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看!那隻會傳染腫瘤的寄生蟲!?

miss9_96
・2015/11/17 ・2942字 ・閱讀時間約 6 分鐘

諾貝爾獎也會搞烏龍

「我們將諾貝爾醫學獎授予約翰尼斯·菲比格(Johannes Andreas Grib Fibiger)先生,以表彰他發現了能造成腫瘤的寄生蟲-螺旋體癌線蟲。」-1926年 [1]

事實證明,那年諾貝爾獎頒得大錯特錯。

癌症,從何而來?

全球首見 寄生蟲引發人類腫瘤-中央社」,本想著又是一則混淆視聽的文章,生氣地點開後才發現,這是真實的新聞,而且還是個極為罕見的病例,更發表在國際期刊–新英格蘭醫學期刊(New England Journal of Medicine)上。

報告中述說一名在哥倫比亞的愛滋患者,身上冒出了許多當地醫師無法解釋的腫瘤,深入研究後才發現,這名病人身上的腫瘤,是由寄生蟲傳染給他的,更精確地說,一隻潛藏在患者體內的寄生蟲,牠的細胞不僅有了惡性的突變,更在人體裡落地生根、綿延子孫,在受害者身上長出許多的腫瘤[2, 3]。這個獨特的病例,讓我想起了1926年那次飽受爭議的諾貝爾醫學獎,以及這個爭吵了百餘年的大哉問–「癌症的病因是什麼?

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感染愛滋病毒的患者,若不服用藥物控制,病毒會破壞免疫細胞,進而使免疫系統崩潰,所以患者可能會長出健康人極為罕見的腫瘤,或是受到許多微生物的侵犯。上圖:為病毒 (綠色)從T細胞身上冒出的瞬間;左下圖:卡波西氏肉瘤(Kaposis sarcoma);右下圖:念珠球菌感染。from: wikimedia

十九世紀以來普遍認為,癌症是一種由不正常的細胞增生所引發的疾病,但癌症的本質是一種傳染病?還是由環境誘發的疾病呢?不同的答案各自吸引了許多傑出的科學家,而兩派的陣營就此爭鬥了數十年。這段癌症起源之爭的故事,就讓我們從英國煙囪工人的疾病,以及一名日本武士的兒子開始說起吧……

被諾貝爾遺忘的科學家-山極勝三郎

1891年,世界研究的中心仍在歐洲,一名日本的年輕人–山極勝三郎(やまぎわ かつさぶろう)在德國開啟了他的科學之路。當時醫學界已經注意到,英國的煙囪工人罹患皮膚癌的比例特別高,但卻無法藉由塗抹煤灰的方式,讓動物得到癌症。1915年,山極設計了長達一整年的動物實驗,他不間斷地將煤灰中提煉出的焦油塗抹在兔子的耳朵上,實驗持續了一年之後,終於在塗抹的部位上發現腫瘤 [4, 5]。

這是人類有史以來第一次,能夠隨心所欲的「製造癌症」,環境因子誘發腫瘤的學派就此站上頂峰。但可惜的是,11年後的諾貝爾獎委員會,卻完全忽略了山極的貢獻,僅頒給了癌症傳染學派的科學家-菲比格先生,表揚他發現了能誘發大鼠胃癌的線蟲。諾貝爾獎忽視山極的作法飽受批評,更糟的是,那個獲獎的線蟲理論完全是錯誤的,實驗中增生的大鼠胃壁細胞,被證實是大鼠的飲食裡缺乏維生素A的緣故,不久後,線蟲理論完全被捨棄[4, 5]。1930年代之後,癌症傳染學派漸漸式微,寄生蟲會引起癌症的想法,更被視為異想天開的理論……

工業革命興起後,大城市紛紛興建各種燃燒煤炭的工廠,而清理那些巨型、高聳煙囪的工作就落到貧困的小孩身上,由於煙囪的空間狹小,所以僅有身型瘦小的孩童能夠勝任,而他們特殊的皮膚癌,受到許多科學家關注,其中就包括山極勝三郎。左上圖:1870年左右的倫敦;右上圖:洗煙囪工人的工作示意圖;左下圖:19世紀的義大利煙囪工人;右下圖:山極勝三郎。from: wikimedia & wikimedia

長滿寄生蟲腫瘤的人體

讓我們把時間轉回2013年1月,那名愛滋患者因為高燒、乏力、體重減輕等症狀而求診。醫生發現了典型的愛滋病症狀,血液中的CD4細胞數量極低,而且病毒RNA的濃度極高,顯示了嚴重的愛滋病表徵。但同時,醫生也看到了難以解釋的現象,患者體內的淋巴結長滿腫瘤,最大直徑可達5公分。從組織切片中觀察到,細胞極為兇惡,組織內浸潤著血管、淋巴,更偶有壞死的區域,不正常的結構侵略性顯示了惡性腫瘤的特徵,而組織內有血管的形成,更暗示了這些惡性細胞具有吸引血管生成的能力,能誘使受害者的血管供給腫瘤營養,讓腫瘤持續長大,並且轉移到人體各處。

但令醫生困擾的是,這些細胞非常的小,直徑大約僅有5 μm(人體細胞約20-30 μm),而初步以免疫組織化學染色法(Immunohistochemistry/IHC)判讀後,竟發現腫瘤缺乏人類癌症常見的角質蛋白(cytokeratin)。換句話說,這些在患者體內肆無忌憚生長的腫瘤,並不屬於人類!

2013年的5月,患者離世。當地醫生帶著他死前簽署的同意書和檢體飛往美國尋求解答。研究團隊分別選用阿米巴原蟲、真菌、絛蟲的基因,利用PCR的技術比對腫瘤細胞,結果發現病人體內的腫瘤基因,高達99%和絛蟲吻合!同時,免疫組織化學染色法和核酸原位雜合技術(in situ hybridization)都顯示,那些兇惡的腫瘤組織,是屬於絛蟲的!進一步比對資料庫的結果,絛蟲腫瘤細胞裡的基因有6處突變,而其中3處已知可能會導致細胞癌化。因此,這些兇惡,而且四處侵犯人體的外來物,非常有可能是一隻有了惡性突變細胞的絛蟲,臨死之際將惡性細胞傳染給患者,而不幸的是,愛滋病毒摧毀了患者的免疫系統,兇惡的絛蟲腫瘤就此在人體內安家立業、大行其道了。

上圖:本次論文中出現的胞膜絛蟲(Hymenolepis nana)生活史,寄居在人類腸道,再透過糞便、老鼠的排泄物以尋求下一個宿主;下圖:與胞膜絛蟲是親戚的微小胞膜絛蟲(Hymenolepis microstoma)電子顯微鏡圖。碎碎念:絛蟲在Google上的照片很多都很噁心啊,千萬不要嘗試啊 Orz…。from: wikimedia & wikimedia

回到上個世紀初,環境誘發學派和癌症傳染學派互有領先,前者證明了香菸X光也能誘發腫瘤,後者則在發現了腫瘤病毒的機制後聲勢大漲。歷經數十年的糾纏,科學證據逐漸說明了兩派人馬都是正確的,病毒或是環境因子都足以改變正常細胞的基因修復功能,進而引發癌症。研究癌症的學者們逐漸將對立轉為共識,而那些文筆之爭也漸漸地成為了過去。

翻開現在的生物課本,裡頭已經闡明腫瘤可以由微生物傳染(如:人類乳突病毒),也可以由環境引起(如:香菸)。百年之前,兩派的爭執已經成為歷史,更不會有人記得那個錯誤的腫瘤線蟲理論,和那位被諾貝爾獎遺忘的日本科學家-山極勝三郎,直到神祕的癌症面紗已逐步被掀開的今天。

寫在文末

上個世紀初期,環境誘發學派和癌症傳染學派的競爭過程十分有趣,期間還出現菸草公司企圖打壓環境誘發學派的科學家,力阻他發表菸草致癌的論文,故事十分精彩,有興趣的讀者可以翻閱「追獵癌症」一書。

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)協助。

參考文獻

  • [1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1926. 諾貝爾獎官方網頁。
  • [2] 全球首見 寄生蟲引發人類腫瘤。中央通訊社官方網頁。
  • [3] Atis Muehlenbachs, Julu Bhatnagar, Carlos A. Agudelo, Alicia Hidron, Mark L. Eberhard, Blaine A. Mathison, B.S.M.(A.S.C.P.), Michael A. Frace, Akira Ito, Maureen G. Metcalfe, Dominique C. Rollin, Govinda S. Visvesvara, Cau D. Pham, Tara L. Jones, Patricia W. Greer, M.T., Alejandro Vélez Hoyos, Peter D. Olson, Lucy R. Diazgranados, and Sherif R. Zaki, (2015) Malignant Transformation of Hymenolepis nana in a Human Host, The New England Journal of Medicine, 373, 1845-1852, DOI: 10.1056/NEJMoa1505892
  • [4] Guide to Nobel Prize. Cancer. 大英百科全書官方網頁。
  • [5] Robert A. Weinberg (2005) 追獵癌症:癌症病因研究之路,天下文化,中華民國,台北

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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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陸上生命的根源:菌根菌——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/26 ・1538字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

我們目前還不清楚菌根關係最初是怎麼形成的。有些人大膽提出,最初的相遇溼黏而沒有條理──藻類被沖上泥濘的湖岸和河岸,而真菌在這些藻類體內尋找食物和庇護。有些則主張,藻類來到陸地時,體內已經帶著真菌夥伴了。里茲大學(University of Leeds)教授凱蒂.菲爾德(Katie Field)解釋,不論如何,「它們很快就變得依賴彼此」。

常出現於兒童繪本的毒蠅傘,就是一種能與植物共生的菌根真菌。圖/WIKIPEDIA by R Henrik Nilsson

菲爾德是一位傑出的實驗者,投入多年的時間研究現存最古老的植物支系。菲爾德用生長箱模擬遠古的氣候,並用放射性示蹤劑,測量生長箱裡真菌和植物之間的交換作用。真菌與植物的共生方式提供了線索,讓我們了解植物和真菌遷移到陸地的最早階段是怎麼互動的。化石也讓我們一瞥這些早期的聯盟。最精細的樣本來自大約四億年前,含有明確的菌根菌痕跡──羽狀瓣和今日一模一樣。菲爾德讚歎道:「你可看到真菌居然就長在植物細胞裡。」

最早的植物幾乎只是一坨綠色組織,沒有根或其他特化的結構。而這些植物逐漸演化出粗糙的肉質器官來容納真菌同伴,真菌則搜尋土壤中的養分和水。最初的根演化出來時,菌根關係已經存在五千萬年了。菌根菌是陸地上後續所有生命的根源。菌根(mycorrhiza)這個詞真是取得好。根(rhiza)隨著真菌(mykes)存在於世。

數億年後的今天,植物演化出更細、生長更快、更能見機行事的根,這些根表現更像真菌。不過即使是這些根,探索土壤的表現也無法超越真菌。菌根的菌絲比最細的根細了五十倍,長度可以超越植物根部達一百倍,比植物根部更早出現在植物上,延伸到根系之外。有些研究者更進一步。我的一位大學教授向一班吃驚的學生吐露:「植物其實沒有根,只有真菌根,也就是菌根。」

毒蠅傘在樹的細根上形成的外生菌根。圖/WIKIPEDIA by Ellen Larsson

菌根菌太多產,菌絲體占土壤中活生物量的二分之一到三分之一。根本是天文數字。全球土壤表層十公分之中,菌根菌絲的總長度大約是我們銀河系寬度的一半(菌絲長 4.5 × 1017 公里,銀河系寬度 9.5 × 1017 公里)。如果把這些菌絲熨成一片,總表面積是地球上乾燥土地面積的二點五倍。然而,真菌不會停滯不動。菌根菌絲迅速死去、再度生長(一年十到六十次),一百萬年後,累積的長度會超過已知宇宙的直徑(菌絲長 4.8 × 1010 光年,已知宇宙直徑是 9.1 × 109 光年)。菌根菌已經存在了大約五億年之久,而且不限於土壤表層十公分的地方,所以這些數字顯然低估了。

植物和菌根菌在彼此的關係中產生一種極化現象──植物的莖處理光與空氣,真菌和植物的根則處理周圍的土壤。植物把光和二氧化碳打包成醣類和脂質。菌根菌則把固著在岩石裡的養分拆開,分解物質。這些是真菌在雙重棲位下的情況──真菌一部分的生命發生在植物體內,一部分在土壤中。菌根菌駐紮在碳進入陸生生命循環的入口,牽起大氣和土地的關係。時至今日,菌根菌就像擠進植物葉和莖裡的共生真菌,會幫助植物應付乾旱、炎熱和其他許多陸地生命一開始就有的逆境。我們稱為「植物」的,其實是演化成來栽培藻類的真菌,以及也演化來栽培真菌的藻類。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

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