【資訊圖表】抗癌新篇章 之 本庶佑與PD-1

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

2018 年的諾貝爾生理醫學獎頒給了致力於癌症免疫治療的詹姆斯•艾利森 (James Allison) 博士和本庶佑 (Tasuku Honjo) 博士。他們所研究的「免疫檢查點療法」(checkpoint blockade) 是癌症免疫療法 (Cancer Immunotherapy) 的一種，原理是利用病人本身的免疫反應機制來對抗癌細胞。

癌細胞之所以能在我們的身體內隨意肆虐，是因為它們會誘使免疫細胞啟動「抑制免疫反應」的訊息傳導，換言之，就是讓免疫反應停擺、放過癌細胞。而兩位博士所研究的免疫檢查點療法則是要阻斷癌症細胞「抑制免疫反應」的訊息，讓免疫細胞得以在腫瘤內部被活化、並順利完成消滅腫瘤細胞的任務。

詹姆斯•艾利森主要研究的標的為免疫系統中作為「剎車」的蛋白質，T細胞中的蛋白質 CTLA-4。他領悟到如果能放開「剎車」則可能促使免疫細胞攻擊腫瘤，開啟了嶄新的「癌症免疫療法」。同時期本庶佑則研究解析 T細胞中的另一種蛋白質 PD-1，並同樣發現其亦有作為免疫「剎車」的功能，他研究的內容爾後成為很有效的癌症免疫療法標的。

此治療法的主要治療靶點，是 CTLA-4 和 PD-1 這兩個免疫抑制受體，如果它們跟各自的配體結合，就會抑制 T 細胞的功能和活動力。所以新藥就是要阻斷 PD-1 或 CTLA-4 的功能，讓我們的免疫系統恢復正常運作、打擊癌細胞。不過，光是依靠免疫系統其實很難完全「消滅」癌症，只是，藉由免疫系統的監控，或許有望降低癌細胞的影響力、讓癌症變成能和平共處的慢性病。

B 型肝炎研究

B 型肝炎是東亞的高致死率流行病，至今台灣仍有 250 萬名帶原者處在肝癌陰影下。中研院基因體研究中心楊懷壹副研究員，投入研究肝炎病毒 20 年，協助建構「肝癌風險計算器」。現在，他與團隊的最新發現，已接近治癒 B 型肝炎的最後一哩路。

自 1996 年加入陳建仁院士的團隊，楊懷壹進入台灣 7 個鄉鎮，徵求 2 萬 4 千名受試者提供檢體，長期追蹤研究 B 型及 C 型肝炎病毒慢性肝炎病患。並建立了肝炎病患罹患肝癌的風險預測評估，改善患者處境、降低國家醫療支出及社會負擔。團隊同時於國際醫學期刊發表了逾 80 篇重要論文，為全球肝炎醫療研究提供重要資訊基礎。

亞太地區隱形死神：B 型肝炎

面對 B 型肝炎，台灣可以算是國際的模範生。

B 型肝炎病毒（Hepatitis B Virus, HBV）是一種 DNA 病毒，其傳染途徑有二。第一種為母子分娩的傳染：由病毒抗原陽性母親（特別是 e 抗原陽性母親），於生產時經由血液、羊水、陰道分泌物傳染給新生兒。第二種則是水平傳染：病毒透過感染者的血液或血液製劑，經由皮膚黏膜傷口而傳染。

台灣是 B 型肝炎的高盛行地區，在全面接種疫苗前，居民帶原率約在 15~20% ，目前約有 250 萬名帶原者（病毒表面抗原持續超過 6 個月）。 1984 年台灣開始對 B 型肝炎表面抗原（HBsAg）陽性孕婦所生的嬰兒施打 B 型肝炎疫苗，1986 年開始為新生兒全面接種。此後，六歲兒童 B 型肝炎帶原率由 1989 年 10.5% 顯著下降至 2007 年 0.8% 。

B 肝病毒以亞太地區流行率特別高，其感染人口為 2 億 5 千萬人，約佔全球帶原者總數 3/4 。 25%~40% 的 B 型肝炎帶原者會進展為肝硬化、肝癌等末期肝臟疾病，導致患者死亡。

楊懷壹認為， B 型肝炎可說是屬於東亞的流行病，是在地特有的健康問題。面對這樣的問題，加以專注研究，反而可以在解決 B 型肝炎問題的方法上成為世界的領先者。現在許多西方國家在處理 B 型肝炎問題時，都要向台灣的研究者取經。而楊懷壹參與建構的「肝癌風險計算器」，以及團隊即將發表的「 PD-1 預測 B 型肝炎功能性治癒 」就是奠基於長期研究的重要成果。

科學算命：肝癌風險計算器

肝癌風險計算器可以將「相對」的危險性，轉換成「絕對」的風險估計。

台灣未接種 B 肝疫苗的世代已超過三十歲，是否會發展成肝硬化或肝癌，讓許多患者有芒刺在背般的憂慮。而醫療資源應該如何分配給不同處境、病況的患者們，也是重要的公共議題。

楊懷壹在 20 年前開始參與的大規模長期研究在此時發揮效果，他與團隊利用當時陳建仁院士所領導的長期追蹤世代 （REVEAL study cohort） ，研究三芝、竹東、朴子、高樹、馬公、白沙及湖西等 7 個鄉鎮的 B 肝患者病況發展，歸納出 B 型肝炎進展的重要危險因子，成為預測 B 型肝炎慢性患者 5 年及 10 年內肝癌發生機率的風險計算器。

楊懷壹針對肝癌危險因子如：性別、年齡、肝癌家族史、酗酒習慣、肝功能指標、 B 型肝炎病毒 e 抗原、 B 型肝炎病毒量以及病毒基因型等臨床指標進行大量樣本統計迴歸，得到各自權重，建構出肝癌風險計算器。

其中以「性別、年齡、肝功能指數、 e 抗原、病毒量」等 5 個指標最為重要，也是現行肝癌風險計算器的構成因子。

「在這些危險因子中，HBV DNA 檢測是最昂貴的，一次就要 2000 元以上，在社區中難以被接受。我們發現可以用表面抗原 HBsAg 「定量」檢測來取代，成本只要 200 元，希望能讓更多人得知自己的肝癌風險」楊懷壹說。現在肝癌風險計算器更已推出 app，讓智慧型手機使用者能夠自行檢測。

最後一哩路的起點：PD-1 應用於慢性 B 肝

透過 PD-1 相關研究，我們或許找到治癒 B 型肝炎最後一哩路的入口。

談到最新的研究成果，楊懷壹的語氣相當興奮。

計畫性死亡-1（Programmed Death-1）蛋白簡稱 PD-1，出現在 T 細胞表面，在免疫系統中具有負向調控（Negative regulation）功能 ，可以抑制 T 細胞活化及增生。楊懷壹說：「 PD-1 可以算是免疫系統的煞車因子。」

PD-1 有二種已知的配體（Ligands）： PD-L1 和 PD-L2 。當非淋巴細胞（如肝臟細胞或腫瘤細胞）在其表面表現 PD－L1 蛋白，並與 T 細胞表面的 PD-1 蛋白接觸並發生反應，此 T 細胞便會凋亡，失去免疫功能。

如此機制原本可以保護人體組織免於過度發炎，但也受到狡猾的 B 肝病毒利用，長期下來導致 B 肝病毒相關的免疫系統疲乏（T cell exhaustion），無力消滅肝炎病毒。也因為如此， B 肝病患自動痊癒（指血清中表面抗原消失）的機率相當低；即使以目前的抗病毒藥物治療，也難以提升治癒率。

目前的臨床抗病毒療法雖然能避免肝炎發展成癌症，但也無法清除病毒。患者必須不斷服藥，依靠外力對抗病毒，若是停藥則有嚴重風險。

楊懷壹眼神發亮地說：「經過反覆地實驗分析，我們發現了血液中可溶性 PD-1 濃度可以準確地預測 B 肝病患是否自動痊癒轉變為非帶原者；血液中可溶性 PD-1 濃度低的 B肝病患有非常高的比例可以發展出對抗 B 肝病毒的免疫力而自動痊癒！」

未來的臨床試驗，將可測試以抗體將 PD-1 及 PD-L1 的結合阻斷。肝炎病毒無法破壞 T 細胞，那麼患者的免疫系統就可以維持活化，自行消滅肝臟中的肝炎病毒，並有助產生抗體。 PD-1 抗體免疫療法的發展，讓所有 B 肝帶原者不僅免於擔憂肝癌，更可以保持清除病毒、最終停藥的希望。

這樣的成果看來令人興奮，但實際上是建立在許多嘗試與挫折之上。對於楊懷壹而言，研究的過程就是建立假說，再不斷挑戰自己的假說。瓶頸是一定會出現的。而負責分析資料的團隊成員潘美虹表示：「遇到瓶頸，就要先喝下午茶，讓心情恢復一下再回來嘗試。」

流行病學：解決社會的健康問題

流行病學不同於一般生醫研究，是與社會、與人相關的，流行病學家必須要走入社區。

這是楊懷壹對流行病學研究的想像與實踐。20 年前剛退伍，就加入陳建仁院士的團隊擔任研究助理，在週末前往各鄉鎮進行社區世代研究個案的追蹤訪視。在數位資訊不普及的時代，社區世代一開始的工作是前往戶政事務所，抄寫所有 30~65 歲居民的聯絡方式，寄信徵求同意。 9 萬名收件者中僅有 2 萬 4 千人願意參與研究。

楊懷壹回憶，當時幾乎每個週末都和台大肝膽腸胃科的醫師們合作，下鄉為研究個案進行超音波檢測，再熬夜整理資料與處理檢體。「很感謝陳建仁老師留下這麼珍貴的研究材料，即使是數萬名受試者交付的檢體，我們也非常謹慎小心地使用，每 10c.c. 會分裝成三管。不過至今歷經了許多血清生物標記的檢測， B型肝炎和 C型肝炎慢性感染研究個案的 1991 至 1992 年收集的基線檢體也幾乎消耗殆盡了。」

在小金門服役時，楊懷壹逐漸確立了自己對流行病學的志趣，進入田野工作所得的觀察，更立體化了他的研究動機。至今仍記得某些受試者，他說，有些人急著想檢測，會打電話來催促研究團隊安排追蹤檢測；有些個案身體惡化的程度則讓人於心不忍。「當時多數人只能宿命性地接受自己得到 B 肝，大多態度消極，實際上也無路可走。有些人會絕望地問『多吃青菜有用嗎？』那當然是沒什麼太大幫助的，當時也沒有抗病毒藥物。」

楊懷壹分享，有志投入流行病學研究的年輕人們，可以多加探討所在社會各層面的健康問題。反過來說，對於社會、群體健康有好奇心、研究志向的人，也是流行病學界最歡迎的。

至今已擔任多年教職，楊懷壹覺得擔任教師與研究員的最大差別，在於對象。

「面對大學生和面對博士班以上的研究團隊成員，我要扮演不同的角色。」對大學生和研究生，教師最重要的任務是引起他們的興趣和注意力。楊懷壹笑說：「剛開始幾乎每週都熬夜做教材，我寧可一開始先辛苦，也不要上台念乾稿、讓課程很無趣，對自己和學生都不好。」

至於研究團隊，則是楊懷壹一起探索新的知識、研究方法的重要夥伴。在團隊成員胡惠涵的籌辦下，連續三年舉辦基因體流行病學研習營，邀請技術最前沿的美國專家，與學員們分享技術與經驗，希望能夠促進更多有志者一起在流行病學的研究之路上，找到「解決問題」的方法。

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延伸閱讀

• 楊懷壹的個人網頁
• 2013 中研院 open house 科普演講 – 預測慢性 B 型肝炎患者罹患肝癌的風險
• 衛福部疾病管制署，1998。《台灣B型肝炎疫苗史》
• 林志陵，高嘉宏，2008。 〈肝癌的流行病學〉，《中華民國癌症醫學會雜誌》 24(5), 277-281.
• Jin, H. T., Ahmed, R., & Okazaki, T. (2010). Role of PD-1 in regulating T-cell immunity. In Negative Co-Receptors and Ligands (pp. 17-37). Springer Berlin Heidelberg.
• YANG, H., LEE, M. H., & CHEN, C. J. (2011). Prediction of hepatocellular carcinoma risk in chronic hepatitis B and C: review of findings in REVEAL-HBV/HCV study. Journal of Clinical Hepatology, 4, 010.
• Topalian, S. L., Hodi, F. S., Brahmer, J. R., Gettinger, S. N., Smith, D. C., McDermott, D. F., … & Leming, P. D. (2012). Safety, activity, and immune correlates of anti–PD-1 antibody in cancer. New England Journal of Medicine, 366(26), 2443-2454.

採訪編輯｜林任遠　美術編緝｜張語辰

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本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位