精神個案系列：說自閉症患者聽得進去的「畫」

本文轉載自中央研究院「研之有物」，為「中研院廣告」

• 採訪撰文｜寒波
• 責任編輯｜簡克志
• 美術設計｜蔡宛潔

自閉症研究的新方向

臺灣民眾大概都聽說過「自閉症」這個名詞，自閉症是腦部發育障礙導致的複雜疾病，同時受到先天遺傳以及後天環境因素的影響，具體成因依然是個謎，科學家須對遺傳調控方面有更多了解。中央研究院「研之有物」專訪院內基因體研究中心的莊樹諄研究員，他的團隊結合生物學、資訊學以及統計學方法，發現自閉症的風險基因與 RNA 之間有複雜的交互作用，在自閉症患者與非患者的腦部有很大差異。如果持續研究 RNA 的調控機制，或能開闢新的方向進一步理解自閉症。

遺傳性疾病成因——致病基因

根據衛生福利部 2023 年統計數據，我國自閉症患者超過一萬九千人。自閉症的全稱為「自閉症譜系障礙（autism spectrum disorder，簡稱 ASD）」，常見症狀是溝通、表達、社交上有困難，經常出現反復固定的狹窄行為，目前尚無有效的治療藥物。雖然經典電影《雨人》的主角雷蒙或是韓劇《非常律師禹英禑》的禹英禑都令人印象深刻，不過天才或高智商的自閉症患者只是極少數，而且不同患者的症狀輕重差異很大，故稱之為「譜系」（spectrum）。

理解遺傳性疾病，可利用遺傳學與基因體學的研究方法，比較患者與非患者之間的遺傳差異，便有機會尋獲致病的遺傳成因。過往研究得知，有些遺傳性疾病只取決於單一或少數基因的強力影響，例如亨廷頓舞蹈症（Huntington’s disease）、纖維性囊腫（cystic fibrosis）等，致病原因較為單純。

自閉症自然也受到先天遺傳基因影響，然而，它涉及許多影響力不明顯的基因，而且影響每名患者的基因又不盡相同，讓遺傳與症狀的關係更加複雜。如果從 RNA 研究路徑出發呢？RNA 是核糖核酸，具有承載 DNA 訊息和調控基因等功能，相比於其他疾病，在 RNA 層次研究自閉症的另一挑戰是取樣極為困難，自閉症患者的病因位於大腦內部，通常無法直接從人腦取樣分析。所幸的是，若檢視去世者捐贈的大腦樣本，仍有機會一窺自閉症的腦內奧秘。

莊樹諄分析的數據來自公共存取的 Synapse 資料庫，包括上百位自閉症患者與非自閉症者的資料。人數乍看不多，卻已是當今想同時探討同一個人的基因體（DNA 層次）與轉錄體（RNA 層次）間因果關係的最佳的選擇。藉由此一資料庫蒐集的人類腦部組織轉錄體資料，可全面探討各式各樣的 RNA，包含信使 RNA（messenger RNA，簡稱 mRNA）、小分子 RNA（microRNA，簡稱 miRNA），以及莊樹諄鎖定的研究目標：環狀 RNA（circular RNA）。

不能轉譯，但似乎會互相影響？非編碼 RNA

莊樹諄的教育背景是資訊學博士，博士後研究的階段投入生物資訊學，之前主要從事 RNA 與靈長類演化方面的研究，探討多樣性切割、RNA 編輯（RNA editing）等議題，環狀 RNA 則是他近年來特別感興趣的題材。

根據生物資訊學的預測，環狀 RNA 這類長鍊的 RNA 分子有數萬個，但實際上有多少仍不清楚。它們在大腦神經系統特別常見，似乎涉及許多基因調控的工作。莊樹諄目前最關注環狀 RNA 對自閉症的影響，不過他指出這番思路不限於自閉症，阿茲海默症、帕金森氏症、精神分裂症（schizophrenia）等疾病也能用同樣的方法探索。

不過，什麼是環狀 RNA 呢？按照序列長度、作用，可以將 RNA 分為很多種類。DNA 轉錄出的 RNA 經過處理，有些形成 20 多個核苷酸長的短鏈 RNA，如 miRNA 屬於此類。一些較長鏈的 mRNA 又會轉譯成氨基酸，產生各式蛋白質。還有些長鍊的 RNA 不會轉譯，仍然維持長鍊 RNA 的形式發揮作用，統稱為長鍊非編碼 RNA（long noncoding RNA，lncRNA），莊樹諄研究的主角環狀 RNA 大致上被歸屬於一種非編碼 RNA。這麼多種類的 RNA 彼此會互相影響，導致複雜的基因調控。

