA)抗原作為非條件刺激，糖精水作為條件刺激，經過一次配對，在初次抗體反應曲線的上升階段再次單獨呈現(xiàn)條件刺激時，誘導出條件反射性抗OVA抗體生成的增加[7]。雖然該條件性抗體增強的幅度較低，但從統(tǒng)計學上看，條件反射組和非條件反射組之間有了臨界值差異。但該模式最初沒有得到完全成功的驗證[8]。為重復檢驗條件性抗體增強效應，再次分別用糖精水和電針作為條件刺激，進一步觀察和分析條件性抗體增強的動態(tài)反應，對條件反射性抗體增強的發(fā)生發(fā)展過程做一完整的描述。
在用糖精水作為條件刺激的重復實驗中[9]，不同于先前工作的是，再次單獨呈現(xiàn)條件刺激的時間是放在初次抗體反應的下降段，而不是放在初次抗體反應曲線的上升段。這是考慮到在基礎抗體值比較低時，條件反射本身的效應可能得到充分體現(xiàn)。而實驗結果也證實了這一點。統(tǒng)計學數(shù)據表明，抗體水平在條件反射組和其他控制組之間的差異均達到了p<0.01甚至0.001的水平。
我們還發(fā)現(xiàn)，條件刺激誘發(fā)的抗體生成曲線在動力學上與抗原再次進入體內引起的二次抗體反應曲線很相似。單獨給予條件刺激后約15天左右出現(xiàn)明顯的抗OVA抗體水平增高，20、25天左右達到峰值，以后明顯下降并逐漸接近正常水平[10]。這一結果不僅僅證明了聯(lián)想學習可以調節(jié)免疫功能，而且發(fā)現(xiàn)了條件反射性免疫過程與抗原引發(fā)免疫應答過程的基本規(guī)律是類似的。這些工作從免疫增強的方向論證了信號刺激的免疫調節(jié)作用，建立了穩(wěn)定可靠的CIE模型。
從臨床角度出發(fā)，條件反射性免疫增強的重要意義在于通過腦的調控提高免疫力，增強機體對疾病的抵抗力。考慮到CIE模式在人類臨床應用的可能性，尋找合適的條件刺激很重要。因為甜味飲料是人類日常生活中經常會遇到的，從新異性的角度考慮，糖精水或甜味飲料都不太適用于人類。因此嘗試將一種軀體感覺信號――外周電針刺激――作為條件刺激，考察它能否誘發(fā)特異性抗體增強反應。 電刺激信號是通過兩支刺入肌肉5mm的細鋼針發(fā)送的。為了減少實驗誤差，選擇傳統(tǒng)醫(yī)學中的穴位足三里作為針刺的位置，因此這種條件刺激物也可以稱為電針。在這個研究中我們選擇的電壓強度分別為2伏特和4伏特[11]。
在本研究中，先是將電針刺激和腹腔注射OVA進行一次配對。經過一段時間的間隔，再次對動物實施電針。然后分別在第二次電針后的第10，17，24和31天經尾靜脈取血，檢測抗體值。結果發(fā)現(xiàn)，不管是2伏特還是4伏特的電針，均能顯著提高抗體濃度，在第10和第17天時最為明顯。研究還發(fā)現(xiàn)，甚至在麻醉狀態(tài)下，電針和卵清白蛋白也可以實現(xiàn)配對，也就是說，在條件反射訓練時麻醉的動物也出現(xiàn)了反射性抗體生成增加。沒有發(fā)現(xiàn)電針本身對抗體生成有任何影響。這些結果進一步證實，僅需經過條件刺激和非條件刺激的一次配對，再次呈現(xiàn)的條件刺激即可誘發(fā)出條件反射性免疫反應。驗證了條件反射性抗體增強的客觀存在性和普遍性。而且，電針被用作為一個有效的條件刺激物，將為把條件反射性免疫調節(jié)在臨床上得到應用提供了一種可能性。
1.2條件反射性免疫調節(jié)的神經機制
