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「拉手坐起測試」可以得知小孩是自閉症?

林希陶_96
・2014/11/27 ・1623字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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先前新聞報導了這項最新的自閉症的研究。這則新聞主要的重點在於「拉手坐起測試」可以預測個案是否為自閉症。所謂的「拉手坐起測試」(pull-to-sit)是指小孩本來是平躺狀態,接著拉著手臂讓嬰兒坐起來。在這個過程中,若嬰孩的頭一直往後仰,就認為失敗了,代表頭部控制落後,無法完成這個作業,那這個小孩未來是自閉症的機率就大增。相信很多有小嬰兒的家長,已經開始自行檢測起來,並開始煩惱自己的小孩是不是自閉症。

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來源:morgueFile
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來源:morgueFile

對於「拉手坐起測試」我們要先有一個基本認識,這是一個現今已經存在,瞭解嬰兒是否有發展遲緩的一個方式。大約在四個月時,小孩就會發展出這個能力。遇到這樣的新聞報導,個人的第一個反應是,到期刊搜尋引擎上確認是否有這樣的研究。令人欣慰的是,這個只是這兩天發表於國際會議上的一篇口頭報告論文,並未正式刊載於期刊之上。這個只是非常非常初步的研究,完全只是個起頭而已,並非是定論,大家在觀看時要特別小心。

此篇研究的摘要(或說是新聞稿),主要是放在甘迺迪克里格研究中心(Kennedy Krieger Institute)的網頁上。裡面的內容對於此結果有一些基本的概說。這篇文章裡面主要說明了兩個研究,第一個是針對四十個五個半月至十個月有基因風險的小孩(這裡的基因風險是指其兄弟裡面有人已經被診斷為自閉症),經過兩年半至三年的長期追蹤之下,發現三個主要結果:一為百分之九十的小孩被診斷為自閉症者,都出現「拉手坐起測試」失敗。一為百分之五十四的小孩符合社交溝通遲緩之診斷,也出現「拉手坐起測試」失敗。另一為未符合任何診斷的小孩裡面,有百分之三十五的孩子頭部控制也落後。這裡的呈現有一個問題,就是研究者並未列出各種類別之下的個案數,四十個小孩裡面,實際上到底有多少人最後符合診斷,研究者並未明說。這樣的結果太過粗糙,並無法告訴我們此測試對於區辨自閉症個案有什麼具體的協助,因為我們不知道被確診為自閉症者到底有多少人。

第二個研究結果是這樣的。高基因風險的人有百分之七十五出現頭部控制落後;低基因風險的人有百分之三十三出現頭部控制落後。先前的知識已經告訴我們,高基因風險的人,本來就會有六到七成長大之後會符合自閉症的診斷。那有沒有做「拉手坐起測試」,對我們的最終判斷可能並無具體幫助。目前關於自閉症的研究上,確實將焦點放在一歲以前的嬰兒之上,到底有無辦法在六個月或更早以前的時間點,就進行確認診斷,是一個難解之謎。拉手坐起測試並非唯一想做出突破的方法,「相互注意力」(joint attention)的方法也逐漸受到關注,並進行諸多科學研究(所謂的相互注意力,是指成人與嬰兒互動時,可以同時注意同一項物品或事件)。

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現今關於自閉症的流行性研究,已經知道有一部份的小孩,會伴隨肢體不協調的問題。但因研究不一致的關係,肢體動作不協調並未被列入自閉症的正式診斷準則之中。假如要發展一個新的測試方法,來做疾病之分類,最需要注意到的一件事,就是敏感度(Sensitivity)與特異性(Specificity),每一本基礎的教科書都會提到這件事。簡單的說,敏感度就是個案有這個疾病,你做了這個檢查或測試可以正確的將他分到這一個分類上;特異性是指個案沒有這個疾病,你做了這個檢查,可以正確的將他們排除。但目前關於「拉手坐起測試」,並沒有上述所提及的相關統計資料。

許多科學方法真的還在研究當中,無法當成定論看待。對於暫時的研究成果,我們必須抱著嚴肅的心情看待,並逐一檢視其原始資料,才不會引起不必要恐慌,造成巨大、莫名的焦慮。若是家長們可以具備最基礎的科學能力,即可辨識其中的真假虛實,並做出正確的判斷。

