生物体的秘密武器：燃烧水？

　　

在免疫系统对世界的战争中，抗体长期以来一直被认为是半个战士。它们可能识别出入侵者，甚至与入侵者绑在一起。但是在紧急情况下，它们则会召集杀伤性的免疫细胞，如巨噬细胞来杀死入侵者。 现在新的研究表明这些勇敢的“守夜人”似乎也参与了化学战。在本期Science第1806页，来自加州的一个研究组报告说抗体产生高度活跃的化学反应物，细胞可以利用来进行自身的清洗并毒杀入侵者。更令人吃惊的是它们似乎通过燃烧水分子来制造这些化学物质。

加州大学洛杉矶分校的生物化学家Chris Foote说：“这是重要的，有趣的和令人感兴趣的结果。”Foote说实验数据清楚地显示出抗体产生这些反应性化合物。但是他提醒说至于它们是通过氧化，或者说燃烧，水分子来制造这些化合物的则没有这么肯定。但是他也赞成地说：“除此，我也没有更好的解释了。”

化学物质，尤其是致死性化学物质，一直不被认为是抗体武器库的成分。加州La Jolla的Scripps研究所所长，负责这项研究的化学家Richard Lerner说：“在过去的100年里，化学家们一直认同一种理论，就是抗体不会做任何事情。杀伤性的工作留给其它成员来完成。现在看起来似乎抗体也承担了杀伤性工作，或者至少是参与了这项工作。”

Lerner，Scripps研究所的化学家Paul Wentworth和同事们发现抗体这些以前没认识到的功能很大程度上得于偶然。在研究抗体发挥催化剂功能的最佳点时，他们发现抗体产生化学反应物——过氧化氢（H₂O₂）。Lerner说：“起初我们认为这是实验的特殊情况。”然后他们又对100种其它抗体进行了实验，得到了相同的结果。该研究组去年在Proceedings of the National Academy of Sciences上发表了这令人困惑的发现，但是仍然没有发现是什么产生了H₂O₂。

一个主要的问题是，产生H₂O₂的能量来自哪里呢？Lerner说，最初研究者们认为化学反应通过燃烧蛋白自身产生能量，但是他们发现产生的H₂O₂量远远大于蛋白燃烧产生的H₂O₂。然后他们偶然产生了这样的观点：反应所需的大部分能量可能来自于单线态氧，这是一种高能，具有高度反应性的O₂形式，当一定能量，如紫外（UV）光打断水分子内的化学键，并提供给氧能量时产生。单线态氧然后可以与更多的水分子反应产生H₂O₂。Lerner的研究组用氧同位素标记水分子，证实H₂O₂中的氧的确来自于水分子，这为单线态氧可以作为反应的燃料提供了证据。

然而反应要发生，还需要从其它什么地方提供额外的电子。因此Scripps的研究组开始寻找电子的来源。经过一系列实验排除了溶液中离子的可能性，Scripps的研究人员与加州理工大学的反应模型专家William Goddard III和他学生Xin Xu进行了合作。他们提出一个水分子可以与一个单线态氧结合产生高反应性的化合物，H₂O₃，它最终反应得到H₂O₂（见图）。

然而由于存在能障，水分子和单线态氧之间的初反应可能不会自动发生。但是Xu和Goddard计算出，如果反应是以至少两个水分子开始的话，那么其中一个可以发挥催化剂的作用，推动反应的发生。 精确地安排水分子和单线态氧之间排列在一起并不容易。但是可能抗体在其中发挥了作用，从而可以让反应发生。为了找到原因，Wentworth和Lerner获得了Scripps的X光晶体结构学专家Ian Wilson的帮助。

使用高分辨率的X光技术，Wilson得到了四个不同抗体的三维原子结构图。对所有抗体共同的区域进行仔细研究后，Wilson的研究组发现了三个紧邻的位点可以结合氧分子，以及临近可以在合适位置抓住水分子的位点。抗体还在附近拥有一个酪氨酸，这是一个吸收UV光质子以产生单线态氧的可能位点。

尽管Foote同意这些证据表明抗体促进水分子和单线态氧之间反应的发生，但是他还不能肯定反应发生的具体情况。他说一个问题是UV光——假设的产生单线态氧所需的能量来源——被皮肤的表层所吸收，不能传透血管，而抗体则在血管中完成其大部分的工作。但是，他说这个观点还是很让人感兴趣的，并且值得继续进行研究。

在最后进行的一系列实验中，Wentworth，Lerner和他们的合作者们发现由抗体产生的毒性化合物可以杀死细菌，而不需要巨噬细胞之类的免疫细胞参与。Wentworth怀疑这些毒性物质在现在的免疫防御中发挥了重要的作用。但是他说，在以前的生物中，产生这些有毒物质的能力可能提供了一种重要的进化优越性——生存下来的后代继承了这种能力。

——摘译自Science Volume 293, Number 5536, Issue of 7 Sep 2001, p. 1749.