北美温带地区的许多人担心8月的到来，因为豚草（ragweed）的花粉会害得他们打喷嚏、流鼻涕，要用很多面巾纸和抗组胺药。豚草不过是要繁衍生息，我们却不幸成了受害者。一株草每天可以散播一百万粒花粉，大部分集中在早晨6～8点钟，这是这些豚草花的性细胞在微风中找到新家的最佳时机。每平方英里的豚草，在8月可以产生16吨花粉，然而只要百万分之一克就可以诱发一个人的过敏反应。这种惹祸的花粉是一种直径只有20微米的球形颗粒，含有两个活的豚草性细胞，伴有其他蛋白质和营养成分。蛋白之一，叫作Amb a1，只占蛋白总量的6%，却引起了90%的过敏反应活性。它有许多令人倒霉的作用。8月中旬以后，对豚草过敏的人就开始期望冬天赶快来到。冬天一到，豚草死于严寒，它就不再散播花粉了。
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当然，豚草不是唯一的过敏原。别的花粉、霉菌的孢子、动物的皮屑、螨的粪便、多种与皮肤接触的物质，包括某些药物与食物都会引起过敏反应。现代美国人中，大约有四分之一的人对不同的东西过敏。你或者亲戚朋友可能已经咨询过这方面的医生，或者已经做过检查过敏原的皮肤试验。医生给了两条建议：避免与过敏原接触，必要时使用抗组胺药。
让我们来分析一下这两条建议：避免与过敏原接触不难理解，缓解症状是什么意思呢？不妨用治疗传染病的情况来做一类比。用抗组胺药缓解症状，是不是同用扑热息痛治疗发热，让老鼠闻不到猫的气味相似？目前我们知道，过敏反应是一种防御机制，但是我们还不能肯定是否可以抑制它。我们可以肯定的是，过敏反应有防御某些危险的能力，否则，作为过敏反应基础的免疫球蛋白E系统就不会存在。有没有可能，免疫球蛋白E系统曾经对其他物种有用，在人体上只是一个残迹？可能性不大，因为像这样复杂的系统如果自然选择不予以保留，它将很快退化，如果还有危害的话，退化得更快。无论如何，免疫球蛋白E系统肯定是有用的。
这并不是说每一次过敏反应都有用。事实上，从演化的角度考察防御反应，虽然整个系统是一种适应机制，在大多数具体情况下却是有害的。这是“烟雾检测器原理”的一种表现。烟雾检测器是用来警告人们火灾的危险，但是真正有严重危险的情况并不多见。它们年复一年地挂在那里，似乎没有什么用处，或者只是对吸烟或烤面包冒烟报警。虽然有恼火的假警报、安装费用、定期更换电池等种种麻烦，考虑到它能提前对真正的火灾报警，所以还是留了下来。关于这个原理，第14章讨论焦虑时我们还要提到它。
关于过敏反应，医生也许没有同你讨论免疫球蛋白E系统的用处或它的演化过程。如果你问为什么你会对猫或者牡蛎过敏，医生也许这样说：“人们对各种反应原的敏感性差异很大，而你碰巧是对猫特别敏感的人。所以你要避免与猫接触，并用药物抑制它所触发的防御反应。”
关于过敏的学说有两个严重的困难。第一，过敏反应并非只是程度问题。有过敏反应的人对微量的过敏原发生反应，而没有过敏反应的人，在大量接触之后也不发生反应。就这一方面而言，过敏反应与对阳光或者晕动症（晕船、晕车）的过度敏感是完全不同的。第二个困难更严重，过敏反应不是一种本来运行良好的工作系统的走了极端。在现代工业社会，免疫球蛋白E的抗体除了引起过敏反应，几乎什么也没有干。好像我们演化出这么一个特异的免疫球蛋白E系统，只是为了惩罚随意吃浆果、穿上兽皮或者8月呼吸的人。
虽然有这些问题存在，人们还是普遍把过敏反应解释成过度敏感，它的名称也暗示了这一点。1993年《纽约时报》上有一篇关于哮喘的报道，说这是一种过分的免疫反应，未来我们会找到一种药能够“干预哮喘过程”，使“肺不再对过敏原起反应”。这些说法压根就没考虑到，肺（或携带免疫球蛋白E的肺部细胞）可能会识别出一些我们尚不了解的东西。有一本广为流传的免疫学教科书把描述过敏反应的一章叫作“超敏反应”，但对于免疫球蛋白E细胞为何存在没做任何解释。
免疫球蛋白E系统之谜
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一旦发现一个物种或者更大的群体中某些复杂的特性，生物学家首先想知道它的功能是什么。这里的假定是，如果它没有什么重要的功能，就不可能在演化过程中出现并被保存下来。不妨稍微离题讲一个生动的例子：鲨鱼的口鼻部有一个器官，形状如同一个烧瓶，叫作洛伦齐尼瓮（一位文艺复兴时代的解剖学家Lorenzini首次描述了它，因此得名）。这个复杂的构造里含有丰富的神经纤维。三百多年来，人们对它的功能提出过各种猜测，包括调节浮力或者提高声音，但是一直没有定论。尽管如此，从来没有哪位生物学家认为它们只是碰巧“在那里”，不起任何作用。最后，实验证明洛伦齐尼瓮可以检测到微弱的电流刺激，使鲨鱼能发现躲在黑暗中或者埋在沙子里的猎物的肌肉活动。之所以有这个发现，是因为生物学家习惯了“适应主义工作程序”，认定洛伦齐尼瓮一定有功能，哪怕我们暂时没有认识到它。
在讨论免疫球蛋白E系统可能的功能之前，我们想先描述过敏反应的机制。异物进入体内之后，随即被巨噬细胞捕获，后者对异物中的蛋白质处理之后传递给辅助性T细胞，然后再传给B细胞。如果这个B细胞针对异源蛋白产生抗体，它就会受T细胞刺激、分裂并制造这些抗体。多数情况下，B细胞制造的是免疫球蛋白G抗体（Ig G，我们对此比较熟悉），但是对某些抗原，B细胞制造的是免疫球蛋白E（Ig E），一种介导过敏反应的抗体。
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与别的抗体相比，免疫球蛋白E的含量非常少，只占全部抗体的十万分之一。免疫球蛋白E经血液流遍全身，其中只有四千分之一到百分之一的免疫球蛋白E分子附着在嗜碱性细胞（如果它们在血液循环系统）或者肥大细胞（如果它们定位在局部）的细胞膜上。免疫球蛋白E分子附着于这两种细胞之后，可以维持大约6个星期。虽然免疫球蛋白E的含量很少，每个嗜碱性细胞上仍然会有10万～50万个免疫球蛋白E分子；而且，对豚草花粉的一次过敏反应中，大约有10%的免疫球蛋白E对豚草抗原具有特异性。
这些肥大细胞的主要功能是等待着致敏原的再出现，就像浮在港湾等候敌人的鱼雷进犯。当致敏原再出现并与肥大细胞表面上的一两个特异性的免疫球蛋白E分子结合之后，肥大细胞会在8分钟之内排出一份含有10种以上化学物质的混合物。其中有些是酶，攻击附近的细胞；有的激活血小板；有的把别的白细胞吸引过来；还有一些刺激支气管平滑肌收缩，引起哮喘。其中，组胺引起瘙痒，并增加膜的通透性；这些不愉快的作用可以用抗组胺药阻止。虽然许多细节问题还有待探明，这一近因机制的概况早就为人所知，而且，它们在所有哺乳动物中基本一致。
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讲到这里，你可能会想，现在人们一定已经知道免疫球蛋白E的功能了！人们的确做过这方面的努力，但是至今还没有充分可靠的研究得出一个公认的答案。许多审慎的研究人员都知道，这样复杂的系统一定有明确的功能。“这些细胞不会只制造麻烦，而没有生物学价值”，哈佛的斯蒂芬·加利（Stephen Galli）说。他注意到，肥大细胞分布在皮肤和呼吸道的血管附近，把它们放在“寄生虫、病原体、环境中的致敏原与我们的皮肤和黏膜系统最先接触的表面”，但是，加利没有进一步回顾证据以推测该系统可能有哪些功能。有一本关于过敏反应的900页的新版教科书，只有一页提到这个问题。书上指出，“推测免疫球蛋白E系统有几种可能的益处”，包括对微循环的调节或者作为“灵敏的第一线防御”对付“细菌和病毒的入侵”以及攻击寄生虫。结论说，“人群中25%的人因免疫球蛋白E引起了严重的过敏反应，这提示，免疫球蛋白E的存在应当有一种补偿性的益处。”但是，同别的教科书一样，它也没有对过敏反应的适应性意义进行严肃认真的探索。
最流行的一个观点是，免疫球蛋白E系统的功能是与寄生虫做斗争。支持这一观点的证据在于，科学家观察到寄生虫释放的某些物质可以刺激局部产生免疫球蛋白E并引起炎症，这被认为是对抗寄生虫的防御活动。更进一步的证据来自实验大鼠。在这些大鼠感染曼氏血吸虫之后，它们产生了强烈的免疫球蛋白E反应。把这种免疫球蛋白E转移到另外的大鼠，这些大鼠可以抵御感染，而如果阻断了免疫球蛋白E招募新细胞的能力，大鼠将更易受血吸虫的伤害。在感染了血吸虫的人群中，他们中有8%～20%的免疫球蛋白E可以攻击这些寄生虫；制造免疫球蛋白E能力较差的人，患的感染也更严重。
引起肝脏和肾脏衰竭的血吸虫、引起失明的丝虫病等，在引进现代化的卫生设施和控制传染媒介以前，都曾经是严重的问题。如果免疫球蛋白E系统唯一的功能就是攻击寄生虫，那么现在发达国家抑制过敏反应的治疗方法便是正确的，因为其他原因引起的过敏反应都属于适应失调（maladaptive）。但是，支持“免疫球蛋白E系统的功能只是，或者主要是攻击寄生虫”假说的证据并不充分，其中一些证据甚至有点牵强。另外一种可能的假说是，免疫球蛋白E反应是寄生虫为了自身的好处而引发的（增加局部的血液供应）。遗憾的是，这个假说还没有得到充分的研究。
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不过，普罗费最近提出，免疫球蛋白E系统可能是针对毒素的一种后备防御。在第6章里，我们提到过，我们生存的环境中到处都是毒素。吸入的花粉、接触的叶子、吃下去的植物和动物都可能含有毒素。大多数毒素是植物产生出来抵抗寄生虫和其他动物的。
我们有好几套对抗这些毒素的防御机制。首先，我们尽可能地避开它们。我们的呼吸和消化系统的壁上配备有免疫球蛋白A型抗体（Ig A），可以固定毒素，还有除毒酶，可以分解多种化学结构不同的物质。人体分泌的黏液，皮肤、黏膜和吸收表面的构造也起一定的防御性作用。即使毒素可以越过第一道防御线，它们还会遇到肝脏和肾脏分泌的一系列酶的攻击和破坏。但是，因为所有的适应性机制都可能失败，身体还有后备防御系统。普罗费认为，过敏反应就是这种匆忙把毒素驱出体外的后备防御。流泪把它们冲出眼结膜囊；分泌黏粘液、打喷嚏和咳嗽把它们排出呼吸道；呕吐使它们从胃排出；腹泻使它们从胃以下的消化道排出。过敏反应迅速启动，驱赶冒犯我们的东西。这与毒素造成伤害的速度是协调的。假如误食了花园里美丽的毛地黄，哪怕只是一丁点，你也可能在救护车到达之前一命呜呼。这种情况符合普罗费的理论，我们的免疫系统中只有免疫球蛋白E介导的过敏反应能够这样快速地起作用。过敏反应的其他特征也支持她的理论，包括：①能够与组织永久性结合的动物毒液和植物毒素更容易触发过敏反应，②过敏反应中释放的抗凝物质可以中和引起凝血的动物毒液，③某些物质引起的过敏反应看起来没有什么规律。
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说到这里，我们要稍停片刻，想一想我们要回答的问题到底是什么。我们已经指出，第一个问题是：免疫球蛋白E系统的正常功能是什么？第二个问题是：为什么有些人对过敏反应格外易感，而另外一些人不易感？第三个问题是：为什么一个易感者对这种物质却不对别的物质发生过敏反应，比如，为什么是牛奶而不是花粉？第四个问题是：为什么过敏反应的发病率似乎在最近这些年里迅速升高？
遗传性过敏症
对过敏反应特别易感的人据说是患有遗传性过敏症（atopy）。这种过敏症有很强的家族性。普通人群中发生临床性过敏反应的风险是10%，如果父母之一有过敏反应，子女的风险便是25%，如果父母双方都有，则上升到50%。有关的基因还没有彻底查明，不过，11号染色体上的一个显性基因可能起了关键作用。如果我们找到了引起过敏反应的基因，我们还要弄清楚它们为什么会存在。它们是不是像引起镰刀型细胞疾病的基因一样，在某些情况下有特别的好处，或者抵抗某种感染？或者它们在与某些别的基因联合起来的时候有好处？或者它们是脱轨基因，在现代环境之前不会引起疾病？
不过，基因并不是故事的全部。对同卵孪生子的研究表明，一半的双胞胎里表现出截然不同的过敏反应——当一个有过敏反应时，另一个并不发生过敏反应。可见，基因之外的因素也一定很重要。即便是在有遗传性过敏症的家族中，有人对虾过敏，而另一个人对豚草花粉过敏。为什么会这样？为了回答这个问题，我们将考虑两条思路：一个是上面说的防御性适应常常产生一些代价不高的错误，但是可以防止代价更高的错误，即烟雾检测器原理；另一个则是酶学变异现象，这点已经在最近的生物学研究中有所体现。
同一个物种里的不同个体之间，无论是人还是其他动物，可以有很大差异。它们的遗传密码可以有99%的一致性，但是那1%的遗传差异可以使身体结构和化学性质截然不同。相同的那部分基因也可能会编码出不同的蛋白质，因为它们也可能包含了一条程序指令：“如果A，则X；否则，Y”。回头来看，个体之间丰富的差异是经常存在的。只要考虑一下许多物种中雄性和雌性的体型、生殖过程、行为，还有食物、居住地和其他特征的差别之大。这些差异可能是因为睾丸酮水平超过某个阈值之后的基因表达不同。
人类差异的例证之一是药物代谢的不同。不同人体的药物半衰期的差别可以达10倍之多。举例来说，假定你和一位朋友都打了一针奎宁，你需要1小时降解一半的奎宁，而你的朋友只要10分钟。1小时之后，你血液中的药物浓度还有一半，而他已经只有百分之一了。如果酶是胆碱酯酶，而药是一种常用于手术中使肌肉松弛的胆碱酯酶抑制剂，这样的代谢差异可能意味着，别的病人都已经能够起床到处走动的时候，而你仍然瘫痪在那里不能自主呼吸。幸好，麻醉医生对这种个体特异性非常留意。
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如果普罗费的学说是对的，人们可能会针对特别容易伤害他们的那一种毒素发生过敏反应。你看克林顿总统，他对猫过敏。这种过敏反应是不是保护他免受某种危险毒素的危害呢？我们知道，林鹦鹉（pitohui bird）的羽毛有毒，猫似乎不大可能有同样的适应性变化，不过先假定这是可能的。为什么只有克林顿会受害而他的亲属中没人这样？也许只是他继承了某种有缺陷的基因，而这个基因制造的酶对于降解猫的某些毒素很重要。如果他接触猫毛或者吸入某些微粒，该毒素可以进入他的细胞，危害健康，而不是迅速地被这种正常存在的酶破坏掉。幸亏总统先生有肥大细胞和产生免疫球蛋白E的T细胞对这种毒素发生反应，触发防御机制，例如打喷嚏。这也许意味着，他在重要的会谈中只需停下来一会儿，赶紧从口袋里掏出手帕，只要打一个喷嚏，作为一种后备防御，他就可以免于某种大病。你相信这套解释吗？我们不相信，但是我们认为仍然有必要介绍它。因为目前还没有证据证明它是错误的。在我们没有了解免疫球蛋白E系统的功能之前，我们很难区分该系统的功与过。
同样是根据普罗费提出的后备防御学说，我们也可以讲出另外一套故事，针对猫的过敏反应可能是一种毫无价值的麻烦。也许，克林顿对猫的过敏反应是烟雾检测器原理的又一个例证。也许，他在儿童期的一次呼吸道感染中遇到过一种细菌毒素，免疫球蛋白E系统启动并对之做出反应，但在攻击这种毒素的同时，也攻击了无害的“旁观者”（bystander）分子（普罗费提出的名词）。也许，某些无害的猫毛的成分被少数产免疫球蛋白E细胞误认成了制造麻烦的毒素，或者被认为是该毒素存在的可靠信号。免疫细胞对一种异物反应增殖因而数量激增。在第一次遭遇之后，就有了大量的免疫细胞蓄势以待下一次的挑战。你是否倾向于这样的解释？我们是这样的，但是还不敢打包票，因为目前还没有充分的信息足以做出一个明智的判断。
