科學研究者的「實驗室人生」

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。

在某個燠熱難耐的夏日午後，你打開電風扇，卻發現吹出來的風好像比印象中來得小。你眉頭一皺，覺得案情並不單純。就在走近電風扇的那幾步裡，好幾種可能性閃過心頭：

「會不會是按錯按鈕了？」、「會不會是扇葉太髒了？」、「會不會是轉軸黏住了？」、「會不會是⋯⋯？」這些猜想背後，都是根據你對電風扇原理的一些些認識才會做出的假設。

在提出疑問和假設之後，尋找問題的答案

靠近電扇之後，你看到按鈕確實是按下了「強」。接著你切斷風扇電源，看了看扇葉，發現確實有點髒，於是把電風扇拆洗後裝回去，再按下按鈕。結果風吹起來，就如同你印象中的那麼涼了。這證實了你的第二個猜想，並且解決你所關心的問題。

上述這樣的過程，其實就是「察覺差異，提出問題」、「根據理論，連結現象」、「提出假設，進行驗證」、「預測結果」等等的探究過程。

再舉個例子。

我有一天走在馬路上，看到白色分隔標線的一端閃著黃色的光。我心想：「難道馬路地上埋了一顆黃色的燈？是要作為交通警示用途嗎？」

我覺得奇怪，記得前幾天沒看到這裡有燈。接著我把視野放大，往左往右看了看周圍。發現有一台車停在遠處，車頭開啟方向燈，燈是黃色的，而且還在閃爍。然後我馬上注意到，兩者閃爍的頻率是相同的。

於是我有了新的猜想：「地上的神祕閃光，非常可能來自於汽車閃爍的方向燈的反光。」

但是柏油路面怎麼會反光呢？

仔細一看，地上似乎有一小灘水。汽車的方向燈發出來的光，剛好通過那一小灘水的反光進到我眼睛，讓我覺得地面在發光。接著馬上一台車經過，就擋在方向燈和積水的中間。我看到的亮光馬上消失，證實我的第二個猜想是正確的。

「哪裡怪怪的」這個念頭，會帶領我們尋找答案

像這樣的心智活動，在我們的生活中無時無刻都在進行著。只要我們發現「哪裡怪怪的」，腦袋幾乎就會立刻啟動探究的機制：

• 廚房怎麼那麼多螞蟻？（察覺問題）
• 是不是有食物殘渣沒有清理乾淨？（根據理論提出假設）
• 仔細觀察一下，發現⋯⋯（得到結論）

既然這些能力是我們原本就自然會的，那又為什麼要學呢？因為我們雖然很習慣對於意料之外的事情展開探索，但是以直覺來進行思考及解決問題的方式，往往並不太科學。

古人說的「地牛翻身」，其實也是一種探究的精神

古人在觀察自然現象的時候，會提出自己的解釋。例如面對地震的時候，台灣民俗的說法是「地牛翻身」，日本民俗的說法則是「棲息在地底的大鯰魚搖動身體」；至於日食在中國的傳說中是「天上的狗把太陽吃掉了」。

於是後人也會根據這些「理論」來規劃解決問題的方法。例如，綠島人認為地牛不只一隻，還會彼此打架，所以地震時要敲打金屬臉盆來分開牠們；同樣的，古時候的中國人看到日食，也會敲鑼打鼓、放鞭炮來趕走天狗。

有趣的是，根據這些「理論」採取的「實驗」，還真的每一次都會成功喔！一代又一代的人反覆進行著下圖這樣的實驗，所以千年來人們始終對這些「理論」深信不疑。

如果你是一位受過基礎科學教育的公民，這時候可能就會提出質疑，認為這樣的實驗並沒有對照組。

例如下一次出現日食的時候，如果不要敲鑼、打鼓、放鞭炮，日食是不是也會結束？如果不這麼做，日食仍然會結束的話，那麼用敲鑼打鼓的方式趕走天狗的假說就會受到挑戰了。

當然，在一個深信天狗傳說的社會中，沒有人會膽敢拒絕敲鑼打鼓，不然萬一太陽真的就被吃掉而永遠消失了，這責任誰負擔得起？用這個角度來看會發現，有時候要突破傳統，其實是一件非常困難的事情。

