史蒂文斯教授和許多年輕科學(xué)家一樣，曾經(jīng)擔(dān)心自己的研究隨時可能會失敗。但她并沒有因此選擇那些安全度高的小項目，而是毅然選擇了雄心勃勃的大項目。幾年前，史蒂文斯在斯坦福大學(xué)博士后期間，關(guān)于大腦和免疫系統(tǒng)相互作用的研究奠定了后來的研究方向，這一相互作用能決定正常大腦發(fā)育和大腦疾病的發(fā)病基礎(chǔ)。不過，現(xiàn)在這種研究的真正意義仍然難以預(yù)測。

史蒂文斯在斯坦福大學(xué)讀博士后的導(dǎo)師是本巴爾教授，她和巴爾教授猜想小膠質(zhì)細(xì)胞通過補體通路修剪神經(jīng)突觸，是神經(jīng)組織正常發(fā)育的基礎(chǔ)。這種修剪過度或不足會導(dǎo)致突觸數(shù)量不正常，引起神經(jīng)發(fā)育異常或神經(jīng)退行性疾病。此后史蒂文斯斯的新發(fā)現(xiàn)接踵而至，補體修剪突觸的故事細(xì)節(jié)也越來越清晰。2016年，她在《科學(xué)》和《自然》雜志上連續(xù)發(fā)表多篇重量級研究論文，都是關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞補體通路和神經(jīng)系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究，如和舞蹈癥、老年性癡呆和西尼羅河病毒感染認(rèn)知功能障礙關(guān)系。雖然有科學(xué)家認(rèn)為她的這些研究不可能立刻轉(zhuǎn)化為治療方法，但補體滅活抗體治療青光眼等神經(jīng)退行性疾病的臨床試驗2017年就有望開展。

金色卷發(fā)喜歡運動的史蒂文斯，擁有一雙純粹藍(lán)色的眼睛，犀利地能把玻璃杯從桌子上瞪下去。杜克大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Cagla Eroglu曾經(jīng)和史蒂文斯一起在斯坦福大學(xué)做博士后，對她的印象十分深刻。

史蒂文斯在波士頓兒童醫(yī)院的實驗室有14個博士后、研究生和技術(shù)員，正在開展多個研究課題。一個是正在尋找啟動補體系統(tǒng)的分子，另一個是對小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行在體觀察，還有一個研究為什么一些類型的突觸比其它類型更容易被修剪。加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)家Eric Huang說，史蒂文斯這種多方向交叉策略不僅能保持更多產(chǎn)出，也方便尋找到更多新研究方向。

一、生物學(xué)老師是科學(xué)引路人

1971年出生的史蒂文斯家鄉(xiāng)在麻省小城布羅克頓，爸爸是一個公共學(xué)校校長，媽媽是小學(xué)教師，父母的朋友多數(shù)都是教師。史蒂文斯小學(xué)和初中階段對科學(xué)并沒有興趣，高中快畢業(yè)時，她的生物學(xué)老師講自己在臨床微生物學(xué)實驗室的一些有趣故事，才開始讓她對科學(xué)產(chǎn)生了興趣。追隨生物老師為榜樣，她到西北大學(xué)醫(yī)院找到一份兼職工作。根據(jù)她的回憶，在這里她最出彩的一次工作是幫助尋找一例食物中毒的病原菌來源，她確定是來自一根污染了李斯特菌的香腸。史蒂文斯原希望能成為內(nèi)科醫(yī)生，但是她慢慢意識到自己對基礎(chǔ)科研更有興趣，她希望弄清楚疾病的發(fā)生機理。

二、學(xué)術(shù)人生，從技術(shù)員啟航

1993年，史蒂文斯大學(xué)畢業(yè)，根據(jù)她的愛好，大學(xué)里教授建議她到NIH積累更多研究經(jīng)驗。正好她的新婚丈夫在華盛頓特區(qū)獲得一份工作，她決定到附近馬里蘭NIH找工作。沒有到互聯(lián)網(wǎng)的時代，她每周都去看工作海報，廣泛投遞簡歷，幾個月后終于等到一個工作機會。兒童健康和人類發(fā)育研究所著名神經(jīng)科學(xué)家道格拉斯-菲爾茲給史蒂文斯打電話，給了她一個技術(shù)員工作機會。雖然她當(dāng)時還是一個菜鳥，但勤奮努力使她很快成為實驗室的管理員。

菲爾茲教授的研究興趣是神經(jīng)活動對基因表達(dá)的影響，其中一種基因是粘附蛋白L1，這種分子能幫助少突膠質(zhì)細(xì)胞包繞神經(jīng)軸突形成髓鞘。史蒂文斯的任務(wù)就是在細(xì)胞培養(yǎng)皿中重建軸突形成髓鞘的過程，最終她獲得成功。菲爾茲教授把史蒂文斯列為2000年《科學(xué)》論文的共同作者，這是對一名技術(shù)員的崇高嘉獎。這一經(jīng)歷也讓史蒂文斯對膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生了濃厚興趣，長期以來膠質(zhì)細(xì)胞被科學(xué)家認(rèn)為是管家細(xì)胞，給神經(jīng)元提供營養(yǎng)，協(xié)助緩沖和清除神經(jīng)興奮釋放的離子和神經(jīng)遞質(zhì)。

史蒂文斯在菲爾茲實驗室工作同時攻讀了馬里蘭大學(xué)神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位，博士畢業(yè)后返回菲爾茲教授實驗室繼續(xù)全職工作。此時史蒂文斯引起時任國家神經(jīng)疾病和中風(fēng)研究所所長斯托里·蘭迪斯的注意。蘭迪斯告訴史蒂文斯，應(yīng)該繼續(xù)努力成為一個獨立的科學(xué)家，如果她希望去某個實驗室做博士后，他愿意幫助推薦。

三、巴爾教授，名師出高徒

   斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)本巴爾教授是世界頂級膠質(zhì)細(xì)胞研究學(xué)者，他邀請史蒂文斯加盟實驗室，史蒂文斯無法拒絕，因為這里是她成就科學(xué)事業(yè)最理想的去處。激勵他人積極工作的方法有多種，愛能激發(fā)創(chuàng)造力，恐懼能驅(qū)動努力，工作本身也能產(chǎn)生動力。巴爾教授的手段是給手下提供充足的資源，及時合理的建議和正確的科研方向，并放手讓大家自己去拼搏。巴爾教授說，史蒂文斯有很好的科學(xué)天賦，她總是工作到深夜，似乎沒有假期周末的概念，她也善于活躍實驗室生活氣氛，給每個人組織生日集會。Eroglu說 ，有些人喜歡科學(xué)是因為享受挑戰(zhàn)，他們樂于享受科學(xué)帶來的痛苦。但是史蒂文斯不一樣，她是享受科學(xué)的快樂。

巴爾教授長期研究星形膠質(zhì)細(xì)胞，這種大腦內(nèi)的細(xì)胞能分泌影響神經(jīng)元生長的化學(xué)分子。巴爾教授的博士后Karen Christopherson發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的另外一種重要功能。就是這種細(xì)胞能誘導(dǎo)神經(jīng)元大量釋放一種補體分子C1q，補體是存在于正常人和動物血清與組織液中的一組經(jīng)活化后具有酶活性的蛋白質(zhì)，可輔助和補充特異性抗體，介導(dǎo)免疫溶菌、溶血作用，故稱為補體。補體是由30余種可溶性蛋白、膜結(jié)合性蛋白和補體受體組成的多分子系統(tǒng)。

補體的典型作用是標(biāo)記抗原和受損傷的細(xì)胞，讓免疫系統(tǒng)巨噬細(xì)胞能識別這些分子和細(xì)胞為垃圾成分。Christopherson的發(fā)現(xiàn)讓巴爾教授和史蒂文斯提出，補體也許在大腦發(fā)育過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，標(biāo)記一些新產(chǎn)生的多余突觸，修剪多余突觸，保留有功能突觸，形成更理想的聯(lián)系。如果補體C1q能發(fā)揮這種作用，缺乏這種蛋白的動物會出現(xiàn)神經(jīng)發(fā)育異常。巴爾教授和史蒂文斯拿到C1q基因缺乏小鼠，對大腦深部的視覺丘腦進(jìn)行觀察。剛出生動物睜開眼睛前，視覺丘腦神經(jīng)元會出現(xiàn)大規(guī)模的突觸修剪，結(jié)果是留下一個整齊有序的系統(tǒng)，大多數(shù)細(xì)胞只接收來自左或右眼的輸入信號。缺乏C1q的動物雖然沒有出現(xiàn)明顯的視覺異常，但是他們發(fā)現(xiàn)外側(cè)膝狀體核存在更多神經(jīng)突觸聯(lián)系，這說明C1q是突觸精準(zhǔn)化調(diào)節(jié)的必要因素。這種蛋白在健康成年小鼠大腦內(nèi)不存在說明它們只在大腦發(fā)育過程發(fā)揮作用。在一種青光眼小鼠模型中，這種疾病視網(wǎng)膜神經(jīng)元會受損破壞。史蒂文斯研究發(fā)現(xiàn)動物眼睛內(nèi)C1q水平比健康動物高許多。這一發(fā)現(xiàn)2007年在《細(xì)胞》發(fā)表，這是補體對大腦發(fā)育和功能作用的奠基性研究。

巴爾教授和史蒂文斯聯(lián)合斯坦福大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家David Prince研究證明，缺乏C1q的動物大腦皮層神經(jīng)連接更多，但容易發(fā)生癲癇，存在記憶力差等認(rèn)知功能缺陷。史蒂文斯等對出生后小鼠大腦內(nèi)的變化進(jìn)行研究，史蒂文斯的博士后Axel Nimmerjahn采用一個顱骨窗口記錄腦組織細(xì)胞的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞是發(fā)生最明顯改變的細(xì)胞。這些小膠質(zhì)細(xì)胞繼續(xù)保持突起的延伸或收縮等激活特征。史蒂文斯從沒有看到其它細(xì)胞如此有目的地運動。雖然她本來更喜歡星形膠質(zhì)細(xì)胞，但星形細(xì)胞沒有出現(xiàn)這種動作。

許多學(xué)者過去所以不重視小膠質(zhì)細(xì)胞，是因為在神經(jīng)發(fā)育過程中小膠質(zhì)細(xì)胞最后階段進(jìn)入大腦。后來，紐約西奈山醫(yī)學(xué)院Miriam Merad證明小膠質(zhì)細(xì)胞在胚胎很早就進(jìn)入大腦。小膠質(zhì)細(xì)胞也是腦內(nèi)唯一表達(dá)C3受體的細(xì)胞，早期進(jìn)入大腦也支持這些細(xì)胞在協(xié)助突觸發(fā)育的重要地位。這些研究都說明，小膠質(zhì)細(xì)胞對突觸等發(fā)育過程能發(fā)揮重要作用。

四、抱定方向，初創(chuàng)輝煌

在巴爾教授實驗室完成博士后訓(xùn)練后，史蒂文斯從波士頓兒童醫(yī)院獲得教職，她致力于對小膠質(zhì)細(xì)胞修剪突觸的細(xì)節(jié)研究。科研獨立后遇到的第一個挑戰(zhàn)，是建立一種檢測方法，確定活體大腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞能吞噬突觸碎片。史蒂文斯的第一個博士后是多麗謝弗，她利用巴爾教授和史蒂文斯過去研究外側(cè)膝狀體核使用的動物，這種動物來自一個眼睛的神經(jīng)突觸為紅色，來自另一個眼睛的神經(jīng)突觸為藍(lán)色，新的動物少突膠質(zhì)細(xì)胞為綠色。研究就是在綠色小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)看到紅色或藍(lán)色細(xì)胞碎片。在一個周六下午，第一個結(jié)果終于被捕捉到。

科學(xué)家早就知道，神經(jīng)活動能強化突觸聯(lián)系，神經(jīng)活動減少能弱化神經(jīng)突觸。史蒂文斯等預(yù)測，當(dāng)神經(jīng)突觸聯(lián)系減少后，小膠質(zhì)細(xì)胞會遠(yuǎn)離突觸部位。為驗證假說，謝弗用藥物來激活或抑制小鼠一只眼睛的神經(jīng)活動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)神經(jīng)活動被抑制后，大量突觸被小膠質(zhì)細(xì)胞修剪。采用小膠質(zhì)細(xì)胞補體受體缺乏的動物，發(fā)現(xiàn)抑制神經(jīng)元活動不能減少突觸數(shù)量，這種變化和C1q基因敲除的結(jié)果類似。史蒂文斯和謝弗正準(zhǔn)備投稿時，競爭對手德國海德堡的歐洲分子生物學(xué)實驗室科尼利厄斯格羅斯小組在《科學(xué)》發(fā)表了類似研究論文。格羅斯研究也證明了小膠質(zhì)細(xì)胞在海馬神經(jīng)突觸修剪中的關(guān)鍵作用，他們關(guān)注另外一個免疫相關(guān)分子fractalkine，這一研究將小膠質(zhì)細(xì)胞從旁觀者推向大腦發(fā)育的執(zhí)行者地位。缺乏這種蛋白受體的小鼠，神經(jīng)元突觸連接成熟延遲。但是格羅斯教授小組并沒有提供突觸修剪的分子機制。史蒂文斯和謝弗很快在《神經(jīng)元》發(fā)表了補體與突觸修剪作用的研究結(jié)果。但格羅斯教授用挑釁的語氣說，經(jīng)典補體系統(tǒng)參與抗原和死亡細(xì)胞的處理，這是不言而喻的結(jié)果。

其實到今天仍然沒有人明確證明小膠質(zhì)細(xì)胞能在活體動物大腦內(nèi)吞噬突觸，所有研究都屬于間接證據(jù)。從前后照片的對比可以看出小膠質(zhì)細(xì)胞在突觸周圍游動并吞噬突觸碎片。這些圖片結(jié)果不能區(qū)分是小膠質(zhì)細(xì)胞偶然吞噬死亡神經(jīng)元碎片，還是主動修剪多余的神經(jīng)突觸�，F(xiàn)在已經(jīng)是麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授謝弗博士認(rèn)為，她將找到確認(rèn)小膠質(zhì)細(xì)胞修剪神經(jīng)突觸過程的研究方法。謝弗博士現(xiàn)在研究小鼠桶狀皮層，這個部位是動物胡須的投射腦區(qū)。每個胡須都可以精確識別到腦區(qū)，這樣給捕捉小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬突觸的過程增加了機會。

五、從生理到病理，科研產(chǎn)業(yè)兩不誤

在早期發(fā)育過程中，補體C1q神經(jīng)元突觸適當(dāng)形成的必要性已經(jīng)被廣泛接受。 現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，補體C1q與神經(jīng)突觸的關(guān)系在生命晚期同樣發(fā)揮重要作用。巴爾教授曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類老年階段，大腦組織內(nèi)C1q水平會增加300倍。史蒂文斯等研究隨后證明，阻斷補體活性能避免老年動物認(rèn)知功能和記憶力下降。

人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病也存在補體介導(dǎo)突觸丟失過程。2016年1月，哈佛大學(xué)和MIT遺傳學(xué)家史提芬麥卡羅報道，C1q蛋白的下游分子補體C4A基因可能是神經(jīng)突觸丟失和腦組織變薄的關(guān)鍵，是精神分裂癥的特征改變。對64000人的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥患者有一種版本的C4A基因表達(dá)活躍，史蒂文斯和麥卡羅與哈佛大學(xué)邁克爾•卡羅爾聯(lián)合，采用小鼠C4A基因敲除小鼠，證明動物出生后突觸修剪減少，研究結(jié)果發(fā)表在《自然》。格羅斯教授等認(rèn)為，解釋精神分裂癥機制的這一研究是該領(lǐng)域的重要進(jìn)展。

2016年2月，史蒂文斯在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文證明，小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活是老年性癡呆早期神經(jīng)突觸丟失的原因。在幾種能產(chǎn)生淀粉樣蛋白小鼠，腦內(nèi)補體C1q水平和小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量明顯增加，這引起神經(jīng)突觸被過度修剪，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。這些特征和人類老年性癡呆癥狀出現(xiàn)在淀粉樣沉淀形成前的表現(xiàn)一致。最近，史蒂文斯又和華盛頓大學(xué)羅賓·克萊因合作在《自然》發(fā)表論文，證明補體系統(tǒng)在西尼羅河病毒感染恢復(fù)過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞大量吞噬突觸。這一發(fā)現(xiàn)對理解為什么患者感染病毒后出現(xiàn)長期記憶力下降。

這些關(guān)于補體C1q和神經(jīng)發(fā)育和疾病關(guān)系的研究已經(jīng)引起了醫(yī)藥公司的興趣。2011年，巴爾教授聯(lián)合創(chuàng)辦的南舊金山生物科學(xué)公司Annexon是這一領(lǐng)域的佼佼者，史蒂文斯教授也是該公司的股東。根據(jù)動物試驗結(jié)果，阻斷C1q活性對多種神經(jīng)退行性和自身免疫性疾病有治療作用。Annexon公司已經(jīng)開發(fā)了一些可以結(jié)合和阻斷補體活性的抗體藥物，并計劃2017年開展這些抗體藥物對老年性癡呆、亨廷頓病和青光眼治療的臨床研究。最近發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》論文中，史蒂文斯教授用PET方法定量研究人腦神經(jīng)突觸的數(shù)量。給這種藥物保護(hù)突觸的治療效果評價提供了重要技術(shù)手段。