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不只抗 COVID-19 還能抗癌!——曾被遺忘的 mRNA 技術如何成為救命療法?

miss9_96
・2021/10/15 ・4606字 ・閱讀時間約 9 分鐘

mRNA 療法的應用,猶如科學家嘗試以凡人之軀、撰寫神意、扭轉命運。這傳說似的幻想,如今卻近在眼前。

以凡人之身,編寫生命的語言

許多治療,都和蛋白質有關,如:若能在心肌梗塞處,提供生長因子,就能恢復心臟生機;若能訓練白血球辨認腫瘤蛋白質,就能抑制癌症。而細胞生產蛋白質的指令,來自 DNA、mRNA,換言之,若能掌握編寫 DNA 或 mRNA 的技術,就能調控蛋白質、治癒疾病 [1]。

起源

mRNA 被發現於上世紀的六零年代,「DNA→mRNA→蛋白質」的邏輯因此建立 [2]。而利用 mRNA 和 DNA 治療疾病的基因療法,開始在科學界裡萌芽。再過三十年、九零年代時,科學家首次將 mRNA 或 DNA 直接注入小鼠,並觀察到人工 mRNA 和 DNA 都能操控小鼠肌肉、製造人工蛋白 [3],能發光的小鼠顯示基因療法並非幻想。但很快地,科學家在選擇 DNA 或 mRNA 來編寫指令時,發現 mRNA 在應用上非常困難,事實上,脆弱到不堪使用。

RNA 的物理性質上比 DNA 更脆弱,同時人體組織裡豐富的分解酵素,限制了 mRNA 療法的可用性。更嚴重的是 mRNA 會引起強烈的免疫發炎反應,人工注入的 mRNA 不僅被破壞,更可能引起副作用,危害病人 [4]。在基因治療的道路上,大多數人拋棄 mRNA、轉投 DNA 的領域。

除了少數幾位。

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拯救生命的英雄,並不總是穿著披風

1998 年,來自匈牙利的科學家-卡林柯(Katalin Karikó)和魏斯曼(Drew Weissman),因共用印表機而結識、合作。她們詢問自己,細胞會攻擊人工注射的 RNA,但細胞本體也有豐富的 RNA,為什麼不攻擊自己呢?深研後發現,人體細胞自有的 RNA,其組成的核苷酸常使用 A、U、G、C 以外的特殊核苷酸,如:哺乳動物 rRNA 裡的偽尿苷(pseudouridine, Ψ)比例是細菌 rRNA 的 10 倍。那麼,若模仿自然、使用特殊核苷酸編寫 mRNA,就能逃脫被偵查、破壞的命運嗎?

2005 年,兩人發表了「避開偵查、減少發炎反應」的 mRNA 技術。在細胞實驗中,以偽尿苷取代 U 而製成的人工 mRNA,有效地避開了細胞的偵查、操控細胞分泌人工蛋白質。2008 年,該技術在動物層級上獲得成功 [4]。但此成功未在學術圈引起驚天波瀾,反倒是兩間小公司看到論文後、買下了她們的專利,一間叫莫德納/Moderna、另一間是德國公司-BioNTech,簡稱 BNT。

時光流轉,來到了 2020 年。

莫德納和 BNT 以當年的專利為基礎,光速推出新型冠狀病毒疾病/COVID-19 疫苗、一戰成名。科學家憑著 mRNA 療法的快速、靈活,拯救了千萬生命。mRNA 療法也藉由大規模施打疫苗,證明了安全、有效。這場頃覆一切的瘟疫,同時也開啟了 mRNA 療法的無限可能。

mRNA 療法的優勢 [5]

mRNA 療法屬基因治療,目前僅 COVID-19 疫苗被廣泛使用,其他應用尚在臨床、實驗室階段。但它獨特的優勢,猶如未雕琢的原鑽,令人著迷。

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  • 製程快速:

以 COVID-19 疫苗為例,因為無需細胞培養、病毒養成、純化等繁雜工藝,莫德納從設計到生產 mRNA 疫苗,僅花了 25 天。此等高速的開發優勢,在每日一變的急性傳染病疫苗開發中,科學家擁有了更迅速的反應能力。而在癌症治療上,mRNA 的快速生產、靈活調整的優勢,讓「客製化」的癌症療法成為可能。科學家可以分析每位患者的腫瘤細胞、尋找其獨特的腫瘤蛋白質,進而客製化 mRNA 藥物。

  • 自帶活化免疫細胞的性質:

如前所述,細胞討厭外來的 RNA;細胞內的受體,能偵測外來 RNA,拉響警報、活化免疫系統 [6] [註2]。在傳染病疫苗的領域,科學家故意利用 mRNA 會引起發炎的特性,以修飾核苷酸等技術,調整疫苗活化免疫系統的程度、設計出無需佐劑就能對抗急性傳染病的 mRNA 疫苗。

  • 和 DNA 療法相比,mRNA 安全性更高 [註1]:

mRNA 不進入細胞核、在細胞質即可作用,因此不存在插入染色體、引起突變意外等風險。且相較於 DNA, mRNA 降解快,也可透過修飾核苷酸、替換投遞載體等方式,調整 mRNA 存在的時間。過往研究曾發現,注射 DNA 疫苗後,DNA 至少會持續 2 週,並可從注射部位擴散到全身組織 [2],從而構成未知的潛在風險。因此 mRNA 較脆弱、分解快的本質,反而讓人比較放心。

屬於 mRNA 疫苗的莫德納疫苗。圖/維基百科

而且 mRNA 的製程中,無需培養細胞或病毒,外來物汙染的風險較低。以 COVID-19 疫苗為例,不論是去活化病毒疫苗(如:科興、國藥),亦或腺病毒載體疫苗(如:AZ、嬌生)的製程中,都要讓病毒感染細胞、大量複製,最後再催毀細胞、殺死病毒、除去汙染細胞碎片等。這些製程,難免會殘留細胞屍體、DNA 等汙染物,帶來些許隱憂。

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mRNA 療法的各種應用 [2]

除了 COVID-19 疫苗外,mRNA 療法尚可應用在癌症、多發性硬化症、心肌梗塞,甚至是愛滋病的治療等。

治癒癌症-克雷默的故事 [7]

52 歲的克雷默(Brad Kremer)打了一針 mRNA。不,不是為了預防 COVID-19,是治療黑色素瘤。

參與癌症臨床試驗之前,他皮膚的惡性腫瘤已經侵犯到肝臟、脊椎。克雷默的背痛日漸加劇、體重快速被侵蝕,死神即將取得勝利。而打了 mRNA 第一針的數週內,克雷默驚奇的看到,皮膚上硬幣大小的腫瘤硬塊、以肉眼可察的速度縮小、扁平、退色。隨著療程持續,食慾慢慢恢復、背痛消退,並且儀器中的影像顯示腫瘤正在縮小、消失。

帶給克雷默希望的疫苗代號是 BNT122,製造商是德國 BioNTech,除了傳染病疫苗外,它們也專注於癌症領域。2017 年,13 名末期黑色素瘤的患者接受特製個人化的 mRNA 療法,依據每位病人的腫瘤細胞設計 mRNA,進而特訓免疫系統,讓免疫細胞辨認、殺死「壞細胞」。試驗取得了階段性成果,治癒癌症的「神諭」又近了一步。

人體的免疫細胞本就能剿滅腫瘤,但可能因老化、腫瘤特性等原因,使免疫系統放任腫瘤生長。因此,若能用 mRNA 療法特訓、直接把「壞細胞」的長相放到免疫細胞的面前,就能特化出專殺腫瘤的特種部隊。

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黑色素瘤。圖/維基百科

mRNA 可應用的腫瘤基因療法有二 [8]:

  1. 以樹突細胞為目標:機制仿似 COVID-19 疫苗。將腫瘤細胞特有的蛋白質編入 mRNA,投遞入樹突細胞,再由樹突細胞表現敵人蛋白質、通知 T 細胞。
  2. 以 T 細胞為目標:即近期熱門的 CART(chimeric antigen receptors T cell)療法。創造全新的 T 細胞的表面受體,故意設計出可辨認出腫瘤的受體,再將其編碼入 mRNA、投遞入 T 細胞,人工培養出可認出腫瘤的 T 細胞軍團。目前美國已有專門治療淋巴癌的 CART 療法上市。

緩解自體免疫疾病、過敏疫苗-用 T 細胞克制 T 細胞

免疫系統若失控,就會攻擊人體、引發紅斑性狼瘡、多發性硬化症等自體免疫疾病;也會引起過敏性鼻炎等令人不適的過敏反應。因此,系統裡也有內控、抑制免疫的憲兵-調節性T細胞(regulatory T cell/Treg cell)。科學家也試圖利用mRNA療法活化調節性T細胞、調低過度活躍的免疫反應,緩解自體免疫疾病。

mRNA 所針對的自體免疫疾病有二:

  1. 預防、緩解自體免疫疾病 [9]:樹突細胞是人體的哨兵,它會不分敵我地到處吞食蛋白質,但只有「同時收到發炎訊號」時,才會驚覺「外敵入侵」、呼叫負責總體戰的 T 細胞。科學家刻意鑽此漏洞、設計了「不引起發炎訊號」的 mRNA 疫苗(不含佐劑、mRNA 使用特殊核苷酸),讓樹突細胞吞食會引起多發性硬化症的自體抗原、但卻不引起發炎訊號。以此方式教育細胞「這是正常的蛋白質,不要隨便攻擊它」。
  2. 過敏疫苗 [2]:mRNA 療法在多發性硬化症的小鼠模型上,成功地推遲了發病的年齡、減輕疾病的嚴重度。而且沒有傳統化學藥物、無差別壓制免疫力的副作用。T 細胞會透過許多路徑活化,如:TH1, TH2 等,其中 TH2 會誘發 IgE 等導致過敏的反應。幸好 TH1, TH2 之間是競爭關係,若能提前活化 TH1,就能避免導致過敏的 TH2 出現。因此科學家利用 mRNA 疫苗活化偏向 TH1 的特性,設計了預防過敏的疫苗,在過敏性鼻炎的小鼠模型上,成功地預防了過敏疾病。
過敏性鼻炎。圖/Pexels

mRNA操控細胞定位,協助患部組織再生

許多疾病是缺乏適當蛋白質所引起,而 mRNA 能操控細胞分泌人工蛋白質,並具備短時間被分解的安全性優勢,使許多科學家試圖用 mRNA 操控細胞分泌正確的蛋白質、治療疾病。

例如針對心肌梗塞的小鼠,科學家將血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)編入 mRNA,再注入心臟肌肉後,發現心肌梗塞小鼠的心臟功能提升、並存活期也隨時延長 [2]。

而科學家更利用編碼 mRNA 的方式,操控細胞的定位。間質幹細胞(MSC, Mesenchymal stem cell)能協助組織再生、加速傷口癒合。但在應用上,間質幹細胞不會自動、乖巧地跑到發炎的患處。科學家將可導引到發炎區域的蛋白質編碼入 mRNA,再植入幹細胞中。成功地在小鼠模型上,證明了此設計下的間質幹細胞會乖乖地定位、協助患部組織再生 [10]。

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結語

mRNA 療法的故事,宛如二次元的幻想真實地發生。突然爆發的瘟疫,讓科學家多年的夢想-以凡人之軀編寫神諭,一夕成真。也使得治癒癌症、預防自體免疫疾病的目標,又真實了一些。也許,在可見的未來裡,罕病不再可懼、癌症終將治癒。

註釋

  1. 在某些應用上,該特點為優勢,但在其他應用裡,mRNA 療法的特點,可能反倒為弱勢。DNA、mRNA 療法並無高下之分,需視使用目的而擇之。
  2. 細胞的類鐸受體(Toll-like receptors, TLRs)負責偵測入侵者或組織被破壞的各種小分子,如:TLR3-偵測雙股 RNA、TLR7, 8-偵測單股 RNA。另也可以偵測細菌鞭毛蛋白、微生物的 DNA 等。

參考文獻

  1. 蔣維倫 (2021) 拯救世界的 mRNA 疫苗——疫苗科學的里程碑(四)。泛科學
  2. Ugur Sahin, Katalin Karikó & Özlem Türeci (2014) mRNA-based therapeutics — developing a new class of drugs. Nature Reviews Drug Discovery. DOI: https://doi.org/10.1038/nrd4278
  3. J A Wolff 1, R W Malone. et. al. (1990) Direct Gene Transfer into Mouse Muscle in Vivo. Science. DOI: 10.1126/science.1690918
  4. 蔣維倫 (2021) 終結疫情、治癒癌症,從魯蛇到英雄!拯救世界的 mRNA 療法和它的母親。科學月刊
  5. Norbert Pardi, Michael J. Hogan, Frederick W. Porter & Drew Weissman (2018) mRNA vaccines — a new era in vaccinology. Nature Reviews Drug Discovery. DOI: https://doi.org/10.1038/nrd.2017.243
  6. Jiskoot W., Kersten G.F.A., Mastrobattista E., Slütter B. (2019) Vaccines. In: Crommelin D., Sindelar R., Meibohm B. (eds) Pharmaceutical Biotechnology. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-00710-2_14
  7. Elie Dolgin (2019) Unlocking the potential of vaccines built on messenger RNA. Nature. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-019-03072-8
  8. Khalid A. Hajj & Kathryn A. Whitehead (2017) Tools for translation: non-viral materials for therapeutic mRNA delivery. Nature Reviews Materials. DOI: https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.56
  9. Christina Krienke, Laura Kolb. et. al. (2021) A noninflammatory mRNA vaccine for treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis. Science. DOI: 10.1126/science.aay3638
  10. OrenLevy, WeianZhao. et. al. (2013) mRNA-engineered mesenchymal stem cells for targeted delivery of interleukin-10 to sites of inflammation. E-Blood. https://doi.org/10.1182/blood-2013-04-495119
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

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基因不是命運:你的生活習慣正在改寫身體劇本
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/11/10 ・3597字 ・閱讀時間約 7 分鐘

同卵雙胞胎共用同一套基因,理論上是世界上最相似的兩個人。然而步入中年後,卻一位發福、一位精瘦,罹患的疾病也大相徑庭。如果命運真的寫在基因裡,這樣的現象該怎麼解釋?

國立陽明交通大學生物醫學資訊研究所吳俊穎講座教授,長年透過健保與臨床大數據研究腸道菌。他的答案要從常被當成廢棄物的「糞便」說起。糞便裡住著數以兆計的微生物,正日夜改寫我們的身體劇本;而改寫劇本的筆,有一大半握在每個人每天的飲食、睡眠、運動和壓力管理上。

腸道是人體最大的微生物棲地,數以兆計的微生物與人體共生,共同影響代謝、免疫及健康狀態,因此被視為人體的「第二套基因組」。(圖片提供:Shutterstock)

體內微觀共生 主宰健康的第二套基因組

大眾習慣將人體視為獨立的單一生物體,吳俊穎講座教授卻提醒,這個傳統視角遺漏數量龐大的體內共生者。從口腔、腸道、皮膚到泌尿道,每處與外界接觸的界面都築滿了微生物巢穴。科學家將這群龐大的微生物聚落及其代謝產物統稱為「微菌叢」(Microbiota),成員涵蓋細菌、病毒、真菌與古菌。

人類自身約有25,000個基因,但光是腸道細菌所攜帶的基因便超過300萬個,足足是人體的100倍以上。換言之,在我們身上真正屬於人類的遺傳密碼僅佔1%,其餘99%的基因訊息都源自這群共生夥伴。因此在科學上,腸道微菌叢又被稱為人體的「第二套基因組」。

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這套基因組的守備範圍遠不止於消化。它不僅調控代謝表現,更上達大腦牽動情緒與退化性病變,甚至與皮膚病、癌症、自閉症及骨質疏鬆症密切相關。近年愈來愈多研究指出,人體健康並非僅由自身基因決定,微菌叢、飲食、生活型態及其他環境因素皆扮演重要角色。過去醫學界強調「環境與基因交互作用」,如今更認為微菌叢是連結環境因子與人體生理反應的重要媒介。

這也解開同卵雙胞胎的體質謎題。不論是喝水就胖、怎麼吃依舊清瘦,抑或是癌症化療效果的個體差異,過去科學家試圖用基因差異解釋屢屢碰壁。隨著研究持續累積,愈來愈多證據顯示,所謂的體質,很大程度上取決於每個人身上獨一無二的菌叢生態。

一項經典研究找到4對BMI相差10以上的同卵雙胞胎,將肥胖者的糞便微菌叢植入無菌小鼠體內,小鼠隨即發胖;反之,植入精瘦者的菌叢,小鼠則維持輕盈。這項研究顯示,腸道微菌叢可能是影響體重的重要因素之一。類似實證也出現在癌症免疫療法,當研究者將療效顯著者的糞便菌叢植入反應不佳的患者體內後,後者的抗癌療效竟然隨之提升。

這套菌叢並非一成不變,而是先天基因與後天環境長期拉鋸、動態平衡的產物。我們吃下的每口食物、服下的每顆藥丸,都是形塑這座微觀生態系的環境因子。如果說先天基因是父母給予的劇本大綱,微菌叢就是天天被生活重新改寫的分場劇本。

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菌叢快速變化 飲食牽動微觀生態

這場劇本的改寫究竟有多快?數據相當驚人。連續服用3天抗生素,體內的菌叢生態就會面臨大洗牌;同樣地,連續3天採取極低熱量飲食,或將肉食為主的菜單改成全蔬食,3天內腸道菌相就大不同。對繁殖一代僅需數十分鐘的細菌而言,3天已足足跨越了數千個世代。大眾總以為身體的改變需要長年累積,但對體內這座微觀城市來說,一個週末的放縱或自律,就足以讓菌叢生態出現明顯變化。

在所有後天因子中,影響菌叢最大的莫過於飲食。吳俊穎講座教授特別點出臺灣年輕世代的健康隱憂:手搖飲。含糖手搖飲多半添加高濃度的果糖糖漿,然而人體小腸對果糖的吸收能力有限,攝取過量時,部分果糖可能一路進入大腸,成為特定腸道菌利用的能量來源。他強調,以相同的熱量來看,這類在製造過程中額外添加的游離糖對菌叢的負面衝擊遠比脂肪更顯著。此外,運動與藥物同樣是改寫劇本的筆:個體愈年輕時濫用抗生素,被撲殺的好菌就愈多;反之,規律運動則能養出有益的菌種。

更引人入勝的是,這支改寫劇本的筆具有雙向回饋機制。2019年發表於國際醫學期刊《Nature Medicine》的研究發現,馬拉松跑者體內有較多的「非典型韋榮氏球菌」(Veillonella atypica),餵食給無菌小鼠後,小鼠的運動耐力顯著提升。研究推測,這類菌種能利用運動後產生的乳酸,進而有助於提升運動表現。換言之,生活習慣形塑了菌叢,而菌叢又會回頭影響我們的體能、肌肉質量,乃至於高齡時期的肌少症與行動力。

這套劇本具備高度可塑性,既是危機也是轉機。令人憂心的是,有些崩毀的情節一旦改寫便覆水難收。吳俊穎講座教授以亞馬遜雨林作比喻:「豐富的生態系若遭逢百年大旱,某些物種會徹底滅絕,即便雨季再度降臨,失去的生命也無法復返。」生醫研究證實,個體變胖時所流失的某些關鍵菌株,在成功減重後並不會自發性地長回來,這正是許多人陷入「溜溜球效應」快速復胖的菌相根源。此外,研究也發現,母親的腸道菌叢可能因代謝狀態、飲食等因素而改變,進而影響新生兒早期腸道菌叢的建立。

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所幸,只要特定菌株尚未步入「功能性滅絕」,這套劇本便保留了回頭的契機。正如雨林中耐旱與喜歡水的植物會隨著枯水期和雨季交替而此消彼長,菌叢的多數變異皆屬於這種比例上的波動,而非永久性消失;只要長期堅守健康的飲食、規律運動與正常作息,失衡的腸道微生態依然有機會撥亂反正,慢慢恢復往日的榮景。

飲食、藥物、壓力、感染及生活習慣,都可能影響腸道菌叢組成;由於腸道菌更新速度快,菌相甚至可能在短短數天內出現明顯變化。(圖片提供:Shutterstock)

日常抉擇走向生醫臨床 古老黃龍湯到活菌生藥

除了透過健康生活來「養菌」,當體內生態崩解時,現代醫學更發展出主動「以菌治病」的前瞻技術。這項思維在歷史中早有端倪,如4世紀東晉葛洪的《肘後備急方》記載以糞汁治病;6世紀更成為供權臣服用的「黃龍湯」。古人不知其所以然,現代則憑藉基因定序技術解密,過去人類基因組定序需耗費十餘國近10年,如今高達300萬個腸道菌基因,僅需1天即可完成。

隨著技術成熟,糞便正式蛻變為先進療法。2013年,《新英格蘭醫學期刊》(NEJM)發表首個隨機對照臨床試驗,證實將健康者糞便菌叢植入病人腸道的「糞菌植入治療」(FMT),能有效治療困難梭菌感染,也開啟後續臨床研究與應用的發展。

吳俊穎講座教授特別釐清3個常被混淆的名詞:一是從發酵食物中分離的「傳統益生菌」,因多長在高氧環境,極難在厭氧的腸道定居,療效未獲證實,定位屬於食品;二是直接從腸道篩選、再行培養的「次世代益生菌」,雖較能適應體內環境,卻仍未取得藥效認可;唯有通過臨床試驗、確認實質療效的「活菌生藥」(LBP),才算真正的藥物。美國FDA已核准兩款這類藥物,臺灣也在2023年集結日本、新加坡、澳洲與馬來西亞等國專家共同成立「亞太微菌聯盟」,並於2025年發表專家共識,將其視為新一代生醫焦點。

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吳俊穎講座教授指出,活菌生藥的關鍵在於菌叢具備在地性:「歐美明星減重微菌『艾克曼菌』,換到臺灣人身上效果未必顯著,這就像把寒帶植物移栽至熱帶,極易水土不服。」這意味著臺灣必須從本土或東亞區域中篩選,培養出更契合國人體質的在地菌種。

正因菌叢天天隨生活習慣波動,未來的健康管理可將其視為「可動態調控的儀表板」。同樣血糖偏高的病患,有人靠運動控制得宜,有人卻不見起色;若能先觀測個體的菌叢型態與身體反應,就能量身建議誰該採取高纖飲食、誰更適合有氧運動,或是誰使用瘦瘦針的效果更佳。基因難以更動,菌叢卻有著無數種調校的可能,這正是微生物學最迷人之處。

回到最初的懸念:如果命運真的寫在基因裡,那群走上不同健康分水嶺的同卵雙胞胎該如何解釋?吳俊穎講座教授笑說,基因決定我們拿到哪一本劇本大綱,但每一天的分場戲怎麼演,始終掌握在自己手裡。一頓營養均衡的餐食、一次規律的運動、一晚踏實的好眠,都在悄悄改寫體內這座微觀城市的命運。步入特定年紀後,我們要為自己的健康負責,而最踏實的負責方式,就藏在那些聽來老套卻無比管用的日常選擇裡。

資料來源

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  1. 專訪國立陽明交通大學生物醫學資訊研究所吳俊穎講座教授
  2. Scheiman, J., Luber, J. M., Chavkin, T. A., MacDonald, T., Tung, A., Pham, L. D., Wibowo, M. C., Wurth, R. C., Punthambaker, S., Tierney, B. T., Yang, Z., Hattab, M. W., Avila-Pacheco, J., Clish, C. B., Lessard, S., Church, G. M., & Kostic, A. D. (2019). Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nature Medicine, 25(7), 1104–1109.
  3. van Nood, E., Vrieze, A., Nieuwdorp, M., Fuentes, S., Zoetendal, E. G., de Vos, W. M., Visser, C. E., Kuijper, E. J., Bartelsman, J. F. W. M., Tijssen, J. G. P., Speelman, P., Dijkgraaf, M. G. W., & Keller, J. J. (2013). Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile infection. The New England Journal of Medicine, 368(5), 407–415.

原文連結:https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=ef2986d4-448d-4201-9267-55f5d3f12e80

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蛋白質吃太多反而短命傷腎?破解 40 歲後的增肌迷思,教你吃出抗老體質!
PanSci_96
・2026/09/12 ・2624字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

走進超商,從即食雞胸肉、高蛋白飲,甚至到水餃和餅乾,包裝上無不醒目地放大標示著「含有幾克蛋白質」。近年來,「高蛋白」似乎成了一種全民信仰,彷彿蛋白質就像存錢筒裡的硬幣,吃越多就能增肌抗老、活得越久。但同一時間,卻有另一派頂尖科學家警告,蛋白質吃太多可能會加速老化,甚至堵塞你的血管。到底誰說的才對?這一集,就讓挺健康鄭丁靚醫師帶我們看懂這場「科學羅生門」,不管你是想增肌的中壯年,還是擔心腎功能衰退的長輩,看完這篇文章就能掌握蛋白質的正確吃法!

迷思一:多吃蛋白質,究竟是長壽還是短命?

先說結論:在正常飲食範圍內,吃到建議量的蛋白質,對晚年身體的「韌性」絕對是有好處的。許多老年醫學指引(如 PROT-AGE、ESPEN)都建議,65 歲以上長者應將蛋白質攝取量從一般成人的每公斤 0.8 克,拉高到 1.2 克以上。2024 年哈佛團隊針對近 4.9 萬名護理師長達 30 年的追蹤研究也發現,中年時期蛋白質吃得夠,晚年免於慢性病且腦力、行動力俱佳的機率明顯較高。

那反對派在吵什麼呢?其實大家吵的「劑量」根本不同。現在社群媒體上有些長壽網紅提倡每天吃到每公斤 2.2 克的極端高蛋白飲食,但科學上並無證據支持超過 1.6 克能帶來額外好處。動物實驗甚至發現,過量的高蛋白飲食會讓血液中的白胺酸(Leucine)飆升,活化巨噬細胞裡的 mTOR 通路,進而抑制細胞的「自噬機制」,反而容易造成動脈粥狀硬化,提高心血管疾病風險。

更關鍵的盲點在於「年齡分水嶺」。南加大 Longo 團隊的研究指出,66 歲以上高蛋白攝取者死亡率較低;但在 50 到 65 歲之間,吃過多「動物性蛋白」的人,死亡風險卻大幅增加。後續大型研究進一步釐清:真正折壽的不是蛋白質本身,而是背後常伴隨的「高加工紅肉、少蔬果」生活型態。如果用植物蛋白取代部分動物蛋白,反而能降低死亡率。因此,蛋白質不是無腦狂吃就好,你該問的是「幾歲吃」、「從哪裡吃」。

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迷思二:動物、植物、蛋白粉怎麼選?看懂「吸收率」與「脂肪」的博弈

營養學上有個評估蛋白質吸收效率的指標叫做 DIAAS。動物性蛋白質(蛋、奶、肉)的評分多在 1.0 以上,效率最高;大豆蛋白約 0.9,是植物界資優生。單看數字動物性蛋白確實贏了,但別忘了,吃進動物蛋白的同時,你也吞下了動物性脂肪。這就像夜市點牛排硬要附贈超甜紅茶一樣,容易引發中年人最怕的「發炎性衰老」。

為了安全且高效地攝取,建議的優先順序是:第一名是「雞蛋」,屬於脂肪比例較低的純動物蛋白;第二名是「牛奶與無糖優格」;第三名是「植物性蛋白」(如豆腐、豆漿);最後才是「肉類」,且應挑選去皮雞胸、魚肉等低脂部位,將紅肉當作一週兩次補充鐵質與維生素 B12 的「微量元素補充劑」即可。

那麼,40 歲後需要買蛋白粉嗎?年輕人的肌肉工廠很敏感,吃點蛋白質就能長肌肉;但中年後細胞老化會出現「合成抗阻(Anabolic Resistance)」,單餐必須攝取 2.5 到 3 克的「白胺酸」才能打開肌肉合成開關。一顆雞蛋只有 0.5 克白胺酸,一餐吞 6 顆蛋會讓腸胃與膽固醇負擔過大。這時,「乳清蛋白粉」就是極佳的白胺酸分離萃取工具。腸胃較弱的中年人,建議挑選幾乎濾掉乳糖與脂肪的「分離乳清(WPI)」或預先消化的「水解乳清(WPH)」,並避開添加人工甜味劑的產品,以免破壞腸道菌叢。

迷思三:增肌別只買蛋白粉,醫師其實更推「它」?

如果你的預算跟意志力只能選一樣保健品來輔助重量訓練,其實「肌酸(Creatine Monohydrate)」可能比蛋白粉更關鍵。我們可以這樣想像:蛋白質是蓋房子的「磚塊」,而肌酸則是工地現場的「發電機」。

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重訓時,肌肉收縮極度依賴 ATP 提供爆發性能量,但 ATP 幾秒鐘就會耗盡,一旦沒力,肌肉的成長訊號就中斷了。肌酸的作用就是快速補充磷酸肌酸,幫身體在極短時間內「再合成」ATP,讓你在訓練最後關頭能多推那關鍵的一兩下。有了足夠的刺激,蛋白質磚塊才有發揮的舞台。(註:肝腎功能不全或孕婦不建議使用,躁鬱症患者需先諮詢醫師)。

迷思四:蛋白質吃多會傷腎?小心被「抽血報告」誤導!

「蛋白質吃多會洗腎」是最大的都市傳說。醫學共識很明確:對於腎功能正常的人來說,高蛋白攝取「完全不會」造成腎臟疾病。真正把台灣人吃到洗腎的元兇,是長期高血糖(糖尿病)與慢性發炎。如果你因為怕傷腎不敢吃蛋白質導致肌少症,大腿肌肉流失等於失去了身體最大的「血糖緩衝池」,最後得糖尿病走向洗腎的機率反而飆高。

更弔詭的是,你的腎功能報告可能「本來就不準」。臨床上用來評估腎絲球過濾率(eGFR)的指標是「血清肌酸酐」,而它是肌肉代謝的副產物。如果一位長輩患有嚴重的肌少症,肌肉量太少,製造出的肌酸酐自然很低,這會讓公式「誤判」她的腎功能非常正常。反之,如果你在抽血前剛吃了一大塊牛排,肌酸酐會暫時性飆高,讓 eGFR 看起來很糟。因此,如果你處於灰色地帶,可以請醫師加驗不受肌肉量影響的「Cystatin C」指標來確認真實的腎功能。

結語:把飲食放回人生尺度來評估

蛋白質到底怎麼吃?這不是單純追求數字的遊戲,而是要先問「我現在是哪一種人」。如果你是 50 到 65 歲的中年人,與其糾結蛋白質總量,不如優先優化來源,用植物蛋白取代部分加工肉品;如果你已經有腎功能缺損,請務必與腎臟科醫師討論專屬的蛋白質管理(例如搭配酮酸胺基酸)。別盲從網路上的極端飲食法,了解自己的身體狀態,才能讓蛋白質真正成為你的長壽存摺,而不是老化加速器。

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參考資料

  1. Bauer, J., et al. (2013). Evidence-based recommendations for optimal dietary protein intake in older people: a position paper from the PROT-AGE Study Group. JAMDA.
  2. Levine, M. E., et al. (2014). Low protein intake is associated with a major reduction in IGF-1, cancer, and overall mortality in the 65 and younger but not older population. Cell metabolism.
  3. Song, M., et al. (2016). Association of animal and plant protein intake with all-cause and cause-specific mortality. JAMA internal medicine.
  4. Zhang, X., et al. (2024). Identification of a leucine-mediated threshold effect governing macrophage mTOR signalling and cardiovascular risk. Nature metabolism.

延伸閱讀|實證醫學專欄|循證長壽、失智預防、更年期、睡眠科學|叮噹醫師
以同儕評審論文為根據的長壽科學深度解析。睡眠科學、光線生物學、更年期醫學、認知儲備、失智早期檢測。

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