「小胖威利症」永遠吃不飽，應及早介入、全方位治療

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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本文轉載自國立自然科學博物館，歷史展覽之「螨蜱特展」

• 作者／黃坤煒

A 編按：小時候家裡的寢具，都一定會有「防塵蟎」的標示。會記得這件事，是因為自從搬出去住後，我再也沒睡過「防塵蟎」的寢具，從那時開始，我全身發癢，過敏從來沒有好過。（純粹為自己不愛乾淨找藉口）

　

《用科學拯救砰然崩潰的髒亂，這樣的掃除你洗翻嗎？》專題藉由國立自然科學博物館的歷史特展——「螨蜱特展」，帶你剖析塵蟎帶來的危害。

塵蟎——臺灣民眾過敏的主要來源

讓人們談之變色的過敏殺手——塵蟎，本來是指塵蟎科 (Pyroglyphidae) 的蟎類，近年來則泛指在居家內會造成人類過敏的一群蟎類，在全球各地造成人類過敏的最主要蟎類，為塵蟎科的歐洲室塵蟎、美洲室塵蟎及梅氏塵蟎，另外還有一些非塵蟎科的粗腳粉蟎、熱帶無爪蟎、腐食酪蟎、家食甜蟎及害嗜蟎。

塵蟎有多可怕呢？在台灣地區約有三分之一的人罹患過敏疾病，而過敏原有 92%來自於塵蟎，這是塵蟎可怕之一；以下的數據可讓各位見識到塵蟎另一可怕之處，塵蟎最適宜的生長環境為濕度 75% ~ 80%， 溫度為 25℃，在 10 週內數量可以增加17倍之多；在一張雙人床上，可能含有多達二百萬隻的塵蟎；一隻雌性成蟎，一次可產下 25~50 個卵，卵在三週內可以發育為成蟎；塵蟎在它三至四個月的壽命中，可產下體重 200 倍的糞便，幾乎佔床重的 1/10。

看了以上的述說，我想各位還是很想知道，何謂過敏塵？如何造成過敏及如何防治塵蟎？以下就針對這三點做進一步說明。

什麼是遺傳性疾病——過敏

醫學上定義為——遺傳性的疾病，基本上是一種與多重基因遺傳有關的過敏性發炎，主要是因染色體有二處異常，一個與氣喘體質的形成有密切關係，另一處的染色體異常與異位性體質有關。這種發炎反應會因受到各種誘發因素的激發，造成臨床上的過敏發作，而其發作的部位則與其所遺傳到的各別器官異常有關，例如，一個肺部異常，而經常有長期氣喘病的患者，如果將其移稙上一個健康的肺，就不再會有氣喘病的發作。

當此發炎反應發生於支氣管時我們稱之為氣喘病，發生於鼻腔、眼結膜時，稱之為過敏性鼻結膜炎，發生於皮膚時則稱之為異位性皮膚炎，而發生於胃腸時稱之為過敏性胃腸炎，一般以前三種較為普遍。

所謂的過敏體質，就是身體免疫系統對外來異物（而這些所謂的外來物，多含有蛋白質的成份，稱之為過敏原，會引發免疫反應），所產生一個過度反應的狀態。在正常狀態下，身體的免疫系統為保護身體，會對外來入侵物，產生發炎的反應，利用白血球及一些化學物質將外來物消滅，一般人而言，這種發炎反應，不會對身體正常的組織造成傷害，但對過敏體質者，因為前述遺傳上染色體的異常，使得免疫系統會將正常組織誤認為外來物，或是在外來物被消滅後，發炎反應應該停止時卻沒有停止反應，身體正常的組織卻成為發炎反應的另一個目標，這就是免疫系統的過程，過敏性疾病因之而起。而過敏體質或過敏性疾病，基本上指的就是上述四種疾病。

通常會誘發過敏性體質發作的因素可分為直接與間接二大因素，直接因素係指呼吸道的病毒感染、過敏原（塵蟎、灰塵、羽毛、黴菌、花粉、食物等）和化學刺激（香煙、油漆等）；間接因素則包含激烈運動、喝冰水、天氣劇變、情緒不穩等。

為何隨著人類經濟、醫學的進步，反而得到過敏疾病的人也隨文明的進步而增加？甚至造成更多的人因過敏疾病而死亡呢？這當然跟我們生活的環境惡化有直接的關係，另外，因居住的住屋密集、及密閉性佳，而造成通風不易，故使過敏原的濃度逐漸累積，居高不下，而使有過敏體質者好發過敏性疾病。