條件反射性免疫抑制效應和免疫增強效應都表明與免疫無關的信號刺激能轉變?yōu)榫哂杏|發(fā)免疫反應的非條件刺激的性質，這種轉換必然發(fā)生在腦內，因而可以說這是腦對免疫系統(tǒng)調控的直接證據，但腦內究竟發(fā)生了什么并不清楚，條件反射性免疫調節(jié)的相關神經回路和腦機制還遠遠沒有弄清[2]。為了直接洞察腦的變化，探討腦內中樞整合機理，找尋直接觀察腦內活動的指標是必要的。
C-fos蛋白是神經元激活的一個標志物。它通常處于不活動或表達很低的狀態(tài)，但在受刺激時能作出短暫而迅速的反應，可成為神經元興奮水平的客觀指標。利用免疫組化技術，我們發(fā)現(xiàn)，再次單獨呈現(xiàn)條件刺激可以導致包括腦干，邊緣系統(tǒng)和大腦皮質在內的區(qū)域大量c-fos蛋白的表達。其中有一些腦區(qū)尤為重要。不論是條件性抑制范式還是條件性增強范式，再次單獨呈現(xiàn)條件刺激都可以引起島葉皮質、杏仁中央核和下丘腦室旁核c-fos蛋白的大量表達。這些結果表明，條件性免疫反應是和大腦的活動相關聯(lián)的[10,12,13]。
但是必須指出的是，在我們和其他作者報道的關于腦機制的研究中，所采用的條件刺激物都是糖精水。我們的實驗已經證實，以電針作為條件刺激也可以很好地誘發(fā)出條件性免疫改變，而電針和糖精水所激活的腦區(qū)是大不相同的，因此在今后的研究中闡明以電針為條件刺激所激活的大腦區(qū)域將有助于進一步確定與條件反射性免疫調節(jié)有關的共同腦機制，排除刺激引起的非特異性相關。
目前關于條件反射性免疫的神經化學機制研究也很缺乏。由于中樞膽堿能系統(tǒng)被認為與學習記憶有很密切的關系，該系統(tǒng)的這些功能主要是由毒蕈樣受體(muscarinic receptor, M受體)介導的。為再次驗證條件反射性免疫與學習過程有關，實驗采用對M受體具有阻斷作用的藥物東莨菪堿作為工具藥，考察整個M受體系統(tǒng)在條件反射性免疫調節(jié)中的作用。結果發(fā)現(xiàn)在以電針為條件刺激的條件反射性抗體增強模式的學習階段是中樞膽堿能M受體依賴的，但在條件反射的喚起階段是非膽堿能受體依賴的。在條件反射訓練前阻斷M受體，條件反射性免疫不再發(fā)生。但在條件反射訓練完成后再抑制乙酰膽堿的合成，則不會影響條件刺激誘發(fā)的免疫反應。這些結果表明中樞乙酰膽堿參與了學習階段的記憶形成過程，但不影響已經形成的記憶的再提取。這從神經生化的角度論證了條件反射性抗體生成的增加與學習記憶有關[14]。
2情緒應激與免疫
除條件反射性免疫的研究外，應激與免疫的研究是進行精神行為因素對免疫功能作用研究的另一熱點[2]。已經有很多證據表明，應激可以導致免疫功能改變。但是，相關的動物研究大多采用電擊或束縛的方式來引起應激效應。盡管這些模型也含有心理應激的成分，但其主要成分是生理性的。為了考察情緒應激對行為、神經內分泌和免疫功能的影響，研究采用兩種情緒應激的動物模型：一種是傳統(tǒng)的，以電擊裝置為信號刺激誘發(fā)曾有過電擊經歷大鼠的情緒應激。另一種是本實驗室新建的，用空瓶刺激誘發(fā)定時喂水大鼠的情緒應激。這兩種類型情緒應激源激活的腦區(qū)有許多共同點[15]。
在傳統(tǒng)的電擊信號刺激模式中[16]，動物分成4組：電擊組、情緒應激組、裝置對照組A1和裝置對照組A2。電擊組動物用OVA免疫后2周內無規(guī)律給予10分鐘/日，共6日的足電擊，其余時間內無處置;情緒應激組動物除給予電擊組動物電擊的當天同樣強度和頻率的足電擊外，在2周內的其余時間將其每天置于電擊裝置內10分鐘而無電擊(恐懼的情緒應激);對照組A1動物僅在給予電擊組動物電擊的當天被置于電擊裝置中10分鐘而無電擊;對照組A2的動物則每天被置于電擊裝置中10分鐘而無電擊。結果發(fā)現(xiàn)情緒應激組動物的呆滯行為和排泄行為顯著增加;去甲腎上腺素、腎上腺素及皮質酮水平均顯著提高。在抗OVA 抗體水平和脾臟指數(shù)上， 情緒應激組動物較裝置對照組A2動物顯著降低，而其余各組間無顯著差異。并發(fā)現(xiàn)脾臟指數(shù)分別與腎上腺素含量和去甲腎上腺素含量呈顯著負相關。