Kennedy Krieger Institute的新聞稿

本文轉載自作者部落格暗香浮動月黃昏

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林希陶_96
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作者為臨床心理師,專長為臨床兒童心理病理、臨床兒童心理衡鑑、臨床兒童心理治療與親子教養諮詢。近來因生養雙胞胎,致力於嬰幼兒相關教養研究,並將科學育兒的經驗,集結為《心理師爸爸的心手育嬰筆記》。與許正典醫師合著有《125遊戲,提升孩子專注力》(1)~(6)、《99連連看遊戲,把專心變有趣》、《99迷宮遊戲,把專心變有趣》。並主持FB專頁:林希陶臨床心理師及部落格:暗香浮動月黃昏。

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家長留意!「胎兒小於妊娠年齡」影響生長發展,從出生到成年都會面臨健康問題
careonline_96
・2024/03/05 ・2446字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 林口長庚醫院 兒童內分泌科 邱巧凡醫師/新生兒科 江明洲醫師

兒童內分泌生長門診中很常出現的一個族群是「胎兒小於妊娠年齡」的孩子。

這些小朋友在長大的過程中,相較於正常出生體重的孩子,容易出現身材矮小、性早熟、過重、肥胖,甚至到成人時期罹患代謝症候群與心血管疾病的風險也明顯較高,兒童健康守護者應特別留意。

什麼是「胎兒小於妊娠年齡」

胎兒小於妊娠年齡(small for gestational age, SGA)是指「出生體重低於同樣妊娠週數新生兒第十百分位或低於負二個標準差者」。

如何知道我的孩子是否為「胎兒小於妊娠年齡」

大家可以參考以下圖片對照寶寶出生週數與體重,即可得知寶寶出生體重是否符合該週齡。

舉例來說:一個懷孕 39 週出生的足月寶寶,出生體重只有 1800 公克,屬於「胎兒小於妊娠年齡」。

為什麼會「胎兒小於妊娠年齡」

造成「胎兒小於妊娠年齡」的原因包含:母體因素、胎盤因素與胎兒因素。

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  • 母體因素:如高血壓、子癲前症、營養不良、甲狀腺功能低下、感染、抽菸、吸毒、飲酒、高齡妊娠等。
  • 胎盤因素:如胎盤血管異常(如單一臍動脈、雙胞胎輸血症候群)。
  • 胎兒因素:染色體異常、先天性異常、胎兒感染等。

胎兒小於妊娠年齡」孩子成長過程會面臨哪些健康問題

  • 新生兒時期

約有 1/3「胎兒小於妊娠年齡」寶寶,在新生兒時期因為肝醣儲積不足,脂肪量不足,造成「低血糖」的發生。也容易因為體表面積相對較大,皮下脂肪相對不足,而增加「低體溫」的風險。若早產合併胎兒小於妊娠年齡,也明顯「增加新生兒死亡率」。

  • 嬰兒期

「胎兒小於妊娠年齡」的寶寶往往在出生後 3~6 個月開始出現「追趕生長」,且常常體重追趕得比身長來的快。研究發現,此階段的體重快速增加將大幅提升未來長期肥胖、代謝性症候群與心血管疾病的風險。

  • 兒童時期與青春期

生長

大多數「胎兒小於妊娠年齡」的兒童,可在成長過程發生「追趕生長」。即生長速率可高於同齡同性別之平均值,使生長曲線逐漸邁入正常範圍。將近 90%「胎兒小於妊娠年齡」的兒童可在兩歲前完成「自發性追趕生長」;若「早產」合併「胎兒小於妊娠年齡」,則需要更長時間完成追趕生長,大部分可在四歲前追趕達標。

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然而,仍然有 10% 左右的「胎兒小於妊娠年齡」兒童無法完成自發性追趕生長,造成終生持續身材矮小。此族群目前在美國、歐盟與日本皆已列為「生長激素治療」之適應症族群。此族群透過適當的生長激素治療,除了可改善身高預後,還可改善身體組成(減少脂肪量、增加肌肉量)、改善高膽固醇血症,並提升骨質密度。

青春期發育

大多數「胎兒小於妊娠年齡」的青春期發育時間會落在正常時間:女孩 8~13 歲,男孩 9~14 歲。但平均而言,「胎兒小於妊娠年齡」兒童的青春期還是會早於正常出生體重的兒童(初經比正常出生體重兒童提前 5~6 個月),女孩容易發生「早發性陰毛發育」,青春期的進展速度也較快,但青春期階段的生長速率卻較為緩慢,而這樣「偏早又偏快的青春期,以及偏慢的長高速率」,往往不利於理想成人身高的達成。

