發現世界「看不見的」科學

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌：https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

所以……你的博士研究到底在做什麼？

面對這可怕的大哉問，到底該如何回答？長篇大論地引用數據？把厚實的論文印出來叫他自己看？還是用無盡的簡報攻勢表現專業？面對一般大眾，這樣的解釋方式實在不夠親民，常常聽完解釋依舊一頭霧水。科普作家 John Bohannon 於是異想天開，決定鼓勵科學家們把論文「跳」出來，這瘋狂而有趣的想法讓「歌舞論文」（Dance Your Ph.D.）的比賽於焉誕生。

你以為他們在開玩笑？拜託，他們可認真了！這場比賽由《科學》（Science）期刊舉辦，從 2007 年開始舉辦至今，每年都會收到為數眾多的投稿，比賽要求參賽者用舞蹈的方式跳出自己的論文，並需要附上淺顯易懂的解釋，最重要的是，研究者絕對要親自下場舞出一段，才算是符合規定喔。

你是不是覺得這個比賽很不可思議、難以想像呢？廢話不多說，先上一段 2013 年的得獎影片《精子大戰》（Sperm competition between brothers and female choice）。

這篇生物領域的論文是在研究紅色原雞（red jungle fowl）豐富多元的性伴侶選擇以及精子間的愛恨情仇。由於雌性的紅色原雞會擁有多個性伴侶，因此，如何讓雌雞順利受精以完成傳宗接代的大任，便成為了精子們拚死拚活要達成的目標。

在影片中，我們可以看到雌雞首先找到了第一隻伴侶（A 雞），而後又出現另外兩隻雄雞，其中一隻雄雞（B 雞）跟雌雞的原伴侶（A 雞）有兄弟關係，另一隻（C 雞）則無。在一番激烈的纏鬥後，兩隻雄雞都順利地與雌雞完成交配的動作，而在交配的過程中，B 雞產生了更多的精子。

接著畫面一轉，我們可以看見穿著緊身衣的舞者們在草地上歡樂地搖擺，表現出精子成功進入雌雞體內後一片和樂融融的景象。接著，滾著透明充氣大球的卵子小姐出現了，精子們前仆後繼的朝她撲去，想要衝破氣球進入卵子。為了真實呈現精子的運動情形，舞者們更奮不顧身地跳入水中、使出全力游動，只為一獲芳心。

那麼，最後究竟是由哪邊的精子勝出了呢？可愛的卵子小姐拒絕了為數眾多的 B 雞精子，轉而對 C 雞的精子敞開懷抱。雖然身為兄弟的 B 雞製造了更多的精子，但非親非故的 C 雞最終卻使卵子有更高的受精機率。

看不過癮嗎？接下來為你隆重呈現 2015 年的化學類以及觀眾票選最愛的得獎影片《守護之網》（the NETs）：

這部影片演出了有關於免疫系統的研究，在片中，我們可以看到一群戴著白色面具的女生，她們正是我們免疫系統的中嗜中性球細胞（Neutrophil granulocyte），也是白血球中為數最多（約占40~75%）的一群守護者。每天都有約 10¹¹ 個嗜中性球細胞從骨隨的幹細胞中產生，它們攜帶著可以抵抗細菌的酶，而片中的女生挺著胸膛四處張望的模樣正是嗜中性球細胞在我們身體中盡責巡邏的模樣。

忽然之間，身穿黑衣的細菌們賊頭賊腦地出現，他們迅速地交疊在一起，象徵他們進入身體後快速的複製能力。而後，當他們高高跳起的同時，也釋放出有毒的化學物質去傷害健康的組織。嗜中性球細胞是首批迎接細菌的免疫細胞，她們團結地手拉著手，釋放出致命的酶，將細菌們圍困並消滅。這其實是嗜中性球在遭遇外來病菌時的防禦方式，透過解開細胞核中的染色體螺旋並釋放出去，形成一個網狀結構稱為嗜中性胞外網狀結構（Neutrophil Extracellular Traps, NETs）將細菌團團包圍，讓細菌無法擴散。然而，為了保護我們免受感染，她們最終犧牲了自己以完成细胞死亡程序（NETosis）。

而尿酸鈉鹽（monosodium urate, MSU）出現時，也會刺激嗜中性球細胞啟動細胞死亡程序，在影片中，當頭戴銀冠的尿酸鈉鹽出現時，我們可以看見嗜中性球細胞完美地阻止了邪惡的陰謀，為身體阻擋下痛風性關節炎（gouty arthritis）等會產生結晶的疾病。

但是，嗜中性粒細胞並非永遠都是忠誠的守護者，在某些極端的情況下，她們反而會成為傷害身體的兇手。當身體罹患自體免疫性疾病（如：狼瘡 Lupus、多發性硬化 Multiple Scerlosis、ANCA 血管炎 ANCA vasculitis 等）時，厲害的細胞死亡程序會轉而攻擊自身的健康細胞，帶來一場意料之外的戰爭。而在影片最後，我們可以看見原本健康的細胞也因為攻擊而死亡。

什麼？這比賽也太有趣了吧！我想參加！

你的舞蹈細胞是不是正在你體內咆哮？別急，想要參加這個比賽有些事情必須要特別注意。首先，參賽的論文內容須與「科學」相關，領域包含物理、化學、生物以及社會科學，如果不確定自己的論文是否符合標準，可以詢問比賽小天使協助判斷。 再者，參賽最重要的一點是讓評審「了解」你的論文究竟在做什麼，評審包含有科學家和藝術家，將依據作品的科學價值、藝術價值以及兩者結合的創意度去進行評分。所以，作品不但要清楚易懂，更要有豐富的內容和有趣的呈現方式。

聽起來是不是不太容易呢？這樣需要多才多藝的比賽可不是人人都能勝任的呢，不過，就算無法參賽也沒關係，這一屆的比賽正如火如荼地進行中，快快去看今（2016）年的參賽影片，為他們投下你珍貴的一票吧！

編按：2017年的比賽投票也進入倒數階段，快來看看有哪些作品吧！目前第一名的是「開發應用於法醫學的生物感測器。」（演屍體的人看起來很有事XDDDDDD）

參考資料：

1. Science launches the 2016 ‘Dance Your Ph.D.’ contest By John Bohannon Science [2016-06-02]
2. The “Dance Your Ph.D.” Contest
3. Dance your PhD 2013 winner: Sperm competition between brothers and female choice
4. Audience choice award & Chemistry prize winner! Dance your PhD 2015: the NETs
5. Cedric Kaiwei Tan, “The effect of relatedness on sexual dynamics. Studies of red junglefowl and fruit flies.” , University of Oxford, 2012
6. Nakazawa D, Kumar S, Desai J, Anders HJ, “Neutrophil extracellular traps in tissue pathology.“ Histol Histopathol. 2016 Sep 5:11816., DOI:10.14670/HH-11-816