研究有两种不同的推力：好奇驱动vs老板驱动
【有些人做科学研究是为了好奇，有些人是为了做老板。
好奇心推动的科学研究寄希望于多动脑、辅以勤动手，为科学的发现而激动。
老板制主张多用苦力、多用钱，驱使他人出汗和出钱，为剥削和浪费而享受】
奴隶制的研究老板有些还会公开抨击动脑的科研，以“想法贱”嗤之以鼻
好在历史是科学实践的记录，不是奴隶主单方面口号的笔录。在科学史上，包括实验生物医学历史上，有因为动脑而做出划时代发现的例子。
人类血型的发现不仅是基础研究的中药突破，揭示血型的本质是人对他人的免疫特异性，而且终于解决了输血的屏障而有重大应用意义。
这一突破的研究不仅只需要一个人做实验，而且算起来，如果每天两个小时，也不需要超出一周五天就可以做完，经费也不需要超过今天的十美元。
这就是动脑有时可以带来的好处。
当然有些奴隶制老板的目标不是为了科学发现，而是为了耗费公共的经费、耗费学生的时间，那就另当别论。
人类对于输血有长期的兴趣和探讨。但在实践过程中有很大的问题，经常出现死人的情况。为此，输血曾经被禁止。但总是有人被其可能成功而吸引，不断尝试，都没有定论。
直到1898年，才有科学家意识到输血的本质就是免疫。即使在此基础上，最前沿的优秀免疫学家也没有一举解决输血问题，其中最可惜的是德国科学家Paul Ehrlich。他和同时的多方面研究，已经非常接近设计研究血型的实验，但他不仅没有设计，而且当其他科学家得到结果之后，最初Ehrlich还不能理解，并且公开质疑：为什么一个人的血里面应该含有攻击另外一个人红细胞的物质？谁能够预计两个人的血能够想通、相见，从而相互预防和对付？
发现血型的科学家是奥地利的Karl Landsteiner。他不是研究血液的科学家。他的常规工作是解剖尸体，而且很繁重。
他在跟风实验过程中，突然想起是否不同个体的人之间有差别，从而察觉个体有所不同。这一简单初步发现成为他一篇论文的注脚。论文发表于1900年。
他从此按想法继续实验，用了二十几个人，很快就发现了人类的血型（后来被科学称为ABO血型的体系），成为他1901年划时代的论文。
因为实验简单，用的方法简便，而且从试剂到实验都是其他人已经发明，他很快通过文献就学会，其他人也很容易学会的。
所以，要计算其实验的时间，总共不会超过很多小时。计算其耗材，恐怕今天也不会超过十美元。那时的价格也不可能很贵。
我们今天当然不可能人人都有这么简单的研究，但我们永远应该铭记动脑的重要性。
好奇心的科学家不断问科学问题，老板型的不断想办法找更多的工作人员和更多的经费。即使没有好奇心引起的科学问题，也要强行编织费时费力的其他人的苦差。
以下来自 饶毅《生物学概念与途径》第七章，Landsteiner的研究见红色部分。
7 我与非我
免疫学的发展，不仅带来了对基本原理的理解，在分子水平揭示了美妙的自然规律，而且建立了对生物学研究和医学实践有用的技术体系，改善了人类健康。
免疫与感染密切相关。但免疫不仅是应对外来病原菌，并且处理其他“非我”，参与监控清除自身变异成分（肿瘤、衰老和死亡细胞）。最先投入战斗的是先天性免疫系统（innate immunity或nonspecific immunity）。它在长期进化过程中形成，并具有遗传特性，生来具有的功能免疫，机体依赖此系统对病原感染做出反应和对策。随着生命系统的进化和个体发育出现了获得性免疫 (acquired immunity or specific immunity)，建立专门的特异性免疫系统，在后天获得针对病原体或其他非我的反应。特异的B淋巴细胞和T淋巴细胞分别介导体液免疫和细胞免疫，B淋巴细胞产生抗原相对应的抗体，来达到保护生物体的免疫机制。
免疫学研究源于人类希望抵抗传染病，也与人类对输血的实际需求有关。经过迷信、迷惑、试错等多个阶段，步履艰难、甚至犯过错误，坚持探索的严肃研究者逐渐从现象到本质，到1898年确定：抵抗传染病和输血涉及相同的核心问题同为免疫。
免疫学的核心问题之一是如何区分自我和非我。免疫系统针对非我的监控和处理，而不能对自我进行攻击。
7.1 天花的预防
在两千五百年前，古希腊历史学家Thucydides（公元前460-400）在记录公元前430年流行雅典的瘟疫时，指出患病痊愈者一般不再发病、如果发病一般也不致死。基督教曾把认为第一次就不生病者是无罪者（我们今天知道是天然免疫者），而患病痊愈者当成洗清了罪恶（实际为后天免疫者）。在欧洲所谓中世纪的阶段，阿拉伯世界和伊斯兰地区的科学发展，改变了人类对传染病和免疫的宗教和迷信看法。
天花（variola, small pox）可能有上万年的历史（Riedel，2005）：在公元前一千年前的埃及木乃伊上留有天花的痕迹，中国也在公元前1122年就有天花的记载，欧洲在5世纪到7世纪间开始有天花的记载。天花曾肆虐世界，死亡率高、不死也留下失明或脸上疤痕等后遗症。18世纪欧洲天花感染率非常高，接近全部群居人口，占儿童死亡率的三分之一。
人们很早知道已患过天花的人不会再患天花。在世界上多个地区曾出现用天花病人的少量脓液接种给健康人，使后者获得免疫力。这一方法也有人告诉欧洲，但未获推广。英国驻奥斯曼帝国大使蒙太古夫人（Mary Wortley Montague，1689-1762）于1717年在伊斯坦布尔根据当地流传的方法，请使馆医生Charles Maitland（1668-1748）监督给自己儿子接种少量天花（Downie，1951）。她们回英国后，她请Maitland再给女儿接种，Maitland要求有六个医生在场。成功后，其中一位医生要求给自己的儿子接种。英国还用犯人和孤儿做过接种，有结果让皇后放心后，她再允许给王子接种，这样逐渐传开。接种少量天花既可能有效，也可能导致天花发病。
1774年，英国农民Benjamin Jesty（1737-1816）用挤奶女工的牛痘给自己妻子和两个儿子接种，成功地避免了他们患天花（Pead，2003），但他没用文字记录相应结果发表文章。