恐懼源自於未知：想消除恐懼，需要探究未知

人對於未解的現象，往往會用隨意的想像與歸因來尋求解釋，用很直覺的方式來建立對自然現象的理解，也是人類天生的習慣。

直到距今兩千六百多年前，古希臘哲學家泰利斯才撥開直覺的迷霧，主張應該拒絕再用人格化的神祇來解釋自然現象，而是要藉由理性的假說來理解和解釋自然現象。但即使西方在兩千六百多年前已經出現這樣的思想，但近代科學真正臻至蓬勃發展，還是近半個世紀內的事情。

正由於科學的研究和思考方法並不直覺、並不符合人類的天生習慣，所以必須透過後天的教育與訓練，才能慢慢熟練並妥善運用在生活之中。

雖然探究是我們的天性，但是具有科學素養的探究卻不是天性，無法一蹴可幾。就像科學家需要訓練有素的探究技術，才能做好自己的研究。

一般公民也需要具備科學探究的素養，來幫助自己在面對生活中諸多不熟悉的現象時，能運用一套思考和研究的方式來做判斷，特別是幫助我們更加注意到生活中不尋常的現象，能對許多直覺、缺乏事實支持的歸因有更高的警覺。

正因為我們的生活離不開探究，所以更應該透過學習來提升探究品質。這正是國民教育自然課程中所應教會每個公民的事情。

——本文摘自《教出科學探究力》，2021 年 8 月，親子天下 ，未經同意請勿轉載。

• 本文與台灣科技媒體中心合作，內文經泛科學改寫。
• 本文轉載整合自台灣科技媒體中心《「研究使用血液快速評估人體對新冠病毒的細胞免疫力」專家意見》
• 資料更新至 2022 年 6 月 14 日，完整文章請見上方連結

最近，國際期刊《自然生物科技》（Nature Biotechnology）發表研究，發現透過血液的 PCR 定量技術，加以分析與「Ｔ細胞免疫」反應有關的細胞因子「CXCL10」在血液中的濃度，可以有效反映出Ｔ細胞對新冠病毒（SARS-CoV-2）的免疫反應程度和持續時間，未來將有助於評估疫苗追加接種的優先策略。

體液免疫力 vs 細胞免疫力

台灣大學醫學院醫學檢驗暨生物技術學系副教授 蘇剛毅 說明：這篇發表在 Nature 子期刊：《自然生物科技》的研究，建立一套量化的「趨化激素」（chemokine）：CXCL10 訊息核糖核酸（mRNA）的快速檢測技術，來判定個體對於新冠病毒感染保護性的細胞免疫能力（cellular immunity），進而預測是否可能發生再感染的風險。

CXCL10 是一個受到新冠病毒感染後，抗原特異性Ｔ細胞釋放「伽瑪干擾素」（IFN-g）去刺激單核細胞（monocyte）產生的一種趨化激素，可評估個體在保護性的細胞免疫能力。

國立陽明交通大學臨床醫學研究所副教授 陳斯婷 表示：自新冠肺炎疫情延燒至今，對於免疫力的理解大多數屬於「體液免疫力」，亦及抗體產生及其中和性的效價。然而適應性的免疫力，包含細胞免疫力以及體液免疫力，兩者協力方可徹底清除病原菌感染，以及提供完整的記憶型免疫力。

由於體液型免疫力的分析方式較為單純，且所耗費的經費以及分析的技術門檻較低，僅使用血清及蛋白質抗原便可完成分析，因此是研究之初各單位爭相開發的分析模式。相反的，細胞型免疫力因為牽涉複雜的Ｔ細胞作用機制、預測蛋白質抗源的專一性，以及分析儀器的高度研究門檻，眾多原因使得相關的研究進展較為緩慢。

蘇剛毅副教授 認為，本研究重要性在於，有別以往是偵測病毒相關抗原、抗體、核酸，更進一步了解個體本身對抗病毒的免疫能力，除了有助了解本身抗病毒能力與感染風險外，亦可幫助疫苗施打策略以及評估追加劑的必要性。而隨著病毒變異株陸續產生，這也有助我們了解，感染後康復或接種疫苗者，對這些變異株是否仍具抵抗力。

研究過程是什麼？

先前 2020 年 11 月，南非的研究團隊率先發表研究，以 SARS-CoV2 相關蛋白質刺激受試病患的血液樣本，再以高階的細胞分析儀器（高階多色流式細胞分析儀），找出血液中針對新冠病毒的Ｔ細胞活化的標幟，並以新冠病毒檢測陽性之病患與健康的人交叉比對，確認可成功分析有 SARS-CoV2 專一性的活化型Ｔ細胞群^[1]。

2022 年 6 月，紐約西奈山伊坎醫學院團隊的發表文獻，主要是採用上述團隊利用血液樣本的方式分析特定Ｔ細胞活化的標幟，但是分析Ｔ細胞活化的方式改用行之有年的一種快速的定量 PCR 方法，合併分析共同存在血液中的另一種免疫細胞（單核球）的特定基因表現（CXCL-10），此特定基因表現量會受到Ｔ細胞活化後產生的訊息（第二型干擾素）所調節，因此當共同存在血液中的免疫細胞接收到Ｔ細胞活化釋放出的訊息後，會讓此特定基因表達增加。因此團隊先透過分析各組別中血液的基因相關檔案，挑出這基因做為Ｔ細胞活化的替代標幟。

這個基因標幟在免疫學中並不陌生，但是團隊從各種 COVID19 病人及疫苗注射後的健康族群採樣，以上述方式分析後，得到這個具有統計意義的交集。團隊有鑒於此方法可能在專一性及敏感度稍嫌不足，因此也將測試結果與其他傳統的分析方式進行比較。

結果顯示，快速測試特定的標幟基因，與傳統方法分析Ｔ細胞的敏感度及專一性相當接近。

這種檢測方法有風險嗎？

陳斯婷副教授認為：

• (1) 本研究雖然使用血液檢體，但仍必須經過傳統的Ｔ細胞活化流程後，包含後續的定量 PCR 分析，耗時大約兩個工作天。
• (2) 用極少量的血液（2 uL）且不抽取 DNA，直接定量分析，在台灣的檢驗量能及學術單位並不普遍，若想開發仍必須熟練此技術的操作。
• (3) 利用其中一種免疫細胞的基因表現，間接做為Ｔ細胞活化的替代性指標，若遇到Ｔ細胞活化的反應不明顯時，可能會呈現誤差，不如單純分析Ｔ細胞來得精準。
• (4) 每一種蛋白質抗原由特定分子較小的胜肽所組成，會引起特定的Ｔ細胞反應，但這些胜肽片段都是經由電腦模型模擬預測並經過實際驗證後才能得知，才有助分析專一性Ｔ細胞的免疫力，而不是直接從現有資料庫就可以得到。

蘇剛毅副教授則表示，這篇研究結果確實可以輔助醫師、感染者甚至衛生主管單位在治療與防疫上的策略。但我們也必須要了解幾件事：

• 人體免疫系統受到任何內在、外在的刺激時，本來就會產生許多分子去因應，雖本研究是利用新冠病毒的「特異性抗原」誘發免疫系統，但研究中觀察Ｔ細胞是出的細胞因子「伽瑪干擾素」與單核細胞細胞因子「CXCL10」並非只受到新冠病毒刺激才產生，本研究並沒有評估新冠病毒以外的感染源或其他生理病徵影響。因此在臨床應用上，需要考量受測者的背景因素甚至疫情發展。
• 免疫反應伴隨的「細胞激素」或「趨化激素」，在數量上都需要受到適當調控，過多或過少都會造成身體的傷害，如果本研究在數量上面可以進一步探討決策閾值的問題，將更有應用性
• 本研究應用主要仍在輔助性評估，對於防疫與治療而言，還是需要遵照常規病毒檢測、生活防疫、疫苗接種等措施。

研究原文

• Schwarz, Megan., et al. (2022) “Rapid, scalable assessment of SARS-CoV-2 cellular immunity by whole-blood PCR.” Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/s41587-022-01347-6

參考文獻

• [1] Riou, C., Schäfer, G., du Bruyn, E., Goliath, R. T., Stek, C., Mou, H., Hung, D., Wilkinson, K. A., & Wilkinson, R. J. (2022). Rapid, simplified whole blood-based multiparameter assay to quantify and phenotype SARS-CoV-2-specific T-cells. The European respiratory journal, 59(1), 2100285. https://doi.org/10.1183/13993003.00285-2021