神經發展與認知

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大部分「胎兒小於妊娠年齡」兒童的腦部發育是正常的。但在極度早產兒,會增加發展遲緩、認知功能障礙、注意力不足過動症與學習障礙的風險。

  • 成人時期

相較於正常出生體重的兒童,「胎兒小於妊娠年齡」兒童在成人階段有較高的機率罹患中樞型肥胖、脂質異常、胰島素阻抗、葡萄糖代謝異常、高血壓等代謝症候群與心血管疾病,特別是兒童時期高熱量飲食、體重快速增加的肥胖兒童。由此可見「小時候胖」幾乎註定成人以後肥胖的趨勢,甚至助長成人肥胖併發症的發生。

「胎兒小於妊娠年齡」的寶寶,從出生一直到長大成人,都有許多健康議題需要特別關注。建議此族群家長,應格外留意以下幾點:

  1. 「胎兒小於妊娠年齡」的寶寶,於兩歲以前的生長曲線未達標請先不要過度擔心,出生後應密切配合新生兒科醫師或兒科醫師的追蹤安排,留意後續的生長發育狀況。
  2. 若 3~4 歲生長曲線仍明顯落後,請就診兒童內分泌科進一步評估診療。
  3. 應留意是否過早出現第二性徵。若女孩 8 歲前胸部、陰毛發育,10 歲前初經來潮;男孩 9 歲前睪丸長大、陰莖明顯變長變粗、長陰毛,請務必就診兒童內分泌科。
  4. 應避免不當餵食導致過度的體重增加,因為這將大幅提升未來代謝症候群與心血管疾病的風險。

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寶寶耳朵一直有聲音,但寶寶不說——孩子的耳鳴困擾你發現了嗎?
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2023/11/22 ・2785字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 文/蔡宜欣
  • 雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

全球耳鳴的盛行率約 10% 到 20%,最常發生在 40 至 60 歲的成人身上,且該比率有隨著年齡增長上升的趨勢(Kleinjung, 2020; Pinto, 2010)。

然而,整合過去針對兒童及青少年的研究發現,聽力正常的孩子得到耳鳴的比例在 4.7% 至 46% 不等,而聽力損失的孩子得到耳鳴的比例為 23.5% 至 62.2%,大幅高於一般聽力正常者 (Rosing, 2016)。顯然,耳鳴並非成年人的專利,我們的孩子也可能面臨耳鳴的困擾。

只有我聽得到,是「耳鳴」還是「幻聽」?

人們常混淆「耳鳴」與「幻聽」這兩者同樣都是屬於環境中不存在,但卻是自己聽得見聲音的徵狀,然而,其實二者可以從所聽見的聲音是否有所意義加以區隔。

人們常混淆「耳鳴」與「幻聽」這兩者同樣都是屬於環境中不存在,但卻是自己聽得見聲音的徵狀。圖/envato

幻聽(Auditory hallucinations)顧名思義是指出現聽的幻覺,幻聽者認為自己聽到了某種感覺真實存在的聲音,事實上聲音並不存在,而聲音的類型通常為一種或多種有意義的聲音,如:聽見有人在叫自己的名字,但事實上沒人叫我;聽見手機鈴響,但實際上手機並未有來電等。

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部分偶發性幻聽是由於心理壓力所造成,若未實質影響生活品質或許暫時可以忽略。然而,若是因疾病(如:思覺失調症、躁鬱症、感官系統疾病或腦瘤等)而頻繁出現幻聽,則建議進一步就醫治療(新生精神康復會,2016)。

同樣都是聽見並不存在的聲音,耳鳴(Tinnitus)則是指聽到單調且不具意義的聲音,如:一段連續或間斷的「嗡嗡聲」、「逼逼聲」、「嘶嘶聲」、「沙沙聲」等,每個人出現耳鳴的狀況不太一致:時間從短短幾秒鐘至持續不斷,頻率從偶發的一次性至每天數次皆有可能。

揮之不去的耳鳴也可能找上孩子!