由 DNA 轉錄而成的 RNA 是線形，至於「環狀」RNA 一如其名，是 RNA 長鏈首尾相接後形成的環形結構，相比線形 RNA 更加穩定，不容易遭到分解。這些長期存在的圈圈，假如序列可以和短鏈的 miRNA 互補，兩者便有機會結合在一起，讀者可以想像為類似「海綿」（sponge）的吸附作用。

miRNA 原本的工作是結合 mRNA，使其無法轉錄為蛋白質，抑制基因表現。可想而知，一旦 miRNA 被環狀 RNA 吸附，便無法再干擾 mRNA 作用，失去抑制基因表現的效果。因此環狀 RNA 能透過直接影響 miRNA，來間接參與調控其他的下游基因。這便是環狀 RNA 的許多種調控功能中，最常被研究的一種。

自閉症的成因要往腦部深究，環狀 RNA 又在腦部表現最多，使得莊樹諄好奇當中的奧秘。然而儘管如今 RNA 定序已經很發達，環狀 RNA 由於結構的關係，一般的 RNA 定序方法無法抓到這類環形分子。莊樹諄指出這也是 Synapse 資料庫的一大優點，此一資料庫罕見地包含能找出環狀 RNA 的 RNA 定序資料，配合 miRNA、mRNA 與基因體等資料交叉分析，才有機會闡明環狀 RNA 的角色。

尋找環狀 RNA 和自閉症的關聯

莊樹諄率領的團隊已經發表 2 篇環狀 RNA 與自閉症的研究論文，第一篇論文著重於尋找哪些環狀 RNA 和自閉症有關，研究假設是環狀 RNA 透過 miRNA 間接影響自閉症風險基因 mRNA 的表現。由於環狀 RNA、miRNA 和 mRNA 都多達數萬個，需要統計分析的幫忙。

首先，將樣本分為有自閉症／無自閉症。要注意每個自閉症患者的基因表現仍有差異，納入夠多樣本一起比較，才有機會看出端倪。

接著，尋找環狀 RNA 和風險基因有顯著相關的搭配組合。例如：高比例自閉症的人，某個環狀 RNA 含量較高時，某個風險基因的 mRNA 表達量也較高，那這組環狀 RNA 和基因就存在正相關；反之則為負相關。

不過相關性很可能只是巧合，所以莊樹諄團隊比對序列，找到符合上述相關性的中介因子「miRNA」。最後再觀察「當排除 miRNA 影響時，環狀 RNA 與風險基因的顯著關係即消失」的組合，這些消失的組合，就是真正共同參與基因調控的「三人組」（環狀 RNA、miRNA、mRNA）。

一番分析後，篩選出的環狀 RNA 共有 60 個，其中涉及與 miRNA、mRNA 的組合總共 8,170 組。人類一共 2 萬個基因，與自閉症有關的調控網路就有 8,000 組之多，數字相當可觀，顯示環狀 RNA 的重要性。莊樹諄用統計手法找出的自閉症風險基因，和過去科學家已知的部分風險基因相符合，未來可以繼續探究在這 8,000 組調控網路中，有哪幾組是真的作用在生物上。

在資訊與統計分析之外，莊樹諄的團隊也有人進行分子生物學實驗，驗證 RNA 調控網路的相互影響。以體外培養的人類細胞為材料，人為誘導遺傳突變，精確分析特定環狀 RNA 在細胞內分子層次的作用。實驗證實選取的環狀 RNA，確實會結合 miRNA，又影響 mRNA 的表現。

基因調控是什麼？

莊樹諄強調，使用資料庫的公開資料，好處是經過多方檢視，避免資料品質不一致的問題，缺點是大家都能取得數據，必須要跳脫既有的思考模式才能發現新的結果。他在環狀 RNA 議題的新思路，成為第二篇論文的內容：探討環狀 RNA 的遠端調控（trans-regulation）對自閉症的影響。

基因的表達會受到基因調控元件（regulatory element，一段非編碼 DNA 序列）的影響，若調控元件就在基因附近，稱為近端調控（cis-regulation）；如果調控元件不在附近，甚至位於另一條染色體上，則為遠端調控。

研究基因調控，通常近端比遠端調控容易，因為近端調控元件（cis-regulatory element）的位置就在基因旁邊，不難尋找；但遠端調控卻沒那麼直觀，作用機制也比較難以想像。實際上常常能發現一個基因的表現，受到多處近端調控，加上多處遠端調控的影響。如果想全方位認識一個基因的表現與調控，最好能都能得知近端與遠端的影響，否則難以掌握調控的全貌。

莊樹諄的想法是，某些基因被遠端調控的過程，是否有環狀 RNA 參與？具體說來就是某個調控位置，先近端調控其周圍的環狀 RNA 基因，再藉由環狀 RNA 影響基因體上其他位置的基因表現，發揮遠端調控的效果。

為了避免用語誤解，有必要先解釋一下什麼是「基因」。基因的概念隨著生物學發展持續改變，如今一般人熟悉的定義，基因是由 DNA 編碼序列構成，能轉錄出 mRNA，再轉譯為蛋白質的訊息載體。不過若將基因定義為會轉錄出 RNA 的 DNA 序列，那麼即使沒有對應的蛋白質產物，只要其衍生的 RNA 產物有所作用，也能視為「基因」，如 miRNA 基因、mRNA 或長鏈非編碼 RNA 基因。既然是有 DNA 編碼的基因，便會受到近端、遠端調控位置影響。

探索遠端調控機制有很多想法，莊樹諄可以說又打開了一條新思路。遠端調控位置不在基因旁邊，亦即基因體任何地方都有機會。假如直接挑戰基因與遠端調控位置的關聯性，可能相關的數量可謂天文數字，而且缺乏生物性的理由支持，找到的目標往往令人半信半疑。

莊樹諄引進環狀 RNA 涉及其中的可能性，尋找「環狀 RNA 基因的近端調控位置」與「目標基因的遠端調控」之交集，大幅縮小了搜索範圍。

一番分析後，研究團隊從自閉症患者的基因體上，定位出 3,619 個近端調控的 circQTLs，這些表達數量性狀基因座相當特殊，可能藉由直接或間接遠端調控兩種模式來調控遠端基因(如上圖)。而這 3,619 個 circQTLs，與環狀 RNA、遠端基因三者形成了八萬六千多組的遠端調控網路。接著團隊使用了不同的統計方法，其中 8,103 組通過多重統計測試，顯示較高的機率是屬於間接遠端調控模式。

莊樹諄團隊透過統計手法，找到相當多基因和調控路徑，雖然目前仍不清楚它們影響自閉症的具體細節，卻無疑讓我們新增一分對自閉症的認識。

莊樹諄指出，這套統計方法或可應用至人類的其他複雜疾病（如思覺失調症），找出基因調控的多個可能路徑，提供臨床醫藥研發更多線索。

生物與資訊的跨領域結合

訪談中問到：為何會從資訊科學跨入到生物領域？莊樹諄回憶，1998 他博士班畢業那年才第一次聽到「生物資訊」這個詞，他基於對生命科學的興趣，以及因為內在性格想往學術轉型的想法，引領他到了中研院。

莊樹諄接著說，2003 年李文雄院士延攬他進入基因體研究中心，之前他們不曾認識。他感謝李院士帶他進入了分子演化的世界，就此打開了研究視野。在剛開始成立自己的實驗室時，缺少人力，李院士讓當時的博後陳豐奇博士（現為國衛院群體健康科學研究所研究員兼任副所長）與他共同工作。莊樹諄強調，他所有分子演化的觀念與基礎，都是陳博士幫他建立的，如果說陳博士是他的師父，那李院士就是師父的師父了。

如今，莊樹諄在中研院的研究生涯邁入第 25 年，從資訊學背景投入生物學研究，大量使用統計工具，他經常需要持續整合不同領域的觀念與工具，推動自己的新研究。在訪談中，他也感謝諸多研究同儕的協助，特別是幾年前建立分生實驗室時，蕭宏昇研究員及其團隊成員的鼎力相助。

莊樹諄的團隊包含資訊、統計、分子生物三個領域的同仁，來自不同領域，傾聽他人意見自然也特別重要，這是他們實驗室的核心價值之一。莊樹諄認為在科學面前，人是很渺小的，需要互相尊重和理解，方能一起解開科學之謎。

最後，莊樹諄特別強調他個人在相關領域的研究，仍有極巨大的進步空間，感謝研之有物的主動邀訪，期望將來能與更多先進交流學習，也企盼年輕新血加入這個生物資訊的跨領域團隊。

丈夫用來蝕刻金屬的氯化鐵（FeCl₃）遺失。罹患妄想型思覺失調症（paranoid schizophrenia），時年 47 歲的妻子，於自家公寓倒下，地板、嘴邊和身上的衣服，都有橙黃的液體。她曾數度以多種方式自殺未遂，最近有安排住院的計劃。^[1]

自殺防治專線：
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

鐵中毒

19 世紀末起，基於毒物學的迅速發展，金屬中毒的意外與刑案，已經不似過往那麼頻繁。目前急性鐵中毒的情形，較常見於吞下過量（> 20 mg/kg）鐵劑的兒童；也有些案例是孕婦攝取太多含鐵的補品。輕微鐵中毒的症狀，包括：嘔吐、腹痛、拉肚子等；嚴重的話，則會出現脫水、低血壓、代謝性酸中毒、血糖濃度波動、凝血問題，以及肝臟、腎臟、心血管和中樞神經系統的損傷。^[1]另外，氯化鐵加水而分解，也就是經過水解（hydrolysis）後，^{[1, 2]}pH 值約在 1 到 2 之間，具有腐蝕性，會傷害消化道和附近的內臟，並經由血液擴大影響的範圍。^[1]

一般急性鐵中毒的情況下，醫師可能會考慮手術取出含鐵的藥錠；^[1]或者用水或生理食鹽水沖入胃部再抽出，即洗胃（gastric lavage）；^{[1, 3]}還可以經靜脈輸注除鐵能（deferoxamine），讓它跟鐵結合，再排出體外。^{[1, 4]}不過，此個案或許是被發現時就確定死亡，原論文沒有任何關於救治的描述，而是直接從驗屍講起。^[1]

解剖驗屍

女子死後幾天，波蘭博美醫學大學（Pomeranian Medical University）的法醫系解剖驗屍：口腔黏膜跟腸胃道血栓性壞死（thrombotic necrosis）。此二處乃至周邊的心、肺、橫膈膜與肝臟，都呈現黃色。胃部清空，食物大概在毒物腐蝕體內組織的過程中，被腸胃壁和其他臟器吸收殆盡。腦部、肝臟與腎臟等內臟中，氯及鐵離子濃度很高。血液檢測排除酒精及外源非揮發性有機化合物。^[1]

普魯士藍染劑

進行組織學分析的時候，照慣例得使用蘇木紫（haematoxylin）和伊紅（eosin）兩種染劑，讓細胞和組織的結構顯現出來；^[5]而驗屍團隊在此額外採用普魯士藍（Prussian blue）染劑，促使鐵現形。^[1]細胞中的鐵，分為可溶解跟不可溶解兩種。蘇木紫和伊紅無法令可溶解的鐵蛋白（ferritin）被看見；但普魯士藍染劑會使之呈現非常淺的水藍色。而不可溶解的血鐵質（hemosiderin），碰到蘇木紫與伊紅時是金棕色；如果用普魯士藍染劑，則為藍色。^[6]

普魯士藍染劑的成份，為亞鐵氰化鉀鹽酸（potassium ferrocyanide hydrochloric acid）溶液，跟帶正電的鐵離子作用，會產生藍色的亞鐵氰化鐵（ferric ferrocyanide）。^{[7, 8]}儘管人體本來就有鐵，正常的肝臟遇上該染劑，其實看不太出變化；即使因為生病而充斥血鐵質，頂多也只有部份細胞著色；不可能像中毒時，整片湛藍。女子的內臟組織一如預期的大面積變色，而且以腸子和肝臟的最為明顯。^[1]

死因

死亡與驗屍相隔幾天，屍體除了會出現一般死後常見的變化，無疑也給予氯化鐵蔓延並穿透的時間，惡化對內臟和組織的傷害。然而綜合所有證據，以及精神病史賦予的自殺動機，法醫仍可判斷女子死於口服氯化鐵中毒，引發的急性心肺衰竭。^[1]

參考資料

1. Majdanik S, Potocka-Banaś B, Glowinski S, et al. (2021) ‘Suicide by intoxication with iron (III) chloride’. Forensic Toxicology, 39, 513–517.
2. ‘5.4: Hydrolysis Reactions’. LibreTexts Chemistry, U.S.
3. ‘Stomach Pumping’. (10 JAN 2023) Cleveland Clinic, U.S.
4. Velasquez J, Wray AA. (22 MAY 2023) ‘Deferoxamine’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
5. Sampias C, Rolls G. ‘H&E Staining Overview: A Guide to Best Practices’. Leica Biosystems. (Accessed on 04 SEP 2023)
6. Guindi M. (2018) ‘11 – Liver Disease in Iron Overload’. In: Practical Hepatic Pathology: a Diagnostic Approach (Second Edition). Pattern Recognition. (pp.151-165)
7. ‘All About Iron: The Colloidal Iron Stain and Prussian Blue Reaction’. (04 JUN 2021) U.S. National Society for Histotechnology.
8. Suvarna KS, Layton C, Bancroft JD. (2018) ‘Techniques for the Demonstration of Carbohydrates’. In: Bancroft’s Theory and Practice of Histological Techniques E-Book. (pp. 187-188)

2011 年 3 月 11 日，日本發生大地震與海嘯，造成福島核災。位於福島縣雙葉郡，5 家有精神病房的醫院隨即關閉，一下減少了 901 個該科的床位。^[1]其中廣野町的高野病院，^[2]距離福島第一核電廠 22 公里。院長本來希望避免大規模撤離，無奈原有的 88 名工作人員，到 19 日時，只剩 13 名。災後劇減的人力和物資，只夠照顧臥床的重症病人。於是，包括精神科在內，所有具活動能力的病患，終究踏上了旅程。^[1]

反覆轉院

載著 37 名精神病患的巴士，由高野病院出發，開往 250 公里外，遠在埼玉縣的 A 醫院。^[註]每個人的紙本病歷，之後才會另外送達；而照慣例該有的轉診摘要，則因工作量超載被直接省略。長途車程中，縱有醫護及行政人員隨行，部份病患水份仍攝取不足，出現脫水的現象。^[1]

一名時年 53 歲，右邊視力及聽力受損，且罹患思覺失調症（schizophrenia）的男子，也在這班車上。他父母雙亡，又缺乏家族的經濟和社會支援，所以從 29 歲起就住在高野病院。^[1]

精神病患對環境變化的適應力，較普通人差。長途轉院的過程，可能給他們帶來極大的壓力。再加上有些思覺失調症的病患，不容易及時告知身體狀況，或會延誤疾病的診斷與治療。抵達 A 醫院後，男子雖然沒有口頭抱怨身體不適，但是起床、進食、排泄及沐浴等，日常活動需要的協助增加。^[1]

2011 年 4 月 27 日，醫療人員突然發現男子有血便，立刻將他連同病歷摘要，轉往東京都三級的大型醫療院所──B 醫院，^[註]接受內視鏡檢查與加護醫療。男子的精神狀況，平時靠 haloperidol 維持穩定。許多抗精神病藥物都有便秘等副作用，得長期服用瀉藥疏通。不過此時為了檢查，必須暫時停止使用後者。^[1]

4 月 28 日和 5 月 9 日，他於 B 醫院分別做的上消化道內視鏡（oesophagogastroduodenoscopy，俗稱gastroscopy，即胃鏡）與大腸鏡（colonoscopy），都查無異狀。在血便逐漸自行消退的同時，男子因為太久未吃瀉藥，而產生腸阻塞（ileus），整個人變得非常虛弱。可是 B 醫院的醫療團隊，似乎未曾取得完整的交接資訊，因此沒有恢復用藥。^[1]

等到 5 月 11 日，轉回熟悉的高野病院，男子已經完全臥床，無法自主活動，而且溝通困難。有段時間醫療團隊讓他禁食，以改善腹部的症狀。24 日恢復正常飲食後，他卻胃口欠佳。^[1]腸道阻塞可能引發嘔吐，若不慎吸入嘔吐物，肺部便有發炎的危險。^[3]或許就是這樣，男子於 6 月 30 日開始發燒。7 月 1 日的胸腔電腦斷層掃描，顯示吸入性肺炎（aspiration pneumonia）與肋膜積水（pleural effusion）。儘管投以抗生素，他還是在 8 月 16 日因病過世。^[1]

預防憾事

福島核災那段時間，被迫轉院的各類病人，與沒撤離的相較，死亡風險明顯上升；而普遍來說，大型災難後，精神病患的死亡率，又比一般民眾更高。報導這則個案的作者群認為，提供病患合宜治療的義務，不適用於重大災難等情形；並指出根據日本《民法典》，從緊急撤離到事後回院期間，醫院都沒有追蹤病患的責任。然而他們也表示，如果有比較簡單明瞭的病歷摘要，以及統一互通的雲端醫療紀錄，應該多少可以預防此類憾事。^[1]

備註

原個案報告未寫出 A、B 兩家醫院的全名。

參考資料

1. Sonoda Y, Ozaki A, Hori A, et al. (2019) ‘Premature Death of a Schizophrenic Patient due to Evacuation after a Nuclear Disaster in Fukushima’. Case Reports in Psychiatry, 3284153.
2. 「医療法人社団養高会 高野病院」高野病院（Accessed on 17 JUL 2023）
3. ‘Vomiting’. (JUN 2021) Healthdirect Australia.