在空瓶刺激誘發(fā)的情緒應激模式中[17]，動物先進行一周2次/日的定時飲水訓練，然后腹腔注射OVA抗原以激發(fā)特異性抗體反應。此后動物被分成3組：分別為情緒應激組、生理應激組、和對照組。情緒應激組的動物每天只有一次飲水的機會，而另一次則給予一只空的飲水瓶，持續(xù)14天，以產生情緒應激。生理應激組的動物也是只有一次飲水的機會，但并不另外再給一次空瓶的刺激。這種設置的目的是控制缺水本身可能造成的生理應激的影響。對照組保持每天兩次飲水不變。結果發(fā)現(xiàn)情緒應激產生了很顯著的行為改變，即攻擊行為和探究行為顯著增加;血漿皮質酮、腎上腺素和去甲腎上腺素的水平顯著提高;白細胞計數(shù)和抗OVA抗體濃度顯著下降?？贵w水平和脾臟的重量與兒茶酚胺水平之間均存在顯著的負相關。但情緒應激的時間作用點和時程對應激的免疫效應有影響 。與此相對的是，缺水導致的生理應激只能誘發(fā)探究行為，升高皮質酮水平，降低白細胞計數(shù)。但它不誘發(fā)攻擊行為，不影響抗體水平和脾臟指數(shù)，也不激活交感神經系統(tǒng)。這些結果進行了反復的驗證 [18~20]。
上述兩種模式的研究結果都證明，情緒應激對免疫功能產生了抑制效應，激活了下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)和交感神經系統(tǒng)(sympathetic nervous system, SNS)。由于抗體水平和脾臟指數(shù)與兒茶酚胺水平存在顯著的負相關，而與皮質酮水平無關，提示交感神經系統(tǒng)的激活可能及情緒應激對體液免疫功能調節(jié)的中介機制。而皮質酮水平可能只是應激的一種反應。
為了進一步澄清HPA軸與SNS在情緒應激免疫調節(jié)中的作用 ，我們分別采用糖皮質激素合成抑制劑美替拉酮阻斷HPA軸，外周交感神經末梢的6-OHDA損毀SNS的活動。結果發(fā)現(xiàn)，對SNS的阻斷能消除情緒應激對體液免疫功能的抑制。而HPA軸的阻斷沒有這種作用。這些實驗證明是交感神經系統(tǒng)介導了情緒應激所致的體液免疫抑制。進一步的證據是，非選擇性β-腎上腺素能受體(β-adrenergic receptor, β-ADR)拮抗劑心得安可以逆轉情緒應激誘發(fā)的體液免疫抑制作用，表明SNS是通過b-ADR介導情緒應激導致的體液免疫功能的抑制。在此基礎上，進一步發(fā)現(xiàn)參與的受體亞型是選擇性的b2-ADR而非b1-ADR[21,22]。
盡管以往大多數(shù)研究者認為，應激引起的免疫功能抑制主要是因為應激可以導致腎上腺皮質激素的釋放，從而導致免疫功能下降。換句話說，免疫功能的抑制與應激激活的HPA軸有關。但采用我們的情緒應激模型，發(fā)現(xiàn)情緒應激引起的體液免疫功能抑制主要是由交感神經系統(tǒng)β-腎上腺素能受體介導的。這為闡明情緒應激的免疫抑制效應的機理提供了新資料。
3心理行為干預與癌癥
