原住民族的傳統知識，讓科學家更了解仙女圈的形成

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。

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。

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）。

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。

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。

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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。

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。

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。

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。

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。

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？

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，同時產生抗發炎與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。

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。

還留著她的氣味和身體的餘溫，但現在我只能靜靜躺在地上。
只剩下風吹雨打，和路人的輕蔑。
等待哪天被科學家拾起，進入最後一段精彩而短暫的旅程。

時間是多年前的一個夏天，西班牙歷史悠久的瓦倫西亞大學的校園裡，一個諾貝爾獎等級的研究，即將在校園裡的人行道上展開。

這個研究的成果後來引起眾人矚目，贏得 2021 年搞笑諾貝爾獎的生態學獎項，為人類對「微生物生態學」的認識，做出了貢獻。

「搞笑諾貝爾獎」雖然不等於諾貝爾獎，但是全球各地那些長年坐在電腦前，盯著螢幕長吁短歎的科學家們，每一年可都是都認真期待，等著揭曉後細讀這些得獎作品；這些獲獎研究受到的注意，甚至可能比最新一期的《Nature》學術期刊還高（人家一年一次嘛）。

今年，搞笑諾貝爾獎的「生態獎」，頒給了西班牙瓦倫西亞大學「整合系統生物學研究所」的團隊（論文連結）。

對我這個細菌人來說，無疑是得獎研究裡最吸引人的一個。這群研究人員在日常生活裡最不起眼的東西上，探索細小生命群體的組成，他們的研究成果，展現了自然運作的動人法則。

研究對象：口香糖，是島嶼上被人嚼過的口香糖（嚼嚼）

這個研究的主角，是口香糖。不是躺在包裝紙裡散發香氣的這個，

而是剛剛在某人嘴裡承受利齒扯咬撕裂後的那個。

這個全球尺度的研究，使用了來自五個國家共計十份樣本，它們都是採自戶外人行道上的口香糖。研究人員小心翼翼地用無菌刀具將樣本刮下，快速送回實驗室放在負 80 度超低溫冷凍櫃保存。微生物菌相研究都得這樣做，要趕在現場生物發生變化前，把它們的關係快速封存起來。

研究人員像處理 COVID-19 檢體一樣，小心翼翼地從這些樣本裡萃取出 DNA，進行 PCR 複製 DNA，然後拿這些 DNA 去做次世代定序。定序儀定序得到的 DNA 序列，經過整理並與序列資料庫進行比對之後，研究人員找出了它們的身份。這樣一來，我們就知道每塊口香糖上到底住了什麼細菌，以及這個種族有多少隻壯丁。

口香糖不大，但是在上面住下來的細菌更小。這塊口香糖成了個和四周環境大不相同的島嶼，接納從空氣砂土來的苦命菌兒，成為它們落腳的新家園。比例上來說，一粒土粒相對於細菌的大小，大概等於兩棟台北 101 疊起來放在一個人的面前。

101 頂樓的風景氣候都跟一樓大廳不同，那口香糖樣本的頂端和底端，對菌來說也就像是高山到平地，環境上應該也會有差異吧？研究人員撿起刀片，俐落地把其中一個樣本削成一公厘厚的薄片，準備分別來看看這低中高三個海拔裡是不是住了不一樣的細菌。

口香糖的生物地理學（認真）

每塊口香糖上的住民不是只有單種細菌，而是一整個細菌社會。

這個社會裡的細菌種類還蠻多的，有四五百種細菌同時住在上面。台北木柵動物園裡的動物，大約有四百種（維基說的），種數上它們是屬於同一個量級的。但這些細菌分散在不同門底下（來背一下，界門綱目科屬種），而動物園裡大部份動物都屬於脊椎動物門。所以我們可以說，人行道口香糖上的生物多樣性，是遠遠超過動物園的唷。

先來看那三個不同「海拔」的細菌社會。這些細菌社會在組成上，彼此間看起來沒有太大差別，顯然三公厘距離裡的環境變化，還不足以影響細菌社會的組成。可惜他們沒去看人行道相隔幾公尺的左邊右邊細菌社會的差別，不過資源有限就不怪他們了，畢竟沒有人會出錢讓你去研究這種議題，這種有娛樂性的主題或許該去找電視台贊助還會有一點機會。

接著我們把尺度放大到國際等級。同個島嶼上的細菌社會組成很相似，那分佈在不同國家，接受不同人類社會影響的細菌社會，會不會有類似的細菌居住呢? 