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如果你是总统的医生，你会提出什么建议？你会开出一种药来抑制这种过敏反应吗？答案应当取决于这种过敏反应是不是有用。它是一种对抗危险毒素的有效防御，还是一种假警报？你如何抉择？目前，你没有坚实的基础来做判断。你可能会用抗组胺药去抑制过敏反应，但是，目前也没有足够的针对抗组胺的研究，检测到普罗费的学说中暗示的各类危险。
抑制过敏反应可能会引起若干风险，其中一些颇值得关注。有数据提示，过敏反应可能会保护我们不得癌症。普罗费观察到，22项流行病学研究中有16份表明患过敏反应的人较少发生癌症，表现出过敏反应的组织患癌症的概率更低；有3份报告中没有发现明确的关系；还有3份报告，包括有一份规模较大、设计良好的研究，发现某些过敏反应与某些癌症发生率的增加有关。我们对这些报告怎么看？可以得出结论说过敏反应可以预防某些癌症吗？为时过早。但是，对抑制过敏反应的药物进行长期风险评估事不宜迟。不幸的是，过敏反应的非药物治疗方法往往不便操作或者不怎么有效。花粉热患者很难遵照医生的叮嘱尽可能待在室内、外出时戴口罩，或者在花粉流行的季节休假旅行，更简单的办法是吃一点药。
如果过敏反应的抗毒学说是正确的，那么它就值得医学研究。有一个非常理想的解决方案：找出花粉、猫、海产食物里引起过敏反应的毒素和各种灭活技术。这些毒素也许与激发过敏反应的抗原不一样，我们也许能找到某种化学物质，可以同时灭活毒素和抗原，然后把这种化学物质做成滴鼻剂或者吸入剂用于预防过敏反应。处理产生过敏反应的食物也可以用类似的方法。如果我们知道哪些病人不需要这些过敏反应来补偿某种去毒能力，我们便可以放心地去抑制症状。
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关键在于区分出有用的和无用的过敏反应，否则这种研究无法得出定论。普罗费认为对鸡蛋的过敏反应是一种适应失调；如果这种观点是正确的，那么，它就不可能保护消化道不患癌，而且反复过敏反应引起的炎症甚至有可能增加患癌的危险。不过，对虾的过敏反应，则可能帮助到那些不能解除虾里许多有毒化合物（例如虾吃海洋浮游植物，从中得到了毒素）的人，降低他们患癌症的风险。普罗费的学说为我们预测过敏反应的后果奠定了基础：如果过敏反应适当，它可能防止癌的发生；如果不适当，则可能增加癌的危险。我们应当强调的是，这是一种最新颖的学说，并未得到领域内专家的公认。不过，有一种假说总比没有什么假说好。如赫胥黎所观察到的，清晰的错误比暖昧不明更有可能孕育出真理。
免疫球蛋白E系统的另一个可能功能是抵御体外寄生虫，诸如蜱、恙虫、疥虫、虱、蚤和臭虫。这些体外寄生虫对大多数的现代人来说已经不是问题；但是在人类演化的大部分时间里，它们不但骚扰人，而且传播了许多疾病。拍打、抓搔和互相抓虱子，只有部分效果。当母牛戴上很厚的颈圈不能互相驱赶昆虫时，蜱和虱子的数目便迅速增加，然后免疫系统开始对叮咬做出炎症反应使它们不能吸血。“免疫球蛋白E系统可以预防体外寄生虫”的理论可以解释免疫球蛋白E系统的许多表现，尤其是肥大细胞在身体表面的密集分布，迅速和大规模的反应，对瘙痒的激发等。要把这个理论诉诸检验，我们可以看牛对蜱的免疫反应是否依赖于免疫球蛋白E，并观察携带体外寄生虫的人有何种免疫球蛋白E反应。
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同其他生物性状一样，免疫球蛋白E系统也可能有不止一种功能。上述各种功能的组合和别的解释也可能是正确的。判断一种生物性状的最好办法是观察缺失了这种性状的个体存在什么问题。失明的人的问题是明显的，那些没有肾脏的人的问题也很清楚。但是，许多生物性状的功能是比较微妙的，例如，在交通事故造成脾破裂时，脾脏往往被手术摘除。摘除脾脏的病人并没有明显的功能障碍，但是一旦他们被肺炎球菌感染，就可能因为无法滤掉血液中的感染颗粒而致命。