〈研之有物〉從登革熱到禽流感，調控「免疫反應」的樞紐：CLEC5A
免疫系統研究
中研院基因體研究中心的謝世良特聘研究員，與團隊研究發現，嗜中性白血球、巨噬細胞表面的 CLEC5A 受器， 不僅能辨識入侵體內的病原體，也能調控發炎反應，維持免疫系統正常運作、清除病原體。未來有機會發展以「抑制發炎」取代直接對抗病毒細菌的療法。
免疫系統過度反應，患者身陷險境
登革熱、禽流感等病毒疾病對人體殺傷力強大，它們的症狀不是由「病毒的複製」直接造成，而是「免疫系統的發炎反應」過於激烈，使得免疫系統尚未消滅病毒就嚴重傷害人體。此外，自體免疫疾病，例如紅斑性狼瘡、腸道炎症，也是由於免疫系統的反應過久、過強。
除了某些基因缺陷造成的症狀，幾乎所有人類疾病都是因為過度激烈的發炎。
人體發炎反應的啓動因素，是傳染性因子 (Infectious Agent) 、外來抗原、自體抗原等分子，它們會結合並激發免疫細胞表面的先天免疫受體。若想建立更有效的治療策略，就必須更了解各種抗原分子與人體免疫系統的互動機制。
人體的免疫系統可以概略分為兩道防線，初步由專一性較低的先天性免疫 (Innate Immunity) 偵測並分解侵入的病原體，同時透過細胞素 (Cytokine) 等分子引起「發炎反應」、召集免疫細胞，集中火力清除外患。先天免疫相關的白血球包括：巨噬細胞、嗜中性白血球等等。
若這一道防線沒能達成目標，後天性免疫 (Adaptive Immunity) 便會被活化，以 T 細胞和 B 細胞族群合作，產生具針對性之抗體、以及具辨識能力的殺手細胞，更徹底地消滅特定敵人。
面對多數病源，這兩道免疫防線可提供人體良好的保護效果。不過，以「發炎反應」增強防禦時，人體也遭遇風險。
若無法有效消滅外來抗原，或是有內源性抗原 (Endogenous Antigen) 持續刺激免疫系統，會導致激烈發炎及炎症性疾病。
激烈發炎及炎症性疾病，令患者不僅痛苦，更可能留下不可恢復的傷害、甚至死亡。面對過度發炎引起的疾病，除了以疫苗預防，臨床上通常以藥物抑制發炎反應、並提供照護協助人體恢復。但藥物也可能干擾患者的免疫系統，甚至使病原產生抗藥性，因此患者與醫療人員經常陷於兩難。
謝世良團隊在患者「過度發炎」的難關中另闢蹊徑，找到了調控發炎反應的免疫細胞受器分子「CLEC5A (C-Lectin-5A，C 型凝集素 5A) 」。團隊發現，剔除 CLEC5A 基因的小鼠，對病毒、細菌的過度發炎反應大幅減弱，未來可以針對此細胞受器發展療法，保護患者免於過度免疫反應。
嗜中性球細胞外捕捉 (NET)：引起過度免疫反應
嗜中性白血球 (Neutrophil) ，是免疫系統對抗細菌感染的第一道防線前鋒。
它們在感染情況嚴重，無法將細菌完全吞噬掉時，會膨脹自身染色體，從裂開的細胞膜將其釋出。嗜中性白血球自身會因此死亡。而被釋出的染色體，具有強大黏性並呈長條狀，猶如漁網將細菌捕獲，隨染色體釋出的免疫蛋白質也能直接殺死細菌、或抑制其生長。
上述機制稱為「嗜中性球細胞外捕捉 (Neutrophil Extracellular Trap, NET) 」，可透過下面三張圖分段來想像：
「嗜中性球細胞外捕捉 (NET)」雖然可以清除病原，卻也產生大量干擾素，造成過度免疫反應。
例如紅斑性狼瘡 (Systemic Lupus Erythematosus，SLE) 因為免疫系統的失調，產生自體抗體，其中有些引起細胞損傷、有些形成免疫複合體，造成過度發炎反應。患者在發病前經常有發炎感染紀錄；而自體免疫症狀出現時，也可以檢測到患者體內的嗜中性白血球大量減少、干擾素濃度極高，表示此時有過量的「嗜中性球細胞外捕捉 (NET) 」效果在影響人體。
嗜中性球細胞外捕捉 (NET) 機制，除了在紅斑性狼瘡 (SLE) 患者體內會發生，當體內遇到格蘭氏陽性菌、登革病毒、禽流感病毒等病原入侵，也會啟動自體免疫反應。然而要避免過度免疫反應，謝世良團隊發現嗜中性白血球、巨噬細胞上的 CLEC5A 受器是重要的調控樞紐。
調控免疫反應的樞紐：CLEC5A
謝世良團隊 2017 年的研究成果刊登在《Nature Communications》期刊，延續他多年來對「病毒引起發炎反應機制」的研究，證實 CLEC5A 不僅能結合登革熱、 H5N1 等病毒，在對格蘭氏陽性菌的免疫機制也佔據重要地位。