塵蟎會造成過敏，都是排泄物惹的禍

塵蟎為一很小，且肉眼所無法見到的節肢動物，大小約 0.25~0.33 mm，牠主要取食人類皮膚的掉落物、真菌、黴、細菌、花粉、昆蟲的屍體等，而這些物質往往會包含於家中的灰塵內，所以，塵蟎喜歡生活於密閉住屋內。塵蟎及其排泄物、分泌物是引起人類過敏的主要物質，若經呼吸道吸入，會刺激引發過敏症狀。每隻塵蟎每天約可產生 20 顆的排泄物，這些排泄物會持續的引起人類過敏反應，甚至塵蟎死亡後其屍體依舊會引起人類的過敏反應，這是因為塵蟎體內含有引起人類過敏的蛋白質成份。

在臺灣地區，以床墊的塵蟎量最高，約有 66% ~ 100% 的住家床墊被檢測出有塵蟎，其次為棉被與枕頭。

過年大掃除，掃對塵蟎才會OUT

家中床墊、枕頭、棉被、沙發、地毯、窗簾布等均為塵蟎藏身之處。要讓塵蟎過敏者遠離威脅，最好有通風的環境及採取適當之防蟎措施，才能儘量降低過敏的程度。對於防治塵蟎可以依以下的方法進行：

1. 以濕抹布或真空吸塵器打掃，避免使用掃把，以減少塵埃飛揚。
2. 避免放置錦旗類、懸掛絲節製品飾物及其它易堆積灰塵的東西，書籍應避免置於書架上。
3. 使用可濾住過敏原的吸塵機或使用較多層材質的集塵袋來降低過敏原的釋出。
4. 多餘之衣物及絨毛玩具、毛織物品，應置於儲物櫃內。
5. 以木板或瓷磚為地板，不要使用地毯。
6. 以木製品或塑膠製品代替填充式家具或使用經過防蟎效果處理的皮革或布製品家俱。
7. 避免使用厚重窗簾布，以百葉窗或塑膠遮板代替。若必需使用窗簾，請常清洗。
8. 避免使用絨毛毛毯及絲質床單。
9. 每兩週以約 55°C 熱水清洗一次外蓋寢具（指毯子、床單、枕巾、被單），避免使用厚重及毛料毯子。
10. 應將傳統棉製枕頭換成可洗滌之人造纖維製品的枕頭，再裝入防蟎枕套後使用。
11. 將床墊裝入防蟎床墊套內，拉緊拉鍊後使用，若房中有多張床，則每張床皆需裝上防蟎床墊套。
12. 過敏患者應注意室內溫度及溼度的控制，保持室內溫度 25 ~ 27°C，溼度 40 ~ 50%。
13. 將暖氣出風口以過濾網蓋住或者改用電暖氣。
14. 功率較強之 HEPA 空氣濾淨機能減少空氣中的過敏原，請選擇適合房間大小的機型。

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《孩子永遠吃不飽、身高矮小，恐罹患小胖威利症？醫師圖文解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「阿姨，我肚子好餓，爸爸、媽媽都不讓我吃東西。」一位胖嘟嘟的小男孩站在便利商店門口楚楚可憐地說，吸引了路人的目光。

從明顯過胖的體型看起來，小男孩顯然吃了很多東西，但是因為飽食中樞的問題，讓他永遠吃不飽。

林口長庚醫院兒童內分泌暨遺傳科羅福松醫師指出，這是普瑞德威利症候群的特徵，患者會一直吃、一直吃，吃完家裡的東西後，還可能到附近遊蕩、找東西吃，讓家屬被誤會在虐待兒童。

俗稱「小胖威利」的普瑞德威利症候群會造成發展遲緩，必須及早介入，進行飲食管理、早期療育、生長激素治療等。照顧普瑞德威利症候群的家屬非常辛苦，經常得面對各種情緒、行為、學習的問題，所以需要全方位的幫忙，包括醫院、社區、社福、病友團體等。

影響身心的普瑞德威利症候群

我們的染色體總共有 23 對，每對染色體有兩個，一個來自父親，一個來自母親，前 22 對是屬於體染色體，第 23 對是性染色體。

羅福松醫師指出，普瑞德威利症候群（Prader-Willi syndrome）是因為第 15 對染色體長臂 15q11 至 q13 出現缺陷所造成的疾病，致病原因包括染色體小片段缺失、單親源二倍體、染色體重組等。約 75% 是源自父親的染色體具有小片段缺失，約 24% 是因為第 15 對染色體皆源自於母親，稱單親源二倍體（Uniparental Disomy）。據估計，大約每一萬到三萬人會有一位普瑞德威利症候群患者。

普瑞德威利症候群在不同年紀的表現不太一樣，羅福松醫師說，6 個月以下的嬰兒常有餵食困難的問題，需要使用鼻胃管來幫忙，所以出生前幾個月，會營養不良，肌肉張力也比較弱。

到了 1 至 6 歲的時候，普瑞德威利症候群的特徵就是永遠吃不飽，羅福松醫師解釋，這是下視丘飽食中樞的問題，所以變成很會吃、胃口超級好，即使一直餵，還是吃不飽，導致孩童體重開始快速增加。

「我們會建議家屬，別在冰箱放太多食物，或將冰箱上鎖，而且可能需要先知會鄰居、社區的商店、小吃攤，」羅福松醫師提醒，「因為小朋友永遠吃不飽，會一直吃，或跟陌生人講說『我吃不飽，我肚子很餓，我爸媽不給我吃東西』。有些國外的研究發現他們會去社區繞，使用苦肉計，而讓鄰居誤以為爸媽虐待兒童。」

普瑞德威利症候群的特徵是杏仁眼、小嘴、小手、小腳、前額窄、身高較矮，有輕度到中度智能不足，大部分會有語言方面的問題。因為是屬於下視丘的問題，所以普瑞德威利症候群除了生長激素缺乏之外，男生也容易有隱睪症。

由於缺乏生長激素，普瑞德威利症候群患者的生長速率較慢，家長要定期記錄孩子的身高、體重，繪製生長曲線，若發現曲線低於第三百分位、六個月內下降兩個百分線，或一年內生長高度小於 4 公分，都是生長遲緩的現象，便要盡快就醫。

年紀更大之後，患者會更積極、侵略式的找食物，而且越來越沒有飽足感，羅福松醫師說，他們會越吃越多，所以得跟鄰居講好，如果患者要東西吃的時候務必盡量拒絕。

到了 15 歲以後，吃東西的狀況會稍微改善，比較沒有那麼侵略性，但依舊會有情緒、行為、學習的問題，而且因為體重過重，容易出現高血壓、高血脂、第二型糖尿病、睡眠呼吸中止症、脊柱側彎等狀況。

早期發現、早期療育，全方位治療

普瑞德威利症候群患者會缺乏生長激素，所以能用生長激素治療，羅福松醫師說，台灣健保會根據生長速率、骨齡等，有條件給付生長激素治療，補充生長激素對骨骼、肌肉有幫助，能讓患者長高正常化、提升肌肉張力、改善活動力、降低體脂肪。使用生長激素治療時，要留意睡眠呼吸中止症、糖尿病的狀況。

普瑞德威利症候群患者的青春期發育、性腺功能會比較低下，若是女孩子在 12～15 歲、男孩子在 15～17　歲，還沒有進入青春期，有時候會分別使用男性賀爾蒙、女性賀爾蒙治療。如果不處理的話，日後容易有骨質疏鬆的問題。

普瑞德威利症候群患者因為肌肉張力低又過度肥胖，較容易出現脊柱側彎，羅福松醫師說，30 至 70% 患者有脊柱側彎的狀況，需要骨科、復健科的介入，穿背架或手術治療。

除了吃不飽、個性固執之外，普瑞德威利症候群患者比較容易衝動、大發脾氣，有時需要兒童心智科用藥物來幫忙。

普瑞德威利症候群的影響層面廣，需要各個專科的團隊合作，包括兒科、內科、骨科、耳鼻喉科、復健科、神經科、身心科、牙科等。早期療育方面需要物理治療師、職能治療師、語言治療師、心理師的協助。台灣有普瑞德威利病友關懷協會，家屬能夠分享彼此經驗，並獲得支持與協助。

貼心小提醒

日常生活中，建議讓患者生活規律、按表操課。羅福松醫師說，預先規劃每天起床、進食、運動的時間，維持穩定作息。準備食物時，建議做成像快餐一樣，根據營養師的建議，每餐提供固定份量碳水化合物、蛋白質、脂質，以免因為沒有飽足感而過度進食。可以吃不加糖的愛玉、仙草、蒟蒻，千萬別喝含糖飲料，果汁也不可以。

照顧普瑞德威利症候群患者很辛苦，家屬要與醫療團隊密切配合，適時尋求協助！

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美國科學家利用 CRISPR-Cas9 技術，首度成功修復人類胚胎的遺傳性疾病基因，成功率大幅提高至 72.4%，這項研究成果於今年八月二日發表在《自然》期刊，可說是基因編輯技術進展的里程碑，不過要將這項技術應用於臨床治療，還需要更多的實驗測試才能確定不會有罕見的錯誤發生。

利用 CRISPR-Cas9 修正胚胎中的遺傳性疾病基因

帶領研究團隊的通訓作者，也是《自然》雜誌評選的 2013 年度十大科學家──美國奧勒岡健康與科學大學的米塔利波夫（Shoukhrat Mitalipov）教授，再一次為世界帶來劃時代的研究。他曾以開發出極受爭議的粒線體置換療法（也就是常聽到的三親嬰兒）和利用人類皮膚細胞培養出幹細胞而聞名於世，這次他的團隊的驚世之作，則是將目前超夯的基因編輯技術── CRISPR-Cas9 ──直接注射入胚胎，成功修正遺傳性疾病基因。

研究團隊選擇用來測試的，是常見的遺傳性心臟病──肥厚心肌症（Hypertrophic cardiomyopathy, HCM）的基因，這個疾病平均每500人就有一人患病，而且通常不會在年幼時發病，因此帶有這個遺傳性疾病的基因並沒有因為天擇而消失，好發於中年人以及年輕運動員。

影片／本文所提研究之實驗操作過程
（S-phase injection：受精後18小時注射，M-phase injection：受精前注射）

研究人員為了測試這個方法是否能夠將遺傳性疾病基因修正，他們將 CRISPR-Cas9 注射到帶有一套正常基因和一套疾病基因的受精卵中，看看最後胚胎是否能成功被修正成不帶疾病基因。

實驗室將正常基因的卵子，以及帶有疾病基因的精子，進行體外人工授精，並且在不同的時間注射 CRISPR-Cas9 （「受精前（和精子一起注射）」和「受精後18小時」）。當 CRISPR-Cas9 注射之後，它會辨認出疾病基因，並將該段疾病基因剪切成DNA雙股斷裂，再交由細胞本身的DNA修補機制將DNA修復完成。

他們發現在「受精後」才將 CRISPR-Cas9 注射的話，因為受精卵已經開始進行細胞分裂，所以無法有效的修復胚胎內所有的細胞，使得部分胚胎內含有不同基因組的細胞（如下圖上排最右邊，藍色是正常細胞，褐色是仍含有疾病基因的細胞），而形成鑲嵌式胚胎（Mosaic embryo），或者是完全沒有被修復，胚胎內仍然具有基因缺陷。成功被修復的比例約 66.7%（36/54）。

如果在「受精前」將精子、CRISPR-Cas9 和正常基因片段一起注射，就能在 DNA 開始複製前進行修復，獲得較佳的修復結果。研究人員分析發現，所有的胚胎都進行了基因修復的步驟，72.4%的胚胎修復成功（42/58），剩下其他的胚胎則是正確辨認疾病基因的位置，但修復失敗了。

研究團隊還發現，在使用這個基因修正的方法時，胚胎會使用本身的 DNA 進行修復，而非研究人員額外加入的 DNA 片段，意思是在胚胎發育初期，只會根據原本就存在於細胞中的基因進行修正，而不會使用外來的基因片段。這和他們一開始預期的不同，顯示胚胎在發育的早期修復 DNA 的機制可能和後期所使用的不太一樣。

同時為了要檢驗 CRISPR-Cas9 在運作時，是否錯誤的處理到其他基因，造成了不必要的突變（這種突變稱為「脫靶突變 off-targeting mutation」），他們也做了胚胎的全基因組定序。他們發現在所有正常基因的細胞裡面，完全沒有這樣的現象發生，這也顯示了這個基因修正方法的可行性與穩定性大大的提高。

技術突破使成功率大增，但仍需要更多實驗確認安全性

這項研究是由米塔利波夫的團隊聯合南韓與中國的團隊共同進行。雖然在他們發表之前，還有另外三個中國團隊也發表過使用 CRISPR-Cas9 來修正胚胎基因的研究，但他們這項研究的重要性，在於首次有這麼高的成功率，能直接對人類胚胎進行基因工程修正遺傳性疾病基因，並且大大減少了鑲嵌式胚胎的數量，以及 CRISPR-Cas9 常被質疑的問題：脫靶突變的現象，也沒有被偵測到。

雖然成功率目前只有 72%，不過米塔利波夫對此有信心可以藉由調整實驗條件來達到成功率 90%以上。儘管如此，仍然要謹慎面對這項技術，這樣的技術算是生殖細胞工程（Germline engineering），會使得修正後的基因能夠傳到後代子孫，如果失敗的話，將導致突變或疾病基因代代相傳，研究中的實驗數據量也只有五十幾，還需要更多的實驗才能確定不會有罕見的錯誤發生。

設計出你的理想寶寶？還有很長一段路要走

有人說：這個胚胎基因編輯技術成功後，「設計嬰兒」就指日可待了。《自然》期刊的評論員 Heidi Ledford 在 Nature Podcast 的訪問中表示，這樣的想法是個「滑坡謬誤」。這個利用 CRISPR-Cas9 修正胚胎基因的方法，只能將有問題的部分修改成原本就已經存在的基因序列（例如實驗中父方的疾病基因被修正為母方的正常基因），無法說我選擇要這樣的眼睛、這樣的鼻子、或者超高 IQ，然後提供一段基因片段，就把你的「完美寶寶」製造出來，這個方法做不到，而且技術上還有很多困難要克服，還有很長的一段路要走。而這大概也是通訊作者米塔利波夫堅持使用「基因修正（correction）」來描述他們的方法，而非使用「基因編輯（editing）」的原因。

麻省理工學院的一位癌症研究學者 Richard Hynes 認為，一旦胚胎基因修正技術的困難被克服，那我們就需要開始思考與討論這項技術對社會的影響，以及該如何立法規範這種技術的使用。而這篇堪稱里程碑的研究，就是告訴我們，是時候該開始討論了。

參考資料：

1. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos, Nature (2017), Hong Ma et al., doi:10.1038/nature23305
2. Biotechnology: At the heart of gene edits in human embryos, Nature | News & Views (2017), Nerges Winblad & Fredrik Lanner, doi:10.1038/nature23533
3. CRISPR fixes disease gene in viable human embryos, Nature | News (2017), Heidi Ledford, doi:10.1038/nature.2017.22382
4. In Breakthrough, Scientists Edit a Dangerous Mutation From Genes in Human Embryos, New York Times
5. Deadly gene mutations removed from human embryos in landmark study, The Guardian
6. First Human Embryos Edited in U.S. – MIT Technology Review, July 26, 2017

延伸閱讀：

1. 打造完美寶寶，工業技術與資訊月刊285期2015年07月號
2. 「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR / Cas9 / Cas9基因編輯技術 – PanSci泛科學
3. 《自然》雜誌2013年度十大人物 – PanSci泛科學
4. CRISPR發展之英雄榜 – 科學Online

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《孩子永遠吃不飽、身高矮小，恐罹患小胖威利症？醫師圖文解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「阿姨，我肚子好餓，爸爸、媽媽都不讓我吃東西。」一位胖嘟嘟的小男孩站在便利商店門口楚楚可憐地說，吸引了路人的目光。

從明顯過胖的體型看起來，小男孩顯然吃了很多東西，但是因為飽食中樞的問題，讓他永遠吃不飽。

林口長庚醫院兒童內分泌暨遺傳科羅福松醫師指出，這是普瑞德威利症候群的特徵，患者會一直吃、一直吃，吃完家裡的東西後，還可能到附近遊蕩、找東西吃，讓家屬被誤會在虐待兒童。

俗稱「小胖威利」的普瑞德威利症候群會造成發展遲緩，必須及早介入，進行飲食管理、早期療育、生長激素治療等。照顧普瑞德威利症候群的家屬非常辛苦，經常得面對各種情緒、行為、學習的問題，所以需要全方位的幫忙，包括醫院、社區、社福、病友團體等。

影響身心的普瑞德威利症候群

我們的染色體總共有 23 對，每對染色體有兩個，一個來自父親，一個來自母親，前 22 對是屬於體染色體，第 23 對是性染色體。

羅福松醫師指出，普瑞德威利症候群（Prader-Willi syndrome）是因為第 15 對染色體長臂 15q11 至 q13 出現缺陷所造成的疾病，致病原因包括染色體小片段缺失、單親源二倍體、染色體重組等。約 75% 是源自父親的染色體具有小片段缺失，約 24% 是因為第 15 對染色體皆源自於母親，稱單親源二倍體（Uniparental Disomy）。據估計，大約每一萬到三萬人會有一位普瑞德威利症候群患者。

普瑞德威利症候群在不同年紀的表現不太一樣，羅福松醫師說，6 個月以下的嬰兒常有餵食困難的問題，需要使用鼻胃管來幫忙，所以出生前幾個月，會營養不良，肌肉張力也比較弱。

到了 1 至 6 歲的時候，普瑞德威利症候群的特徵就是永遠吃不飽，羅福松醫師解釋，這是下視丘飽食中樞的問題，所以變成很會吃、胃口超級好，即使一直餵，還是吃不飽，導致孩童體重開始快速增加。

「我們會建議家屬，別在冰箱放太多食物，或將冰箱上鎖，而且可能需要先知會鄰居、社區的商店、小吃攤，」羅福松醫師提醒，「因為小朋友永遠吃不飽，會一直吃，或跟陌生人講說『我吃不飽，我肚子很餓，我爸媽不給我吃東西』。有些國外的研究發現他們會去社區繞，使用苦肉計，而讓鄰居誤以為爸媽虐待兒童。」

普瑞德威利症候群的特徵是杏仁眼、小嘴、小手、小腳、前額窄、身高較矮，有輕度到中度智能不足，大部分會有語言方面的問題。因為是屬於下視丘的問題，所以普瑞德威利症候群除了生長激素缺乏之外，男生也容易有隱睪症。

由於缺乏生長激素，普瑞德威利症候群患者的生長速率較慢，家長要定期記錄孩子的身高、體重，繪製生長曲線，若發現曲線低於第三百分位、六個月內下降兩個百分線，或一年內生長高度小於 4 公分，都是生長遲緩的現象，便要盡快就醫。

年紀更大之後，患者會更積極、侵略式的找食物，而且越來越沒有飽足感，羅福松醫師說，他們會越吃越多，所以得跟鄰居講好，如果患者要東西吃的時候務必盡量拒絕。

到了 15 歲以後，吃東西的狀況會稍微改善，比較沒有那麼侵略性，但依舊會有情緒、行為、學習的問題，而且因為體重過重，容易出現高血壓、高血脂、第二型糖尿病、睡眠呼吸中止症、脊柱側彎等狀況。

早期發現、早期療育，全方位治療

普瑞德威利症候群患者會缺乏生長激素，所以能用生長激素治療，羅福松醫師說，台灣健保會根據生長速率、骨齡等，有條件給付生長激素治療，補充生長激素對骨骼、肌肉有幫助，能讓患者長高正常化、提升肌肉張力、改善活動力、降低體脂肪。使用生長激素治療時，要留意睡眠呼吸中止症、糖尿病的狀況。

普瑞德威利症候群患者的青春期發育、性腺功能會比較低下，若是女孩子在 12～15 歲、男孩子在 15～17　歲，還沒有進入青春期，有時候會分別使用男性賀爾蒙、女性賀爾蒙治療。如果不處理的話，日後容易有骨質疏鬆的問題。

普瑞德威利症候群患者因為肌肉張力低又過度肥胖，較容易出現脊柱側彎，羅福松醫師說，30 至 70% 患者有脊柱側彎的狀況，需要骨科、復健科的介入，穿背架或手術治療。

除了吃不飽、個性固執之外，普瑞德威利症候群患者比較容易衝動、大發脾氣，有時需要兒童心智科用藥物來幫忙。

普瑞德威利症候群的影響層面廣，需要各個專科的團隊合作，包括兒科、內科、骨科、耳鼻喉科、復健科、神經科、身心科、牙科等。早期療育方面需要物理治療師、職能治療師、語言治療師、心理師的協助。台灣有普瑞德威利病友關懷協會，家屬能夠分享彼此經驗，並獲得支持與協助。

貼心小提醒

日常生活中，建議讓患者生活規律、按表操課。羅福松醫師說，預先規劃每天起床、進食、運動的時間，維持穩定作息。準備食物時，建議做成像快餐一樣，根據營養師的建議，每餐提供固定份量碳水化合物、蛋白質、脂質，以免因為沒有飽足感而過度進食。可以吃不加糖的愛玉、仙草、蒟蒻，千萬別喝含糖飲料，果汁也不可以。

照顧普瑞德威利症候群患者很辛苦，家屬要與醫療團隊密切配合，適時尋求協助！

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