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「全球第一次完整剖析東亞肺癌成因!」陳玉如與臺美癌症登月計畫

研之有物│中央研究院_96
・2020/12/25 ・3955字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

  • 採訪編輯|張容瑱;美術編輯|林洵安

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

東亞的肺癌患者與歐美大不同,過半為不吸菸者,而且女性比男性多。中研院化學研究所陳玉如所長領導的「臺灣癌症登月計畫」,與臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總的醫師合作,找出不吸菸肺癌可能的致病機轉,為全世界第一個完整剖析東亞肺癌的研究,成果發表在 2020 年 7 月《細胞》(Cell),並登上當期封面,在眾多新冠肺炎研究中殺出重圍,非常不簡單。更值得稱道的是,她如何在其中整合臺灣各領域專家學者,齊心促成此項臺灣癌症研究的關鍵突破?一起來聽聽陳玉如從不設限、有笑有淚的研究之旅。

從來沒想過……

「說實話,我從來沒有夢想過登上這種期刊,」陳玉如說:「因為我是化學領域的。」這位中研院化學所成立 92 年以來第一位女所長,博士班學的是物理化學,專長是設計質譜儀及研究分子鍵能,到中研院之前,從來沒研究過基因、蛋白質,卻意外成為臺美癌症研究合作的重要推手。

2020 年 7 月,陳玉如所長領導「臺灣癌症登月計畫」,利用深度蛋白質基因體技術和多體學數據整合分析,解析臺灣不吸菸病人與西方不同的基因突變特徵、尋找內生性與外在環境致病機轉,並發現癌症早期出現的類晚期分子特徵,為全世界第一個完整剖析東亞肺癌的研究。研究論文已發表於頂尖期刊《細胞》(Cell),並榮登當期封面。(研究詳情請見研之有物即將推出好文〈肺癌患者半數不曾吸菸?女生比男生容易罹癌?找到臺灣人肺癌關鍵成因〉)

中研院化學所陳玉如所長領導「臺灣癌症登月計畫」,找出臺灣人不吸菸肺癌可能的致病機轉,成果發表在期刊《細胞》(Cell)。圖/中研院秘書處

其實陳玉如的不設限人生,本就是一關又一關的「從來沒想過」。在美國取得博士學位之後,陳玉如舉家回到臺灣,雖然很喜歡動手做實驗,但一開始並沒有想要做研究,也不覺得自己適合走研究的路子。

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因緣際會來到中研院,最初兩年,陳玉如原本以為每天的工作就是繪機械圖、設計質譜儀、幫忙同事分析他們合成的分子,但日子久了,覺得自己一事無成,感到很迷茫。後來在同事的建議下,轉換到分析生化分子,從 DNA 分析做起。

「但慢慢的,我又覺得 DNA 分析技術日趨成熟,只有 ATCG 四種鹼基,沒有太大發展空間。」於是陳玉如轉而挑戰蛋白質,跑去學習用「二維膠體電泳」分析蛋白質。做著做著,她又發現這種方法有很大的限制,一次只能看到幾十個蛋白質,但人類蛋白質成千上萬。她決定利用質譜儀開發更好的蛋白質分析法。而這一轉念,人生風景大不同。

聞名世界的膜蛋白質體分析

陳玉如挑選了膜蛋白質體作為主題,「那時候真是初生之犢,想說細胞上最重要的分子就是細胞膜蛋白質體了,結果,那是全世界最難的主題之一!」陳玉如笑著說。

細胞膜上含有大量的膜蛋白質(人體內至少有 8000 種),膜蛋白質調控了很多重要的細胞功能,例如通道蛋白可負責細胞間物質運輸,醣蛋白可提供免疫系統辨識自身和外來細胞,其他膜蛋白質的功能還包括訊息接收、催化反應等等。
陳玉如團隊以質譜儀全面性定量膜蛋白體,可幫助科學家了解與膜蛋白質相關疾病的原理,開發疾病檢測或是藥物標靶蛋白質。以癌症為例,現在使用的癌症標識分子 (biomarker) 大多數就是膜蛋白質。圖/iStock