正如上述研究發(fā)現(xiàn)的，心理因素比如情緒或者條件性學習可以引起動物的行為和免疫功能的改變。我們考慮是否可以通過心理行為干預手段來影響癌癥病人的免疫功能。雖然有研究報道，癌癥可以通過將心理、情緒等多種因素整合起來影響病人的整個機體，但研究結果并不一致[23]。為此，我們打算通過兩個研究來考察行為干預對于癌癥病人的作用。納入第一個研究的是40個正在接受放療的乳腺癌患者，根據年齡、教育程度、癌癥分期和接受治療的狀況，她們被隨機而匹配地分成兩個組：一組接受為期一個月的心理行為干預，另一組作為對照。首先指導干預組病人學會漸進性肌肉放松，然后對她們進行想象訓練。想象自己漫步在海灘上，初升的太陽照在臉上，海水輕柔地漫過腳面等等。然后想象免疫細胞如何殺死癌細胞，被殺死的癌細胞又是如何被海水沖刷掉。在干預的前后，分別采取病人的唾液和血液，測定NK細胞的活性。結果發(fā)現(xiàn)心理―行為干預可以顯著提高NK細胞活性。而且需通過服藥來克服放療引起的白細胞計數(shù)降低的副作用的患者比例顯著下降[24]。該研究表明，心理行為干預對免疫功能的改善和恢復具有非常顯著的作用。
第二個研究納入120名正在接受放化療的癌癥患者。同樣的，依據匹配原則他們被分為一個干預組和一個控制組。除了干預的時間延長到3個月以外，其他的實驗條件與上述研究基本相同。所測定的指標包括白細胞計數(shù)、NK細胞活性和免疫球蛋白(IgG，IgM，IgA)等。結果發(fā)現(xiàn)，干預組在所有免疫功能參數(shù)上都得到了不同程度的提高，其中NK細胞活性顯著提高[25]，生活質量也都得到明顯的改善，治療引起的副作用在很大程度上也得到了緩解。不論是乳腺癌還是肺癌患者，不論是放療患者還是化療患者，干預組的生活質量評分，包括軀體功能、角色功能、情緒功能、認知功能和社會功能上都顯著高于控制組。同時干預組的癥狀評分，包括疲勞、嘔吐、疼痛和食欲不振等都有顯著下降[26~28]。而且，通過行為干預，患者學會運用更為積極的認知方式來應對癌癥，摒棄原先的逃避心理，從而使得情緒狀態(tài)、身體機能和生活質量都得到很好的改善[29,30]。成長策略和社會支持有助于提高癌癥生存者的生活質量，增加正性情感[31]。這些結果反復證明了，NK細胞的活性對認知行為干預的作用相當敏感，心理行為干預確實改善了癌癥患者及其生存者的生活質量。免疫功能的提高， 特別是NK細胞活性的增強可能在心理行為干預中起著重要的中介作用。
4結語
中樞神經系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間存在著相互作用。上述三個方面的工作證明某些心理過程，比如聯(lián)想性學習、情緒、行為想象、和認知策略等確實可以對免疫功能產生影響。也即高級神經精神活動能調節(jié)免疫功能。但免疫系統(tǒng)的變化也能影響高級神經精神活動的功能。免疫系統(tǒng)的紊亂不僅導致疾病，也與衰老、性格和行為變化有關。如抑郁癥或“病態(tài)行為”就與細胞因子如白細胞介素-1有關[32,33]。但這方面的研究尚需深入展開。隨著中樞神經系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間相互作用研究的深入，在人類健康的維護和疾病的防治上將會有新的前景。
致謝：作者感謝曾對本文的研究工作做出重要貢獻的博士后、博士生、碩士生和研究助手，他們是王建平、李杰、邵楓、黃景新、陳極寰、王瑋雯、劉艷、鄭麗、李波、呂倩、衛(wèi)星、郭友軍。
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