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想重現侏儸紀公園?先征服古代 DNA 的種種難題!

劉筱蕾_96
・2016/07/23 ・4380字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

大家好!打ㄍㄟ厚!胎軋後!各位如果常常追蹤寒波的粉絲團「盲眼的尼安德塔石器匠」,想必對藉由分析古代生物的 DNA,來探討生物演化或是人類遷徙有些認識。但是有人想過這樣的研究是怎麼辦到的嗎?

古代 DNA(ancient DNA, aDNA)研究或古遺傳學(paleogenetics),算是生物學,特別是演化生物學中的研究領域之一。一般指的是最初並非以萃取 DNA 為目標的標本中獲取,再利用特殊方法重建的遺傳資料。藉此重建保存條件不佳的 DNA,並將結果與當代生物的遺傳資訊合併分析,例如,〈冰河期前後智人大移民,其中一群人卻消失了?!〉、〈幾萬年前就是好朋友?在北極發現狗的可能始祖〉都是這類研究的成果。

值得注意的是,雖然我們使用古基因組這樣的詞彙,但這個領域的研究對象並不限於古代的生物,廣義來說,只要樣本的來源不是為了遺傳研究而採集(像博物館中的動植物標本),就算研究的對象不是古代生物,得到的 DNA 依舊可以稱之為古代 DNA。因為 Ancient DNA 資料能具體的呈現研究的生物在過去特定時間點遺傳組成,所以可以讓我們更加了解生物到底是如何變成我們目前看到的模樣。

班驢
班驢,又是一個無緣再相見的動物,至少你的 DNA 在科學史上記了一筆。(班驢:馬的!那我讓你在科學史上記一筆你滅種給我看啊!)圖/Wikipedia

古 DNA 研究怎麼開始的?

古代DNA研究的起步相當晚,第一個成功的例子在 1984 年,科學家藉由博物館中的動物肌肉標本,重現當時已絕種將近 100 年的斑驢 DNA(quagga,一種斑馬的近親)。隔年,舉世聞名的 Svante Pääbo(沒錯!!就是《尼安德塔人:尋找失落的基因組》的作者帕波)發表了埃及木乃伊的 DNA 片段,立即吸引了大眾的矚目。

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對研究者來說,這個全新的資訊來源可以讓他們回答之前無法探討的問題(科學家顯示摩拳擦掌中!!),而流行文化也立即跟上這股風潮,開始想像複製出古生物的可能性,最有名的就是恐龍災難大片《侏儸紀公園》啦!這部經典電影,因為有古生物學家指導此片的拍攝,對大眾傳達了相對正確的演化理論,但是在古代 DNA 研究的概念上(從蚊子中提煉出了恐龍 DNA 那段),卻也低估了古基因組研究過程中的困難。

在早期古基因組重建領域中,帕波是首屈一指的人物。從前述所提到的埃及木乃伊研究開始,到後來讓他揚名立萬的尼安德塔人基因組重建,他的團隊開發了一系列的方法來建立古代 DNA 研究的實驗流程,再配合當時新的 PCR 技術,可以快速擴增目標的 DNA 片段,讓標本的 DNA 重建似乎變得更容易了(詳情請參閱〈尼安德塔人:尋找失落的基因組……科學界30年第一手內幕揭秘〉)。越來越多科學家也加入重建古代DNA的行列,每個人都在比賽誰可以定出最古老的DNA序列……直到那黑暗時期的到來。

Jurassic park
豆知識:雖然叫侏儸紀公園,但是暴龍(T-Rex)實際上是生存在白堊紀非侏羅紀喔!揪咪~ 圖/Wikipedia

一個火雞三明治引發的疑案

這段「黑暗時期」,指的是許多已發表的古代 DNA 研究,最後被證明結果有問題。這包括 1600 萬年前的木蘭化石、琥珀中兩千五百萬到一億兩千萬年前的細菌序列(這情境有沒有一種似曾相識的感覺),都發生實驗結果無法複製的問題。

另一個相當有名的例子發生在 1994 年,有個美國團隊宣稱他們從恐龍的化石,經過 2880 次的 PCR 後,重建出大約 170 個核苷酸長的「恐龍 DNA」。而且這段序列與現存生物的 DNA 相互比較後,發現親緣關係最近的是鳥類,更精確來說是——火雞。這項發現相當符合恐龍與鳥類有最近共同祖先的認知,所以被認為是重要的證據。但後來卻發現這項結果無法被其他研究團隊複製。所謂的「可以複製」,代表他人能夠用作者提供的研究方法和材料重現實驗結果。後續討論中,有人提到「……直到現在,發現恐龍 DNA 的團隊都還在懷疑當時的實驗結果,是否來自他們曾經在實驗室吃過的火雞三明治……」,這些可疑的結果為當時正起步的古代DNA研究蒙上陰影。

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各種可能改變DNA的情況

事後科學家從「火雞三明治事件」,與其他失敗的實驗中取得許多教訓。

外來 DNA 汙染

第一個就是實驗汙染。實驗汙染這個問題要跟 PCR 在古代 DNA 上的使用,以及實驗方法一起討論。從生物死亡的瞬間開始,DNA 開始逐漸降解,碎成小段,太短的片段是無法進行 PCR 的,所以樣本中真的可以用來 PCR 的 DNA 片段濃度很低,跟附近環境中的 DNA 數量沒得比。

為了能夠與現在的物種相比較,研究者大多是選用與現生生物類似的基因片段重建。But,人生就是這個 but! 現代生物也有一樣 DNA 啊!畢竟 PCR 酵素不會專挑古代 DNA 來擴增,實驗過程中一開始只要有輕微的環境汙染,現代與與古代樣本間 DNA 數量上的差異就會讓 PCR 的結果完全改變。以「火雞三明治事件」為例,經過 2880 次的 PCR,你想那些輕微的污染會被放大到甚麼程度?

鳴人
你有辦法找到真正的鳴人,我就可以找出古代DNA。圖/Animen

PCR 的技術限制

以 PCR 來重建標本的 DNA 序列還有另一個限制,就是 PCR 一次只能重建一個到數個片段,古代 DNA 往往樣本稀少,如果以建立某個標本完整的一段基因為目標,很可能 PCR 還沒做幾次,材料就用完了。以一段約 600 鹼基對長的基因為例,如果用傳統 PCR 的做法,必須將這段基因分成五個片段 PCR,每次 PCR 的結果都要分別定序,再重新排列組成基因。相當耗費時間與人力。

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DNA 的劣化

與新鮮的樣本不同,古代 DNA 因為本身的特質跟不良的保存條件,所以萃取的 DNA 往往質量不佳。生物死後,會讓 DNA 的特性跟結構改變,這個機制叫 DNA 死後降解(post-mortem DNA degradation)。除了會發生前述提到的 DNA 分子鍵結斷裂、嘌呤從長鏈分子上脫落、核苷酸的碳環斷裂(我都解釋成DNA逐漸碎掉)之外,也會發生讓不同位置的DNA黏在一起、結構變形阻止 PCR 酵素繼續複製等等千奇百怪的症頭。最有名的例子是 DNA 分子中的胞嘧啶(cytosine)會被轉置成尿嘧啶(uracil)(RNA 的組成分子之一),導致後續 PCR 擴增時原本互補序列上的分子也跟著一起被改變(DNA 錯配,misincoporation),造成定序結果錯誤,這比實驗做不出來更可怕。

但是這些DNA死後降解也能在研究上帶來貢獻,像是其中一種 DNA 損傷的型態——核苷酸鹼基去氨化(DNA deamination),可以當作辨識古代 DNA 的特徵,或是藉由 DNA 損傷在序列中出現的比例,推估到底有多少觀察到的突變是真的因為演化而產生。

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標本或是古生物的DNA常常有各式奇怪的問題,像是錯配(misincoporation)就很常見。圖/Logan Kistler

影響古代 DNA 保存的因素

古代 DNA 的保存有許多先天限制。雖然直覺是樣本保存的時間越長,DNA的劣化越嚴重,但實際分析發現並不全然如此,在 DNA 開始降解的初期,隨著時間越長,DNA 劣化的程度確實隨之增加。但是當時間對 DNA 降解的影響達到高峰之後,其他的環境因子反而在後續的分解作用中扮演更重要的角色。

舉例來說,氣溫變化就是很重要的影響因子,氣溫越低、以及變化幅度越小,越有益於 DNA 保存,所以現在大部分的古代 DNA 分析樣本都來自於山區、洞穴或是北方永凍層。

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另外,早期博物館標本採集時為了保鮮、防止腐敗等原因,也會添加酒精或福馬林等化學藥品(想想那個一趟採集就要花好幾年的時代~),也會影響標本中 DNA 的品質。所以有時就算是一、兩百年的博物館標本,在古代 DNA 重建的難度上還更甚於保存良好的數千年化石樣本。

而不同的分類群間,DNA 分解的效率也有差別,一般來說植物 DNA 的降解速度比動物來的快,研究者推測這可能是不同生物分解時體內微環境不同所造成,但是這方面的研究還沒有定論。

次世代定序是古代 DNA 研究的救星

值得慶幸的是,次世代定序技術(Next-generation sequencing, NGS)使得定序成本和時間明顯降低,更能有效的運用古代 DNA 帶有的資訊。NGS 的其中一個特色是可以廣泛的對全基因組定序,取得大量資料。從〈從3億到1000:3天定序是怎麼辦到的?〉可以知道,現在的分析技術跟過去完全沒辦法比。以前能定序出數個基因片段就偷笑了,現在在 NGS 的加持之下,以一般大腸桿菌基因組為例,跑兩個鐘頭的反應,就可以讀出 2 千 5 百萬個鹼基對。

與 NGS 發展交互影響的是現代資料處理能力的快速進步。電腦科技的進步與普及帶來了大幅增加的資料處理能力,也是古遺傳學得以持續發展的動力。對古代 DNA 的研究者來說,實驗室工作唯一能加強的地方只有對實驗汙染的管理,但是 DNA 降解的問題跟重組都不是在實驗室中進行,而是仰賴計算機的威力,所以很多時候資料處理跟程式運算在研究中反而佔有更高的比重。

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古基因組的重組類似拼大張的拼圖,首先你會有一個已知的圖案(reference genome),以重建古基因組來說通常是來自於現生的相似物種,再將 NGS 定序出來的小片段放在合宜的位置。可是現生的物種跟真的要組合的生物還是有一定的差異,就像這拼圖雖然提供給你作品的示範圖片,但是因為內容改版,又跟盒中真的拼出來的結果有微妙的不同。這時就需要借助演算法來推測每個片段該放在拼圖的哪個位置(生物學家向電腦工程師們致上最高的敬意,敬禮!!)。

puzzle
拼拼圖有作品照片可參考,生物學家的古 DNA 拼圖常常是不完整或是要自己找。圖/Youtube

此外,由於古代 DNA 的品質欠佳,在資料處理過程中需要仰賴程式過濾實驗中汙染、DNA 降解、DNA 錯配所產生的雜訊。資料處理能力的提升也代表突變誤差也可透過數理模型校正。在研究者的努力與新技術的大力加持下,讓數萬年前的尼安德塔人基因組都有機會重見天日,這個領域依舊在蓬勃的發展中。

結論

所以,侏儸紀公園真的會出現嗎?

雖然說這領域的發展日新月異,但樣本的保存期限依舊有物理極限在,而且 DNA 死後降解的速度大多是比理想中來得高的。如同我之前所提到的,過短的 DNA 片段根本無法重組。再加上也不是只要基因組重建完成就可以完整打造出胚胎。我想在可見的將來,我們暫時是看不到恐龍出現在我們眼前啦!!

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jurassic
圖/Logan Kistler
  • 致謝:感謝 Dr. Logan Kistler、神秘友人寒波(盲眼的尼安德塔石器匠格主)與老友林佩蓉對專業內容與文章結構上的建議與修改。本文為作者參與歐盟居禮夫人人才培育計畫創新訓練網絡(Innovative Training Networks, Marie Curie Actions)之子計畫 MicroWine 所撰寫。

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參考資料:

  • Rizzi, Ermanno, et al. “Ancient DNA studies: new perspectives on old samples.” Genet Sel Evol 44.1 (2012): 21.
  • Poinar, Hendrik N., and A. Cooper. “Ancient DNA: do it right or not at all.” Science 5482 (2000): 1139.
  • Hoekstra, Hopi E., and Catherine L. Peichel. “Genes, Genomes, Phenotypes.” The Princeton Guide to Evolution (2013): 363.
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劉筱蕾_96
7 篇文章 ・ 2 位粉絲
森林系出身,遵守農院傳統熱愛喝酒吃肉的動漫宅,在英國漂流完之後到美國Smithsonian Institution 繼續漂流。我的興趣是植物的演化與馴化。這個過程表現了生物被自然和人為條件「雕塑」的過程。希望能擔任生物與歷史研究間的橋樑,並把研究中的所學到的小故事跟科學觀念分享給大家。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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早期 HER2 乳癌治療指南:術前、術後策略解讀,提升治癒率的關鍵!
careonline_96
・2024/11/29 ・2440字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖/照護線上

「30 多歲的陳女士意外發現乳房內有 3 公分腫瘤並已轉移至淋巴結,確診為早期 HER2 陽性乳癌。」三軍總醫院癌症中心主任戴明燊醫師建議標準治療方式應先接受化療加 HER2 標靶藥物的術前輔助治療,再進行手術切除。

手術後,雖然患者乳房的腫瘤完全消失,但在淋巴結中仍發現兩顆殘存癌細胞。戴明燊醫師強調:「對這位患者來說,術後輔助治療至關重要,這也是她唯一的治癒機會。必須採取更積極的治療策略來清除殘存的癌細胞,防止復發,避免病情惡化至乳癌晚期。」經與患者充分討論後,術後選擇了抗體藥物複合體(ADC)進行全身性治療。目前已三年過去,患者的乳癌未復發,並持續進行追蹤。

破解早期 HER2 乳癌治癒關鍵,戴明燊醫師深入解答。

Q1. 早期 HER2 乳癌治療該如何選擇先手術還是先用藥?復發風險高嗎?

乳癌是台灣女性中最常見的癌症,其中約四分之一為 HER2 陽性乳癌。當 HER 2基因過度表現時,乳癌細胞會迅速增長,大幅提升復發和轉移的風險。戴明燊醫師指出,以往治療 HER2 陽性乳癌的方式多為先進行手術切除腫瘤,隨後再進行全身性術後輔助治療。然而,隨著治療技術和藥物的持續進步,治療目標逐漸前移,致力於提高早期乳癌治癒率,並達到終身控制病情、不復發、不轉移的目標。戴明燊醫師進一步強調:「如果首次治療未能徹底根除腫瘤,復發的機率將大幅上升。」

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早期HER2乳癌治療策略
圖/照護線上

戴醫師說明:「對於腫瘤大於 2 公分或已有淋巴結轉移的患者,術前應優先考慮進行化療合併 HER2 雙標靶藥物治療。」這樣能顯著提升術後達到病理完全緩解(pCR)的機率,也就是體內沒有殘留癌細胞。術後繼續完成為期一年的輔助治療,這種治療策略能大幅降低復發和死亡風險,治癒率可高達九成,並有望實現終生不復發的目標。

Q2. 早期 HER2 乳癌術前輔助治療與術後輔助治療藥物有哪些選擇?

早期 HER2 乳癌的術前輔助治療藥物可選擇單標靶或雙標靶,並需合併化療藥物。戴明燊醫師指出,「研究顯示,術前接受 6 個療程的單標靶合併化療,約有 4-6 成的病友能達到 pCR。若使用雙標靶合併化療,pCR 的比率可提升至7成。」進一步研究表明,這些達到 pCR 的病友若術後接受一年的雙標靶輔助治療,其復發風險可降低超過兩成。

Q3. pCR 對於高風險早期 HER2 乳癌的預後重要嗎?

即使接受了術前 HER2 雙標靶合併化療,仍有約兩至三成的患者無法達到病理完全緩解(non-pCR),這對預後有著重大影響。戴明燊醫師強調:「pCR 是評估術前 HER2 標靶治療效果的關鍵指標,同時也是術後輔助治療藥物選擇的重要依據。」若術後仍有殘留病灶,表示乳癌細胞對 HER2 標靶治療反應不佳,甚至可能已經產生抗藥性。戴明燊醫師進一步說明,研究顯示,相較於達到 pCR 的患者,non-pCR 患者的復發風險增加兩倍以上。因此,對 non-pCR 患者而言,術後輔助治療猶如扭轉戰局的關鍵時刻。若改採 ADC 藥物治療,不僅能顯著延長存活期,還能大幅提高治癒的機會。

Q4. non-pCR 的高風險早期 HER2 乳癌術後該轉換 ADC 藥物治療嗎?

ADC 藥物被稱為「精準導彈」,因其結合了針對 HER2 的單株抗體與有效化療藥物,能精確打擊癌細胞。這種藥物通過 HER2 受體進入癌細胞,釋放毒素,直接摧毀乳癌細胞。與傳統化療相比,ADC 藥物顯著降低副作用,且具備更強的精準毒殺能力。

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ADC藥物景準擊殺HER2乳癌細胞
圖/照護線上

戴明燊醫師指出,大型臨床試驗顯示,對於 non-pCR 的高風險患者,術後接受 14 個療程的 ADC 藥物治療,可將復發風險降低超過四成五,並將死亡風險減少近三成五。這一突破性成果證實了 ADC 藥物在改善存活率上的顯著效果,為 non-pCR 患者提供了更大機會達到治癒。

Q5. 我有符合 ADC 藥物健保有給付的條件嗎?

自民國 113 年 8 月 1 日起,我國健保署擴大給付精準導彈 ADC 藥物,為術後 non-pCR 的早期 HER2 陽性乳癌患者爭取提高治癒率的機會。符合條件的患者可在醫師指導下,申請最多 14 個療程的 ADC 藥物治療。

早期HER2乳癌ADC藥物健保給付
圖/照護線上

戴明燊醫師強調:「早期 HER2 陽性乳癌患者應抓住術後這唯一的治癒機會,為自己爭取最佳治療效果。」隨著治療藥物的進展,即使術後未達 pCR 的患者,仍有機會實現治癒的目標。也呼籲乳癌的早期篩檢,及早發現有助於在治療中取得理想效果,並有效降低乳癌的威脅。定期檢查是守護健康的第一步,別讓乳癌影響你的人生。

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誰在馬丘比丘終老?來自印加帝國各地,還有遙遠的亞馬遜
寒波_96
・2023/09/13 ・3774字 ・閱讀時間約 7 分鐘

馬丘比丘(Machu Picchu)可謂世界知名的遺跡,觀光客前仆後繼。後世外人神秘的想像下,這兒其實是印加帝國王室冬季渡假的離宮,平時有一批工作人員長住。公元 2023 年發表的論文,透過古代 DNA 分析,證實這群人來自南美洲各地。

馬丘比丘,鍵盤旅遊常見的俯視視角。圖/Eddie Kiszka/Pexels, CC BY-SA

印加王室專屬的服務團隊

馬丘比丘位於現今的秘魯南部,安地斯山區海拔 2450 公尺之處,距離印加帝國的首府庫斯科(Cusco)約 75 公里,只有幾天路程。此處當年是一片完整的園區,足以容納數百人,王室成員會在冬天造訪(南半球的冬天,就是台灣所屬北半球的夏季月份)。

即使是使用淡季,馬丘比丘也住著不少工作人員;從遺留至今的墓葬,可以見到他們的存在。園區由 15 世紀初開始營業,到印加帝國 16 世紀滅亡為止,此後與外界斷絕聯繫數百年,一直到 1912 年,美國調查隊再度「發現」這處世界奇觀。

馬丘比丘總共留下 107 座墓葬,174 位長眠者。這群人顯然不是印加王室,應該是歷代的服務團隊。以前有許多證據,根據不同手法與思維,支持馬丘比丘的工作員來歷很廣。例如這兒的陶器,各地風格都有。

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誰在馬丘比丘工作呢?發跡於庫斯科的印加帝國,後來成為廣大疆域的征服者,有一套「米塔(Mita)」制度調用各地的資源與人力。這套韭菜輪替,後來被西班牙殖民者沿用加改造,成為恐怖的剝削機器,也算是南美洲國家現今社會問題的一個根源。

然而,馬丘比丘的工作人員應該不是米塔制度的服役者,而是「亞納柯納(yanacona)」。他們是王室專屬的服務人員,來自帝國各地,小時候就離開家鄉,接受培育以服務王室。

印加帝國的地理格局。圖/參考資料1

來自印加各地,還有帝國以外的亞馬遜

這項研究由馬丘比丘的墓葬取得 34 個古代基因組,以及附近烏魯班巴谷(Urubamba Valley)的 34 位古代居民樣本,他們代表當地原本的鄉民。

分析發現,印加帝國能接觸到的地區,當地特色的血緣都能在馬丘比丘見到。唯一例外是帝國最南端,現今智利中部、阿根廷西部那一帶。這使得馬丘比丘,成為印加帝國 DNA 多樣性最高的地點。

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但是我不覺得,這等於馬丘比丘存在多樣性很高的「遺傳族群」。分析對象中只有一對母女,其他人都沒有血緣關係。這群人的 DNA 差異大,是因為持續有一位又一位孤立的人,從不同地方被帶進來,整群人只能算特殊個體的集合。

不過遠離家鄉,服務終生的亞納柯納們,彼此間還是可以結婚生小孩的。

性別方面有細微的差異。整體而言,男生具備較多安地斯高地的血緣,女生則配備更多高地以外族群的血緣。一個因素是,有些女生來自更遠的地方,例如文化有別的亞馬遜地區。

印加帝國對亞馬遜的政治勢力不是征服關係,似乎大致上對等。有些亞馬遜的女生大概出於交流目的,來到印加帝國。至少長眠於馬丘比丘的這幾位,生前受到的待遇看來不錯。

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馬丘比丘長眠者的年代與血緣組成。圖/參考資料1

山區到更高山區的情慾交流

對於更在地的族群調查,發現一件有趣的事。庫斯科附近的人群,以「秘魯南部高地」血緣為主,可以視為長居本地的血緣。一部分人卻也能偵測到,與更高山上之「的的喀喀湖(Titicaca)」的居民共享血緣。

庫斯科與的的喀喀湖,兩個地區有點距離,考古學證據指出,早於 2500 年前兩地間就存在交流。而遺傳學分析則支持,兩地存在情慾流動;可惜現有樣本,不太能精確判斷交流發生的年代。

來自亞馬遜的媽媽,女兒,爸爸

這批調查對象中,我覺得長眠於馬丘比丘的那對母女最有意思,值得特別思考。這對母女都是百分之百的亞馬遜西北部血緣,長眠於同一墓穴,兩者的關係在當時有被強調。

「亞馬遜」的面積妖獸大,印加帝國最有機會接觸的,應該是距離安地斯東方不遠的區域,也就是亞馬遜的西部和西北部。不論如何,亞馬遜有自己的一套,印加帝國與其有所交流,不過始終無法將其納入統治。

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征服到山與海的盡頭!以及雨林的邊緣……

馬丘比丘長眠者的鍶穩定同位素比值。圖/參考資料1

根據牙齒中鍶的穩定同位素,可以判斷一個人小時候在哪兒長大。媽媽 MP4b 成長於亞馬遜地區,表示她在長出恆齒後才抵達安地斯。

她的女兒 MP4f 則無法判斷具體地點,不過應該位於安地斯山區。兩人後來都在馬丘比丘服務,去世後長眠於此。

女兒沒有其餘地區血緣的特色,意謂女兒的爸,也配備百分之百的亞馬遜西北部 DNA,只是在馬丘比丘墓葬中看不到他。

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印加帝國興起,亞馬遜扮演什麼角色?

年代方面,媽媽算是長眠於馬丘比丘最早的一批人,處於印加建國的初期,甚至有可能早於開國之日。

依照歷史敘事,印加帝國始於「印加太祖」帕查庫特克(Pachacuti)擊敗昌卡人(Chanka)。印加勢力征服烏魯班巴谷以後,才有機會建設其上方的馬丘比丘。而印加太祖登基的年份為 1438 年。

然而,針對馬丘比丘遺骸的放射性碳同位素定年(碳14),指出兩人的年代或許早於 1420 年。考古學家因此懷疑,印加帝國建國的實際年代比 1438 年更早,也許早在 1420 年已經完成建國大業。

馬丘比丘最早長眠者的年代,似乎比歷史敘事中,印加帝國建國的 1438 年更早。圖/參考資料4

亞馬遜西北部長大的媽媽 MP4b 之年代,剛好介於這段時期。不論如何,這都是明確的證據,支持印加帝國建國之初,和亞馬遜之間有一定程度的正面交流。而女兒的爸,身份也引人好奇。

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他是當時亞馬遜政權派往印加的政治代表,或是軍事團助拳人嗎?還是替印加王室服務的商人,或是作戰的傭兵?他是在哪個地方,什麼情境下,與來自家鄉的女性生下女兒?最後,他本人最終的命運如何?

馬丘比丘在這對母女以後,至少還有四位純亞馬遜西北部血緣的女性長眠,延續到印加帝國的最後時期,當中至少兩位是在安地斯山區長大,和前輩女兒 MP4f 一樣。印加王室與亞馬遜的人口交流,貫串整段帝國時光。

古代 DNA 的分析,有相當客觀的套路,但是從中能牽引出的主觀議題千變萬化,非常有意思。

延伸閱讀

參考資料

  1. Salazar, L., Burger, R., Forst, J., Barquera, R., Nesbitt, J., Calero, J., … & Fehren-Schmitz, L. (2023). Insights into the genetic histories and lifeways of Machu Picchu’s occupants. Science Advances, 9(30), eadg3377.
  2. Who lived at Machu Picchu? DNA analysis shows surprising diversity at the ancient Inca palace
  3. Ancient DNA reveals diverse community in ‘Lost City of the Incas’
  4. Burger, R. L., Salazar, L. C., Nesbitt, J., Washburn, E., & Fehren-Schmitz, L. (2021). New AMS dates for Machu Picchu: results and implications. Antiquity, 95(383), 1265-1279.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。