膜蛋白不愧為蛋白質界的死亡之組,陳玉如的實驗室持續四年多沒有任何成果。面對這樣的難關,她卻說:「還好,我的個性就是不死心,不死心,一直做做做……」所幸第一個博班學生和助理們,跟她一樣不服輸,終於完成了實驗,也讓陳玉如的實驗室闖出了名號。

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現在,膜蛋白質體分析成了她實驗室的核心技術之一,聞名全世界。去年(2019 年)陳玉如以一個化學背景的研究者,當選了「人類蛋白體組織」(Human Proteome Organization, HUPO) 的理事長 (HUPO President-Elect),將於 2021 年正式上任。HUPO 是國際性最大的蛋白質體學術組織,在蛋白質體學領域具有領導性的地位。

臺美癌症登月計畫

實驗室嶄露頭角之後,2015 年,陳玉如到日本參加會議,認識了時任美國國家癌症研究所 (National Cancer Institute, NCI) 癌症臨床蛋白質體學辦公室主任的羅德里格斯博士 (Dr. Henry Rodriguez),由此開啟了臺灣參與美國「癌症登月計畫」(Cancer Moonshot) 的契機。

2015 年,中研院透過駐美國臺北經濟文化代表處及美國在臺協會,與美國國家癌症研究所簽署「癌症蛋白質體學合作備忘錄」,隨著歐巴馬宣布癌症登月計畫,擴大為蛋白基因體分析,並於 2016 年八月簽訂修正版合約。

同年九月,美國前副總統拜登 (Joe Biden) 於「2016 社會公益高峰會」宣告美國的癌症登月計畫將與臺灣、加拿大、中國、德國、瑞士、日本與南韓等國建立合作關係,利用蛋白基因體學 (Proteogenomics) 技術,使用標準化的分析流程和技術平臺,建立病人癌症組織的蛋白基因體大數據,探討癌症的致病機轉以及治療方法,並共同分享數據。

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生物的基因存在於細胞核中,運作時,基因會先轉錄到 RNA,再從 RNA 轉譯出蛋白質,由蛋白質執行所有的細胞功能。結合基因體、轉錄體與蛋白質體的研究,就是「蛋白基因體學」。

陳玉如認為,癌症研究的跨國分享非常重要,因為即使是同一種癌症,也會因為地域、人種及生活型態而有所差異。以「肺癌」來說,歐美大多是吸菸者罹患肺癌,東亞地區的肺癌卻是不吸菸者多於吸菸者;西方罹患肺癌的大多是男性,臺灣的肺癌女性已經開始多於男性,而且我們的病人日趨年輕化,因此肺癌的預防、檢測、治癌和預後方式可能不同。

陳玉如與來自中研院、臺灣大學、長庚大學等臺灣研究團隊,參加 2017 年「國際癌症登月聯盟」聯合會議。圖/陳玉如

來自拜登的邀請函

加入癌症登月計畫的過程中,有個小插曲讓陳玉如非常難忘。拜登副總統即將宣告癌症登月計畫時,陳玉如正在臺灣忙著中研院與臺灣蛋白體學會一起主辦的第十五屆 HUPO 國際會議。

大會開幕的第一天,她收到來自外交部的電子郵件,信上說美國副總統拜登邀請她去美國參加會議,當天必須立刻搭機前往紐約,「我心想,這是詐騙吧?美國副總統邀請我去參加會議?而且我正在辦國際會議,又有颱風攪局,正忙得焦頭爛額,所以我就不理它——結果,這件事是真的!」不過,她實在分身乏術,最後科技部神通廣大找到正在紐約、中研院分子生物研究所特聘研究員孫以瀚(國科會前副主委)代表臺灣出席。

臺灣癌症登月計畫團隊參與領袖會議,陳玉如與當時的美國副總統拜登合影。圖/陳玉如

癌症登月計畫必須自籌經費,2016 年九月之後,陳玉如四處尋求資助。「除了國防部之外,幾乎和每個部會下屬單位都討論過!」不斷的與各個單位溝通,希望大家能理解這個計畫的重要,最後在科技會報辦公室統籌下,納入了政府的「生醫產業創新推動方案」,也獲得政府政策額度計畫、中研院、臺大的支助。

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「那是一段有趣的歷練,也是學習,」她樂觀的說:「政府的語言和目標與我們做研究的不一樣,他們掛念的是產業發展,我慢慢才學會。現在我就曉得,做研究真的要針對重大議題來選題,不能高興做什麼就做什麼。」

跨領域秘訣:學習 → 理解 → 溝通

說到此次東亞肺癌的突破性研究,陳玉如透露自己「雖然是做蛋白研究,兩年前完全不懂基因,做了這個研究之後,出去演講,別人都以為我是癌症蛋白基因體專家。」她之前沒做過基因研究,也不懂基因。從不懂到專家,關鍵是什麼?陳玉如說,就是「學習」,努力學習,理解研究基因的人和臨床醫師在做什麼,然後把基因和蛋白質的數據,以及臨床症狀整合、連貫起來。「壓力一定是有的,但是很開心,從團隊合作學了很多!」陳玉如說。

更關鍵的是,癌症研究是整合型的分析,需要蛋白體和基因分析技術、資訊分析、臨床醫學等各領域的專家跨領域合作,但要整合這麼多領域的領袖談何容易?「一開始大家並不信任我,因為我只懂蛋白質,不懂基因,但這個計畫要從基因整合到蛋白,要怎麼分析?數據怎麼兜在一起?中間經過很多的磨合,非常謝謝隊員們彼此體諒,也願意跨界了解彼此的領域……」

圖/陳玉如

陳玉如努力學習,去理解各領域的專家在做什麼;不斷的溝通,讓彼此互相了解;更一肩扛下經費重擔,負責到處「掙錢」,慢慢的獲得了大家的信任,完成了東亞肺癌的分析研究。「這是一個很棒很棒的團隊!」陳玉如感動的說:「登上頂尖國際期刊的封面,是中研院及臺大長年耕耘蛋白基因體技術的共同成果,讓我們看到臺灣的希望,也讓世界看到臺灣豐沛的研究能量。」

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延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為《「全球第一次完整剖析東亞肺癌成因!」陳玉如與臺美癌症登月計畫》,泛科學為宣傳推廣執行單位

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研之有物│中央研究院_96
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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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「魔術子彈」來了:HER2 基因突變肺癌的致命克星
careonline_96
・2024/10/20 ・2755字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖/照護線上

剛診斷為第四期肺癌的患者都相當沮喪,但現在對於晚期肺癌的治療已有長足的進展!新光醫院血液腫瘤科林瑛珠醫師指出,以前第四期肺癌患者的存活期大約只有6個月,隨著標靶治療的進步,若能找到合適的藥物,便有機會讓病情得到長期穩定控制,患者的存活期便能有望延長。抗癌藥物的進展日新月異,如今抗體藥物複合體(Antibody-drug conjugate ; ADC)漸漸運用於具有 HER2 基因突變的非小細胞肺癌,像魔術子彈一般精準攻擊癌細胞,幫助提升治療成效,讓患者多一項選擇。

肺癌治療已進入精準醫療時代,除了考量病理組織型態,也可透過基因檢測來幫助擬定治療策略。林瑛珠醫師指出,次世代基因定序檢測(NGS,Next Generation Sequencing)可一次檢測數十個甚至上百個基因變異,讓醫師能夠依照基因檢測結果來選擇對應的藥物。

在肺腺癌患者中,大約有 50%~60% 的病人可以找到基因突變,最常見的是 EGFR 突變,其他還有 KRAS、ALK、HER2、ROS1、BRAF、MET 等。以具 EGFR 點突變的患者為例,使用相對應的標靶藥物已能有效延長患者的存活時間。林瑛珠醫師指出,一般大眾對 HER2 突變的印象多與乳癌相關,而肺腺癌的 HER2 基因突變佔比約為 3% 至 6%,且多為女性、非吸菸者,不容忽視。因為HER2基因突變與癌細胞的惡性度有關,具有 HER2 基因突變的腫瘤較容易轉移,且對化學治療和免疫治療的反應較差,也較容易復發。

圖/照護線上

過去沒有針對 HER2 基因突變的非小細胞肺癌的治療藥物,患者大多是使用化學治療、免疫治療來進行全身性治療,缺少直接作用於癌細胞的標靶藥物,治療成效較有限。林瑛珠醫師指出,過往討論度很高的 HER2 突變乳癌標靶藥物「魔術子彈」在乳癌治療成效良好,目前已新取得 HER2 基因突變的非小細胞肺癌適應症,讓患者有更多的治療可搭配選擇,有望突破 HER2 基因突變之非小細胞肺癌的治療瓶頸。

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「魔術子彈」屬抗體藥物複合體 ADC,是藉由連接子將 HER2 單株抗體與化療藥物組合而成,林瑛珠醫師解釋,因為單株抗體會與癌細胞表面抗原結合,癌細胞會將抗體藥物複合體內化至細胞內,連接子被癌細胞高度表現的酵素切斷後能釋出化療藥物,所以能夠精準地將化療藥物運送至癌細胞內產生毒殺效果,並且化療藥物可以穿透細胞膜到鄰近沒有表現 HER2 的癌細胞,克服腫瘤異質性問題而達到更好的腫瘤毒殺效果(旁觀者效應)。

非小細胞肺癌患者搭配次世代基因定序檢測 NGS,如果檢測發現具有 HER2 基因突變,便可以考慮使用魔術子彈。林瑛珠醫師指出,由於抗體藥物複合體 ADC 的作用機轉更精準,讓化療藥物直接作用在腫瘤細胞,有望提升腫瘤反應率和存活期,是這類患者的新抗癌利器。不過藥物治療仍須注意藥物相關的副作用,如噁心、疲倦等,因此醫師仍會根據病人的身體狀況,決定合適的治療選擇並妥善安排後續的監測計畫,以確保用藥安全。

圖/照護線上

日前次世代基因定序檢測 NGS(Next Generation Sequencing, NGS)已納入健保給付,可一次檢測多種基因變異,針對非小細胞肺癌實體腫瘤的基因檢測有健保給付相關方案,減輕患者經濟負擔。林瑛珠醫師指出,現在大多會建議患者在確定診斷時便進行次世代基因定序檢測,因為透過切片取得的肺癌檢體相當珍貴,及早進行次世代基因定序檢測,有機會找到最適合的標靶藥物,獲得越多的資訊,對治療的選擇很有幫助。

圖/照護線上

肺癌的治療持續進步,陸續也有新藥被研發出來,讓醫師有更多的武器來對抗肺癌。患者務必和醫師密切合作,善用各種治療工具,達到較佳的治療成效!

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筆記重點整理

  • 如果基因檢測發現非小細胞肺癌具有 HER2 基因突變,可以考慮使用魔術子彈。抗體藥物複合體 ADC 的性質,能夠讓化療藥物直接作用在腫瘤細胞,有望提升腫瘤反應率和存活期。不過藥物治療仍須注意藥物相關的副作用,如噁心、疲倦等,因此醫師仍會根據病人的身體狀況,決定合適的治療選擇並妥善安排後續的監測計畫,以確保用藥安全。次世代基因定序檢測 NGS 已納入健保給付,現在大多會建議患者在確定診斷為肺癌時便進行次世代基因定序檢測,因為透過切片取得的肺癌檢體相當珍貴,及早進行次世代基因定序檢測,獲得越多的資訊,對治療的選擇很有幫助。
  • 肺癌治療已經進入精準醫療時代,除了考量病理組織型態,還可透過基因檢測,幫助擬定治療策略。次世代基因定序檢測(NGS)可一次檢測數十個甚至上百個基因變異,讓醫師能夠依照基因檢測結果選擇對應的藥物。
  • 在肺腺癌患者中,HER2 基因突變大概佔 3% 至 6%,但也不容忽視。因為 HER2 基因突變與癌細胞的惡性度有關,具有 HER2 基因突變的腫瘤較容易轉移,對化學治療和免疫治療的反應較差,而且較容易復發。
  • 治療 HER2 基因突變之肺癌「魔術子彈」屬於抗體藥物複合體 ADC,是藉由連接子將 HER2 單株抗體與化療藥物組合而成,因為單株抗體會與癌細胞表面抗原結合,癌細胞會將抗體藥物服和體內化至細胞內,連接子可被癌細胞高度表現的酵素切斷後釋出化療藥物,所以能夠精準地將化療藥物運送至癌細胞產生毒殺效果,並且化療藥物可以穿透細胞膜到鄰近沒有表現 HER2 的癌細胞,克服腫瘤異質性問題而達到更好的腫瘤毒殺效果(旁觀者效應),就像「魔術子彈」一樣。
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不抽菸也會得肺癌?PM2.5 如何「叫醒」沉睡的癌細胞?
PanSci_96
・2024/06/25 ・4403字 ・閱讀時間約 9 分鐘

不好意思,你很可能會得這種癌症。其實,我也是。

它就是台灣十大癌症榜首,肺癌。

現在,根據 2023 年 11 月衛福部發布的最新統計數字,肺癌一年的新增病人數已經超越大腸直腸癌,成為台灣每年癌症發生人數之最,堪稱臺灣人的「國民病」。

可怕的是,肺癌在癌症之中有三個之最:死亡率最高、發現時已經是晚期的比例最高、醫藥費也最高。現在再加上發生人數最高,堪稱從癌症四冠王。

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你說肺癌是抽菸的人的事?錯!台灣抽菸人口比例在全球排名 30,比日本、韓國、中國和多數歐洲國家都還低!顯然抽菸並不是肺癌的唯一主因!那難道是二手菸?還是空污惹的禍?還是台灣人的基因天生脆弱?我們到底要怎麼做才能遠離肺癌?

臺灣人的肺癌特別在哪?癌症和基因有關嗎?

根據衛福部國健署的說法,肺癌人數的增加,其實與 2022 年 7 月開始推動肺癌篩檢的政策有關。

隨著篩檢量的上升,近年內肺癌的確診人數預期還會再往上。

原來是因為篩檢量啊,那就不用擔心了。但換個角度想,這才是肺癌最可怕的地方,它可能已經存在在很多人身體裡,而我們卻沒能發現它。肺癌早期幾乎沒有症狀,高達 50% 的患者發現時已經是第 4 期。屆時不只肺部遍布腫瘤,癌細胞可能還轉移到大腦、骨頭等器官,讓治療變得加倍困難。

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對付肺癌,最關鍵點是愈早發現愈好。按照國健署統計,如果第 1 期就發現,5 年存活率可達九成以上,第 2 期發現降為六成,第 3 期存活率大約三成,一旦到第 4 期,僅僅剩下一成。

當然,最好的方法,就是做好預防,打從一開始就不讓癌細胞誕生。

那麼我們就要先了解問題到底是出在環境,還是你、我身體中的基因? 過去關於肺癌的遺傳研究,多半以歐美國家為主,套用到我們身上總有些牛頭不對馬嘴。幸好,我這裡一份以臺灣人為主角的大規模研究報告,將為我們揭露答案。

這份研究是由中央研究院團隊主導,結合臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總等單位的研究,還登上生物領域頂尖期刊《Cell》2020 年 7 月的封面故事。非常具有權威性,不能不看。

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同時,這也是全球第一次完整剖析東亞地區肺癌的成因。他們的主題很明確:「為什麼不吸菸也會得肺癌?」

在西方,肺癌病人裡面只有 20% 左右的人不吸菸。但是在臺灣,卻有超過一半的肺癌病人都不抽菸,顯示有其他致癌要素潛伏在基因裡作怪。另外,臺灣肺癌病人的男女比例和西方人也大不同,臺灣女性通常更容易罹患肺癌。 為了瞭解肺癌,研究團隊取得肺癌病人的腫瘤和正常組織,解讀 DNA 序列和蛋白質表現量,最後鑑定出 5 種和西方人明顯不同的變異特徵。

其中最受關注的,是一種 APOBEC 變異,因為它有可能是臺灣女性為什麼容易罹患肺癌的關鍵。

這種變異特徵屬於內生性的,也就是人體機制自然產生的 bug。

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APOBEC 不是指單一基因,它是細胞內負責編輯 mRNA 的一組酵素,包含 11 個成員。主要功用是把胞嘧啶核苷酸(C)轉變尿嘧啶核苷酸(U)。簡單來說,APOBEC 原本是細胞正常活動的一環。但因為它有改寫核酸序列的能力,在 DNA 修復過程同時活躍時,就很有可能出事。這就像是一個創意豐富的阿嬤,看到破損的古畫,就在沒和別人討論的情況下上去東湊西補,用自己的方式重新修復了這件藝術。一個與原本不同的突變細胞可能就這樣產生了。

APOBEC 變異在臺灣女性病人身上特別明顯,舉例來說,60 歲以下沒有吸菸的女性患者,就有高達四分之三有這種變異特徵。研究團隊認為,APOBEC 出錯造成的基因變異可能是導致女性肺癌的關鍵。 除了內生性變異,另外一個容易導致肺癌發生的,就是周遭環境中的致癌物。

致癌物有哪些?

研究團隊總結出 5 種肺癌危險物質:烷化劑、輻射線、亞硝胺(Nitrosamine)、多環芳香烴(PAHs),還有硝基多環芳香烴(Nitro-PAHs)。

其中,亞硝胺類化合物主要來自食品添加物和防腐劑,多環芳香烴大多來自抽菸和二手菸,硝基多環芳香烴則是透過汽機車廢氣和 PM2.5 等毒害肺部。

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圖/unsplash

他們進一步分析,大略來說,女性在不同年紀,致癌因素也有差異。60 歲以下的女性肺癌病人,APOBEC 特徵的影響比較明顯;70 歲以上的女性患者,和環境致癌物的相關度比較高。 既然找到致癌原因,我們該如何著手預防呢?你知道肺癌,其實有疫苗可打!?

空氣污染和肺癌有關嗎?有沒有癌症疫苗?

想預防肺癌,有 2 種對策,一種是「打疫苗」,一種是「抗發炎」。

是的,你沒聽錯,英國牛津大學、跟佛朗西斯.克里克研究所,還有倫敦大學學院在 2024 年 3 月下旬公布,他們正在研發一款預防性的肺癌疫苗,就叫 LungVax。它所使用的技術,和過往牛津大學協同阿斯特捷利康藥廠製造 COVID-19 AZ 疫苗時的方法相似。

他們已經募到一筆 170 萬英鎊的經費,預計未來兩年資金陸續全數到位,第一批打算先試生產 3000 劑。不過,關於這款肺癌疫苗,目前透露的消息還不多,我們挺健康會持續追蹤這方面研究的進展。

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在疫苗出來之前,我們還有第二個對策:抗發炎。發炎和肺癌有什麼關係呢?這就要先回到一個問題:為什麼空污會提高得肺癌的機率呢?

一個很直觀又有力的推測是,空污會導致肺部細胞 DNA 突變,因此而催生出腫瘤。

圖/unsplash

但是修但幾勒,科學要嚴謹,不能只看結果。科學史上發生過很多次表象和真實截然不同的事件,空污和肺癌會不會也是這樣?

2023 年 4 月《Nature》的一篇封面故事,明確地說:Yes!肺癌真的和我們想的不一樣。

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其實早在 1947 年,就有以色列生化學家貝倫布魯姆(Isaac Berenblum)質疑主流觀點,他提出的新假設是:除了 DNA 突變以外,癌細胞還需要其他條件才能坐大。用白話說,就是肺癌是個會兩段變身的遊戲副本頭目,正常細胞先發生變異,接著再由某個條件「扣下扳機」,突變細胞才會壯大成腫瘤。