過往的免疫學理論普遍認為，格蘭氏陽性菌感染時，先天免疫細胞的 TLR-2 (Toll-Like Receptor-2) 是最關鍵的受器，但謝世良團隊根據臨床經驗與知識，做出不同於過往文獻的判斷，並針對 CLEC5A 進行實驗。
CLEC5A 受器，不僅會與過往最受重視 TLR-2 受器協同作用，而且是對抗病毒、細菌感染時更為重要的角色。
CLEC5A 和 TLR-2 的協同作用機制，可透過下面三張圖來想像：
謝世良說明：「嗜中性球是對抗細菌入侵時最重要的第一防線，而我們發現 CLEC5A 在嗜中性球上的表現量甚至高於巨噬細胞，所以大膽假設── CLEC5A 與偵測格蘭氏陽性菌有關。」
於是謝世良團隊花費 1 年多進行實驗與培育，得到了剔除 CLEC5A 基因、剔除 TLR-2 基因、以及同時剔除兩者的珍貴實驗小鼠品系。
小鼠感染實驗的結果，不同於既有文獻理論，卻符合謝世良的預估：相較 TLR-2 基因剔除鼠，CLEC5A 基因剔除鼠對格蘭氏陽性菌感染更加敏感、致死率更高。而兩個基因皆剔除的小鼠，感染致死率又高於剔除單一基因的小鼠，顯示這兩個基因會協同進行免疫反應。
而被剔除 CLEC5A 的小鼠遭感染後，因為協同作用被阻斷，嗜中性白血球不會產生 NET 機制的各項指標，巨噬細胞也不會活化引起腸道發炎的免疫細胞「IL-17 γδ-T cell」。因此，謝世良認為：
CLEC5A 不僅能辨識病原體，若阻斷這個路徑，也能調控過度免疫反應，可望成為治療自體免疫疾病的新道路。
越過抗藥性與副作用的新道路
除了格蘭氏陽性菌，謝世良對病毒引起發炎機制的好奇心，源於 2003 年 SARS 風暴，他說：「一個全新的病毒出現在世界上，居然可以被人體偵測、產生細胞素和強烈的發炎反應！這種現象非常奇特，我們實在忍不住要探究原因。」
當時的疾管局長蘇益仁詢問謝世良： SARS 病毒如何引起發炎反應？謝世良沒辦法馬上回答，同時也發現科學界對這個問題，其實沒有明確的答案與共識，因為對其病理機制了解有限。但是 SARS 風暴呼嘯而過，難以追蹤研究。於是謝世良在 2008 年著手研究登革病毒的發炎機制，逐漸揭露 CLEC5A 對免疫系統的重要性。
登革病毒每年造成全球兩萬人死亡，是因為患者重複感染不同型登革病毒，導致原先的抗體失去保護作用，反而結合病毒形成「病毒－抗體免疫複合體 (Immune Complex) 」，使病毒更容易以表面多醣分子 (Glycans) 結合巨噬細胞的 CLEC5A 受器，迅速進入巨噬細胞。當病毒感染量增加、巨噬細胞受到大量刺激，就產生更多細胞素促進發炎反應。
細胞素風暴 (Cytokine Storm) 就此展開：免疫系統連續受到錯亂的細胞素訊息刺激，促進發炎且召喚巨噬細胞聚集，讓巨噬細胞們更容易受到病毒感染、並加速分泌細胞素。
因此，免疫反應遭到細胞素過度刺激的循環，患者開始自發性出血、血壓下降、甚至休克，缺少良好醫療照護者可能致死。
謝世良團隊在 2008 年，嘗試用 CLEC5A 的拮抗性抗體 (Antagonistic Antibody) 及阻擾性 RNA (shRNA) ，阻斷小鼠的免疫細胞 CLEC5A 受器與登革病毒結合，預防發炎反應。發現此種抗體可以大幅減輕登革熱症狀，且能維持小鼠正常免疫功能，大多數小鼠在此種療法下皆有效清除病毒。
接續登革病毒的研究，謝世良團隊也發現免疫細胞的 CLEC5A 受器會和 H5N1 禽流感病毒結合，進而引發人體嚴重發炎。若阻斷這個路徑，將大幅減輕發炎症狀，讓免疫系統持續有效清除病毒。
在既有的研究基礎上，謝世良受巴斯德研究中心邀請合作，探究 CLEC5A 是否能與 H5N1 禽流感病毒結合。他將團隊精心培育的基因剔除鼠送到香港繁殖、進行實驗。結果發現，剔除 CLEC5A 基因的小鼠，因為阻斷了其與病毒結合的路徑，受 H5N1 病毒感染後的發炎症狀相對輕微許多。
抑制發炎相關的免疫因子，可以避免過度發炎反應，同時保持免疫系統正常運作以清除病毒，但不必擔心病毒產生抗藥性，也不會造成固醇類藥物的副作用。
