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為何新冠病毒突變之後傳染力更強?——關鍵在於變異株的棘蛋白結構

研之有物│中央研究院_96
・2022/01/25 ・5088字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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。

  • 採訪撰文/寒波
  • 美術設計/林洵安

為何新冠病毒突變之後傳染力更強?

COVID-19 至今仍深深影響全人類,新冠病毒持續演化,例如曾經造成臺灣大規模社區感染的 Alpha 變異株、傳染力更強的 Delta 變異株,近期出現的 Omicron 變異株等,它們逃避免疫系統的能力都不一樣,關鍵就在不同的棘蛋白(spike protein)結構。「研之有物」專訪中央研究院生物化學研究所徐尚德副研究員,他的團隊陸續解析各種新冠病毒變異株的棘蛋白結構,不但能釐清新的突變帶來的威脅,後續也可作為研發人造抗體的指引。

徐尚德手上拿著新冠病毒的棘蛋白模型,顯示棘蛋白與兩種不同抗體結合的情況。圖/研之有物

解析新型冠狀病毒棘蛋白

COVID-19 的病原體是一種冠狀病毒,和 SARS 病毒是近親,正式命名為 SARS-CoV-2,中文常稱作新型冠狀病毒。為了知道病毒如何感染人體細胞,以及如何逃避免疫系統的辨識,我們需要進一步瞭解冠狀病毒表面的棘蛋白結構。

結構為什麼重要?因為結構會影響蛋白質功能。蛋白質是由不同的氨基酸所組成的長鏈,實際作用時會摺疊形成特別立體結構,而冠狀病毒的蛋白質中,又以棘蛋白最為關鍵。

徐尚德強調,棘蛋白是冠狀病毒暴露在表面的蛋白質之一,絕大多數被感染者的免疫系統所產生的抗體都是辨識棘蛋白。因此現今臨床使用的蛋白質次單元疫苗、腺病毒疫苗以及 mRNA 疫苗,都是以棘蛋白為基礎來研發。

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Cryo-EM 讓蛋白質結構無所遁形

工欲善其事,必先利其器。解析蛋白質結構的方法很多,早期的 X 光晶體繞射(X-ray diffraction),就像將影片定格截圖,但不一定為蛋白質實際作用的狀態。

再來是核磁共振(Nuclear Magnetic Resonanc,簡稱 NMR),這是徐尚德留學深造時的專業,可以重現蛋白質在水溶液中的結構及動態,更接近實際作用的形態,可惜不適合分子量較大的分子。

目前結構生物學最具潛力的新技術是:冷凍電子顯微鏡(Cryogenic Electron Microscopy,簡稱 Cryo-EM),Cryo-EM 可以拍出原子尺度下高解析度的三維結構,此技術於 2017 年獲得諾貝爾化學獎。中研院則於 2018 年開始添購 Cryo-EM 設備,而 Cryo-EM 正是徐尚德用來解析棘蛋白結構的主要利器!

在 COVID-19 疫情爆發初期(2020 年 1 月),徐尚德就率先啟動新冠病毒的結構分析,當時他的研究團隊剛好已分析過感染貓科動物的冠狀病毒,對於解析棘蛋白結構有一定經驗,可說是贏得先機。

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具體來說,如何用 Cryo-EM 解析新冠病毒的棘蛋白結構?

首先要大量培養新冠病毒、再分離、純化得到棘蛋白。接下來,將大量蛋白質樣本鋪成薄薄一層液體,之後以 -190℃ 急速冷凍,讓蛋白質分子保持凍結前的形態,最後用程式重建棘蛋白的三維影像。徐尚德譬喻,就像一匹馬在高速移動時,連續拍攝許多照片,再將照片疊加起來,重建馬的形狀。

棘蛋白的體積已經算大,假如又與其他蛋白質結合,體積將會更大。能解析如此龐大結構為 Cryo-EM 一大優點,但是也會創造很大的資料量。徐尚德強調,用 Cryo-EM 分析蛋白質結構不只做實驗,也要協調資料處理等疑難雜症。

冷凍電子顯微鏡可以紀錄同一時間下、不同狀態的蛋白質三維立體結構。圖/研之有物

關鍵 D614G 突變,讓新冠病毒棘蛋白穩定性大增

儘管已有貓冠狀病毒的經驗,徐尚德研究團隊初期仍經歷一陣摸索,一大困難在於,做實驗時發現不少棘蛋白壞掉,不再保持原本的結構。

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這是因為一般取得蛋白質樣本後會置於 4°C 冷藏,但 4°C 其實不適合保存棘蛋白。接著徐尚德細心觀察到,具備 D614G 突變的棘蛋白,保存期限竟然比沒突變的棘蛋白要長,可以從 1 天增加到至少 1 週。

什麼是 D614G 突變呢?武漢爆發 COVID-19 疫情的初版新冠病毒,其棘蛋白全長超過 1200 個胺基酸,D614G 突變的意思就是:第 614 號氨基酸由天門冬胺酸(aspartic acid,縮寫為 D)變成甘胺酸(glycine,縮寫為 G)。

D614G 突變誕生後,存在感持續上升,2020 年 6 月時已經成為全世界的主流,隨後新冠病毒 Alpha、Delta 等變異株,皆建立於 D614G 的基礎上。

儘管序列僅有微小差異,許多證據指出 D614G 突變會增加新冠病毒的傳染力。有趣的是,它也能大幅增加棘蛋白在體外的穩定性。因此在研究用途上,變種病毒的棘蛋白反而容易保存,徐尚德更指出,對抗變種病毒的蛋白質次單元疫苗(subunit vaccine)穩定性也會增加。

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圖片為徐尚德實驗室提供的新冠病毒模型與三種不同的棘蛋白模型,棘蛋白的主體為白色,棘蛋白的受器結合區域(receptor binding domain,RBD)為藍綠色。圖/研之有物

新冠病毒棘蛋白的「三隻爪子」:受器結合區域

徐尚德參與的一系列新冠病毒結構研究,除了棘蛋白本身,還包含棘蛋白與細胞受器 ACE2 的結合、棘蛋白和人造抗體的結合。

既然要解析結構,儀器「解析度」能看清楚多小的尺度就很重要!蛋白質結構學的常見單位是 Å(10-10 公尺),原子與原子間的距離約為 2 Å,Cryo-EM 的極限將近 1 Å,不過棘蛋白大約到 3 Å 便足以重建立體結構。

冠狀病毒如何感染宿主細胞,和結構又有什麼關係?棘蛋白位於冠狀病毒的表面,直接接觸宿主細胞受器 ACE2 的部分,稱為受器結合區域(receptor binding domain,簡稱 RBD),結構可能展現「向上」(RBD-up)或是「向下」(RBD-down)的狀態。向下,RBD 便不會接觸宿主細胞的受器,缺乏感染能力,;向上,RBD 方能結合受器,引發後續入侵。

徐尚德團隊透過冷凍電子顯微鏡,拍攝新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白結構,其中有三類棘蛋白的 RBD 為 1 個向上(佔 73%),有一類(類別3)的棘蛋白 RBD 則是 2 個向上(佔 27%)。圖/Nature Structural & Molecular Biology

新冠病毒表面的棘蛋白有「三隻爪子」(3 RBD),RBD 有可能同時向上(3 RBD-up),也可能只有 1~2 個向上,結構會影響病毒的感染能力。更詳細地說,棘蛋白某些胺基酸位置的差異,會影響結構的開放與封閉程度。

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棘蛋白向上或向下是動態的,假如能保持穩定性,延長向上的時間,也有助於新冠病毒的感染。這正是徐尚德一系列研究下來,實際觀察到不同品系的變化。

截至 2022 年 01 月 18 日的新冠病毒品系發展歷史,其中 Delta 變異株擁有最多品系,而 Omicron 變異株則開始興起。雖然 Omicron 的品系並不多,但已逐漸成為主流。圖/Nextstrain; GISAID

一網打盡所有高關注變異株的結構變化

和武漢最初的新冠病毒相比,D614G 突變帶來什麼改變呢?簡單說:棘蛋白向上的比例增加了,導致整個結構變得更加開放,增加新冠病毒對宿主受器的親合力(affinity)。

以 D614G 為基礎,接下來又獨立衍生出數款品系,皆具備多個突變,傳染力、抵抗力更強 。影響最大的是首先於英國現身的 Alpha(B.1.1.7)、南非的 Beta(B.1.351)、巴西的 Gamma(P.1),以及更晚幾個月後,於印度誕生的 Kappa(B.167.1)與 Delta(B.167.2)。Alpha 一度於世界廣傳,導致包括臺灣在內的嚴重疫情,不過隨後不敵優勢更大的 Delta。

對於上述品系,徐尚德率隊一網打盡。 Alpha 的棘蛋白結構解析已經發表於 《自然-結構與分子生物學》(Nature Structural & Molecular Biology)期刊,其餘新冠病毒變異株的論文仍在等待審查,目前能在預印網站 bioRxiv 看到,該研究一次報告 38 個 Cryo-EM 結構,刷新紀錄。

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圖 a 顯示新冠病毒 Alpha 變異株棘蛋白的突變氨基酸序列,一共有 9 處突變, D614G 突變以紫色表示。
圖 b 顯示突變的氨基酸在立體結構中的位置。
圖/Nature Structural & Molecular Biology

Alpha 變異株的 RBD 向上結構穩定

一度入侵台灣造成社區大規模感染的 Alpha 株有何優勢?其棘蛋白除了 D614G,還多出 8 處胺基酸突變,徐尚德發現 N501Y(天門冬酰胺變成酪胺酸)、A570D(丙胺酸變成天門冬胺酸)的影響相當關鍵。

直覺地想,棘蛋白的外層結構才會與受器接觸影響傳染力,立體結構中第 570 號胺基酸的位置比較裡面,乍看並不要緊。但是徐尚德敏銳地捕捉到,A570D 突變會改變局部的空間關係,令「RBD 向上」的結構更加穩定。徐尚德形容為「腳踏板」(pedal-bin)── A570D 突變的效果就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋(也就是 RBD)穩定保持開啟。

事實上,棘蛋白總體向上的比例,Alpha 還比單純的 D614G 突變株更少,不過 A570D 增進的穩定性似乎優勢更大。研究團隊製作缺乏 A570D 突變的人造模擬病毒,嘗試體外感染人類細胞,發現感染力明顯減少,證實 A570D 突變頗有貢獻。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「A570D 突變」,會改變棘蛋白內部的空間,讓「RBD 向上」的結構更加穩定,就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋保持開啟。圖/研之有物(資料來源/徐尚德、Nature Structural & Molecular Biology)

Alpha 變異株的棘蛋白親近宿主細胞,干擾抗體作用

另一個重要突變是 N501Y,不只 Alpha 有,Beta 等許多品系也有,Delta 則無。N501Y 在眾多品系獨立誕生,似乎為趨同演化所致。N501Y 能為病毒帶來哪些優勢?

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第 501 號胺基酸位於棘蛋白表面,會直接與宿主受器 ACE2 結合。此一位置變成酪胺酸(tyrosine,縮寫為 Y)後,和受器的 Y41 兩個酪胺酸之間,容易形成苯環和苯環的「π–π stacking」鍵結,從而大幅提升棘蛋白對細胞的親合力。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「N501Y 突變」,讓 RBD 的胺基酸與宿主細胞受器 ACE2 形成「π–π stacking」鍵結,大幅提升棘蛋白對宿主細胞的親合力。圖/Nature Structural & Molecular Biology

另一方面,N501Y 突變也會干擾抗體的作用。中研院細胞與個體生物學研究所的吳漢忠特聘研究員,率隊研發一批針對棘蛋白的人造抗體,測試發現有一款抗體 chAb25 對 D614G 突變株相當有效,但是對 Alpha 株無能為力。徐尚德由結構分析發現:N501Y 改變了棘蛋白表面的形狀,讓抗體 chAb25 無法附著。

好消息是,另外有兩款抗體 chAb15、chAb45,依然能有效對抗 Alpha 病毒,不受 N501Y 影響。這兩款抗體會附著在棘蛋白 RBD 的邊緣,避免棘蛋白和宿主細胞接觸。而且抗體 chAb15、chAb45 會各占一方,可以同時使用,多面協同打擊病毒。

雖然新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白表面讓某些抗體難以附著,還好仍有兩款抗體 chAb15(綠色)、chAb45(黃色)能有效「卡住」棘蛋白,干擾棘蛋白與宿主細胞結合。抗體 chAb15、chAb45 附著的位置,正好就是棘蛋白與宿主細胞結合的地方。圖/Nature Structural & Molecular Biology

棘蛋白結構不只胺基酸,還要注意表面的醣

有了 Alpha 的經驗,接下來分析 Beta、Gamma、Kappa、Delta 便順手很多。這批新冠病毒的棘蛋白變化多端,但是「RBD 向上」的整體比例皆超過 Alpha 和 D614G 突變株,可見適應上各有巧妙。徐尚德也發現,要釐清棘蛋白的結構,不能只關心蛋白質,還要考慮棘蛋白表面的醣基化(glycosylation)修飾。

蛋白質在完工後,某些胺基酸還能加上各種醣基。病毒蛋白質表面的醣基可以作為防護罩,干擾抗體和免疫系統的辨識。醣基化修飾就像替病毒訂作一套迷彩外衣,不同變異株的情況都不一樣,假如醣基化的位置和數量,由於突變而改變,便有可能影響立體結構,有助於它們閃躲抗體。例如和武漢原版新冠病毒相比,Delta 株棘蛋白少了一個醣化修飾,Gamma 株棘蛋白則多了兩處醣化。

還好從結構看來,並沒有任何突變組合能完美逃避抗體。例如由美國的雷傑納榮製藥公司(Regeneron)製作並通過緊急使用授權的抗體;以及中研院吳漢忠率隊研發,有望投入實用的多款人造抗體,對變異品系依然有效。這場人類與病毒的長期抗戰中,同時使用多款抗體的「雞尾酒」療法,仍然是可行的醫療方案。

回顧將近兩年來的研究之路,徐尚德表示:時間壓力真的非常大!COVID-19 疫情爆發後,全世界投入相關研究的專家眾多,只要稍有遲疑,便會落在競爭者後頭。但是即使跑在最前端的研究者,也只能苦苦追趕病毒演化的速度,一篇論文還在審查時,現實世界的疫情已經邁向全新局面。

人類要贏得勝利,必需全方面認識病毒,而結構無疑是相當重要的一環。

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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

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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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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

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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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預防肌少症只能吃肉?動物性 vs. 植物性蛋白質優缺點大解密!
careonline_96
・2026/05/19 ・2736字 ・閱讀時間約 5 分鐘

蛋白質來源怎麼選?動物性和植物性有差嗎?完整比較看這裡

怕得肌少症,蛋白質該吃肉還是吃豆?本文從「必需胺基酸」解析兩者差異。動物蛋白增肌效果佳;植物蛋白採多樣化攝取也很健康!一文掌握優缺點與聰明吃法。

老化後大家很怕肌少症,怕會失去足夠的肌肉質量與肌肉力氣,導致身體機能變差。於是,為了維持足夠的肌肉質量,我們參加了愈來愈多健身房課程,也認真補充含有蛋白質食物。

這時候你可能會好奇,如果從不同管道攝取蛋白質,結果會有不同嗎?說到要補充體力,最直觀的就是吃肉不是嗎?畢竟,我們很難想像,吃豆腐和吃牛排對補充蛋白質的效果一樣好吧!那麼實際上,動物性來源的蛋白質,真的就會贏過植物性的蛋白質嗎?

要回答這個問題,我們或許還是要回歸到一些基本的蛋白質的合成與分解來做討論。

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必需胺基酸

每次你吃膠原蛋白補充劑的時候,是不是以為膠原蛋白會直接從腸胃道跑到臉部,讓臉變得軟嫩Q彈好年輕呢?

可惜事情不是這樣的。我們攝取蛋白質後,會在體內分解更小的分子,也就是不同的胺基酸。自然界有超過三百種胺基酸,而我們的身體內,需要的共有二十種。胺基酸就像是不同模樣的磚塊,每當身體需要建構蛋白質時,會利用這些不同的胺基酸元件,這個胺基酸拿一塊,那個胺基酸用兩塊,這樣堆堆疊疊來建構出不同的立體構造蛋白質。

所以,當我們攝取了蛋白質,都是先進到腸胃道經過消化吸收,替身體累積一些不同的胺基酸原料,以便身體利用。

在這二十種體內所需的氨基酸裡,有些是身體可以自行製作的,但其中有九種是身體做不出來,僅能靠從食物攝取的。我們把這九種身體做不出來,只能靠吃進來的胺基酸叫做「必需胺基酸」。

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所以,當我們思考動物性蛋白質或植物性蛋白質哪個來源比較好的時候,我們可以先看看,哪一種蛋白質會提供我們足量的「必需胺基酸」呢?

超級比一比

從奶類、豬肉、牛肉、雞蛋、魚類海鮮、雞肉等來源攝取的動物性蛋白質,會被稱為「完整的蛋白質來源」,因為這些來源可以提供「所有的必需胺基酸」,讓身體獲取足量的胺基酸小磚塊原料,可以用來建構各種所需的蛋白質。

動物性蛋白質

那植物性蛋白質呢?我們可以從堅果、種子、全榖類、豆類(黃豆、豌豆、扁豆)等食物攝取到植物性蛋白質。其中,黃豆和豌豆屬於完整的蛋白質來源,裡面含有九種必需胺基酸,但其他大部分的植物性來源蛋白質沒辦法提供完整的九種必需胺基酸。

不過,這並不是代表說「攝取植物性蛋白質是不夠的」,而是你可能要多方面地攝取,才能獲取到足量的九種必需胺基酸。例如,白吐司的離胺酸lysine含量極少,你可能要配合吃些花生等堅果類的食物,才能在這一餐獲取到足量的離胺酸。記得,如果從植物性來源攝取蛋白質,務必要採取多樣化的攝取方式,不能吃孤項,才能獲取到足夠的必需氨基酸。

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動物性蛋白質的好處

除了動物性蛋白質可以提供完整的必需胺基酸之外,動物性蛋白質可能還是比較幫助人維持肌肉的質量。

根據2021年的一份綜合分析研究,動物性蛋白質和植物性蛋白質都會幫人「長肉」,維持住肌肉的質量,但動物性蛋白質能更持續性地保住肌肉質量,比較明顯能看到每單位的肌肉上升。尤其在小於五十歲(年紀輕一點)的成人身上,補充動物性蛋白質的「長肉」好處更明顯。然而,在肌力上面,就沒有看到補充動物性蛋白質與植物性蛋白質的差別。也就是說,雖然肌肉質量變多了,但不代表肌力就同時上升。

從動物性來源攝取蛋白質時,我們還同時會獲取到維生素B12以及血基質鐵(heme iron)。同樣地,我們身體無法自行製作維生素B12,而B12對維持神經功能和DNA製作等都非常重要。補充足夠才不至於導致不可逆的神經病變。

延伸閱讀:焦慮、容易被激怒? – 缺乏維生素B12(懶人包)

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動物性蛋白質的壞處

雖然動物性蛋白質可以維持肌肉質量,也能提供完整的胺基酸需求,但你可能也聽過,攝取紅肉或是紅肉加工製品,會增加一個人罹患中風、心肌梗塞、糖尿病等的機會。

動物性蛋白質VS植物性蛋白質

一份追蹤超過12萬人20年的研究報告指出,每天多攝取一份紅肉,也就是約掌心大小的紅肉,死於心血管疾病的機率就高13%。若攝取的為加工紅肉,情況更糟,每天只要多吃一條熱狗,或兩片培根,也就是約半份的加工紅肉量,死於心血管疾病的機率提高20%。相對來說,若控制一天的紅肉攝取量於半份以下,就能減少心血管疾病的發作機率。

這個結果並不讓人訝異。畢竟,紅肉裡含有大量的飽和脂肪,而萬一要變成香腸、火腿、肉鬆、肉乾等好吃邪惡的紅肉加工製品時,又會再添加更多的鹽、糖、脂肪、與眾多添加物,在在傷害我們的健康。

如果你喜歡從動物性來源攝取蛋白質,還是要注意,可以從奶類、不帶皮雞肉、魚類、海鮮等處攝取蛋白質。少吃點紅肉吧,不僅降低心血管疾病的機率,對地球也比較友善。

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想要高蛋白,除了總量,更要重視來源

植物性蛋白質的好處

能提供九種必需胺基酸的植物性蛋白質來源包括了黃豆、豌豆、奇亞籽、蕎麥、黎麥,屬於完整蛋白質。不過,如果想要從植物性來源完整攝取到必需胺基酸的話,最好的策略還是多樣化的攝取。

植物性蛋白質

雖然從研究看起來,植物性蛋白質似乎比較不能確保我們的肌肉質量,但我們吃東西不是只為了蛋白質一種成分,植物性蛋白質的來源同時也提供了纖維、天然抗氧化劑、維生素、礦物質等眾多重要的營養成分,而且裡面含有較少飽和脂肪,較容易控制膽固醇和體重,較不會引發心血管疾病,也是非常棒的營養來源呢。

均衡選擇,減少加工

每種食物來源都有其好處與壞處,平日飲食還是要多樣化選擇,並減少繁複的烹調方式,減少額外添加物,盡量以新鮮食材製作並簡化食物口味,才能讓我們吃的健康開心。

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