图7-1 Jenner
乡村医生Edward Jenner（1749-1823）有相当的科学基础，因1787年确定杜鹃的行为而于1789年入选皇家学会。1796年5月14日，他从挤奶女工Sarah Nelmes手上取得牛痘接种给8岁的男孩James Phipps（1788-1853），六周后接种少量天花，Phipps完全不被感染，证明牛痘诱导免疫的成功。Jenner第一位正式发表文章报道牛痘接种的方法。1798年，Jenner总结了自己接种病例以及通过访问得到的一些回顾性病例，共23例发表专著（Jenner，1798），1799再加例子，到1801年英国有逾六百例（Jenner，1801）。Jenner还区分了真的牛痘和假的牛痘，从假牛痘获得的材料不能有效地引起对天花的免疫，真牛痘才能保证成功地诱发免疫。Jenner称牛痘为Variolae vaccinae（牛的天花），用牛痘接种导致人体对人源天花的免疫就被称为vaccine。虽然Jenner当时有一个错误，认为牛的天花来自马的炎症，但他对牛痘接种的方法做出了不可磨灭的贡献。
图7-2 巴斯德与柯赫
免疫学的发展与微生物学相关。十九世纪，法国化学家巴斯德（Louis Pasteur, 1822-1895）和德国医生柯赫（Robert Koch，1843-1910）为代表的科学家们证明传染病的病原菌学说，建立培养细菌的方法，发现重要的致病菌，发明多种传染病的疫苗（炭疽病和鸡霍乱疫苗等）（Pasteur,1881），推动了免疫学的发展。巴斯德把原来词根为牛的vaccine推广为广义的疫苗（Baxby，1999）。
接种疫苗后，人获得免疫力的原理是什么？巴斯德曾错误地认为是第一次感染过程中细菌耗尽了体内对细菌生长需要的营养成分，所以细菌不能再感染同一个人，该个体从而产生免疫力。
7.2 抗血清的发现
先天免疫的发现归功于俄国科学家Élie Metchnikoff（1845-1916）在俄国和法国进行的研究。Metchnikoff最早在其比较病理学研究中发现吞噬细胞的作用（Metchnikoff，1884，1901,1905; Tauber, 2003）。
体液免疫研究源于德国。1888年，法国细菌学家Emile Roux（1853-1933）和旅法瑞士细菌学家Alexandre Yersin（1863-1943）发现白喉毒素是白喉杆菌致病的原因。1889年柯赫实验室的北里柴三郎（Shibasaburo Kitasato，1853-1931）发现破伤风毒素是破伤风杆菌致病的原因。在毒素研究风靡一时的情况下， 柯赫曾误认为结核菌素（tuberculin）是结核杆菌致病的原因。
图7-3 Behring与北里柴三郎
1890年，柯赫研究所的Emil Adolf Behring（1854-1917）和北里柴三郎发表“动物对白喉和破伤风免疫的机理”一文，报道了白喉毒素的抗毒素和破伤风毒素的抗毒素（Behring and Kitasato，1890），是现代免疫学的开创性工作。Behring和北里证明在不含细胞的血清中有免疫作用的物质：抗毒素。也就是现在生物医学界熟悉的抗体。
Behring主要做白喉、北里做破伤风的抗毒素，他们获得的含抗毒素的血清（抗血清）既能治疗已感染的动物，也能预防健康动物被感染。在Behring和北里之前，除了细胞免疫之外，免疫的原因认为是因为血液有杀菌能力、或动物适应了毒素、或动物在接种后发生了化学变化使其体液和组织不利于微生物生长。Behring用大鼠进行的白喉研究不支持以上解释，而提出免疫后动物的血液可以中和白喉毒素，这一结论在北里的破伤风毒素研究得到进一步支持和推广。
图7-4 抗破伤风实验
Behring和北里报道的破伤风实验既用过破伤风杆菌、也用过破伤风毒素作为免疫原，用低于导致疾病的剂量注射给兔，诱发兔的免疫，被注射后的兔对再感染或破伤风毒素有20倍的抵抗力。从有免疫力的兔的颈动脉获取血，注射给小鼠的腹腔，得到的两只小鼠与未被免疫兔血注射的两只小鼠比较。后者在破伤风杆菌注射后分别于20小时、36小时死亡，而免疫兔血注射过的小鼠健康生存。
如果将免疫的兔血凝结，其上清也就是血清。以免疫的兔血清注射6只小鼠的腹腔，24小时后他们再被破伤风杆菌感染不会生病，而对照小鼠48小时死亡。以上实验显示免疫的血清可以让正常动物对感染的抵抗力增加，有预防作用。他们还将抗血清与可以感染小鼠的破伤风杆菌同时注射进入动物体内，也提高动物的生存，他们认为这是治疗作用。一旦被注射抗血清，无论预防式、还是治疗式，小鼠都可以获得长期免疫。作为对照，非免疫的兔血清，没有这些作用。Behring和北里的实验用的抗血清不仅来源于兔，还用过牛、马和羊。
图7-5 抗血清的预防作用
Behring和北里的文章清晰地表明血清中含有对抗毒素的物质：破伤风免疫后的兔血可以中和破伤风毒素；这一作用存在于无细胞的血清中；将免疫动物的血清转入其他动物可以继续发挥作用；未经免疫的动物不具有消灭破伤风毒素的能力（Behring and Kitasato，1890）。这篇文章开创了体液免疫。
一周后在同一刊物，Behring单独发表了有关动物对白喉免疫力的论文（Behring，1890）,补充他和北里合作发表的破伤风毒素文章。他发现动物的血液也可以产生对白喉毒素的免疫力。Behring单独的这篇文章未用抗血清一词，理解程度不如两人合作的抗破伤风毒素的文章。
当时也在Koch研究所工作的Paul Ehrlich（1854-1915）也研究了抗毒素。Ehrlich发现了两种植物蛋白质（蓖麻毒素（ricin）和相思子毒素（abrin）的抗毒素（Ehrlich，1891b）。他先给鼠低剂量的蓖麻毒素，逐渐增加剂量，前五天没有变化，第六天鼠对蓖麻毒素的耐受力大大提高（蓖麻毒素的致死剂量提高到最初的13倍），其后可以逐渐增加，但不能超过1000倍。主动免疫延续的时间长于6个月。与白喉和破伤风抗毒素一样，产生了抗毒素的动物血液可以输给其他的动物而使其产生被动免疫。被动免疫时间远短于主动免疫，但他没有确定具体时间。同样，他发现相思子毒素可以诱导免疫。两种免疫都是特异的，没有交叉，他提出不同毒素诱导的抗体是不同的。1892年，Ehrlich发表“免疫的遗传和吮乳”一文，揭示新生鼠含母亲来源的抗体，提示抗体可以传过胎盘到达胎儿，而出生后的婴儿还可以通过母乳再得到抗体，婴儿的消化道不同于成人，没有破坏抗体，而可以吸收抗体进血液（Ehrlich，1892）。
图7-6 Ehrlich
因为效率不高、变异较大，Behring的抗白喉血清产量不稳定，用其方法的工厂（Hoechst）难以获得高效价的抗血清。Ehrlich的抗蓖麻毒素抗血清和抗相思子毒素抗血清有较高效价，而且Ehrlich检测方法的定量化较好。在Behring邀请、Koch支持下， Ehrlich于1892年改进抗白喉抗血清和抗破伤风抗血清的生产。1894年Ehrlich等发表了“白喉抗血清的生产和应用”（Ehrlich，Kossel and Wassermann，1894）。他们的改进包括：用山羊（和牛）产生抗体；通过先用低剂量后增加剂量获得高效价抗体；用标准制备的毒素在体外检测抗血清中和毒素的比率，检测抗血清的效价（“免疫单位”）。他们制备的抗血清很稳定，临床治疗效果很好。他们还发现可以用山羊的乳汁获得抗体也有效果。血清含量是乳汁的20倍左右，但一天可获30升乳汁，相当于约1.5升的血。1896年，普鲁士教育部长请Ehrlich建立“血清研究和检测研究所”。Ehrlich费很大精力标准化白喉抗血清的检测方法。Ehrlich首先将毒素和抗毒素的作用视为化分子之间的相互作用（Ehrlich，1885，1897）：一个毒素分子与特定的不可改变量的抗体相结合（Ehrlich， 1897）。Ehrlich称抗血清中起作用的分子为抗体（antikörper，antibody）（Ehrlich，1897）。
对传染病的预防和治疗需求是推动免疫学的一条主线。另一条是对输血的需求。
7.3 输血：愿望和困境
有关血液，人类流传很多不同看法、不乏浮想联翩。所谓血型与性格的关系，长期流传而缺乏证据。所谓放血疗法，历史上常有人推广而缺乏有效性的证据。
十九世纪，人类理解血液由细胞和血清两部分组成。细胞如红细胞、白细胞、血小板。血白细胞有粒细胞（中性、嗜酸性、嗜碱性粒细胞）、淋巴细胞、吞噬细胞、天然杀伤细胞、肥大细胞等多种起防卫机体的作用（Ehrlich，1878；Ehrlich，1891a；Ehrlich and Lazarus,1898）。缺血、或缺乏血液的特定成分可导致人类疾病。血清中含多种分子。
人类从很早开始希望输血、或补充血液中特定成分，但不同时期遇到不同的实际困难。在不懂免疫学之前，输血有很大危险。1901年，ABO血型的发现根本地改变了输血的安全性，在第一次世界大战开始成规模应用，现在全世界几万所医院每年进行数以百万至千万次输血，挽救了无数人的生命。
图7-7 波义尔
一种传说是教皇无辜八世（Pope Innocent VIII, 原名Giovanni Battista Cybo，1432-1492）半昏迷后，医生曾安排他与三位十岁的男孩进行换血，结果四人都去世。1656年，英国建筑家、科学家Christopher Wren（1632-1723）给狗注射过红酒和啤酒（Maluf, 1954），1663年他和Robert Boyle (1627-1691) 给狗进行静脉注射，虽然他们注射的是诸如酒和鸦片，但也奠定了输血的基本技术和流程（Learoyd，2012a）。1665年2月，英国医生Richard Lower（1631-1691）在两只狗之间输血（Lower，1666a，1666b；Maluf, 1954）。1667年6月15日，法国路易十四的御医Jean-Baptise Denys（1643-1704）把12盎司（约340毫升）的羊血输给15岁的男孩，第二例是输给劳工，两人都活下来了。第三例是瑞典男爵Gustaf Bonde（1620-1667），在接受第二次羊血后去世。
图7-8 Lower
当时并不知道血液的功能，一方面氧气尚未发现，另一方面还相信血与性格的关系。1667年11月23日， Lower和Edmund King（1630-1709）在皇家学会将羊血输给Arthur Coga（Lower and King，1667），目的是为了改善其头脑“太热”，所以用温顺动物（绵羊）的血（Maluf，1954）。法国Denys医生用的第四例是经常离家出走的疯子Antoine Mauroy，其主人和妻子先后要求Denys输小牛的血改变他，后来死亡（Maluf，1954）。这些做法以后当然被质疑。
输血的安全性明显有问题，法国、英国、教皇都禁止输血近150年。在不懂血液功能、不懂消毒、不懂免疫的多重无知的情况下，输血必定难以成功。
虽然十八世纪还有各种传闻和不完备的记载，包括Eramus Darwin（1731-1802）曾设计过输血的仪器，但当时非输血的热门时期。不过，十八世纪的科学奠定了输血的基本知识。英国的Joseph Priestley（1733-1804）和法国的Antoine Lavoisier（1743-1794）发现氧气及其功能。此后，人们才理解血液给全身输送氧气的作用。从1242年阿拉伯学者Ibn al-Nafis（1213-1288）到1628年英国的William Harvey（1578-1657），人类终于理解了血液循环、心脏与血流的关系、血流的方向（Harvey，1628）等基本的问题，对此前认为的血液无方向弥散全身等错误观点进行了澄清与修正。
图7-9 Blundell
十九世纪，英国妇产科医生James Blundell（1790-1878）进行了第一次有确切记载的人与人之间输血。鉴于产后出血常常导致死亡的发生，他提出输血可能是有益的解决途径。1818年，他先用动物做实验，让狗放血后，再注射来自其他动物的血液。他证明不同种动物之间输血导致死亡（但在狗的血完全放完后，输入羊血，狗可以恢复好几天之后再死亡）（Blundell，1818）。他也发现血液不能在体外保存太长时间（低于30秒）。他还证明给动物输来源于其自体的血是安全的，而且血液通过他发明的仪器重新回到动物体内是安全的。他实验了输血过程需要防止混入气泡导致的血管阻塞。1818年12月22日，在其他医生要求下，他给一位濒临死亡的胃癌患者输了来自几位志愿者的血，状态有好转后两天还是去世了（Blundell，1819）。1818年至1825年，他试过6例输血，都不成功。1825年，他与Charles Waller (1802-1862)和Edward Doubleday（1799-1882）成功地给产后失血昏迷的妇女进行输血，并挽救她们的生命，其中第一例的血来自患者的丈夫，有些来自医护人员（Doubleday, 1825; Waller, 1825; Dzik, 2018）。他还发明和比较了几种输血仪器（Blundell，1824，1829b）。输血危险性和不确定性仍然很明显。
1869年，德国哥廷根大学生理研究所的医学生Adolf Creite（1847-1921）发表他的观察和实验结果。法国Claude Bernard（1859）发现狗血清注射到兔体内，会导致兔出现血尿。在此基础上，Creite给兔分别注射约8毫升的小牛、猪、狗、羊、猫、鸡、鸭、或山羊血清，发现后5种血清的注射直接引发兔的尿中出现血、生病、死亡。他猜想是血清中所含蛋白质导致兔的血尿。他进一步实验，加热处理血清，出现的蛋白质凝聚物被过滤之后，再注射给兔，就不会有血尿和死亡的发生。因此，他提出血清蛋白质导致接受输血的动物红细胞溶解。体内实验后，他还进行了体外实验，将兔血与其他动物的血清混合，发现红细胞凝集现象。他在体外也观察到了红细胞溶解、但对其重要性不甚明确（Creite，1869；Hughes-Jones and Gardner，2002）。
德国病理学家Emile Ponfick（1844-1913）于1874年向波罗的海医生协会报告：一位34岁妇女死于输羊血，他称病理解剖发现其血含溶解的红细胞。1875年，Ponfick通过羊对狗输血证明羊的红细胞溶解、尿液含血红蛋白（血红蛋白尿），他进一步证明狗的血红蛋白尿来自羊，因为如果只注射羊的血清、而不是全血，狗就不会有血红蛋白尿（Ponfick，1875）。
1875年，德国生理学家Leonard Landois（1837-1902）出版了358页的专著《输血》，总结了1667年至1874年的478例输血。其中129例输动物血给人，原作者号称42例患者有所改善，62例没有改善，25例暂时改善但不可靠。347例人对人输血，150例“改善”，180例不佳，12例不明，3例结果未知，2例在输血过程中去世（Landois，1875；Maluf，1954）。他在体外显微镜研究八种动物血清对其他动物红细胞的作用，观察到一种动物的血清导致另一种动物的红细胞溶血和凝集现象（Landois，1875；Hughes-Jones and Gardner，2002）。
1894年，在Koch研究所工作的Richard Pfeiffer （1858-1945）发现“Pfeiffer现象”：将霍乱弧菌注射到对霍乱有免疫力的豚鼠或兔的腹腔，霍乱弧菌会变形然后溶解；如果将霍乱弧菌与少量对霍乱免疫的抗血清注射到对霍乱没有免疫力动物的腹腔，霍乱弧菌也会被溶解（bacteriolysis）（Pfeiffer，1894）。当时Pfeiffer认为这种现象只能在动物体内发生，而在法国巴斯德研究所的Metchnikoff证明在体外也一样发生（Metchnikoff，1895）。1895年，在Metchnikoff实验室工作的比利时科学家Jules Bordet（1870-1961）发现霍乱弧菌在抗血清作用下出现凝集现象（Bordet，1895）。维也纳大学的Max von Gruber（1853-1927）发现抗血清对霍乱和伤寒杆菌的凝集作用（Gruber and Durham，1896）。
1898年， Bordet在体外观察到一种动物血清一般都能导致另外一种动物的红细胞凝集，例如鸡血清可凝集大鼠和兔的红细胞。异种动物血清也可以溶解红细胞（如兔血清溶解豚鼠红细胞），导致其内含血红蛋白外泄。55oC加热处理血清可以灭活其溶血作用，但不影响其凝集作用。血清对红细胞的溶血和凝集作用，与血清对细菌的作用很像，而且这两种作用依赖的血清内物质对热的敏感也类似，所以Bordet提出血清中影响红细胞的物质与血清中对抗细菌（如霍乱菌）的物质类似。因此，Bordet的研究不仅明确血清对红细胞的两种作用，而且提出血清抗异种动物红细胞的机理类似于血清抗病原菌的机理（Bordet，1898，1899）。
Bordet的概念很快被接受。Ehrlich指出：“很可能溶血的机理与溶菌的机理非常相似。因此溶血的研究就有相当的理论意义”（Ehrlich and Morgenroth，1899）。Ehrlich与Julius Morgenroth（1871-1924）合作研究溶血，在1899年和1900年发表六篇“溶血”的研究论文（如：Ehrlich and Morgenroth，1899，1900a，1900b）。
从古代将输血作为一个特殊问题，到19世纪末科学家终于确定输血问题也是免疫问题。
7.4 血型：突破
因为Creite（1869）发现体外可以观察血清导致红细胞溶解和凝集、Landois（1875）进一步使用体外红细胞凝集和溶解的方法，实质上建立了体外血型检验的方法学。Bordet（1898，1899）提出血清对细菌和红细胞的作用类似而将红细胞的血型分析明确纳入免疫学。
也就是说，十九世纪末，已经出现大部分有关输血的技术和科学基础，但缺一关键进展：血型及其匹配。也就是一种“万事俱备，只欠东风”。
1900和1901年，奥地利维也纳大学病理解剖研究所的Karl Landsteiner（1868-1943）发现了人类的血型。检测血型的方法非常简便而实用。今天我们知道有26种主要血型，至少270种不同红细胞表型，Landsteiner发现了对输血影响最大的ABO血型和Rh血型。
图7-10 Landsteiner
既然之前无人知道血型，Landsteiner不可能是为了发现血型而研究血液，而且他也不是为了输血而研究血型。1900年，他先用动物研究胰蛋白酶抗体的形成，希望通过抗体来研究当时化学不能区分的蛋白质差异，他也研究了牛血清对豚鼠红细胞的沉淀和凝集作用。他用碳酸或硫酸铵沉淀牛血清，将血清分成被碳酸所沉淀出来的球蛋白部分和其他部分。将溶液的氯化钠浓度调到0.6%之后，可以溶解球蛋白。Landsteiner用豚鼠红细胞来比较牛血清的球蛋白部分和非球蛋白部分的凝集作用，发现球蛋白作用强于其他部分。他也比较了球蛋白部分和非球蛋白部分对红细胞的溶解作用，发现两者没有差别。在此过程中，他有其他观察，他加在论文的注脚中：“健康人的血液可以凝集动物的红细胞，而且人的血液也可以凝集其他人的红细胞。不清楚这样现象是否源于个体差异、还是损伤或细菌感染影响。重病人的血清这一现象更明显。这一现象也许与1892年Maragliano发现的血清可以溶解多种疾病患者红细胞的现象有关”（Landsteiner，1900）。
图7-11 Landsteiner的表一
此注脚成为1901年Landsteiner研究的起点（Landsteiner，1901）。Landsteiner首先澄清自己的研究与Maragliano（1892）不同，最大的差别在于Maragliano观察到的溶血在同一个人的体内发生，可能与疾病有关，而Landsteiner发现的红细胞凝集和溶血只在不同个体的人之间发生。按Ehrlich and Morgenroth（1900a）的定义，
Landsteiner指出自己研究的也是同种异体的凝集素和溶血素（isoagglutinins和isolysins）。他用三张表列出了做体外凝集实验的结果，含6位成年男性之间、6位产后女性之间、5位产后女性和6个胎盘的红细胞之间的结果，另外还做了10位成人，其结果与表格显示的一致。
表一可见，St和Landsteiner本人（L）的红细胞不会被其他五位的血清所凝集；Pletsching和Z两位互相不凝集，也不凝集St和L，但凝集Sturli和E；Sturli和E也互相不凝集，不凝集St和L，但凝集Pletsching和Z。也就是说：六位成年男性按红细胞凝集情况可以分成三组。
图7-12 Landsteiner的表二
表二可见，六位产后女性也分成三组：Linsm不与其他五位发生凝集；Seil、Mittelb和Tomsch三位互相不凝集，也不凝集Linsm，但凝集Lust和Graupn；Lust和Graupn也互相不凝集，不凝集Linsm，但凝集Seil、Mittelb和Tomsch。
图7-13 Landsteiner的表三
表三可见，产后女性的血清与胎盘的红细胞在凝集反应中，就不如以上这么简单。Landsteiner提出以前Halban就发现婴儿血清在凝集反应也常常阴性。Josef Halban（1870-1937）是维也纳大学的妇产科医生，他读过1900年Landsteiner文章的注脚后，用产妇和婴儿的血做过凝集实验（Halban，1900）。
Landsteiner提出不考虑胎盘的红细胞结果，可以看到成人血清和红细胞的凝集反应呈三类：A、B、C。他将对其他不起反应的称为C，另外两类为A和B。当时所谓的C型，他后来改称O型。他没有交叉检测六位男性和六位女性，所以并不确切知道男性的三类与女性的三类是否相同。因为他用的人数太少，所以没有发现AB型。
文章结尾指出：“最后，不妨提到这些观察可能协助解释治疗性输血的各种后果”。
Landsteiner（1901）的研究相当简单，但意义重大。基本技术非他发明，他实验设计中应用的均为已有技术，但他有创新性的想法。实验的操作也很简单，不需要实验高手。实验需要的时间也很短，一周做几十人恐怕很容易，一天做几十人也并非难事。说明：在生物学，有时候，想法也比技术、手段、努力要更重要。
当时为什么没有其他人用同样方法研究血型？在他之前，已知不同个体之间输血有问题，在一定程度上等于已经用输血技术从体内角度监测到个体差异，但没有科学家用体外实验检验不同个体来源的血清和红细胞之间的反应。与Landsteiner研究最接近的是回到比利时的Bordet以及德国的Ehrlich和Morgenroth。Bordet在Landsteiner之前已经做了很多体外血清和红细胞的溶解和凝集反应，而Ehrlich和Morgenroth接连发表了六篇体外血清和红细胞的溶解和凝集反应，每一篇都比Landsteiner（1901）的长。Ehrlich和Morgenroth当时集中探寻免疫的规律，特别是“侧链学说”，可能忽视了从实验设计和操作上都更容易解决的血型分析和匹配问题。在知道Landsteiner（1901）结果后，Ehrlich持反对态度：人为什么有个体间的免疫反应？其他人不是病原菌，一个人用不着通过免疫系统对付其他人。这个问题当然不是Landsteiner带来的，因为早就知道人对人输血经常不成功，虽然以前可能有如操作不当、血液保存不妥等多种其他非免疫的原因，但到了1900年，应该可以提出个体间的差异导致的免疫反应是输血困难的原因之一。但是，Ehrlich问题的简化版：为什么一个人在生理上要有机制破坏另一人的红细胞？两个人的血从来不见面，自然界设计这种机理岂非多此一举？这种问题确实不好回答，其答案的提示在Landsteiner的表3（虽然当时他自己也不知道表3的意义）和本章的第6节（免疫耐受），即这个问题需要反过来思考：为什么一个人的免疫系统不攻击他自己，只攻击其他外来物?
1900年Landsteiner的课题并非血清与红细胞的关系，他最初试图用血清来检测蛋白质的特征（包括来自不同动物种属的同一蛋白质的差别）。他在1900年的注脚，燃起了自己的兴趣，很快用简单的实验揭示了血型的规律，而且立即提供了可以用于临床实践的方法。但他那时无论血液学还是免疫学的研究并未达到Bordet、Ehrlich、Morgenroth等的程度。Landsteiner的研究虽然简单，但想法明确。他只研究了二十几个人，结论主要依赖12人。表1的六位成年男性属于三类血型（两位O型、两位A型、两位B型），表2的六位成年女性也属于三类（一位O型、三位A型、两位B型）。这种数据在统计上也不典型。当然他说还做了10位，结果与此类似。应该做几十例、上百例，才能确定大概多少类。因为实验的简便性，只能推测他实验设计有欠缺，而没有花一、两个月的时间做几百例。
7.5 血型：从基础回应用
Landsteiner的样本量太少，只发现了ABO 血型的A、B和O。1902年，他的学生Adriano Sturli（1873-1964）与维也纳大学第二医学诊所的实习医生Alfred von Decastello（1872-1960）合作研究了155人（121位病人、34位常人），他们发现其中4人很特别，他们的血清和红细胞不互相凝集，其中任意一位的血清不凝集其他154人的红细胞，但他们的红细胞被所有这151人的血清所凝集（Decastello and Sturli，1872-1960）。Decastello和Sturli当时把这4人称为没有特别的型（no particular type）。后人将AB血型的发现归功于他们，因为这4位应该是AB血型。他们还发现凝集素不会被疾病所改变，验证了6个月内的新生儿没有血型反应，这样完成了ABO血型的发现。
美国医生Reuben Ottenberg (1882-1959) 从五个家庭的样本注意到同一家的血型相似性更高 (Epstein and Ottenberg，1908)。在德国海德堡实验癌症研究所工作的医生Emil von Dungern（1867-1961）和波兰科学家Ludwig Hirszfeld（1884-1954）分析了来自72个家庭的348人 (一般为两代)，证明血型符合孟德尔遗传规律(von Dungern and Hirszfeld，1910)。von Dungern 和Hirszfeld指出，对血型来说，虽然血清所含抗体很重要，细胞的抗原也很重要。他们提出A和B独立遗传，它们为两个独立遗传的基因、分别有两个等位基因（A和a，B和b），A和B共显性而它们都对O型显性。德国犹太数学家Felix Bernstein（1878-1956）指出ABO血型由一个基因决定，A、B和O是同一个基因的三种等位基因，孩子从父母遗传有六种可能性基因型（A/A，A/O，B/B，B/O，A/B和O/O）和四种表型（A，B，AB，O）（Bernstein，1924）。
按红细胞表达抗原的情况，ABO血型有四类：表达A抗原的红细胞，表达B抗原的红细胞，表达A抗原和B抗原的红细胞，既不表达A、也不表达B的O型红细胞。O型的红细胞不会被其他血型的血清所破坏，AB型的红细胞会被其他三种血型的血清所含的抗A、抗B抗体所识别引起破坏，A型的红细胞会被B型或O型血清所含抗A抗体所识别而引起破坏、但不会被AB或A型血所破坏，B型红细胞会被A型或O型血清所含抗B抗体而引起破坏、但不会被AB或B型血所破坏。
ABO血型的确定，应用意义很大，大于其对基础原理的意义。可以通过事先体外试验匹配血型，大大地提高输血的安全。早期还需要克服医生不用配血型，而直接用需要血液的患者作为检测指标的办法：先给需要血液的患者慢速少量输血，问问其反应，如果可以就多输，不行就停止。这种生物鉴定有一定的作用，但不可靠。在多方推动下，体外配血型成为标准步骤。在有了临床简便可靠的检测血型方法（Ottenberg，1911）、有了用柠檬酸抗凝血的办法（Lewinsohn，1915）而可以在体外长期保持血液之后，血库才成为可能，大规模输血得以推行。
7.6 免疫的“我”对“它”：免疫耐受
区分自我与非我是免疫学的重要问题之一。免疫系统如果不能区分我与它，就会出现紊乱：免疫系统对自己进行攻击，是自身免疫疾病。免疫系统如果不能有效地发现有害的异己，是免疫缺陷，容易感染疾病、罹患癌症。这些异己既包括外界入侵的病原微生物，也包括体内的变化，如癌细胞。
对免疫系统来说，什么是自我? 什么是异己?如何解决这一问题?
英国医生、微生物学家Charles Todd（1869-1957）因为埃及出现每天死上千头牛的牛瘟而于1904年到开罗工作。1910年6月，他在皇家学会宣读论文（Todd and White，1910a），此后发表全文（Todd and White，1910b）。他们的研究是基于Ehrlich and Morgenroth（1900a）用豚鼠做的实验。Todd和White用106头牛的血清和红细胞在体外做研究。发现：与豚鼠一样，每头牛的血清不会对自己的红细胞发生溶血反应，而会溶解一些其他牛的红细胞。但如果事先将一头牛的血清用另外一头牛（A）的红细胞进行共育一小时，然后再检测这种血清，它不再溶A牛（和一些牛）的红细胞，但继续溶解其他一些牛的红细胞。他们称之为“耗竭”（exhaustion）。他们当时着重于牛的个体识别，而实际上，给后面实验埋下了伏笔。
1916年，芝加哥大学的Frank Lillie（1870-1941）发现双生子在胚胎期有血液连通。如果双生子一雄、一雌，雌性出生长大后会出现不育现象，因为胎儿期间血液连通导致雄性的雄激素由血液进入雌性胎儿，后者受雄激素影响，以后不能生育，这种母牛称为freemartin，造成农民的损失，如果早期发现，可以不养大这种以后不能生育的牛。
Lillie对这一现象的解释，引起农民的孩子Ray Owen（1915-2014）读研究生之后进行了实验：如果双生的牛在胚胎时期血液连通，那么对免疫是否有影响。1945年，在美国威斯康辛大学的Owen发表了80对牛双生子的血液抗原性的研究结果。他检测了80对双生牛的四十多种血液抗原，发现大部分双生牛的血液抗原完全一样（Owen，1945）。他推测不可能是因为它们都是基因几乎完全相同的同卵双生，因为：1）已知牛双生子同卵双生低于异卵双生的几率；2）双生牛长大后，一只不能完全将自己的抗原传给后代，说明它本身的抗原性并非都是遗传因素造成；3）在罕见的来自不同父亲、同一母亲的两只双生牛的情况下，它们还是抗原完全相同，这不可能是遗传所致；4）Owen发现部分双生牛出生后含两种不同的红细胞。对这些结果的最简单解释是因为胚胎期间血液连通，双生牛有细胞交换，而不仅有Lillie提出的激素（分子）交换。交换的细胞可能有红细胞的胚胎前体细胞，这些细胞混入动物的血液发生系统后，可以在一生中不断产生新的红细胞。
Owen提出其研究的一个应用：可以在早期通过检测血型抗原性知道双生牛是否有血液连通，如果有连通，其抗原就会完全一样，是freemartin而不用继续养。如果不一样则说明它们胎儿期间无连同血液，这种小母牛可以继续养。这种早期诊断freemartins的方法，可以为农民节省资源。Owen回馈了类似自己父母的众多农民。
Owen再观察到一对牛生的5胞胎，它们分别来自五个受精卵，但检测其血型14种抗原，发现完全一样，而且它们都拥有父母分别拥有的抗原（Owen et al., 1946）。Davis加州大学的研究者在羊也观察到类似的结果（Stormont, Weir and Lane，1953）。
注意Owen研究的科学家不多。澳大利亚的科学家提出：Owen的实验的重要意义在于，胚胎期间种植的外源细胞可以被宿主永远耐受（Burnet and Fenner，1949）。
澳大利亚免疫学家Frank Macfarlane Burnet（1899-1985）长期在位于墨尔本的Walter and Eliza Hall医学研究所工作。在总结Owen研究的意义时（Burnet and Fenner，1949），他们还回顾了多个相关研究结果：大鼠肉瘤种植到成年鸡引起免疫反应，而种植到鸡胚不引起免疫反应（Murphy，1913）；白喉类毒素注射到鸡胚不引起免疫反应（Grasset，1929）；在兔（Baumgartner，1937）和鸡（Wolfe and Dilks，1948）都呈现越年幼的动物其免疫反应越低；接种到12天鸡胚的流感病毒，在第14天小鸡检测不到抗体，而在成年鸡接种可以引起抗体反应（Burnet，1941）。
我们还记得：Landsteiner文章表3胎盘的红细胞血型就不容易定，他当时决定搁置不考虑胎盘结果（Landsteiner，1901）。而这也是动物年龄与免疫反应关系。
南非出生的英国生物学家Peter Medawar （1915-1987）和他的同事在研究双生牛的皮肤时发现，如果进行皮肤移植，不仅同卵双生的牛之间没有排斥反应，异卵双生的牛（即使其性别不同）之间皮肤移植也没有排斥反应，而兄弟姐妹之间皮肤移植有排斥反应（Anderson et al., 1951；Billingham et al.，1952）。Medawar等认为这与Owen的发现一致。他们认为不太可能是移植物的抗原变化而适应宿主，推测是宿主成年产生抗体的免疫系统对胚胎期见过的抗原不再反应。为此，他们进一步实验，发现“主动获得性免疫耐受”。他们较为详细地叙述其中一个实验（Billingham，Brent，Medawar，1953）。将来自一种小鼠（A）睾丸、肾脏、脾脏等器官组织的成年细胞注射到另一种（CBA）孕鼠的胚胎，5只幼鼠出生8周后，将A皮肤移植到CBA鼠，再等11天后，2只小鼠排斥移植皮肤，而三只小鼠对A的皮肤类似其对自体皮肤的移植，完全成功地接受了移植的皮肤。50天后再移植A的皮肤，也完全没有免疫排斥。第77和101天，研究者从对A有强烈免疫性的CBA小鼠取得淋巴结，腹腔注射入胚胎期间接受过A皮肤移植的小鼠，移植的皮肤两三天内就脱落。接受过移植的CBA小鼠产生的后代对A皮肤仍然排斥。这一实验说明，移植皮肤的抗原性并未消失，也并非因胚胎期间注射的A细胞长期存活，在成年后竞争抗体。免疫耐受不能遗传给后代。
图7-14 Medawar
他们还有其他实验表明，主动获得性免疫耐受有抗原特异性，胚胎期注射A细胞的CBA鼠，对A的免疫反应降低，但对另一品种（AU）鼠来源的皮肤免疫反应不变。他们给96只出生后的新生小鼠注射外源抗原，难以引起免疫耐受。他们还用鸡做了实验，将11天的Rhode Island Red鸡胚的血细胞注射入同龄的White Leghorn鸡胚，孵出14天后，Rhode Island Red的皮肤移植到White Leghorn的成功率也显著提高（Billingham，Brent，Medawar，1953）。他们后来用了更多种属的动物（包括兔、大鼠和双胞胎的鸡）、样本量和统计实验来证明了主动获得性免疫耐受（Billingham，Brent，Medawar，1956）。Medawar的基本结论，很快被其他研究者证明（Simonsen，1955，1956，1957；Hašek and Hraba，1955）。
1948年，Burnet提出自我标记物假说（self markers），认为个体对自己的细胞不发生免疫反应的原因是每个细胞上都有少数几个自我标记物（Burnet and Fenner，1948），但不清楚自我标记物与胚胎免疫耐受的关系（Burnet and Fenner，1949）。他对自我标记的想法持续到1956年（Burnet，1956）。免疫耐受可以有两种方法发生：要么身体的抗原都被抗体产生机制所识别为自我，要么所有外来抗原都被识别是异物（Burnet，1959）。Medawar的主动获得性免疫耐受实验说明免疫系统不需要识别自我，而只需要在胚胎时期沉默识别自我的免疫机制，出生后新遇到的都是非我抗原。Burnet后来也承认自我标记物理论是半神秘色彩的，并且缺乏吸引力（Burnet，1959）。Burnet在克隆选择学说中提出胚胎期间身体不同组分直接相互作用，导致出生后不产生对身体可接触部分的抗体（Burnet，1957，1959）。
免疫耐受还有更复杂和有趣的机理。宿主可以对移植物有免疫反应，还有移植物对宿主的免疫反应。而主要组织相容性复合物（Major histocampability complex，MHC）的作用更是妙趣横生，但不在本章范围。
7.7结语
哺乳动物产生抗体的主力为B淋巴细胞，在发育早期通过各种机制产生庞大的多样性，在胚胎期间受到“驯化”，凡是胚胎期接触频繁的已有抗原被认为是自身抗原，识别自身抗原的新成熟B细胞在骨髓中被抑制或被诱导死亡，剩下的细胞识别外来（或体内以后异常而产生）的抗原。这是产生免疫耐受的方式之一。
免疫与疾病有双重的密切关系。免疫过低导致罹患感染、增加癌症的可能，免疫过强导致过敏反应和自身免疫性疾病。免疫学研究推动了相关疾病的诊断和治疗。
免疫学研究不仅加深了人类对于免疫学原理的理解，也带来了超出免疫学应用的技术。放射免疫检测（Radioimmunoassay，RIA）（Yalow and Berson，1960）和酶联免疫吸附检测（Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）（Engvall and Perlmann，1971）用于定量检测微量分子。流式细胞检测（flow cytometry）、也称荧光激活细胞分离器（fluorescence-activated cell sorter，FACS）可以根据表面抗原和其他差异化的分子标记而分离多种细胞。免疫学原理和技术有助于理解和治疗非免疫系统的疾病（如癌症的诊断和治疗）。
注1：1901年的诺贝尔生理或医学奖为什么只给了von Behring而不包括北里，讨论的文章如：Kantha（1991）。第七章和第八章涉及的免疫学工作获诺奖的：Emil von Behring（1901）、Élie Metchnikoff（1903）、Paul Ehrlich（1909）、Jules Bordet（1919）、Karl Landsteiner（1930）、Frank Macfarlane Burnet（1960）、Peter Medawar（1960）、Rosalyn Yalow (1977)，Niels Jerne（1984）、Rodney Porter（1972）、Gerald Edelman（1972）、Susumu Tonegawa（1987）。微生物学家科霍（Robert Koch）因其研究病原菌而获奖（1905），分子生物学家Joshua Lederberg因研究细菌的遗传学而获奖（1958），分子生物学家David Baltimore因发现逆转录酶获奖（1975），César Milstein因发明单克隆抗体技术获奖（1984）， Oliver Smithies后来因发明基因敲除技术获奖（2007），本庶佑后来因对肿瘤免疫的贡献获奖（2018）。
注2：英国Richard Lower的输血实验，1666年由他的同学Robert Boyle (1627-1691)提交皇家学会，并有Boyle的提问和建议 (Boyle，1666)。他们都是“牛津实验哲学俱乐部”的成员。
注3：在博士论文中，Ehrlich发现肥大细胞（Ehrlich，1878）。在Charité医院期间，他通过染色发现了中性粒细胞、嗜酸性白细胞、嗜碱性白细胞（Ehrlich，1891a）。他还研究了贫血和白血病，并参与主编《贫血》一书。因为Ehrlich在血液学的科学发现和技术发明，科学史家称其为“血液学之父”（Wintrobe，1985）。
注4：Pfeiffer现象有两方面意义，其二是发现内毒素的起点。他发现加热之后的霍乱弧菌还有毒性，所以提出细菌的细胞被破坏后，释放了对热不敏感的毒素。
注5：Landsteiner当时有沉重的病理解剖任务，1897年至1907年他做过3639次。在这样的情况下，他发表了75篇论文（52篇血液学、12篇细菌学、11篇病理解剖学）。他有多项科学发现，除了血型之外，他于1909年与Erwin Popper医生（1879-1955）发表他们对脊髓灰质炎的研究，他们在1908年11月到12月的实验成功地将脊髓灰质炎从患者儿童引入猴，对发现脊髓灰质炎病毒起了很大作用。脊髓灰质炎不能感染小鼠、豚鼠、或兔子，但可以感染猴，并且发病类似人。Landsteiner的血型研究，始于1900年文章的注脚，其后他经常引用文章的页码是注脚出现的361页，而不是全文的页码。他移民美国后在洛克菲勒医学研究所工作，还发现了Rh血型（Landsteiner and Wiener，1940）。
注6：在Belfanti and Carbone（1898）的基础上，Bordet（1899）和Ehrlich and Morgenroth（1900b）提出了补体（complement）的功能及其机理。Bordet称补体为alexin, Ehrlich曾称补体为addiment。抗体一个位点与红细胞结合，另一位点与补体结合。在本章所涉及的实验中，凝集反应无需补体，溶血反应需要补体。
注7：当时所谓凝集红细胞的凝集素，后来知道一般是IgM，人和鼠的IgM有五个亚基，可结合多个红细胞，从而造成凝集。
注8：英国医生、微生物学家Charles Todd（1869-1957）因为埃及出现每天死上千头牛的牛瘟而于1904年到开罗工作。1910年6月，他在皇家学会宣读论文（Todd and White，1910a），此后发表全文（Todd and White，1910b）。他们的研究基于Ehrlich and Morgenroth（1900a）用豚鼠做的实验。Todd和White用106头牛的血清和红细胞在体外做研究。他们发现：与豚鼠一样，每头牛的血清不会对自己的红细胞发生溶血反应，而会溶解一些其他牛的红细胞。但如果事先将一头牛的血清用另外一头牛（A）的红细胞进行共育一小时，然后再检测这种血清，它不再溶A牛（和一些牛）的红细胞，但继续溶解其他一些牛的红细胞。他们称之为“耗竭”（exhaustion）。他们当时着重于牛的个体识别，而实际也给免疫耐受的理解埋下了伏笔。虽然免疫耐受是在细胞水平--而不是抗体分子水平--的去除。
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