哈姆立克傳奇

哈姆力克醫師。圖片來源：Wikipedia

發明哈姆立克法（Heimlich maneuver）的亨利‧哈姆立克醫師（Henry Judah Heimlich）因為心肌梗塞，在2016年12月17日離開了這個世界。提到哈姆立克醫師，大家馬上就會想到「哈姆立克法」：施救者站在後側兩手環繞有異物哽塞的病人，一手的拳頭之大拇指與食指側對準肚臍與劍突之間，另一手放在拳頭上握緊後，快速向上方壓擠，利用這個動作讓橫隔膜忽然向上，使肺部的氣體將堵塞於氣管的異物噴出。這個方法在1974年第一次在「急診醫學」（Emergency Medicine）期刊提出以後，可以說是救人無數，光是在美國可能就超過十萬人！包括已逝的美國前總統雷根（Ronald Reagan）、好萊塢巨星伊莉莎白‧泰勒（Elizabeth Taylor）、知名女歌手雪兒（Cher）都受過哈姆立克醫師的救命大恩，甚至演導雙棲的克林‧伊斯伍德（Clint Eastwood）還曾在2014年以哈姆立克法救過一個人的命呢！

有趣的是，哈姆立克醫師自己一輩子只用過這個方法「兩次」，而2016年五月是他第一次親自上場以自己發明的方法救人！當時高齡已96歲的哈姆立克醫師正在享用晚餐，忽然注意到鄰桌的女士噎到了。於是他立刻以他自己發明的方法，救了那位女士的命。哈姆立克醫師在事後受訪時說，過去他演示過非常多次哈姆立克法，但用來救人還真是頭一次。

在哈姆立克法出現之前，美國心臟學會與美國紅十字會都是建議對噎到的人施以背部拍打。在哈姆立克法出現以後，從1976到1985年，建議的作法是：先施以背部拍打，若無效，再使用哈姆立克法。自1986年開始，哈姆立克法被列為唯一用來急救噎到的人的方法，不過到了2006年，背部拍打又回到哽塞病人急救方法中，並且強調對於失去意識的哽塞病人應先拍打胸部。雖然有一種說法認為，哈姆立克醫師為了提倡他的急救法，曾贊助耶魯大學的相關研究人員，使該急救法獨佔美國心臟學會與美國紅十字會的急救指南20年，不過在沒有更多佐證資料的狀況下，筆者對這說法採取姑且聽之的態度。不過，美國心臟學會在2005年出版的急救指南中提到，對於溺水的人施以哈姆立克法，因為可能會導致嘔吐，因此不建議採用。

說了這麼多，哈姆立克醫師到底是誰呢？

亨利‧哈姆立克於1920年2月3日生於德拉瓦州的威明頓，父母親都是猶太人，父親一系來自匈牙利，母系則來自俄羅斯。在康乃爾大學取得學士與醫學士的學位以後，他成為一名胸腔外科醫師。

雖然大家都只記得他的「哈姆立克法」，但那其實不是他的第一個發明。在1962年，因為過去遇到一名二戰傷兵的經歷，讓他發明了哈姆立克閥（flutter valve，擺動閥），用來協助氣胸的病人將胸腔內的液體與氣體排出。哈姆立克閥在越戰時拯救了無數美國大兵的生命。

哈姆立克醫師一生都努力地在找新的方法治療病人，但並不是每個方法都像哈姆立克閥、哈姆立克法那樣成功。在1980年代，他開始研發以瘧原蟲感染病人來治療癌症、萊姆病與HIV。雖然在1917年朱利葉斯·瓦格納-堯雷格（Julius Wagner-Jauregg）博士成功地以瘧原蟲感染病人來治療梅毒，同時也因此獲得了1927年的諾貝爾生理醫學獎；但那是因為梅毒螺旋體怕熱，因此在感染後，只要發熱個三到四次就可以殺死體內的病原。癌細胞、萊姆病、HIV等卻不見得那麼怕熱，而且在非洲許多地方甚至發現，得了瘧疾的人如果也同時受到HIV感染，病毒會複製的更多，疾病也散播得更快。因此，哈姆立克醫師的「瘧疾療法」並不成功，這個療法也並未被核准使用。

除了以上這些成功與不成功的發明之外，哈姆立克醫師還發明了微氣切（Micro-Trach）技術，讓病人可以以氣管造口的方式呼吸，解決供氧問題。

發明一個很容易執行、又可以救人的方法，也真的拯救了千千萬萬人的生命，筆者想這是很多醫生的願望；而哈姆立克醫師也真的做到了，這也就足夠為他的一生平添許多的傳奇色彩了！

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參考文獻：

高雄醫學大學附設醫院。哈姆立克急救法。

BBC. Heimlich manoeuvre inventor dies aged 96.

BBC. Dr Heimlich saves choking woman with manoeuvre he invented.

搜狐健康。纪念哈姆立克医生。

Nobelprize.org. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1927.

三百年義大利名琴的秘密

斯特拉迪瓦里在1703年製作的小提琴。
圖片來源：Wikipedia

斯特拉迪瓦里琴（Stradivarius）指得是由安東尼奧‧斯特拉迪瓦里（Antonio Stradivari，1644 – 1737）在十七～十八世紀所製作的小提琴、中提琴、大提琴。由於音樂家們都認為斯特拉迪瓦里琴具有高音甜美、明亮且投射能力佳等優點，使得這些琴在製琴師辭世以後，價格水漲船高。目前在市面上，由斯特拉迪瓦里在1690-1700年製作的琴，少則數十萬、多則數百萬美金；若是在1700-1725年間，所謂的「黃金年代」製作的琴，價格都是百萬起跳！到底這些琴有多好，讓所有的音樂家如此迷戀？

難道斯特拉迪瓦里有什麼秘訣？或是，過去他在克雷莫納（Cremona）所使用的材料，現在已經找不到了嗎？好像也不是。以小提琴（violin）來說，前板是雲杉（spruce，Picea abies）、後板與琴頸是楓木（maple，Acer sp.），這些材料現在在歐洲都還找得到。過去也有許多製琴師製作了許多的琴，但是音樂家們都認為還是斯特拉迪瓦里琴最好（另一個音樂家們的心頭好是瓜奈里 Guarneri）。

這真是讓人不服氣，所以科學家們想盡辦法要了解到底為什麼，一樣是兩塊木板，為什麼別人的兩塊木板就不如他們的？

遠從1817年開始，就有人進行盲測，想了解究竟斯特拉迪瓦里琴是否真的「聽起來就是好」；但是，因為聽覺的短期記憶只有兩秒、而只聽一個音符其實也聽不出個所以然來，所以盲測總是沒有結論。試試看錄音吧？但是錄音的設備也會影響到聲音的品質，而所謂的「投射能力」--指在音樂廳的最後面還可以清清楚楚地聽到琴音--也沒辦法用物理學去解釋。過去在音樂廳裡的盲測，也一樣沒有結果。所以，到底這些名琴是不是真的好？為什麼好？沒有人知道。

最近，台大戴桓青老師的研究團隊，試著用其他的方法來找出這些名琴的秘密。他們用化學與物理的方法來分析斯特拉迪瓦里琴的背板（楓木）與現代楓木，想要了解木板中的纖維、纖維素的結晶狀態、木板的含水量、熱氧化特性（thermooxidative properties）以及無機鹽的含量等。

看起來很有趣吧？可是...等一下！這些測試，難道不會損毀這些珍貴的名琴嗎？怎麼可能有人願意把自己數百萬、甚至千萬美金的名琴拿來作這些測試呢？

別緊張！由於名琴也難免需要修理，歷年來的修補所取下來的木屑，並沒有被扔掉；這時，都成為珍貴的研究材料了。除此以外，有一把斯特拉迪瓦里琴在柏林空襲時毀於戰火，但琴頸仍在，且被奇美博物館好好地收藏著；為了研究，奇美館方也慷慨地將琴頸捐出。

戴老師的研究，有許多非常有趣的發現。首先他們以「交叉極化魔角旋轉」（CPMAS，cross-polarization magic angle spinning）分析發現，名琴中的半纖維素（hemicellulose，為存在於植物細胞壁中的雜聚合物）與木質素（lignin）的含量都變少了。尤其是半纖維素，與現代楓木比較起來，整整少了三分之一強（36.9±3.9%）。由於半纖維素在木材中會把木質素與纖維素連結在一起、也會影響到木材的吸水能力，三百年來它整整少了三分之一，對這些名琴會產生什麼樣的影響呢？

由於半纖維素是木材中主要吸水的分子，半纖維素的減少也反映在在木板的含水量上。以加熱分析發現，名琴的楓木的濕氣，比現代楓木少了四分之一！過去許多製琴師都發現，濕氣少的木頭用來製琴，聲音會比較明亮，這應該也是為何斯特拉迪瓦里琴的聲音向來有「甜美、明亮」的評語。

那些半纖維素去哪裡了？由CPMAS分析發現，應該是已經被分解了。有意思的是，在加熱分析上，研究團隊發現，斯特拉迪瓦里小提琴比中提琴、大提琴多了一個波峰！研究團隊認為，這個波峰是因為纖維素與木質素分離的結果，但為什麼中提琴、大提琴沒有呢？可能是因為小提琴較常被使用，重複的震動讓纖維素與木質素分開了。

更有趣的是無機鹽的含量分析。研究團隊發現，斯特拉迪瓦里可能有將木材進行過特別的處理，因為在名琴的楓木中發現了鋁、銅、鈣、鉀、鈉、鋅這些元素。由於鋁與鈣可以和木材中的纖維產生連結（crosslink），這是否就是一些音樂家們提到的，名琴「比較有彈性」的來源呢？到底這些元素是如何進入木材的？為什麼斯特拉迪瓦里要處理這些木材呢？有可能是為了防蟲而將木材浸泡於鹽類溶液中，過去發現斯特拉迪瓦里琴真的比較不容易被蟲蛀；也有可能是進行所謂的「樹液置換」（將木材倒掛使維管束內的液體流出）。雖然以鹽類浸泡木材來進行防腐在以前的義大利是常常進行的事，但查閱過去的文獻也只提到明礬或其他成分相當簡單的鹽類。如斯特拉迪瓦里琴的木材含有這麼多不同的無機鹽，實在也頗為罕見。雖然過去有科學家們想要找到斯特拉迪瓦里是否有「秘方」，但很可惜的是，那個年代的工匠，多半都是十一、二歲就開始拜師學藝，所受的正式教育極為有限。他們查遍了許多斯特拉迪瓦里的書信，試圖找出可能的偏方，但是他連寫給顧客的信都錯字連篇，想來處理木材的工序，可能只存在在他的大腦裡吧。

這些名琴，除了其中兩把，其它都被音樂家小心的使用著。但是，正如前面提到，這個研究之所以能進行，是因為名琴還是會損壞、需要維修；所以，到底這些古琴能用多久呢？目前存世的古樂器，除了斯特拉迪瓦里琴以外，還有十六世紀中葉由阿馬蒂（Andrea Amati，1505-1577）所製作的琴，以及唐朝（公元八世紀）的琵琶。不論是阿馬蒂的琴、或是唐朝的琵琶，都已經不能發出「明亮」的聲音了，而只有溫潤的音調。這是否意味著，再過一、兩百年，斯特拉迪瓦里琴也無法再發出它那著名的「甜美、明亮」的聲音呢？或許在此時對這些名琴進行更多的研究，可以讓我們更了解斯特拉迪瓦里製琴的技術，從而可以由現代人的手上，再現斯特拉迪瓦里的工藝呢？

另外，筆者在查閱相關的資料時，發現一個很有意思的研究。在2008年有人以兩種木腐菌（透明變色臥孔菌 Physisporinus vitreus P. Karst 與長柄炭角菌 Xylaria longipes Nitschke）腐蝕過的雲杉和梧桐製作小提琴，並進行盲測；結果發現大部分的聽眾都以為用真菌腐蝕過的木材製作的小提琴才是斯特拉迪瓦里！為什麼這個研究團隊會想到用木腐菌來處理這些木材呢？原來在1645-1715年，正好是所謂的「蒙德極小期」（Maunder Minimum）--這段時間太陽黑子極少、地球處於小冰河期，歐洲氣候寒冷多雨，造成樹木的年輪極窄且容易被真菌感染。因此，他們決定將木材先泡在1%的麥芽溶液中，直到木材的濕度來到飽和（28%）後，再以木腐菌處理木材20週。沒想到這樣的木材製作的小提琴，竟然得到了半數參與者（90名）同意它應該是斯特拉迪瓦里，而真正的斯特拉迪瓦里卻只得到39票！當然，以木腐菌處理木材要極為小心，如果太久，整個木材就分解、無用了。這個研究另外讓筆者注意到的是：這段時間的木材年輪特別窄，是否這樣的木材也會有不同的特性呢？而在戴老師的文章中也提到，目前用以製琴的木材會放置3-10年甚至更久來乾燥，不知道過去是否也會放置那麼久，而以當時處在寒冷多雨的狀況，或許這些木材也受到不同程度的木腐菌的作用？如果真的是因為氣候影響造成，大約只能說斯特拉迪瓦里也真的是「天時、地利、人和」的傑作吧！

最後，背板其實只影響小提琴30%的聲音，另外70%是由前板的雲杉提供的。所以，戴老師對於背板的研究，其實只是這個系列研究的開端，未來我們將拭目以待前板的研究成果，有朝一日或可重現斯特拉迪瓦里的工藝呢！

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

Wikipedia. Stradivarius.

Hwan-Ching Tai et. al. Chemical distinctions between Stradivari’s maple and modern tonewood. 2016. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1611253114

Fungus-treated Violin Outdoes Stradivarius. Science Daily.

Francis W. M. R. Schwarze, Melanie Spycher, Siegfried Fink. Superior wood for violins – wood decay fungi as a substitute for cold climate. 28 June 2008.New Phytologist. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2008.02524.x

瘧原蟲如何流佈無窮？

瘧原蟲（Plasmodium vivax）的滋養體與紅血球。
圖片來源：Wiki

雖然時間已經來到二十一世紀，但如瘧疾（malaria）這種古老的疾病不僅還沒有從地球上消失，反而還有捲土重來的跡象。單是2015年，全世界有大約兩億一千四百萬個新病例；患者有88%在非洲，10%在東南亞，2%在地中海區域。那一年，全世界就有大約四十三萬八千人因罹患瘧疾而死，其中非洲佔90%， 東南亞7%，地中海區域2%。 瘧疾對於小孩與懷孕的婦女影響極大，2015年死於瘧疾的人裡面，將近七成（三十萬六千人）為五歲以下的兒童，為撒哈拉以南地區兒童第四大死因 。目前瘧疾雖然已經有疫苗，但目前已上市的疫苗效果仍有限，而瘧原蟲卻已對青蒿素發展出抗藥性；因此，除了繼續研發新的藥劑來治療瘧疾、以及繼續進行疫苗的開發以外，了解它如何散播，對防治也應有極大的幫助。

最近瑞典的斯德哥爾摩大學（Stockholm University）的研究團隊發現，惡性瘧（Plasmodium falciparum）原蟲會利用自己產生的（E）-4-羥基-3-甲基 - 丁-2-烯基焦磷酸酯（(E)-4-Hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate，以下簡稱HMBPP），來改變紅血球的代謝，使紅血球產生可以吸引瘧蚊（Anopheles 屬）與家蚊（Culex 屬）的蚊子前來吸血的氣味（1）。

HMBPP。圖片來源：Wiki

從1998年就發現，瘧蚊對已經感染瘧疾的人有偏好。當瘧蚊叮咬了瘧疾患者後，患者體內的配子體就會進入瘧蚊體內，在中腸產生雌雄配子、結合形成合子，動合子穿出中腸形成卵囊然後釋出成熟的子孢子移動到瘧蚊的唾腺等待下一次的叮咬。因此，對瘧原蟲來說，瘧蚊的叮咬是瘧疾散播的關鍵，能夠讓罹患瘧疾的人對瘧蚊有吸引力，絕對是一件好事。

但是，瘧原蟲釋放的代謝物絕對不只有HMBPP，為什麼它會被研究團隊注意到呢？原來在過去已經發現，HMBPP可以引發人類宿主的Vγ9Vδ2 T 細胞反應，而甘比亞瘧蚊（A. gambiae）的腸道菌對它也會有一些反應（2）。

HMBPP是2-C-甲基-D-赤蘚醇-4-磷酸路徑（2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate pathway，MEP pathway，又稱為非甲羥戊酸路徑 non-mevalonate pathway）的前驅物，瘧原蟲以MEP路徑來合成類異戊二烯（isoprenoids）。類異戊二烯是細胞內許多重要物質的前驅物，包含賀爾蒙的合成、蛋白質的醣化等都需要它。高等真核生物（如人與蚊子）並不使用這條路徑，而是使用甲羥戊酸路徑；只有細菌與頂複門（apicomplexan）的寄生蟲使用MEP 路徑。

研究團隊發現，雌性瘧蚊偏愛加入HMBPP的紅血球；當研究團隊提供加了HMBPP與不加的紅血球給雌性瘧蚊時，95%的雌性瘧蚊都去吸含有HMBPP的血，其效果與含有瘧原蟲滋養體或配子體的紅血球的效果相當。而這個效應，只有在HMBPP與紅血球同時存在時出現：若以血清取代（添加HMBPP的血清與不加HMBPP的血清）則無此效應。不過，若把含有滋養體或配子體的紅血球分離，只以上清液（約含10微莫爾的HMBPP）來進行觀察時，也有類似的效果。但如果先把被感染的紅血球以抑制HMBPP合成的藥劑膦絲菌素（fosmidomycin）處理，瘧蚊對它的偏好就消失了。這些都顯示了，瘧蚊受到HMBPP的吸引，而這個效應與紅血球有關。

這個效應是否是因為HMBPP刺激紅血球，使紅血球釋放出瘧蚊喜愛的氣味呢？研究團隊使用Y形管來測量瘧蚊對不同方式處理的紅血球發出的氣味的反應，發現HMBPP處理過的紅血球放出的氣味，與被配子體感染的紅血球放出的氣味相比，吸引力一樣強。

究竟這是什麼樣的氣味呢？過去對蚊子的研究發現，二氧化碳是很強的吸引劑；於是研究團隊先測量是否被HMBPP處理過的紅血球，釋放出來的二氧化碳比較多。結果發現，以HMBPP處理過的紅血球，釋放出來的二氧化碳多了16%；不過若只是把二氧化碳與紅血球放在一起，發出來的氣味對瘧蚊的吸引力並不特別強。這代表HMBPP對紅血球的影響，不只是二氧化碳而已。

於是研究團隊收集了被HMBPP處理過的紅血球所釋放出來的揮發物質，發現這些物質加上二氧化碳，就可以產生與被HMBPP處理過的紅血球一樣的效果。

這些揮發物質是什麼呢？分析的結果發現，裡面有α-蒎烯（α-pinene）、β-蒎烯（β-pinene）、檸烯（limonene）、辛醛（octanal）、壬醛（nonanal）與癸醛（decanal）。當研究團隊把這六種物質加上二氧化碳時，便有一樣的效果，而且加的越多效果越好。

更有意思的是，瘧蚊在吸食HMBPP處理的血時，會喝得比較多；吸了含有HMBPP的血的瘧蚊，體內的卵囊數也多了好幾倍，於是子孢子的數量當然也就大為增加（接近一倍）了。但是瘧蚊的繁殖力以及存活率都不受到影響。

整體來看，受到瘧原蟲感染的人，因其紅血球被HMBPP作用，產生較多的二氧化碳與揮發性物質，而這些物質對瘧蚊具有吸引力，使瘧蚊對瘧疾患者產生偏好。如此一來，就會有更多的瘧蚊帶有瘧原蟲來傳播瘧疾；而且由於吸食到含有HMBPP血的瘧蚊可以產生更多的子孢子，可能會使牠們下次叮咬人類時感染力變得更強。與弓漿蟲（Toxoplasma gondii）對中間宿主（老鼠）的作用相比，瘧原蟲以及瘧原蟲所產生的HMBPP對瘧蚊本身似乎沒有產生多少影響，不若弓漿蟲會造成老鼠不怕貓、甚至對貓產生好奇，而導致殺身之禍（3）。

有趣的是，在之前有關阿拉伯瘧蚊（Anopheles arabiensis）對氣味的研究中發現，阿拉伯瘧蚊不喜歡的氣味裡其實也包含了檸烯（4）。當然，不論是在阿拉伯瘧蚊或在本文中所提及的甘比亞瘧蚊對氣味的反應上，其實都包含了許多不同的揮發性物質；只是檸烯（俗稱檸檬油精）的氣味相當特殊，這兩種同屬的生物對它的反應卻是南轅北轍，因此筆者特別看了一下甘比亞瘧蚊對檸烯的愛好是否特別強烈？從研究團隊所提供的結果上看來，應該也不算特別強烈吧！

了解瘧蚊喜愛的氣味，便可以開發出瘧蚊的誘捕劑；加上環境衛生的管理等措施，應該也可有效控制瘧蚊的數目。雖然到後來不免會篩選出不受這些氣味吸引的瘧蚊，不過若能因此降低瘧疾傳播的速率，也可說是另一種成就吧！

（本文刊登於2017/5/10基因線上）

參考文獻：
1. S. N. Emami et. al. A key malaria metabolite modulates vector blood seeking, feeding, and susceptibility to infection. Science. 10.1126/science.aah4563 (2017).

2.B. G. Lindberg et. al. Immunogenic and Antioxidant Effects of a Pathogen-Associated Prenyl Pyrophosphate in Anopheles gambiae.  2013. PLOS One. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0073868

3. 鴻宇。2011. 寄生使人狂。PanSci 泛科學。

4. 葉綠舒。2016。怕蚊子叮？找隻雞來幫忙吧！Miscellaneous999

工作壓力大，來點乳酸桿菌（Lactobacillus）吧！

過去千百年來，人類與微生物之間的愛恨情仇，就如一場演不完的長篇連續劇。在巴斯德發現微生物之前，人類對於感染的成因只能猜測。巴斯德的發現，讓這隱藏多時的敵人驟然現形；而抗生素的發現，更讓我們天真的以為：敵人即將潰不成軍！但隨後如雨後春筍般冒出的抗藥性菌株，讓我們意識到事情沒這麼簡單。近年來超級細菌的出現，更讓醫療界憂心，恐怕人類潰不成軍的時刻就要來臨！

在這一片殺伐聲中，卻也有人發現，微生物也並不是都是壞的。除了那些為我們工作的酵母菌、乳酸桿菌以及教人既厭惡又害怕的病原菌以外，還有一群與我們朝夕相處有肌膚之親的微生物們，它們不僅僅是幫助我們抵禦外敵，還幫我們分解我們消化不了的食物、產生養分給我們吃呢！因此，這些年來，曾被我們視為洪水猛獸、亟欲殺之而後快的細菌，在我們心中的地位已經大不相同了！

乳酸桿菌。圖片來源：Wiki

最近的許多研究更發現，我們腸子裡的室友們，不僅會撫養我們，它們還能對我們身體的功能產生影響！而且不只是代謝層面，目前已知腸道菌與阿茲海默症、自閉症可能都有關連。

最近的一個以小鼠為模型的研究發現：慢性壓力會造成腸道菌相改變，而這個改變與憂鬱症（depression）相關。

研究團隊把小鼠暴露在五週的無法預測的慢性輕度壓力（UCMS，unpredictable chronic mild stress）後，再以強迫游泳來測試小鼠是否出現憂鬱的症狀。同時，研究團隊收集小鼠的糞便檢體進行比較，觀察小鼠在壓力下出現憂鬱症狀時，是否腸道菌相也會跟著改變。

比較了幾次實驗以後，研究團隊發現：多次實驗中，實驗組與對照組一再出現的不同是乳酸桿菌（Lactobacillus）與傳代菌（Turicibacter）的減少。由於有關於傳代菌的資料極少，而已經有不少研究發現乳酸桿菌與行為之間的關連，於是研究團隊決定先來看看乳酸桿菌。

研究團隊將實驗組以UCMS處理三週後，在飲食中提供乳酸桿菌（L. reuteri），接著再以UCMS處理四週。測試的結果發現：在飲食中提供乳酸桿菌會減輕小鼠的憂鬱症狀，而且糞便檢體的結果也證實了小鼠的腸道內的菌相變化是因為外加的乳酸桿菌，而不是腸內原本的乳酸桿菌增加。

而分析血清裡面的代謝物發現，實驗組與對照組的代謝物出現了不同的集群（cluster），提供乳酸桿菌的組別的集群則呈現介於兩者之間的狀態，顯示以乳酸桿菌處理後，的確對代謝物發生一些影響。在這些不同的代謝物集群中，色胺酸-犬尿胺酸途徑（L-tryptophan-kynurenine pathway）在實驗組中呈現顯著的上昇。先前的研究已經發現在憂鬱症患者可以偵測到犬尿胺酸的上昇，因此研究團隊決定進一步研究乳酸桿菌與犬尿胺酸之間的關係。

由於最近的研究發現，乳酸桿菌可能會藉著製造如過氧化氫（H₂O₂）等活性氧（ROS，reactive oxygen species）來抑制色胺酸-犬尿胺酸途徑最主要的酵素IDO1（Indoleamine 2,3-dioxygenase，吲哚胺2,3-雙加氧酶）。研究團隊也發現實驗組的小鼠糞便中的過氧化氫下降，而在飲食中提供乳酸桿菌後可使其上昇。偵測腸道的IDO1表現也發現，實驗組的IDO1表現上昇，但提供乳酸桿菌後又下降了。

到底犬尿胺酸是否與憂鬱的症狀有關呢？研究團隊以犬尿胺酸處理小鼠，發現單只有犬尿胺酸上昇也可以影響到小鼠的行為，讓小鼠呈現部分憂鬱的症狀。更有意思的是，即使提供了乳酸桿菌，如果犬尿胺酸也同時加入，乳酸桿菌的效果便被抵銷了。

也就是說，在小鼠的模型裡顯示了：慢性壓力所導致的憂鬱症狀與腸道菌相的改變相關，可能是因為乳酸桿菌減少造成犬尿胺酸的合成增加所致。為何慢性壓力會使得腸道菌相改變呢？可能是因為壓力會使腸道蠕動加快（在這個研究報告中也看到這個現象），由於乳酸桿菌的生長繁殖需要很多胺基酸與嘌呤，腸道蠕動加快使它們周圍的環境變動劇烈，使得乳酸桿菌無法順利獲取養分，於是它的數目便下降了。

這個發現進一步的告訴我們：腸道菌對我們的影響真的是很大，最近學界也將腸繫膜（mesentery）認列為器官。不過在本篇研究中發現的另一個菌--傳代菌--筆者也覺得非常好奇。文獻搜尋發現關於它的資訊很少，只知道它住在動物的腸道裡。究竟傳代菌的減少是否也與壓力所導致的憂鬱症狀有關與否，應該也需要更多的研究來釐清，只可惜在這篇研究中僅探討了乳酸桿菌。不過，這個研究也提醒了我們，或許在工作壓力大的時候，補充點乳酸桿菌可以有意想不到的幫助喔！

（本文刊登於2017/4/14 基因線上）

參考文獻：

Ioana A. Marin et. al., Microbiota alteration is associated with the development of stress-induced despair behavior. Scientific Reports 7, Article number: 43859 (2017) doi:10.1038/srep43859

鼻咽癌如何坐大？LMP1告訴你！

令人聞之色變的癌症，長期盤據十大死因之首；癌症究竟是怎麼產生的？又怎麼坐大？這些問題都是讓許多研究者孜孜不倦的課題。

癌症發生中有個很重要的階段就是血管增生（angiogenesis）。快速生長的癌細胞，如果沒有血液供應養分，生長的速度便會慢下來；而缺氧誘發因子-1（HIF-1）在這個過程中擔負重要的角色。當組織缺氧時，HIF-1會活化，在基因體中尋找下游具有 HRE （hypoxia-responsive element）序列的啟動子結合、啟動相關基因的轉錄。

HIF-1α 蛋白。圖片來源：Wiki

HIF-1是如何在缺氧時活化的？目前知道的是，HIF-1 由兩個蛋白質組成，HIF-1α 與 HIF-1β 。 HIF-1β 的表現量不受到氧氣濃度影響，但是HIF-1α 的表現就與氧氣濃度息息相關了。當氧氣濃度正常時，HIF-1α 蛋白會先與 pVHL蛋白結合，然後 PHD 蛋白在它的 ODDD 區域上進行羥基化，於是 HIF-1α 蛋白就被分解；在缺氧時則因為 PHD 蛋白活性下降、同時 pVHL 蛋白與 HIF-1α 蛋白的結合力也下降，於是 HIF-1α 蛋白就不會被分解，接著它就可以與 HIF-1β 蛋白結合，產生有活性的 HIF-1 ，然後便啟動帶有 HRE 序列的啟動子、最後血管就開始增生了。

對於 HIF-1 在缺氧時的作用已經相當了解，但它在正常氧氣濃度下，對血管增生扮演的角色則不是十分明白。尤其有些具有致癌性的病毒與 HIF-1 之間的互動，更是需要深入的了解。

慈濟大學李政偉老師的研究團隊，最近以鼻咽癌細胞為實驗模型，研究 EB病毒蛋白LMP1 （Latent membrane protein 1）如何與 HIF-1 一起攜手讓鼻咽癌坐大。

EB病毒。圖片來源：Wiki

EB病毒 （Epstein-Barr Virus）在1964年被發現，全世界有90%的人口都被它感染。目前已知這個病毒與幾種癌症有關，包括鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）。過去的研究發現，EB病毒的 LMP1蛋白與它的致癌性有關，也已知它會使 HIF-1α 的蛋白質變多。李老師的研究團隊進一步發現：LMP1蛋白會讓 HIF-1α 的信息RNA（mRNA，messenger RNA） 穩定性提高。由於 mRNA 是細胞用來轉譯（translation）產生蛋白質的藍圖，當 mRNA 穩定性提高時，就有機會可以被轉譯產生更多蛋白質。

李老師的研究團隊怎麼發現 LMP1蛋白可以使 HIF-1α 的 mRNA 穩定性提高的呢？他們把有 LMP1蛋白的細胞與沒有 LMP1蛋白的細胞都用核糖核酸聚合酶（RNA polymerase II）的抑制劑處理，使新的 mRNA 無法合成，這麼一來看到的 mRNA 當然都是之前合成沒有被分解的。他們發現有 LMP1蛋白的細胞裡面 HIF-1α mRNA 的壽命，比沒有 LMP1蛋白的細胞長了一倍。接著測試六種核糖核酸去穩定因子，發現只有 TTP 與 PUM2 這兩個蛋白質會受到LMP1蛋白的抑制。

究竟LMP1是如何與 TTP 與 PUM2 這兩個蛋白質進行互動的？過去對 LMP1蛋白的結構分析發現，它包括了一個短短的胺基端、中間是六個跨膜的區域、與一個長長的羧基端；羧基端有三個活化區域，分別為 CTAR1、CTAR2、CTAR3。因為最有可能是在羧基端的三個活化區域，所以李老師的研究團隊便用刪除法，刪除掉其中一個或幾個活化區域的突變 LMP1 蛋白來進行測試。

結果發現 LMP1 蛋白是透過 CTAR1 與 CTAR3 ，來抑制 TTP 與 PUM2。他們發現，當他們以抑制 ERK1/2 途徑的抑制劑 U0126來處理後，TTP 與 PUM2 蛋白的量就增加了，顯示 LMP1 蛋白是透過 ERK1/2 途徑來抑制這兩個蛋白質。

而 TTP 與 PUM2 蛋白又是如何造成 HIF-1α 的 mRNA 穩定性降低的呢？李老師的研究團隊將 HIF-1α 的 mRNA 的 3' 端以分子生物學的方式弄短以後，找到了一段大約三十多個鹼基對的區域；當這段區域被拿掉以後，LMP1 蛋白便無法影響 HIF-1α 的 mRNA 穩定性了。

也就是說，LMP1 蛋白透過它位於羧基端的 CTAR1 與 CTAR3 來抑制兩個核糖核酸去穩定因子 TTP 與 PUM2，於是 HIF-1α 的 mRNA 減少分解，使得 HIF-1α 的蛋白質增加；而這個作用與 ERK1/2 信息傳導路徑有關。

更有意思的是， HIF-1α 還會自己調節自己的基因的轉錄。李老師的研究團隊在 HIF-1α 的啟動子上找到一段序列和 HRE 很像，顯示它可能會正向調節自己的表現；試驗的結果發現， HIF-1α 蛋白真的會跟這段序列結合，而且加入 LMP1 蛋白會讓 HIF-1α 與這段序列結合的更緊密！進一步試驗的結果也確認， HIF-1α 蛋白與這段序列的結合，的確會讓 HIF-1α 產生更多；而 LMP1 蛋白可以進一步提升這個效果。

過去只知道 LMP1 蛋白會使 HIF-1α 的蛋白質變多，李老師的研究團隊發現：LMP1 蛋白不但會讓 HIF-1α 的蛋白質變多，還會讓 HIF-1α 的 mRNA 穩定性提高，再加上 HIF-1α 蛋白與 LMP1 蛋白還可以正向調節自己的表現，於是 HIF-1 便在 LMP1 蛋白的幫助下愈來愈多、接著血管開始增生、於是癌細胞便得以日漸坐大了！

參考文獻：

W.-W. Sung et. al., 2016. Positive regulation of HIF-1 alpha expression by EBV oncoprotein LMP1 in nasopharyngeal carcinoma cells. Cancer Letters. 382 (2016) 21-31. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.canlet.2016.08.021

嗑鴉片的螞蟻

中國的鴉片煙館。圖片來源：Wiki

成癮（addiction）是一種特別的行為，人在藥物成癮後，往往會造成傾家蕩產、不惜偷搶拐騙也要取得讓他可以「過癮」的藥物。因此，科學研究一直都對於成癮這種行為非常感興趣。

不過，成癮只是人類專屬的行為嗎？在「共病時代」一書中，提到了狗也會上癮、小袋鼠也會上癮；上癮的狗焦急的尋找牠毒品的來源（甘蔗蟾蜍），上癮的小袋鼠冒著一定會醉倒的風險，為了過癮不惜闖入藥用罌粟田裡面吃個痛快。可見對藥物成癮並不是人類專屬，至少脊椎動物大概都有可能發生。

不過，無脊椎動物呢？

過去的一些研究發現，古柯鹼、咖啡可以影響蜜蜂的行為，而上癮的蜜蜂、果蠅與小龍蝦（crayfish）一樣會出現尋找藥物的行為（drug-seeking behavior）。是否還有其他的無脊椎動物會「上癮」呢？

研究團隊想到了螞蟻。過去對螞蟻的研究發現，螞蟻的確有對某些物質產生類似成癮的現象。日本紫灰蝶（Narathura japonica）的幼蟲便可以利用位於自己屁屁的蜜腺（dorsal nectary organ）的分泌物來控制螞蟻（Pristomyrmex punctatus），讓螞蟻心甘情願地成為日本紫灰蝶幼蟲的保鏢，使牠們不受寄生蜂與蜘蛛的侵害。

為了了解更多有關螞蟻在藥物濫用上的行為，研究團隊以佛羅里達木匠蟻（Camponotus floridanus）為樣本，設計了一系列的實驗。首先，他們由三個不同的蟻窩裡各找了30隻螞蟻，將這90隻螞蟻以五隻為一組分為18組，放置在實驗環境中24小時，讓牠們先習慣一下新家。

接著，這些螞蟻開始參與下面三種實驗狀況之一，然後最後一起參與後續的選擇實驗：

蔗糖組：頭兩天餵食濃度為1M的蔗糖，第三、四天餵食0.5M的蔗糖，第五、六天餵食水。

嗎啡組：頭兩天餵食濃度為1M的蔗糖以及每毫升0.06毫克的嗎啡，第三、四天餵食0.5M的蔗糖以及每毫升0.12毫克的嗎啡，第五、六天餵食水以及每毫升0.12毫克的嗎啡。

控制組：直接參與後續的選擇實驗。

在後續的選擇實驗中，研究團隊讓螞蟻們在兩碟溶液中選擇：一個是0.5M的蔗糖水溶液，另一碟是每毫升0.12毫克的嗎啡溶液。觀察到底三組螞蟻會比較喜歡哪一種溶液。

實驗結果發現：嗎啡組的螞蟻，有65%寧願去吃嗎啡也不想吃糖！而控制組與蔗糖組的行為都差不多，還是比較偏愛蔗糖（蟻以食為天嘛！）。接著研究團隊分析這些螞蟻體內的多巴胺（dopamine）、章魚胺（octopamine）與血清素（serotonin）濃度，發現嗎啡組的螞蟻體內的多巴胺濃度明顯高於其他兩組，而章魚胺與血清素則看不出差異。

雖然過去對螞蟻成癮的研究發現，似乎多巴胺比較是偏向抑制的作用；不過研究團隊也指出，過去對螞蟻成癮的研究，使用的化學物質是蔗糖。由於蔗糖是有熱量的，也是螞蟻本來就會尋找的食物，加上這個研究裡面可以看到，上癮的螞蟻會有放棄蔗糖寧取嗎啡的行為。所以，可以說這個研究讓我們了解到，無脊椎動物上癮的行為，很可能也跟脊椎動物一樣，是由多巴胺主導的喔！

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

Brian V. Entler et. al., Morphine addiction in ants: a new model for self-administration and neurochemical analysis. Journal of Experimental Biology 2016 219: 2865-2869; doi: 10.1242/jeb.140616

雲霄飛車幫你排出腎結石

當醫師的總會聽到一些病人告訴你的「偏方」，大部分的偏方都不直一笑，甚至還會讓醫師大大皺眉、忙著對病人做衛教...例如「秋葵水可以治糖尿病」這類的偏方，就是很好的例子。

別以為只有台灣人喜歡傳偏方，偏方的流行應該是古今中外都有。密西根的瓦廷格醫師（David D. Wartinger）的專長是泌尿科。身為泌尿科醫師，少不得會遇到腎結石；事實上，腎結石在美國的盛行率並不低，男性大約是11%，女性則為6%。根據統計，在美國每年因為腎結石疼痛而必需掛急診的病人，就有三十萬人。

在他的行醫生涯中，有時會聽到病人用偏方來排出腎結石。大部分都被他忽略了，但隨著時間過去，有一個關鍵字一直跳出來：「巨雷山」（Big Thunder Mountain railroad）。

「巨雷山」是好幾個迪士尼樂園（Disney Park）都有的雲霄飛車，在美國加州、佛羅里達州、東京迪士尼、巴黎迪士尼都有它。跟許多更新的雲霄飛車不一樣的是，「巨雷山」只有上上下下跟急轉彎，沒有360度迴旋。

巨雷山雲霄飛車。圖片來源：Wiki

好些瓦廷格醫師的病人跟他提到，他們坐完「巨雷山」以後不久，腎結石就排出了；甚至有個病人跟他說，他坐了三次，每次坐完都排出腎結石！跟他提到這件事的人這麼多，讓瓦廷格醫師決心要去測試看看。

於是他弄了一個立體的腎與輸尿管的模型，把三個大小不同的草酸鈣結石放進去。接著把整個東西放在背包裡，調整到跟正常人坐在座位裡面一樣的位置。

立體模型總共搭了20次的「巨雷山」，有時坐在前面（1-7排），有時坐在後面（13-15排），座位的前後並沒有刻意安排，純粹只是輪到坐哪就坐哪。

結果發現，「巨雷山」真的可以幫助排出腎結石！在20次的測試中，研究團隊發現，排出結石的次數將近一半（45%）。如果把前座與後座分開來看，坐在後座排出結石的機率為63.9%，遠高於前座的16.7%。而結石的大小對於排出的難易似乎影響不大，大約都是四成到五成（後坐為六成上下，前坐為一成二到兩成五之間）。

雖然醫師都會建議腎結石病人要多喝水以利排出結石，但通常喝水對小的結石比較有效，直徑超過一公分的結石就只能仰賴超音波或手術來解決。在這個研究裡面使用的三個不同大小的草酸鈣結石分別是：4.5立方毫米（mm³）、13.5立方毫米與64.6立方毫米。雖然以球體的體積來計算，這三個結石的直徑都沒有超過一公分，不過在患者不怕雲霄飛車的前提下，去迪士尼樂園玩一趟，順道把腎結石排出來，不也挺好的嗎？只是香港與上海迪士尼似乎都沒有「巨雷山」，台灣的朋友們如果不幸有這個需要，只能跑一趟東京了！當然，如果能在台灣找到類似的雲霄飛車（全程兩分半鐘、最高時速35mph、沒有360度迴旋），或許台灣的泌尿科醫師們也可以測試看看？

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

Marc A. Mitchell, DO; David D. Wartinger, DO, JD. Validation of a Functional Pyelocalyceal Renal Model for the Evaluation of Renal Calculi Passage While Riding a Roller Coaster. The Journal of the American Osteopathic Association, October 2016, Vol. 116, 647-652. doi:10.7556/jaoa.2016.128

Old fashioned roller coasters can help patients pass kidney stones. Science Daily.

台中榮民總醫院網站。泌尿系統結石臨床問題-臺中榮總特約醫師陳文銘。