研究發現免疫系統不斷的演化
以色列理工學院（Technion）的研究人員於世界權威性科學雜誌「自然」中發表了對於免疫系統演化的新觀點。研究團隊的發現突顯免疫系統演化出具備模組化與靈活特性。本研究由以色列理工學院Ruth and Bruce Rappaport Faculty of Medicine、以色列Rambam Health Care Campus 和美國Carnegie Mellon University 共同合作。
免疫系統運作相當複雜，其主要功能是保護個體遠離病毒、微生物感染、以及其他有害物質的傷害。免疫系統的中樞乃由不同型態且功能各異的免疫細胞構成，經由細胞共同合作提供生物體必要的保護。免疫系統與多變環境的相互作用，使得免疫系統必須時常改變。驅動生物世界中改變的機制稱之為演化，透過遺傳突變（隨機的遺傳改變）帶來應對環境改變的適應性。然而在天擇的系統之下，並非所有的隨機遺傳改變會對個體帶來益處，即使這些變異確實帶來益處，也不一定能夠保存下來並遺傳到未來的世代。
基因體中免疫系統相關基因的演化速度遠高於其他基因，這種現象特別於哺乳動物與鳥類之中被觀察到，顯現出免疫系統於健康與疾病方面對於環境適應扮演著重要角色。除此之外，免疫系統之演化動態至今尚未深入探討，最主要原由是免疫系統相當複雜，並於個體之間具備高程度的變異。這也是為何傳統對於免疫演化的研究需使用近親繁殖動物使其遺傳背景一致，並於乾淨且無菌環境下飼養的原因。
以色列理工學院的研究人員使用了與人類當中觀察到情形類似的生物，具備不同遺傳背景，卻有相似變異的特殊老鼠模型。使用這種特殊模型，研究人員量測老鼠之間免疫細胞類型的變異，並辨認出控制免疫細胞型態多寡的基因群。許多這類型的免疫調控基因，藉由於同樣細胞類型中表現，調控細胞分裂、遷移與死亡以至於影響整個免疫系統。在這群基因之中，研究人員發現某種細胞型中表現的特殊基因組合，也於其他免疫細胞類型中表現。經由比較60種脊椎動物基因體，橫跨6億年的遺傳時間軸，研究人員認為晚期演化出的生物擁有較豐富的突變，透過多樣性而非傷害，提供更多空間演化出細胞型之間的新互動方式。
Shen-Orr教授與其研究團隊表示：「這項研究其中一項重要的意義是免疫系統演化出新功能的能力在於不同類型細胞的相互作用，而非止於單一細胞內部的相互作用，這有助我們瞭解如何演化出複雜的模組化系統。類似的模組能力以往研究人員僅觀察於基因與蛋白演化出新功能之際，但未於在複雜網路系統中受到研究，例如免疫系統中細胞之間的互動。
進一步對於免疫系統演化的相關研究不僅可闡明免疫反應的設計原則，也對於仿生設計具有貢獻，例如於系統集成方法的工程領域中，類似於功能單元之間的互動。
研究全文請參考：www.nature.com/articles/s41586-024-07661-0
資料來源：
https://www.technion.ac.il/en/2024/06/evolution-of-immunity/