謝世良說明，透過調控免疫細胞 CLEC5A 受器與病毒的結合，能發展以「抑制發炎」取代直接對抗病毒的療法，比傳統療法更順應自然、不易產生抗藥性。他說，此研究的主要收穫在於：「近期有 H4N1 患者對抗病毒藥物產生抗藥性，原來的藥物不再能抑制病毒，使得治療效果下降。但我們這個機制，不一定要靠藥物抑制病毒複製才能減輕症狀。」
辨識病毒的第二條路徑
謝世良認為， H5N1 研究的第二層重要意義，在於揭露病毒刺激人體發炎的「雙重路徑」之普遍性。
病毒可以透過核酸以外的構造引起人體發炎，這種「雙重路徑」是過去我們比較不重視，但與人體疾病關聯更緊密的部分。
他說，學界投注很多心力研究免疫系統如何對病毒的核酸產生反應。「但是，病毒能否透過其他機制，由核酸以外的構造刺激細胞上的其他受體、引起發炎？這方面的研究相對欠缺，但是與人類疾病的相關性卻更高。」
從登革熱、日本腦炎到禽流感，謝世良都觀察到病毒以核酸、多醣分子引起發炎的「雙重路徑」現象。他說「透過雙重路徑引起人體發炎的機制，並不止於引發日本腦炎、登革熱的黃病毒屬，可能是存在於多數病毒的普遍機制。基於這個觀念，我們將繼續尋找潛在的重要受器，若發現強力的病毒或細菌引起發炎的機制，就可以發展有效抑制發炎反應的療法。」
多數的研究起源，都來自觀察到有趣的現象，並保持強烈的好奇心。
「好的研究題材，可能來自對疾病的日常觀察、或尚未解答的基礎問題。更重要的，是如何透過既有的知識與設備，逐步接近問題的核心。」謝世良建議學生，實驗設計務必按部就班，任何假說都要以「控制組」進行嚴格比對驗證，絕對不能為了節省實驗時間而省略。
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延伸閱讀：
- 謝世良的個人網頁
- CLEC5A 是嗜中性白血球對抗細菌的關鍵
- Chen ST, Chen JW, Wu WC, Chou TY, Yang CY, Hsieh SL*, 2017, “CLEC5A is a critical receptor in innate immunity against Listeria infection”, NATURE COMMUNICATIONS, 8(1):299.
- Teng, O, Chen, ST, Hsu TL, Sia SF, Cole S, Valkenburg SA, Hsu TY, Zheng JT, Tu W, Bruzzone R, Peiris JSM, Hsieh SL*, Yen HL*, 2017, “CLEC5A-mediated enhancement of the inflammatory response in myeloid cells contributes to influenza pathogenicity in vivo.”, JOURNAL OF VIROLOGY, 91, e01813.
- Wu MF, Chen ST, Yang AH, Lin WW, Lin YL, Chen NJ, Tsai IS, Li L, Hsieh SL*, 2013, “CLEC5A is critical for dengue virus-induced inflammasome activation in human macrophages”, BLOOD, 121(1), 95-106.
- Chen ST, Liu RS, Wu MF, Lin YL, Chen SY, Tan DT, Chou TY, Tsai IS, Li L, Hsieh SL*, 2012, “CLEC5A regulates Japanese encephalitis virus-induced neuroinflammation and lethality.”, PLoS Pathogens, 8(4), e1002655.
- Chen ST, Lin YL, Huang MT, Wu MF, Cheng SC, Lei HY, Lee CK, Chiou TW, Wong CH, Hsieh SL*. CLEC5A is critical for dengue virus-induced lethal disease. Nature 2008; 453: 672-5.