動物園的動物來自世界各地，而口香糖黏滿口水裡牙齒上的細菌，到地面後變成接受環境細菌移民。以這個為基礎來推論，來自法國的細菌社會，跟遠在土耳其的細菌社會，會因為同樣是來自人的口腔，而且同樣處於人類居住環境，就有類似的細菌社會組成嗎？——歐洲和亞洲的遙遠距離，會成為決定細菌社會組成的因素嗎？

很不幸地，作者沒有給我們答案。因為他的樣本實在是太少了，西班牙、法國和新加坡各只有兩個樣本，希臘和土耳其甚至僅有一個，實在沒代表性。你不能拿一個阿部寬來代表全部的日本男生嘛是不是。

好吧資料太少不能戰國家，但這些樣本間還是有些共通的特性。在這些樣本上出現的，大部份是曾經在戶外環境表面上被找到，適合在環境裡生活的細菌。他們拿野生口香糖細菌社會去各處比對，發現它們和南極冰河區石頭和太陽能板上的社會組成還蠻像的。

仔細想想，在人行道上曬到的太陽跟光電板的是同一個，同樣承受紫外線和高熱的壓力，會看到這樣的現象好像也就合理了。

口香糖與細菌的歷史重現（浪漫）

生態學上關心的是這個環境裡有什麼生物，以及為什麼有這些生物。口香糖先接觸到口腔，應該要有很多很多來自口腔的細菌，但是在這些來自各國的樣本裡，它們似乎不見了。這案情不單純，值得花點時間研究一下這段從離開口腔到再度被人拾起之間發生的歷史。

講到歷史。《斯卡羅》一劇推出後引起討論風潮，但因為當時沒留下足夠詳細的資料，大家只能就手上有的資料各自拼湊解讀，猜測最有可能的真相。但如果看的是微生物的歷史，就可以透過重做實驗，再看一次這個過程裡發生什麼事。只要設好舞台，讓事件再發生一次，就有機會好好觀察這段時間裡的變化。

這個「生物組成隨時間變化」的過程，在生態學上叫「演替（succession）」，一段演替發生的時間，都要好多代人的時間。想要在實驗室裡看到生物的演替，只有在細菌這種複製快速的生物上才有機會。

實驗回到瓦倫西亞大學的校園裡來進行。他們特別請了專人來做這個實驗裡最重要的工作：吃口香糖，而且要按固定標準吃。

這位志願者是位 36 歲的健康女性，她每天處理兩塊口香糖，每塊嚼 30 分鐘，讓上面的細菌品質保持一致。生產出來的口香糖會被放在人行道上觀察細菌的變化，她花了 12 天生產出來的口香糖，都被好好的放在瓦倫西亞大學校園裡的人行道上，然後準備變成連續 12 週的樣本，來追踪口香糖上的菌相在 12 週裡的變化。

口香糖的細菌史（認真）

這些樣本也跟前面提過的各國樣本一樣，經過小心翼翼的處理後查出上面的細菌社會組成。在瓦倫西亞大學的口做歷史實驗結果，跟各國路上樣本看到的變化，走的是同一個趨勢。剛嚼完的口香糖上，如預期地都是口腔裡的細菌；而口香糖被移到人行道上之後，口腔裡的細菌開始承受環境的重大改變。

首先是環境溫度從體溫 37 度的恆溫，變成隨著日夜運行而有上下變化。人行道上也沒有口水的滋潤，和源源不絶的養份提供。這些嬌生慣養的口腔細菌，受不了這麼大的改變，數量逐漸減少。

在 12 週的變化裡，可以看到原本口腔裡的菌，在第一個月裡還能維持優勢，接著環境細菌的數量開始上升，第三個月起，環境菌開始超越口腔細菌，這是第一波的環境菌入侵。而在各國樣本裡看到的菌屬，則是在第三個月尾聲時出現，算是第二波的環境菌入侵。

研究團隊發現，口腔細菌裡有好菌也有壞菌的鏈球菌（Streptococcus），雖然數量慢慢下降，但到了三個月結束時還有超過 5% 的佔比。所以路邊的口香糖不要採（誰會啊），上面可能會有餓到快死掉的病原菌在等待重生的機會。

你不「吃」口香糖，但細菌得吃

沒有人吃口香糖是為了攝取養份。但是當它離開了口腔，住在上面的細菌就必須真的「吃」口香糖才能存活。那到底它們吃到了什麼？

這群研究人員先是從人行道口香糖上分離出 15 種細菌，做為細菌社會代表。接著他們採了人行道上的口香糖，用了不知道什麼魔法把它們磨成了粉，加在培養基裡，看看它能不能幫助細菌生長。實驗結果證實，這些地上的口香糖裡，的確還殘存著足以養活細菌的養份。

口香糖的膠體很難被分解，所以能當養份的就是吃起來甜甜的糖了吧？研究人員把可能加進口香糖裡的各種成份都拿來測試。細菌們跟人一樣喜歡蔗糖（sucrose），不過有些口香糖加的是取代蔗糖的甘露醇（mannitol）、山梨糖醇（sorbitol）或代糖阿斯巴甜（aspartame），這些也有不少細菌喜歡。

但標榜防蛀牙的木糖醇（xylitol，腦中響起賽駱駝），細菌就敬謝不敏了。另外，讓膠體軟化的甘油也能成為細菌的食物。能利用這裡養份的細菌，才有機會可以在這裡活下來。

這研究很惡搞

這篇研究為什麼會受到搞笑諾貝爾獎的重視呢？可能是因為它是入圍作品裡讓評審笑最大聲的那一篇吧！如果你覺得這是什麼亂七八糟的研究題目啊，然後把它丟在一邊，那就可惜了。

人家開宗明義就說了，這獎是要先讓人大笑，但是笑完可以讓你好好想想。

這雖然不是個完整的重要的研究，但它還是讓我們對未來有新的想像。

能有什麼新的想像呢？舉個例子來說吧！世界各國花了大把鈔票在對抗街上一直長出來的口香糖（據說英國每年要花七千萬歐元來清掉黏在街角的口香糖呢！），而且口香糖黏在一般建物牆上已經很惹人厭了，如果有人把它黏在歷史建築上，後續清理恐怕還會對古蹟造成進一步的傷害。這的確是個大問題。

這群研究人員在文中透露出他們想做但沒達成的希望——
我們不吃的口香糖，會不會有細菌愛吃，而可以請它們幫忙清除呢？

雖然這篇研究沒能直接測試細菌吃膠的能力，但根據他們得到的細菌名單，有些有分解口香糖膠體潛力的細菌，的確在各地樣本裡一再出現，至少說明它能在這些地方存活。或許在不遠的未來，科學家們真的能找到一種有本事住在街頭啃膠的細菌，只要把它噴灑在口香糖上，細菌們就能在暗巷裡默默執行清除工作。

※ 更多搞笑諾貝爾的相關介紹，請到泛科專題【不認真就輸了！搞笑諾貝爾獎】

參考文獻

• Satari, L., Guillén, A., Vidal-Verdú, À., & Porcar, M. (2020). The wasted chewing gum bacteriome. Scientific reports, 10(1), 1-10.
• Modes of Cat-Human Communication: 2021 Ig Informal Lecture