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「多趾貓」怎麼來的?解析生物手指的形成秘密——《我們身體裡的生命演化史》

鷹出版_96
・2021/09/18 ・1519字 ・閱讀時間約 3 分鐘

以前的水手相信六趾貓能給船隻帶來幸運。人們相信這種「多趾貓」(mitten cat)因為腳掌比較寬闊,在海上維持平衡的能力比較強,因此抓老鼠更厲害。

船長史丹利.戴克斯特(Stanley Dexter)有了一窩這樣的貓,還把其中一隻送給當時住在美國佛羅里達州基威斯特(Key West)的朋友海明威(Ernest Hemingway),這隻叫做「白雪」(Snow White)的六趾貓後代,現在依然在海明威的房中居住。除了是吸引觀光客的亮點之外,這些貓也參與了基因組運作新概念的誕生過程。

人類有的時候也會多出手指或是腳趾。大約每千人中就有一人生來手或腳會多出指頭。有個極端的例子出現在 2010 年,一位印度出生的男孩總加起來有三十四根指頭。多出來的指頭可能長在拇指外側或是小指外側,或是手指分成兩個或有分岔。在拇指外側多出來的指頭稱為「橈側多指」(preaxial polydactyly),在生物學上特別重要。

手指的形成,依靠一小群細胞發號司令

1960 年代,科學家研究雞卵,好瞭解在胚胎發育的過程中,翅膀和腿如何形成。四肢像是小芽般從胚胎上長出來,有點像是小管子。過了幾天之後(這個「幾天」因物種的不同而有異),隨著小芽生長,骨頭開始成型,末端的形狀有點像是扁平的槳,而指頭、腕部和踝部全都在這個擴大的部位中形成。

科學家發現,如果調動或移走槳狀部位裡的細胞,就能改變後來指頭的數量。如果從頂端切除一小片組織,肢體的發育就會停止。如果在發育早期切除這條組織,那麼胚胎形成的肢體上指頭會比較少或是沒有指頭。如果在稍晚一點的階段切除這一條,那麼胚胎可能只會少一根指頭。在這個實驗中,發育所處的階段非常重要:早期切除造成的效果比較顯著,晚期的較不明顯。

圖/Pexels

威斯康辛大學的約翰.桑德斯(John Saunders)和瑪莉. 蓋斯林(Mary Gassling),從肢芽正在生長的槳狀部底切了一小片組織下來(年代久遠,這麼做的原因已不可考),那片組織平凡無奇,看起來沒有絲毫不尋常,所在的位置就是在槳狀部位後來會長出小指的地方。兩位科學家看著這片不到一毫米長的組織,將它移植到肢芽的另一側,也就是之後會長出拇指的位置。完成了之後,他們把胚胎封回卵中,讓它發育完全。

這個胚胎發生的變化出乎意料之外。孵出的小雞看起來很正常,有一個喙、有羽毛、有翅膀,只不過正常的翅膀有三根長指頭,這隻小雞卻有六根。那一小片細胞團中含有製造指頭的指令。

其他實驗室馬上加入研究行動。1970 年代,英國有個研究團隊把小片錫箔放在那片組織與肢芽的其他部位之間,阻擋該片組織和其他細胞的接觸,結果翅膀的指頭數目減少了。這代表那片組織釋放出的某些化合物會擴散到發育中的肢體去,刺激指頭的成形。當錫箔片阻止了擴散,發育出來的指頭便減少。如果把錫箔放到肢體的不同位置,形成的指頭則會增加。但是那種化合物是什麼?

1990 年代初期,三個各自獨立的實驗室利用新的方法,找出那種蛋白質以及編碼該蛋白質的基因。在肢體發育的過程中,該基因製造出來的蛋白質會擴散到肢芽的槳狀部位。研究人員發現,擴散的程序會告知細胞群該要形成哪一根指頭。蛋白質濃度高會讓小指成形,濃度低會讓拇指成形,中等濃度則會讓小指和拇指之間的指頭成形。有個團隊把這個基因命名為「音速小子」(Sonic hedgehog),這個名字有兩個梗:在其他物種中有一類基因叫做「刺蝟」(hedgehog),而「音速小子」是當時流行的電動遊戲主角人物。

——本文摘自《我們身體裡的生命演化史》,2021 年 月,鷹出版

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研究指混打 AZ 與 BNT 疫苗效果拔群!感染率比接種 2 劑 BNT 更低

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/22 ・2347字 ・閱讀時間約 4 分鐘

2021 年 10 月 21 日,國際期刊《自然》(Nature)公開一篇法國里昂國際傳染病研究中心(Centre International de Recherche en Infectiologie Lyon, CIRI)的研究,探討混合施打 AZ 與 BNT 兩種不同廠牌的新冠疫苗後,產生細胞免疫的特性與效果。研究觀察 13,121 名護理人員的真實世界數據,發現混打 AZ 與 BNT 疫苗,比起施打兩劑 BNT 疫苗,可更好的預防新冠病毒引起的嚴重急性呼吸系統綜合症。

研究團隊為瞭解混打這兩種疫苗的機制,觀察兩種疫苗不同的施打組合,發現兩種組合都可以引起很強的抗體反應,而混打疫苗的個體,血清中抗體都有更強的中和能力。此增強的效果,與轉化、活化 B 細胞辨認新冠病毒受體結合區域(Receptor Binding Domain, RBD)的頻率上升有關。

比起第一劑的 BNT 疫苗,AZ 疫苗引起的 IgG 反應較弱,但引起 T 細胞的反應更強,作者認為這可解釋兩種疫苗混打後效果較好的原因。研究結論也提到,混打的方式可能特別適合免疫功能較低下的人。

我們對於混打的瞭解有多少?

國家衛生研究院感染症與疫苗研究所副研究員級主治醫師齊嘉鈺表示,先前許多針對疫苗混打的研究規模比較小,參與人數大多僅數十人到數百人;研究方向著重在免疫反應的差異,而非真實世界的保護力;實驗方法也有限制,例如,分析中和抗體時所用的是替代指標或是人工假病毒中和試驗,而非活的新冠病毒,因此對預測真實臨床病毒的中和能力仍然會有一些疑慮。

最近有另一篇剛剛發表刊登在 Lancet 的報告,是來自瑞典全國性大規模的疫苗混打研究結果,該研究總計納入超過 10 萬名接受 ChAd(腺病毒載體)/mRNA 疫苗混打者與 43 萬名完成兩劑都是接種 ChAd 疫苗者進行保護力的分析。結果發現,疫苗混打組確實對有症狀感染具有更高的保護效果,但是並未深入剖析相關的免疫機制。

齊嘉鈺指出,本文是來自法國的研究,對象是 1 萬 3 千多名醫護人員,其中 2,500 多名接受混打(ChAd/BNT),另外 1 萬多名兩劑皆施打輝瑞 BNT162b2 疫苗。相較於其它文獻,這一篇研究除了分析對感染的保護力差異外,更清楚探討混打疫苗所誘發的免疫機制。

感染率比較:混打組 0.42% < 0.71% 兩劑BNT

台灣兒童感染症醫學會理事長邱南昌指出,研究比較 10,609 名間隔四週施打兩劑 BNT 疫苗,和 2,512 名第一劑施打 AZ 疫苗 12 週後第二劑改用 BNT 疫苗者,發生 COVID-19 感染的情形,以及免疫系統的反應情形。兩劑都打 BNT 疫苗組感染的發生率是混打組的兩倍(0.71% 比 0.42%)。作者還檢驗了多種免疫反應,只打完第一劑後,AZ 疫苗產生的抗體濃度較 BNT 疫苗低;但施打完兩劑後,有些抗體濃度就相似,有些則是混打組較高;在記憶細胞方面,混打組也產生較多。

邱南昌表示,這些免疫反應,可以解釋為何混打的人,能夠降低更多的感染風險。對於變種病毒也是混打組有較好的免疫反應。與過去只是驗抗體濃度,此篇有現實世界的資料,也較之前研究做了更深入的免疫反應檢驗,證實第一劑 AZ 疫苗第二劑 BNT 疫苗,可以得到比兩劑都打 BNT 疫苗更好的效果。

輝瑞 BNT 疫苗。圖/Wikipedia

混打後的免疫反應能維持多久?仍未有結論

邱南昌也說,此篇沒混打組的兩劑 BNT 疫苗是間隔四週,但混打組兩劑間是間隔 12 週。之前的資料就顯示第二劑間隔較久才施打,產生的抗體濃度較高。但由此研究檢驗多種免疫反應的結果看來,時間間隔應不是唯一理由,還有其他可顯示有混打對免疫反應增強的理由。此外,不同地區不同的流行狀況,會影響保護力的研究結果,但免疫反應應是差不多。

齊嘉鈺則補充,研究對象都是醫護人員,因此結果要外推到其他一般大眾,包括更廣的年齡層、潛在疾病等,還需要更多的證據;工作性質不一樣的醫護人員之間暴露於病毒的風險也不同,也可能影響兩組疫苗保護力的結果;免疫機制的實驗僅追蹤至施打完第二劑後 4 週,所以,混打後的免疫反應能維持多久、何時會降低、需不需要再追加第三劑,也還沒有結論。

若開放混打,我該衝一波嗎?

本文有幾項重要結論:

  1. 兩劑間隔 12 週,有順序的混打(ChAd/BNT)疫苗確實比間隔 4 週施打兩劑 BNT 疫苗對降低感染提供更好的保護力。
  2. 兩種組合都刺激了很強的抗棘蛋白抗體反應,但混打可以誘發更強的中和抗體,即使是針對不同的 SARS-CoV-2 變種病毒。這種增強的中和抗體反應與可以辨識受體結合區域(RBD)的記憶 B 細胞持續的成熟及活化有關。
  3. 第一劑施打 ChAd 疫苗後比 BNT162b2 疫苗誘發的抗體反應弱,但卻有更強的 T 細胞反應,可以解釋兩種疫苗混打使用時的互補性。

這個結果再一次為混打疫苗的保護力提出更多的科學證據,同時也特別對一些免疫功能低下,如器官移植的患者,提供更好的疫苗接種選擇建議。

COVID-19 有多種疫苗,陸續有研究顯示混打可能誘發不同免疫反應,得到比單一疫苗更好的保護力。但是疫苗種類繁多,混打方式的排列組合更多樣,目前只有少數方式有確切數據可驗證。

我國根據我們各種疫苗的供應量和已經發表的研究資料,有可能會逐漸開放准許混打的種類。但是就本研究的資料看來,即使不混打也仍得到相當不錯的保護力。所以其實也不必執著於是否要混打,有什麼疫苗能打就打什麼,反而是最簡單的選擇。

研究文獻

※為了盡快了解研究的重大發現,此為 Nature 期刊提供的未經編輯文章,在最終發布完稿之前,研究者還可能修正文章內容。

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