也就是説,只要攔住任一個階段,就有機會能防範肺癌。假如這論點正確,全球肺癌防治的方向將會直角轉彎。

《Nature》的研究支持這個假說,扭轉了過去 70 多年來的看法。在這項里程碑研究中,臺灣也是要角。

時間回到 2020 年,《Nature Genetics》上發表了一份針對 20 種致癌物質的研究報告,包括鈷、三氯丙烷和異丙苯等,但注意,這研究指出這些致癌物大多沒有增加實驗鼠的 DNA 變異量。

這個現象實在太違反直覺,過了 3 年,疑團還是懸而未決。直到《Nature》的跨國研究出爐,才解開部分謎底。

英國倫敦佛朗西斯.克利克研究所主導 2023 年的一項研究,他們鎖定對象為肺腺癌。肺腺癌是典型「不吸菸的肺癌」,台灣每 4 個肺癌病人就有 3 人是肺腺癌,尤其是女性肺腺癌患者有高達九成不抽菸。 為了抽絲剝繭探明空污和肺癌的關係,研究團隊聚焦在肺腺癌患者常發生的表皮生長因子受體基因變異,縮寫 EGFR。他們收集英國、加拿大、韓國和臺灣四國大約 3 萬 3 千名帶有 EGFR 突變的病人資料,進行深入分析,並且發現 PM2.5 和肺腺癌發生率有顯著關聯。研究團隊進一步用小鼠做試驗,把小鼠分成吸入和未吸入 PM2.5 兩組,結果發現吸入組更容易長出惡性腫瘤。

圖/pexels

到目前為止都還不算太意外,然而,團隊切下肺部細胞、分析 DNA 以後發現,DNA 的突變量居然沒有明顯增加!但是有另一件事發生了:堆積在肺的 PM2.5 顆粒會吸引免疫細胞從身體各處聚集過來,並分泌一種叫做 IL-1β 的發炎因子,導致肺組織發炎。

這下子有趣了,根據克利克研究所團隊的檢驗結果,估計每 60 萬個肺部細胞有 1 個帶有 EGFR 突變,這些細胞在發炎環境裡會快馬加鞭生長。相反的,當他們給小鼠注射抑制 IL-1β 的抗體,肺癌發病率就跟著下降。 《Nature》一篇評論引述美國加州大學舊金山分校分子腫瘤學專家波曼(Allan Balmain)的看法。他總結說,空污致癌的主要機制,可能不是因為空污誘發了新突變,而是持續發炎會刺激原本已帶有突變的細胞生長。換句話說,本來在熟睡的壞細胞會被發炎反應「叫醒」。

這會給肺癌防治帶來巨大衝擊,這樣一來,問題就從「用公衛或醫療方法防止 DNA 變異」變成了「如何抑制發炎」。

人體的細胞每天不斷分裂,用新細胞替換老舊細胞。但是這就像工廠生產線,良率無法百分百,組裝幾十萬產品難免會做出幾件瑕疵品,也就是帶有基因突變的細胞。換句話說,從自然界角度來看,DNA 變異是一種自發現象,醫療手段實際上幾乎不可能阻止。

但是,降低發炎卻是有可能做到的,例如注射抑制 IL-1β 因子的抗體。不過,就公共衛生來說,要給幾千萬人施打抗發炎因子藥物根本不切實際,因為太花錢,而且也可能造成其他的副作用。 波曼在《Nature》評論裡建議,透過簡易可行的飲食方式來降低體內發炎,或許有機會減少某些癌症的風險。這也就是說,科學家應該重新回來審視,怎樣把每天的生活點滴點石成金變成防癌手段。

圖/unsplash

這也等於預告了肺癌的下一階段研究方向,除了內科、外科醫療科技持續精進,尋求預防惡性疾病的最佳飲食要素,也成為聚焦重點。

也想問問你,關於肺癌,你最看好的下一個突破是什麼呢?

  1. 希望有篩檢技術 2.0,不但百發百中,如果連X光都不必照,只要抽血就能順便驗出有沒有癌細胞,那該多好。
  2. 當然是癌症疫苗,最好是能一勞永逸。
  3. 科學證實有效的抗發炎防癌食物組合,我一定立刻加入菜單,不過還是希望味道要好吃啦。

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