有研究指出,耳鳴並非一種疾病,而是屬於多種潛在疾病的症狀(Han et al., 2009),如:中耳炎、耳垢栓塞(impacted cerumen)或噪音暴露等,即很可能是兒少引發耳鳴的原因(Baguley, 2013; Coelho, 2007)。

揮之不去的耳鳴也可能找上孩子,研究顯示發現有耳鳴的兒少比例有 34%。圖/envato

一項針對 1100 位 6 歲至 16 歲的兒童及青少年的研究顯示,僅有 6.5% 的兒少會主動抱怨耳鳴,在進一步詢問之後,發現有耳鳴的兒少比例提升至 34%,這也表示大人可以透過一些問題的引導,能幫助兒少描述出耳鳴的經驗與感受,譬如:

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是否感覺到耳朵裡有噪音?
在什麼情況下會聽見這些噪音?
這些噪音像什麼樣子的聲音?
哪一隻耳朵會聽見聲音?

以及請他們回想耳鳴發生的頻率和持續時間耳鳴帶來的困擾程度等。

兒少之所以很少會主動表明自己有耳鳴,可能是他們已經習慣了長期存在的耳鳴,或者他們本身並不清楚耳鳴是一種症狀;除此之外,也可能是曾經主動提到過他們的耳鳴問題,但這些感受被大人們忽略了。(Savastano, 2002; Savastano, 2007; Savastano, Marioni, & de Filippis, 2009)。

耳鳴最常見的影響包含:焦慮、抑鬱、失眠、認知和專注力下降、語音辨識能力下降、行為或情緒問題等(Han et al., 2009; Kleinjung & Langguth, 2020),耳鳴還可能讓孩子出現煩躁、緊張、語言能力下降、學習或寫作困難等情況(Savastano, Marioni, & de Filippis, 2009),家長可以留意孩子是否會摀住/拍打/拉扯耳朵、注意力不集中,或是說「我的耳朵好吵」、「一直有聲音」等,來傳達他們聽見了不存在的聲音,若發現孩子出現這類情況,宜盡速就醫。

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耳鳴可能會造成注意力不集中、失眠、焦慮等症狀。圖/photo AC

找出原因、及時治療,兒少耳鳴就有機會改善

雖然大部分的人遇到的耳鳴並非永久性,經過休息也可能可以改善,但若耳鳴發生的頻率過高,特別是出現其他併發症,如:頭痛、頭暈,或已經影響到生活時,建議尋求醫生的協助,找出引發耳鳴的原因和合適的改善方式。一般來說,常見的耳鳴改善策略如下(Han et al., 2009):

一、直接降低耳鳴的強度

  1. 藥物治療:服用特定藥物可以降低耳鳴強度或舒緩耳鳴所帶來的不適。
  2. 電抑制(Electrical suppression):對耳蝸進行電刺激以抑制耳鳴。

二、減緩耳鳴所帶來的困擾

  1. 認知及行為治療:運用積極的思維取代消極的思維、將注意力轉移至令人愉快的事物、圖片上等方式面對耳鳴困擾。
  2. 聲音治療:透過撥放自然環境音,如雨聲、瀑布聲進而減緩耳鳴者對於耳鳴的感受。
  3. 配戴助聽器:亦屬於聲音治療。針對聽力損失程度較重者,透過助聽器將環境音、語音放大,藉以將注意力從耳鳴上面轉移。
  4. 音樂治療:模擬出與耳鳴頻率、強度相符,但相位相反的音樂,透過音樂與耳鳴聲波的疊加,進而削弱耳鳴聲,讓耳鳴者達到減敏的效果(Liu et al., 2023)。
  5. 耳鳴再訓練療法/耳鳴減敏療法(Tinnitus Retraining Therapy, TRT):結合聆聽低頻率背景音的生理減敏,及醫生引導正向面對耳鳴的心理減敏達到治療效果。
  6. 頸部、咀嚼肌的按摩與伸展:針對下顎、頸部疾病患者,透過頸部、咀嚼肌的按摩和伸展可以有效改善耳鳴。

雖然耳鳴好發於成年人,但是兒童和青少年也容易因為噪音傷害、中耳炎、耳垢栓塞等引起耳鳴,家長除了多加觀察孩子的反應,也可以透過引導的方式幫助孩子表達聽到異聲的頻率、持續時間困擾。若孩子疑似面臨到耳鳴的困擾,建議儘早帶孩子尋求醫生的診治,以免錯過黃金治療期。

參考文獻

  1. Kleinjung, T., & Langguth, B. (2020). Avenue for future tinnitus treatments. Otolaryngologic Clinics of North America53(4), 667-683.
  2. Pinto, P. C. L., Sanchez, T. G., & Tomita, S. (2010). The impact of gender, age and hearing loss on tinnitus severity. Brazilian journal of otorhinolaryngology76, 18-24.
  3. Rosing, S. N., Schmidt, J. H., Wedderkopp, N., & Baguley, D. M. (2016). Prevalence of tinnitus and hyperacusis in children and adolescents: a systematic review. BMJ open6(6), e010596. 
  4. 新生精神康復會(2016)。改變幻聽的世界。香港:香港經濟日報有限公司。
  5. Han, B. I., Lee, H. W., Kim, T. Y., Lim, J. S., & Shin, K. S. (2009). Tinnitus: characteristics, causes, mechanisms, and treatments. Journal of Clinical Neurology5(1), 11-19. 
  6. Baguley, D., McFerran, D., & Hall, D. (2013). Tinnitus. The Lancet, 382(9904), 1600-1607. 
  7. Coelho, C. B., Sanchez, T. G., & Tyler, R. S. (2007). Tinnitus in children and associated risk factors. Progress in brain research166, 179-191.
  8. Savastano, M. (2002). A protocol of study for tinnitus in childhood. International journal of pediatric otorhinolaryngology64(1), 23-27.
  9. Savastano, M. (2007). Characteristics of tinnitus in childhood. European journal of pediatrics166, 797-801.
  10. Savastano, M., Marioni, G., & de Filippis, C. (2009). Tinnitus in children without hearing impairment. International journal of pediatric otorhinolaryngology73, S13-S15. 
  11. Liu, Y., Yang, S., Wang, Y., Hu, J., Xie, H., Ni, T., & Han, Z. (2023). Efficacy and factors influencing outcomes of customized music therapy combined with a follow-up system in chronic tinnitus patients. Journal of Otolaryngology-Head & Neck Surgery52(1), 1-11.
雅文兒童聽語文教基金會_96
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研究自閉症成因的新思路:環狀 RNA——專訪中研院基因體研究中心莊樹諄研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/09/22 ・5439字 ・閱讀時間約 11 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|寒波
  • 責任編輯|簡克志
  • 美術設計|蔡宛潔

自閉症研究的新方向

臺灣民眾大概都聽說過「自閉症」這個名詞,自閉症是腦部發育障礙導致的複雜疾病,同時受到先天遺傳以及後天環境因素的影響,具體成因依然是個謎,科學家須對遺傳調控方面有更多了解。中央研究院「研之有物」專訪院內基因體研究中心的莊樹諄研究員,他的團隊結合生物學、資訊學以及統計學方法,發現自閉症的風險基因與 RNA 之間有複雜的交互作用,在自閉症患者與非患者的腦部有很大差異。如果持續研究 RNA 的調控機制,或能開闢新的方向進一步理解自閉症。

遺傳性疾病成因——致病基因

根據衛生福利部 2023 年統計數據,我國自閉症患者超過一萬九千人。自閉症的全稱為「自閉症譜系障礙(autism spectrum disorder,簡稱 ASD)」,常見症狀是溝通、表達、社交上有困難,經常出現反復固定的狹窄行為,目前尚無有效的治療藥物。雖然經典電影《雨人》的主角雷蒙或是韓劇《非常律師禹英禑》的禹英禑都令人印象深刻,不過天才或高智商的自閉症患者只是極少數,而且不同患者的症狀輕重差異很大,故稱之為「譜系」(spectrum)。

理解遺傳性疾病,可利用遺傳學與基因體學的研究方法,比較患者與非患者之間的遺傳差異,便有機會尋獲致病的遺傳成因。過往研究得知,有些遺傳性疾病只取決於單一或少數基因的強力影響,例如亨廷頓舞蹈症(Huntington’s disease)、纖維性囊腫(cystic fibrosis)等,致病原因較為單純。

自閉症自然也受到先天遺傳基因影響,然而,它涉及許多影響力不明顯的基因,而且影響每名患者的基因又不盡相同,讓遺傳與症狀的關係更加複雜。如果從 RNA 研究路徑出發呢?RNA 是核糖核酸,具有承載 DNA 訊息和調控基因等功能,相比於其他疾病,在 RNA 層次研究自閉症的另一挑戰是取樣極為困難,自閉症患者的病因位於大腦內部,通常無法直接從人腦取樣分析。所幸的是,若檢視去世者捐贈的大腦樣本,仍有機會一窺自閉症的腦內奧秘。

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莊樹諄分析的數據來自公共存取的 Synapse 資料庫,包括上百位自閉症患者與非自閉症者的資料。人數乍看不多,卻已是當今想同時探討同一個人的基因體(DNA 層次)與轉錄體(RNA 層次)間因果關係的最佳的選擇。藉由此一資料庫蒐集的人類腦部組織轉錄體資料,可全面探討各式各樣的 RNA,包含信使 RNA(messenger RNA,簡稱 mRNA)、小分子 RNA(microRNA,簡稱 miRNA),以及莊樹諄鎖定的研究目標:環狀 RNA(circular RNA)

自閉症成因不明,目前尚無治療用藥物。有自閉症的人需要社會與家人的支持及陪伴,透過療育和行為輔導的協助,慢慢活出自我。
圖|iStock

不能轉譯,但似乎會互相影響?非編碼 RNA

莊樹諄的教育背景是資訊學博士,博士後研究的階段投入生物資訊學,之前主要從事 RNA 與靈長類演化方面的研究,探討多樣性切割、RNA 編輯(RNA editing)等議題,環狀 RNA 則是他近年來特別感興趣的題材。

根據生物資訊學的預測,環狀 RNA 這類長鍊的 RNA 分子有數萬個,但實際上有多少仍不清楚。它們在大腦神經系統特別常見,似乎涉及許多基因調控的工作。莊樹諄目前最關注環狀 RNA 對自閉症的影響,不過他指出這番思路不限於自閉症,阿茲海默症、帕金森氏症、精神分裂症(schizophrenia)等疾病也能用同樣的方法探索。

不過,什麼是環狀 RNA 呢?按照序列長度、作用,可以將 RNA 分為很多種類。DNA 轉錄出的 RNA 經過處理,有些形成 20 多個核苷酸長的短鏈 RNA,如 miRNA 屬於此類。一些較長鏈的 mRNA 又會轉譯成氨基酸,產生各式蛋白質。還有些長鍊的 RNA 不會轉譯,仍然維持長鍊 RNA 的形式發揮作用,統稱為長鍊非編碼 RNA(long noncoding RNA,lncRNA),莊樹諄研究的主角環狀 RNA 大致上被歸屬於一種非編碼 RNA。這麼多種類的 RNA 彼此會互相影響,導致複雜的基因調控。

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長鍊非編碼 RNA(lncRNA)是 Pre-mRNA 選擇性剪接的產物,根據不同的生成方式,產生各種類型的環狀 RNA。
圖|研之有物(資料來源|International Journal of Oncology

由 DNA 轉錄而成的 RNA 是線形,至於「環狀」RNA 一如其名,是 RNA 長鏈首尾相接後形成的環形結構,相比線形 RNA 更加穩定,不容易遭到分解。這些長期存在的圈圈,假如序列可以和短鏈的 miRNA 互補,兩者便有機會結合在一起,讀者可以想像為類似「海綿」(sponge)的吸附作用。

miRNA 原本的工作是結合 mRNA,使其無法轉錄為蛋白質,抑制基因表現。可想而知,一旦 miRNA 被環狀 RNA 吸附,便無法再干擾 mRNA 作用,失去抑制基因表現的效果。因此環狀 RNA 能透過直接影響 miRNA,來間接參與調控其他的下游基因。這便是環狀 RNA 的許多種調控功能中,最常被研究的一種。

左圖是 miRNA 抑制 mRNA 轉譯的一般流程。右圖是環狀 RNA 像海綿一樣吸附 miRNA,讓 miRNA 原本抑制 mRNA 轉譯的「剎車」功能失去作用。因此環狀 RNA 透過直接影響 miRNA,就能間接參與調控其他的下游基因。
圖|研之有物(資料來源|Frontiers in Cardiovascular Medicine

自閉症的成因要往腦部深究,環狀 RNA 又在腦部表現最多,使得莊樹諄好奇當中的奧秘。然而儘管如今 RNA 定序已經很發達,環狀 RNA 由於結構的關係,一般的 RNA 定序方法無法抓到這類環形分子。莊樹諄指出這也是 Synapse 資料庫的一大優點,此一資料庫罕見地包含能找出環狀 RNA 的 RNA 定序資料,配合 miRNA、mRNA 與基因體等資料交叉分析,才有機會闡明環狀 RNA 的角色。

尋找環狀 RNA 和自閉症的關聯

莊樹諄率領的團隊已經發表 2 篇環狀 RNA 與自閉症的研究論文,第一篇論文著重於尋找哪些環狀 RNA 和自閉症有關,研究假設是環狀 RNA 透過 miRNA 間接影響自閉症風險基因 mRNA 的表現。由於環狀 RNA、miRNA 和 mRNA 都多達數萬個,需要統計分析的幫忙。

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首先,將樣本分為有自閉症/無自閉症。要注意每個自閉症患者的基因表現仍有差異,納入夠多樣本一起比較,才有機會看出端倪。

接著,尋找環狀 RNA 和風險基因有顯著相關的搭配組合。例如:高比例自閉症的人,某個環狀 RNA 含量較高時,某個風險基因的 mRNA 表達量也較高,那這組環狀 RNA 和基因就存在正相關;反之則為負相關。

不過相關性很可能只是巧合,所以莊樹諄團隊比對序列,找到符合上述相關性的中介因子「miRNA」。最後再觀察「當排除 miRNA 影響時,環狀 RNA 與風險基因的顯著關係即消失」的組合,這些消失的組合,就是真正共同參與基因調控的「三人組」(環狀 RNA、miRNA、mRNA)。

一番分析後,篩選出的環狀 RNA 共有 60 個,其中涉及與 miRNA、mRNA 的組合總共 8,170 組。人類一共 2 萬個基因,與自閉症有關的調控網路就有 8,000 組之多,數字相當可觀,顯示環狀 RNA 的重要性。莊樹諄用統計手法找出的自閉症風險基因,和過去科學家已知的部分風險基因相符合,未來可以繼續探究在這 8,000 組調控網路中,有哪幾組是真的作用在生物上。

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在資訊與統計分析之外,莊樹諄的團隊也有人進行分子生物學實驗,驗證 RNA 調控網路的相互影響。以體外培養的人類細胞為材料,人為誘導遺傳突變,精確分析特定環狀 RNA 在細胞內分子層次的作用。實驗證實選取的環狀 RNA,確實會結合 miRNA,又影響 mRNA 的表現。

環狀 RNA 會取消原本 miRNA 抑制 mRNA 轉譯的「煞車功能」,進而影響自閉症風險基因的表現。
圖|研之有物(資料來源|中研院基因體研究中心

基因調控是什麼?

莊樹諄強調,使用資料庫的公開資料,好處是經過多方檢視,避免資料品質不一致的問題,缺點是大家都能取得數據,必須要跳脫既有的思考模式才能發現新的結果。他在環狀 RNA 議題的新思路,成為第二篇論文的內容:探討環狀 RNA 的遠端調控(trans-regulation)對自閉症的影響

基因的表達會受到基因調控元件(regulatory element,一段非編碼 DNA 序列)的影響,若調控元件就在基因附近,稱為近端調控(cis-regulation);如果調控元件不在附近,甚至位於另一條染色體上,則為遠端調控。

研究基因調控,通常近端比遠端調控容易,因為近端調控元件(cis-regulatory element)的位置就在基因旁邊,不難尋找;但遠端調控卻沒那麼直觀,作用機制也比較難以想像。實際上常常能發現一個基因的表現,受到多處近端調控,加上多處遠端調控的影響。如果想全方位認識一個基因的表現與調控,最好能都能得知近端與遠端的影響,否則難以掌握調控的全貌。

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莊樹諄的想法是,某些基因被遠端調控的過程,是否有環狀 RNA 參與?具體說來就是某個調控位置,先近端調控其周圍的環狀 RNA 基因,再藉由環狀 RNA 影響基因體上其他位置的基因表現,發揮遠端調控的效果。

如圖顯示,環狀 RNA 表達數量性狀基因座(circQTL)近端調控了環狀 RNA,遠端調控其他基因。莊樹諄的想法是,某些基因被遠端調控的過程,是否有環狀 RNA 的參與?
圖|研之有物(資料來源|Molecular Psychiatry

為了避免用語誤解,有必要先解釋一下什麼是「基因」。基因的概念隨著生物學發展持續改變,如今一般人熟悉的定義,基因是由 DNA 編碼序列構成,能轉錄出 mRNA,再轉譯為蛋白質的訊息載體。不過若將基因定義為會轉錄出 RNA 的 DNA 序列,那麼即使沒有對應的蛋白質產物,只要其衍生的 RNA 產物有所作用,也能視為「基因」,如 miRNA 基因、mRNA 或長鏈非編碼 RNA 基因。既然是有 DNA 編碼的基因,便會受到近端、遠端調控位置影響。

探索遠端調控機制有很多想法,莊樹諄可以說又打開了一條新思路。遠端調控位置不在基因旁邊,亦即基因體任何地方都有機會。假如直接挑戰基因與遠端調控位置的關聯性,可能相關的數量可謂天文數字,而且缺乏生物性的理由支持,找到的目標往往令人半信半疑。

莊樹諄引進環狀 RNA 涉及其中的可能性,尋找「環狀 RNA 基因的近端調控位置」與「目標基因的遠端調控」之交集,大幅縮小了搜索範圍。

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莊樹諄透過「環狀 RNA 基因的近端調控位置」與「目標基因的遠端調控」之交集,找到環狀 RNA 參與遠端調控的證據。
圖|研之有物(資料來源|莊樹諄

一番分析後,研究團隊從自閉症患者的基因體上,定位出 3,619 個近端調控的 circQTLs,這些表達數量性狀基因座相當特殊,可能藉由直接或間接遠端調控兩種模式來調控遠端基因(如上圖)。而這 3,619 個 circQTLs,與環狀 RNA、遠端基因三者形成了八萬六千多組的遠端調控網路。接著團隊使用了不同的統計方法,其中 8,103 組通過多重統計測試,顯示較高的機率是屬於間接遠端調控模式。

莊樹諄團隊透過統計手法,找到相當多基因和調控路徑,雖然目前仍不清楚它們影響自閉症的具體細節,卻無疑讓我們新增一分對自閉症的認識。

莊樹諄指出,這套統計方法或可應用至人類的其他複雜疾病(如思覺失調症),找出基因調控的多個可能路徑,提供臨床醫藥研發更多線索。

生物與資訊的跨領域結合

訪談中問到:為何會從資訊科學跨入到生物領域?莊樹諄回憶,1998 他博士班畢業那年才第一次聽到「生物資訊」這個詞,他基於對生命科學的興趣,以及因為內在性格想往學術轉型的想法,引領他到了中研院。

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莊樹諄接著說,2003 年李文雄院士延攬他進入基因體研究中心,之前他們不曾認識。他感謝李院士帶他進入了分子演化的世界,就此打開了研究視野。在剛開始成立自己的實驗室時,缺少人力,李院士讓當時的博後陳豐奇博士(現為國衛院群體健康科學研究所研究員兼任副所長)與他共同工作。莊樹諄強調,他所有分子演化的觀念與基礎,都是陳博士幫他建立的,如果說陳博士是他的師父,那李院士就是師父的師父了。

如今,莊樹諄在中研院的研究生涯邁入第 25 年,從資訊學背景投入生物學研究,大量使用統計工具,他經常需要持續整合不同領域的觀念與工具,推動自己的新研究。在訪談中,他也感謝諸多研究同儕的協助,特別是幾年前建立分生實驗室時,蕭宏昇研究員及其團隊成員的鼎力相助。

莊樹諄的團隊包含資訊、統計、分子生物三個領域的同仁,來自不同領域,傾聽他人意見自然也特別重要,這是他們實驗室的核心價值之一。莊樹諄認為在科學面前,人是很渺小的,需要互相尊重和理解,方能一起解開科學之謎。

最後,莊樹諄特別強調他個人在相關領域的研究,仍有極巨大的進步空間,感謝研之有物的主動邀訪,期望將來能與更多先進交流學習,也企盼年輕新血加入這個生物資訊的跨領域團隊。

莊樹諄期望在環狀 RNA 與基因調控網路的研究基礎之上,可以對自閉症這個複雜疾病的調控機制,提供更多科學線索,幫助臨床上的診斷和治療。
圖|研之有物
研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook