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解開兒童癌症之謎:ALT 癌細胞如何逃避免疫系統?

研之有物│中央研究院_96
・2023/05/12 ・6370字 ・閱讀時間約 13 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文/林承勳
  • 責任編輯/簡克志
  • 美術設計/蔡宛潔

找尋 ALT 癌細胞的存活機制

癌症種類很多,有些是長時間基因突變與細胞受損發炎導致,少部分癌症則好發於兒童時期。兒童癌症往往有個共通點,就是癌細胞會用同源重組方式來延長端粒,好讓自己不斷大量複製,稱為 ALT 癌細胞(替代性延長端粒癌細胞)。長期研究端粒的中央研究院分子生物研究所陳律佑副研究員,他的研究成果揭露了 ALT 癌細胞逃避人體免疫系統的關鍵路徑,目前他正與臨床醫療機構合作,擬定治療兒童癌症的一系列計畫。至於端粒是什麼?ALT 癌細胞要如何延長端粒?請跟著中研院「研之有物」的專訪內容一同探索吧!

染色體末端的「端粒」是細胞壽命的限制器,理解癌細胞如何延長端粒,對癌症治療相當重要。
 圖/iStock

近 40 年來,癌症一直是國人死亡的頭號殺手,已邁入高齡社會的臺灣,癌症醫療已成為衛生福利的重要焦點。然而,罹患癌症的不只是成年人。根據衛生福利部統計資料,在 2015 年之後,癌症也是兒童非事故死亡的主要原因(1-11 歲)。

不過,成人與兒童罹患的癌症種類有所不同。成人癌症通常是大腸癌、肝癌、肺癌等,這些發生在上皮組織的癌症(carcinoma),通常是經過長時間累積基因變異與細胞損壞才會發生;至於兒童癌症,主要是中胚層癌或胚胎型癌,例如腦瘤、軟組織瘤及骨癌等,不是經由體細胞基因變異累積,通常很早就發病。

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目前因為兒童癌症病例比較少,投入的研究與醫療資源也相對缺乏。然而,中央研究院分子生物研究所副研究員陳律佑,他與研究團隊從端粒研究出發,解開兒童癌症的免疫逃避機制,後續將進一步找出預防和治療的方法,這對兒童癌症患者來說,將會是一大福音。

「端粒」是什麼?細胞壽命的限制器

生物身體成長與傷口復原都倚賴細胞分裂,以生產新細胞來汰換老舊或受損的細胞。然而,正常細胞會有分裂次數限制,當次數逐漸達到上限時,細胞就會慢慢停止生長或走向死亡,這就是所謂的「細胞衰老」。

癌細胞不一樣,當細胞突變成癌細胞之後,就沒有分裂次數限制。不會老化的癌細胞可以無限次數分裂和增長,最後,大量癌細胞會奪去身體的營養與資源,讓病者衰弱而死。造成正常細胞與癌細胞如此迥異的命運,關鍵就在於「端粒」的使用期限。

端粒是真核細胞染色體的保護構造。端粒的主要功能,就是維持染色體的完整性,並調控細胞分裂週期。

端粒(telomere)是真核生物染色體末端的特殊結構,由一段重複的相同序列 DNA 與許多蛋白質組成。以人類來說,端粒的重複 DNA 序列是「TTAGGG/CCCTAA」,最長可達約 15,000 個鹼基對

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端粒(telomere)是真核生物染色體末端的特殊結構,由一段重複的相同序列 DNA 與許多蛋白質組成。以人類來說,端粒的重複 DNA 序列是「TTAGGG/CCCTAA」 圖/研之有物(資料來源:Labster

「端粒跟染色體的關係,可以想像成鞋帶與尾端的塑膠套。」陳律佑舉例說,就像末端的塑膠套可以避免鞋帶繩逐漸鬆脫,端粒就是在染色體的端點發揮保護與區隔的功能。這樣一來,有端粒保護的染色體就不會被核酸酶降解;另外,端粒也能防止染色體彼此連結起來。

陳律佑指出,「如果沒有端粒,染色體的末端就會被細胞辨認為處於『斷掉』的異常狀態,於是 DNA 修復蛋白質就會把染色體末端相互連結,來試圖『修補』染色體。」

端粒的存在,確保了染色體不會錯誤連接、持續消耗,也確保染色體不會在複製及分裂時斷裂、遺失。

But!就像鞋帶塑膠套會逐漸磨損一樣,端粒也沒辦法無限期地保護染色體。每經過一次細胞分裂,端粒就會縮短數十到數百個鹼基,因此隨著分裂次數越多,端粒就會越來越短。

正常細胞每經過一次細胞分裂,染色體的端粒就會縮短數十到數百個鹼基,因此隨著分裂次數越多,端粒就會越來越短,直到失去保護染色體的功能。 圖/研之有物(資料來源:Labster

當端粒縮短到一定長度就會失去保護染色體的功能,使細胞產生 DNA 損害反應,或出現相互連接的染色體,接著因細胞分裂而導致 DNA 斷裂的現象,這些狀況都將使細胞停止生長,進入衰老。此時身體會啟動細胞凋亡(apoptosis)的機制,將無法再分裂的老化細胞汰除。

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如何延長細胞壽命?特殊恢復酵素,端粒酶

隨著端粒縮短,體細胞持續老化,直到端粒無法使用,細胞生命就走到盡頭。在體細胞裡,端粒縮短是不可逆的過程,細胞衰老無法停止。

然而,在生殖細胞跟胚胎幹細胞中,有種酵素叫作端粒酶(telomerase),可以把「TTAGGG」序列添加回到端粒,所以端粒可以補充、維持,甚至變得更長!因此相較於體細胞,生殖細胞與胚胎幹細胞可以有更多的分裂次數。

在生殖細胞跟胚胎幹細胞中有端粒酶,端粒酶可以延長端粒,維持端粒的序列長度。 圖/研之有物(資料來源:Cardiovascular Research

其實,成體幹細胞也有端粒酶,但數量不足,因此修補端粒的速度趕不上消耗速度,端粒會逐漸縮短。所以即使帶有端粒酶,但成體幹細胞還是會衰老,只是速度比體細胞慢些。

至於人體的生殖細胞裡,端粒酶數量就很足夠,而且一直存在。「研究發現,有些年長者生殖細胞染色體的端粒長度,甚至比年輕人的端粒還要長。」陳律佑提到。在端粒酶的幫助之下,生殖細胞就可以一直分裂,以產生精子。

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延長端莉的第二種方法:DNA 同源重組

除了端粒酶,真核生物還有另一種延長端粒的方法,利用細胞內 DNA 同源重組(Homologous recombination)來進行。「 藉由 DNA 同源重組的機制,較短的端粒,會去找另一條來配對,接著 DNA 聚合酶會以長的那條染色體當模板,幫助短的端粒加長。」陳律佑說。

DNA 同源重組機制也可以延長端粒,但平常被抑制住了。

不過,在一般人體體細胞裡,是不會觀察到端粒 DNA 同源重組的,所以體細胞還是沒有辦法藉此延長端粒;而幹細胞或是被活化的免疫細胞中偶爾才會發生。同樣是真核生物的酵母菌平常也都是藉由端粒酶延長端粒。

早期端粒領域的研究發現,去除端粒酶的酵母菌,成長過程中端粒雖如預期般逐漸縮短,然後酵母菌慢慢地停止生長。但持續培養一段時間後,酵母菌居然能夠使用 DNA 同源重組來延長端粒,又重新開始生長。

陳律佑表示, DNA 同源重組機制在生物演化過程中,可能扮演重要的角色,但不知道什麼原因,這個機制在細胞中是被抑制住的。「其中一種可能性是,DNA 同源重組機制被大量活化可能會給細胞帶來負擔或是不好的後果,所以才被抑制住。但這些還需要進一步研究。」陳律佑說。

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DNA 同源重組機制也可以延長端粒,同一對染色體中,比較短的端粒,會去找另一條較長的端粒配對,接著 DNA 聚合酶會以長端粒的序列當複製模板,加長短端粒。 圖/研之有物(資料來源:Trends in Biochemical Sciences

兩種恢復法,癌細胞選哪個?

癌細胞之所以不會走向細胞凋亡的結局,關鍵就在於擁有延長端粒的能力。癌細胞跟生殖細胞一樣,擁有充份的端粒酶活性。所以癌細胞在分裂過程中,消耗了的端粒還是能持續補充回來,癌細胞因此擁有無限分裂次數的能力,一直保持在最佳生理狀態。

不過,並非所有種類癌細胞都是端粒酶富翁。大約有 80%~90% 的癌症,其癌細胞中有大量端粒酶可以修補端粒;其餘 10%~20% 的癌症,例如兒童腦瘤、軟組織瘤及骨癌等癌症,則主要是用同源重組機制來延長端粒。

一般的情況下, DNA 同源重組機制在體細胞中會被抑制,但 ALT 癌細胞中的抑制作用消失了,於是 DNA 同源重組機制就能順利運行,延長癌細胞端粒、讓癌細胞生生不息。

使用 DNA 同源重組機制延長端粒的癌細胞,稱為替代性延長端粒(alternative lengthening of telomeres)癌細胞,簡稱 ALT 癌細胞。

ALT 癌細胞漏出的馬腳:ECTR DNA

當細胞啟用 DNA 同源重組機制來延長端粒時,會產生許多副產物:染色體外端粒 DNA(extrachromosomal telomere repeat DNA,簡稱 ECTR DNA)。「簡單來說,就是在端粒加長時,DNA 同源重組機制出現錯誤,讓 DNA 片段掉出來,變成 ECTR 。」陳律佑解釋。

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也就是說,端粒增長時,失控的 DNA 同源重組使端粒 DNA 斷裂,進而形成長短不一、呈片段狀的 ECTR ;另一方面,端粒 DNA 尋找延長模板時,也可能反折,用自己的序列複製,端粒會彎曲形成一個圓圈來複製序列,這時偏差的 DNA 同源重組反應也會讓 DNA 斷掉, 變成圓圈的 ECTR。

總之,DNA 同源重組機制產生長短與形狀不一的 ECTR ,會從端粒附近慢慢向外游離,接著從細胞核一路漂到細胞質。

正常的體細胞,細胞質裡不會有遺傳物質。只要在細胞質中觀察到 ECTR DNA,表示該細胞的端粒正在進行同源重組,很可能已經突變成 ALT 癌細胞。

因此陳律佑認為,ECTR DNA 可以作為 ALT 癌細胞的一種生物標記。

用不尋常的 ECTR DNA,召喚免疫大軍

在真核生物的細胞裡頭,只有兩個部位會出現 DNA ,一個是細胞核,存放著大量重要的遺傳物質;另一個是細胞能量工廠粒線體,它擁有自己的 DNA 。正常情況下,在細胞質裡不應該有遺傳物質出現。

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「細胞質出現遺傳物質,大部分是受到病原入侵。」陳律佑指出,例如病毒感染細胞後,會把自己的遺傳物質注射進到細胞質,並且利用宿主細胞資源來複製所需的各種零件與遺傳物質,重新組裝成更多病毒顆粒。

當細胞遭遇入侵者時,會啟動一連串免疫反應來抑制外來入侵者。然而,從偵測 DNA 到啟動免疫反應中的詳細機制,多年前都還是眾說紛紜,近幾年才逐漸明朗。

陳律佑表示,cGAS-STING 反應路徑(cGAS-STING pathway),就是細胞質游離 DNA 啟動免疫機制的關鍵。

cGAS-STING 路徑,是藉由細胞質裡的一種合成酶 cGAS(cyclin GMP-AMP synthase)來偵測並結合游離在細胞質中的 DNA 。結合後,cGAS 會被活化,接著會把三磷酸腺苷(ATP)與三磷酸鳥苷(GTP)合成一種環狀二核苷酸(cGAMP)。

這種分子會進一步啟動干擾素刺激因子 STING(stimulator of interferon genes)以及後續的連鎖反應,誘導免疫細胞產生干擾素、細胞激素等物質,並引起發炎等非專一性的先天免疫反應。

這樣一來,感染細胞的一切運作會被強制停止。原本受病毒感染的細胞,其內部幫助病毒複製零件的生產線就會被切斷。同時,被干擾素吸引來的樹狀細胞(dendritic cell)、巨噬細胞(macrophage)等先天免疫細胞,也會清除被感染的細胞。

陳律佑表示,cGAS-STING 反應路徑(cGAS-STING pathway),就是細胞質游離 DNA 啟動免疫機制的關鍵。 圖/研之有物

本來應該要啟動免疫系統,實際上卻毫無反應

ECTR DNA 也是不該在細胞質出現的基因碎屑。當 DNA 同源重組機制因為未知原因,被細胞重新啟動來延長端粒時,作為副產物的 ECTR 會從細胞核往外漂到細胞質。

正常來說,細胞偵測到細胞質不應有的遺傳物質片段 ECTR,就會判定異常並發出警報,經由 cGAS-STING 路徑啟動免疫連鎖反應。

等等!既然 ECTR 會觸發 cGAS-STING 路徑,那麼使用 DNA 同源重組機制延長端粒的 ALT 癌細胞不是就會被免疫系統察覺和消滅才對嗎?

實際上並沒有。

陳律佑指出,研究團隊的實驗結果顯示,在正常人類細胞中,ECTR 的累積的確會活化 cGAS-STING 蛋白感知路徑,促使細胞分泌出干擾素,激發先天免疫反應並抑制細胞生長。

但在 ALT 癌細胞株裡面,cGAS-STING 蛋白的感知反應消失了!不論是 ECTR 或是其他細胞質游離 DNA,都不會開啟 cGAS-STING 路徑,免疫反應也就不會啟動。於是,癌細胞就能逃避免疫系統的攻擊,並肆無忌憚地不斷增生。

正常肺纖維母細胞(WI38),細胞質沒有 ECTR。但是 ALT 癌細胞(WI38-VA13、U2OS、Saos2)的細胞質存在 ECTR(箭頭處),ECTR 的存在沒有成功啟動免疫系統。 圖/研之有物(資料來源:陳律佑)

「我們設計了體外的癌細胞實驗,證明出 STING 蛋白在 ALT 癌細胞株裡被抑制。」陳律佑表示,目前 STING 蛋白被抑制的原因還有待進一步實驗來探討,但團隊已經確認 ECTR 並沒有啟動 cGAS-STING 路徑、沒有激發免疫反應,都是因為 STING 蛋白消失的緣故。

讓 ALT 癌細胞逃脫的秘密,就是消失的 STING 蛋白。

但是,即使促進 STING 蛋白的表現,也不能保證能夠解決癌細胞,因為免疫系統很複雜,促進免疫表現也可能誘發免疫風暴。目前臨床已有的溶瘤病毒療法(oncolytic virus therapy)是一個可行的方案,因為 ALT 癌細胞關閉了 cGAS-STING 反應路徑,很容易被病毒感染,可以透過病毒專一性感染癌細胞,讓癌細胞消退(regression)。

雖然還有很多謎題有待釐清,例如 ECTR DNA 如何觸發 cGAS-STING 路徑、影響癌症生成等。然而陳律佑團隊的研究成果,已經對於兒童癌症治療有重要貢獻和知識引導作用,特別是腦瘤、軟組織瘤及骨癌等 ALT 癌症,有助於後續人們針對 ALT 癌症開發更有效的治療方法。陳律佑最近與和信治癌中心醫院的醫師陳榮隆展開合作,結合中研院豐沛的研究成果與前線臨床醫療,讓更多病者可以得到妥善照護。

溶瘤病毒療法是 ALT 癌症的可行療法之一,因為 ALT 癌細胞關閉了 cGAS-STING 反應,很容易被病毒感染,可以透過病毒專一性感染癌細胞,讓癌細胞消退。 圖/研之有物(資料來源:EMBO Reports

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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明明念化學,最後卻致力於生科?一段自我探索之路 —專訪陳律佑
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・2023/07/14 ・5768字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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陳律佑是中央研究院分子生物研究所的副研究員,長期致力於端粒研究,並在該領域取得了豐碩的成果。此外,他也與臨床醫療機構合作,為兒童癌症治療制定一系列計畫。然而,即使是像陳律佑這樣的研究人才,也不是在一開始就確定自己想要投入的領域,他在學生時期經歷了一段自我探索的過程。他是怎樣一步步走進端粒研究?又是什麼機緣,促成學術研究與臨床醫療合作?請跟著中研院研之有物專訪一起看看。

陳律佑專注在端粒研究領域。圖/研之有物

染色體端粒的消長,牽動細胞老化與癌細胞發展,對於人的壽命有決定性影響力,端粒是當前人類健康與疾病的重要研究主題。陳律佑與他的研究團隊致力於端粒研究,揭開了 ALT 癌細胞如何逃避免疫機制的秘密,在「研之有物」之前的文章〈解密兒童癌症:ALT 癌細胞如何延長端粒、逃避免疫系統?〉有詳細討論,以下簡述研究內容。

首先是確認 ECTR DNA 會開啟 cGAS-STING 感知路徑,激發人體先天免疫反應;接著發現 ALT 癌細胞會讓 STING 蛋白消失,使 cGAS-STING 路徑失去作用,免疫機制無法啟動,癌細胞才能夠生生不息;目前,研究團隊正在積極尋找治療 ALT 癌症的潛在方法。

陳律佑的研究成果,不僅推進了端粒基礎研究,還與和信治癌中心醫院的陳榮隆醫師合作,結合學術研究與臨床醫療,在兒童罕病治療扮演重要角色。不過,擅長研究端粒的陳律佑,並非一開始就進到生命科學領域,他在求學時期也經歷了一段自我探索的過程。

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陳律佑和研之有物團隊解釋端粒構造。圖/研之有物

唸的是化學 卻成功在生科找到自己的歸屬

「我高中其實沒有唸過生物,當時對化學比較有興趣。」陳律佑笑著說,依著高中時的興趣,陳律佑進到清華大學化學系。但是讀著讀著,他逐漸發覺所學內容似乎跟自己想像的不大一樣,於是陳律佑開始到各系所修課,接觸不同領域的知識。

他到物理系、數學系的課堂學習,也去修生命科學系的課,生科成功喚起陳律佑的興趣。「細胞生物學、分子生物學、遺傳學等等,這些課程內容就發生在我們身體,與生活息息相關,實在非常吸引我。」陳律佑說。就讀化學系的他不僅修完生命科學系的必修課,還主動去修實驗課,更進入細胞生物學實驗室裡面研究專題,就讀生命科學系碩士。

剛開始他是研究細胞的熱休克反應。「研究熱休克的方法,簡單來說就是燙一下細胞,然後觀察細胞的反應。」陳律佑解釋,溫度上升 5 度,就會讓細胞內化學反應發生錯亂,熱休克蛋白會大量表現,可協助其細胞穩定蛋白結構,因應環境改變,維持細胞生理。

雖然陳律佑專題和碩士班都在研究「細胞熱休克反應」,但是他到美國攻讀博士時,決定挑戰全新的領域。「我覺得,自己碩士班到博士班這段時間,都還是持續地在自我探索。」陳律佑說。

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博士班一年級期間,除了修課以外,還投入時間進入三個不同領域的實驗室實習,兩個是研究蛋白質結構、一個是研究老化生物學。最終陳律佑選擇了與過去研究截然不同的主題:老化生物學,也就是研究端粒的實驗室進行博士論文研究。

「碩班是研究細胞生物學,但當時我想要投入自己沒有接觸過的領域。」陳律佑說。首先他在結構生物學的實驗室待了一年,閱讀文獻、純化蛋白質結晶、分析蛋白質結構,一年下來也頗有進展。

只是,陳律佑發現分析結構跟自己想要的不太相符。「我對細胞生物學還是比較有興趣,因為每個實驗的結果都可以學習新的生物學,有新的發現。」陳律佑提到,即使指導教授對於他想換研究主題這件事也頗為訝異,他還是決定照著自己的直覺走,轉換到研究端粒的實驗室。於是,陳律佑從 2005 年開始投入端粒研究,一直持續到現在。

回想起當初的決定,陳律佑認為,選擇實驗室的時候,首先要考量自己的興趣。「每一個時刻,都可以去思考:這是不是我想要的、是不是真的喜歡?」陳律佑強調,如果無法肯定的回答,那可能就是還沒找到真的興趣與題目。第二考量就是實驗室的風格與自己個性是否合適。陳律佑提到,自己的個性比較開放,喜歡自由發揮,同樣的,在帶學生時也會給很大的自主空間,不過,往往個性獨立的學生比較能夠適應這種方式。

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陳律佑在學生時期也經歷了一段自我探索的過程,他強調每個時刻都要記得去思考:「這是不是我想要的?」。圖/iStock

有別於「美式」實驗室 到瑞士體驗獨特的「歐式」風格

結束博士班階段,陳律佑再度展開全新的研究旅程。原先他博士後研究曾考慮兩個實驗室,一個在美國史丹佛,另一個是位在瑞士洛桑的瑞士理工學院,陳律佑選擇了後者。「我會去瑞士,是因為我喜歡他們的端粒題目,這實驗室的端粒酶生化實驗技術是全世界最好的。」陳律佑笑著說。也因為從美國換到歐洲做研究,讓他見識到,世界上有別於美國的另一種實驗室。

「臺灣科學研究其實滿美式的,當初從臺灣到美國,我會覺得美國就是更進步、放大版的臺灣。」陳律佑說。美國地大物博,學術資源豐富,但研究氛圍跟臺灣很像,一樣是鼓勵埋頭努力工作,提倡競爭的精神。

位在歐洲的瑞士卻是截然不同的世界。「從美國德州到瑞士洛桑後,突然間什麼東西都縮小了,路上不見皮卡而盡是小車,更沒有 Costco 大量販店,換成了小超市,餐館,還有市集。」陳律佑提到,除了建築景物,研究的習慣也大相徑庭。一開始以為瑞士人比較悠閒、慵懶,但實際觀察後發現,其實他們做事非常有效率。

「不論是研究還是行政工作,都有建立完整的系統,讓大家能夠很有效率地處理事情。」陳律佑指出,因為做事有效率,所以工作日也會有許多時間可以喝咖啡聊天,而且沒有人會在晚上或週末到研究室加班。實驗室除了瑞士人,還有來自義大利、德國、法國、東歐……的人,聊天的內容除了實驗內容或科學新知,也可以是生活經驗。透過交流與腦力激盪,研究人員常常會有自發性的合作,也會靈光乍現,有新的創意想法。

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瑞士國土比臺灣大一些,人口只有 800 多萬,大約是臺灣的三分之一多一些,但是瑞士諾貝爾獎獲獎人數卻有將近 30 位,遠多過臺灣。陳律佑認為,強調做事高效率,以及實驗室之間一起喝咖啡交流的「閒聊文化」,絕對是關鍵之一。

瑞士跟美國相比,國土、人才跟資源都有相當大的差距。美國資源多,況且美國實驗室裡,來自亞洲國家的學生與研究人員都還特別認真埋頭工作;而瑞士學術界是把有限的時間跟資源做到最有效率的使用,空出來的時間則用來休息、好好陪伴家人,這方面是值得臺灣思考的。

除此之外,歐洲實驗室裡的指導風格也不太一樣。「在美國,實驗室的指導教授會被稱為 Boss;而在瑞士,我的指導教授卻像是 Advisor 。」陳律佑解釋,會被稱作 Boss 是因為美國的指導教授比較像是老闆、頂頭上司的角色,學生做的研究題目通常會是指導教授大計畫中的一小部分或是子計畫。

在瑞士的話,指導教授比較像是同事、顧問,學生或博士後對自己的研究都很有想法與主見,有疑問可以向指導教授請教討論。在瑞士實驗室做研究的自主性、自由度高,有興趣的人做著自己喜歡的題目,才會有更多動力來發揮創意。陳律佑於瑞士完成博士後研究,2013 年底就進到中研院。

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陳律佑提到,瑞士不論在研究還是行政工作,都有建立完整的系統,讓研究人員能夠很有效率地處理事情,沒有人會在晚上或週末到研究室加班,空出來的時間可以用來休息、好好陪伴家人。圖/陳律佑

一通電話 開啟臨床合作的新頁

目前陳律佑除了在中研院做基礎端粒生物學的研究,同時也與和信治癌中心醫院陳榮隆醫師合作,為患有端粒疾病的病人提供學術支援。談到他與臨床合作的開端,原來是一通請求協助的電話。

有天他接到一位病患家長的電話,「家長說小朋友被診斷出可能有遺傳疾病,想請我協助判斷是不是端粒相關的基因變異。」陳律佑說到,回想起當時情況,那位小朋友先在和信醫院,由陳榮隆醫師診斷出重度再生不良性貧血,但其他異常狀況也讓陳醫生懷疑可能有端粒功能缺陷的因素存在,於是家長想到要向國內研究的權威機構中研院來尋求協助。

陳律佑與實驗室團隊鑑定之後,確認端粒缺陷,也找到導致疾病的變異基因,證實病童的確患有端粒遺傳疾病,因此他得以接受特殊方式進行骨髓移植手術。「雖然他是造血功能有問題,但因為原因出在端粒身上,無法藉由一般標準的骨髓移植治療。」陳律佑解釋。

研究團隊與醫療機構合作,讓一位罕見疾病的兒童獲得醫治,這讓陳律佑留下深刻的印象。「之前都是做研究然後發表論文,但我第一次感受到,原來我們的研究工作確實可以直接幫助他人。」陳律佑表示,這次經驗對他來說意義非凡。

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雖然成功移植骨髓解決造血問題,令人遺憾的是,三年之後病童還是因肺臟功能喪失而不幸離世。陳律佑提到,當時他們確認是端粒疾病,也找出合適的療法、解決造血系統的問題,然而病童全身細胞的端粒都有缺陷,還有很多問題並沒有得到解決。「對我而言,這又是另一個衝擊:原來我們的研究其實相當有侷限。」陳律佑說。

這也給陳律佑帶來一些啟發。他提到:「對我來說,做研究就是為了要解決問題。而這次的經驗,讓我思考如何將基礎端粒生物學的研究,更進一步導向與疾病相關的課題,期望未來的研究成果,有機會能為民眾解決問題。」

之後,陳律佑與和信治癌中心醫院的陳榮隆醫師保持著緊密合作。每當陳榮隆在臨床上碰到棘手的病例,就會聯繫陳律佑,一起尋找疾病的源頭。

「因為兒童罕見疾病個案不多,一年就幾個,除非是大型醫療機構,不然無法投入穩定資源。」陳律佑解釋,兒童罕見疾病在診斷或治療上,往往不易獲足夠的醫療資源,秉持著回饋社會的初衷,實驗室就盡量提供協助。

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「中研院的研究資源相對豐富,所以在能力許可之下,我們會協助端粒疾病方面的鑑定。」陳律佑說,一開始他是自己撥出實驗室的研究能量來協助病童。行善的人不孤單,幾年之後,陳榮隆接觸到的病童家長們,便成立了「台灣重症兒童協會」,讓臨床治療與研究端能夠執行一系列計畫,為更多患者服務。

陳律佑(右 1)、陳榮隆醫師(右 2)與台灣重症兒童協會楊慈雲理事長(右 3)合影。圖/中央研究院分子生物研究所

為罕病建立基因資料庫

在協會支持之下,陳律佑與陳榮隆結合中研院研究資源與和信治癌中心醫院臨床醫療,開啟了「重症基因庫暨細胞/藥物研發」計畫,為的就是照顧更多的兒童癌症患者。計畫分為幾個部分:建立重症病人基因變異資料庫、製備特異性免疫細胞,以及精準化藥物治療與規劃。

首先要建立資料庫:一個症狀出現背後有非常多可能性,當患者來尋求醫療協助時,第一件要做的事情就是「檢查」,找出身體問題,了解生病原因。「兒童罕見疾病五花八門,我們從基因下手,先把患者的基因全部定序,然後跟一般人比對,找出可能導致疾病的『突變點』。」陳律佑說。

研究端建立病人的基因變異資料、找出致病突變,作為臨床診斷和治療的參考與指引。

另外,資料庫的資訊也會用來協助製備特異性免疫細胞。「簡單說,特異性免疫細胞就是被訓練好,專門對付某個特定目標的免疫細胞。」陳律佑解釋,以兒童癌症為例,就是把免疫細胞拿到體外,教會它認識癌細胞後,再增加數量、放回病人身體內,讓這些免疫細胞去消滅癌細胞。

除了跟和信治癌中心醫院合作之外,高雄醫學大學的團隊也有加入計畫,負責規劃患者用藥的部分。「治療疾病時,用藥是很重要的一個環節。」陳律佑指出,要用什麼藥物、要用多少劑量,就由高雄醫學大學團隊以藥物動力學來監測。透過建立基因庫,將設計特異性免疫細胞,還有精準的藥物治療方法,期待未來能提高兒童癌症重症治癒率,同時降低併發症或副作用。

建立平台、完善系統,讓研究有溫度、與社會連結

跟醫院的跨機構合作計畫所蒐集到的患者檢體與疾病資料,會經由實驗室定序、找出「突變點」,並且分析基因突變與疾病之間的關聯。不過,即使找出問題的可能關鍵,也不能直接在病人身上做實驗,所以都需要回歸到實驗室先從細胞或動物測試做起。

建立完善體外實驗系統是陳律佑接下來的課題。「我們想要建立一些平台,來進行體外細胞、以及動物的 ALT 癌症實驗。」他說。因為研究已經揭發 ALT 癌細胞逃離免疫系統的招數,之後如果想要做一些藥物測試,或是嘗試修復被中斷的 cGAS-STING 感知路徑,以找出消滅癌細胞的方法,這些工作都需要倚賴體外細胞或動物實驗系統的建立。

不論是 ALT 癌症,或其他端粒相關罕見疾病的研究,陳律佑的終極目標都是回饋社會、幫助有需要的患者。他認為,學者能夠無後顧之憂地埋頭做實驗,也是因為有國家、社會的資源支持,所以研究工作不是特權而是責任。

「研究不是只有發表文章、或自己開心就好,我想做的是跟大眾有關、『有溫度』的研究。」陳律佑笑著說。

陳律佑想繼續從事與大眾有關,同時也「有溫度」的研究。圖/研之有物

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook