植物的免疫系统

植物有免疫系统吗？答案似乎应该是肯定的，否则植物该怎么防止自己生病呢？可是，如果我们检查一下植物的身体就会发现，植物的免疫系统肯定跟人有很大区别，因为我们找不到熟悉的免疫器官，比如脾脏、淋巴结和骨髓等等。

如果我们能找到一架显微镜，用它观察一下植物的细胞构成，结果同样令人失望，我们找不到任何一种熟悉的淋巴细胞。如果我们再进一步，用科学仪器分析一下植物的分子构成，就会发现植物的身体里根本没有抗体。由此看来，植物即使有免疫系统，也肯定会和动物的很不一样。

不过，最近这十几年的研究表明，上述结论下得为时过早。植物的免疫系统起码有一点和动物非常相似，那就是“识别非我的机制”。

如果我们必须用一句话给免疫系统下个定义的话，答案一定是“识别非我的机制”。这才是免疫系统最核心的部分，其余的那些花哨的东西，比如抗体的形成或者巨噬细胞消灭敌人的能力，都必须建立在这个机制之上。换句话说，只要生命体能够将敌人辨认出来，剩下的事情就好办了。目前医学界遇到的最难对付的几种疾病，比如艾滋病和自免疫疾病，其根源都出在这一步上。

具体来说，艾滋病为什么这么难治？根本原因就是我们的免疫系统没办法有效地识别出HIV病毒，总是让它钻了空子。为什么自免疫疾病那么难以对付？就是因为我们的免疫系统错误地将自己人当做了敌人，其结果一定是灾难性的。

那么，植物是靠什么来识别非我的呢？答案要从细胞表面受体（Receptor）上去寻找。细胞表面受体是一类横跨细胞膜内外的蛋白质，其露在细胞外面的部分能够和周围环境中的特异性分子相结合，一旦这种结合发生了，留在细胞内的那部分受体分子的三维结构就会发生相应的改变，从而触发一系列化学反应，比如激活防卫细胞前往杀敌。

科学家们早就做出预言，高等生物细胞表面一定存在能够识别非我的受体，但因为实验难度很大，这个领域一直进展缓慢。最先做出突破的是植物界的研究人员，美国著名的霍华德·休斯研究所研究员布鲁斯·布特勒（Bruce Beutler）博士于1995年在水稻中发现了第一个能够识别非我的植物细胞表面受体基因，取名叫做Xa21。此后科学家们又在水稻和拟南芥（一种专门用来做研究的模型植物）中发现了一系列相似的细胞表面受体，其中在拟南芥中发现的FLS2受体非常重要，这是第一个搞清了作用机理的细胞表面受体。研究人员发现这种受体能够特异性地与flg22蛋白质片段相结合，而这个flg22恰好是所有细菌的鞭毛表面都有的一个蛋白质片段。几年之后，Xa21的标靶也找到了，它就是水稻麴霉菌细胞表面的一个蛋白质片段。如果把这两个基因都去掉的话，水稻和拟南芥都会对细菌感染失去抵抗力。

在这项成果的激励下，布特勒博士又在1998年发现了哺乳动物的第一个细胞表面受体基因TLR4。布特勒证明TLR4基因所编码的蛋白质能够特异性地和脂多糖（LPS）相结合，从而触发免疫反应。这个LPS是所有革兰氏阴性细菌表面都具有的一类化学物质，其结构多年来一直没有改变。换句话说，TLR4受体的功能就是在第一时间对环境中的LPS做出反应，并迅速发出警报，因为LPS的出现预示着细菌来袭。

因为这两项伟大发现，布特勒博士当选为美国国家科学院院士。

这两个结果，以及后来的一系列后续实验都说明了一个关键问题，那就是动植物所采用的识别非我的手段从本质上看是一样的。问题在于，动物和植物早在10亿年前就分道扬镳了，两者的亲缘关系已经远得没法更远了。这个现象在进化领域被叫做趋同进化（Convergent Evolution），大意是说，两个在亲缘关系上完全不相干的物种在面对同样的需要时分别进化出了相同的功能或者器官。无论动物还是植物都要面对来自细菌的入侵，它们经过多年的进化，都找到了相同的对付方式，那就是针对细菌表面的某些保守的分子结构，进化出特异性的分子表面受体，作为启动免疫反应的信号弹。

关于植物免疫系统的研究可不光是为了让植物更健康，科学家们相信，人类一定能从植物中学到一些新的防御手段，最终用来对付人类的疾病。■（文 / 袁越） 免疫系统植物