2016年3月28日 星期一

尋找治療出血性登革熱(Dengue Haemorrhagic Fever)的方法


登革熱病毒(圖片中的小圓點)。圖片來源:wiki

2014與2015年台灣南部都爆發嚴重的登革熱(Dengue fever)疫情,但全世界每年有超過五億人感染登革熱!其中80%是無症狀或輕症,只有5%的病患會出現較嚴重的症狀。登革熱以數種黑斑蚊屬(Aedes)為病媒散播,原本只出現在東南亞,在二次世界大戰後變成遍佈全球的疾病。如今全世界有110個國家都有登革熱,每年造成一萬至兩萬人死亡。

一般來說,登革熱的死亡率低於1%,但如果是第二次感染或是嬰兒第一次感染,但媽媽曾感染登革熱,便有機會發展成出血性登革熱(Dengue Haemorrhagic Fever,DHF)。出血性登革熱患者會出現皮膚紅斑、臟器出血、伴隨著血小板低下等症狀。一旦發展成出血性登革熱,即使有治療,死亡率也會達到2-5%,若沒有治療則可高達50%,實在是非常危險。

近年來,由於全球暖化與人口移動頻繁,使得登革熱漸漸成為一種全球性的傳染病;雖然一般的登革熱症狀不嚴重、死亡率也低,但是出血性登革熱的威脅卻不可忽視。特別是登革熱輕症常被誤會成流感,若患者身體健康良好,很可能就自己去購買成藥服用,因此疫區內的人們,誰也不敢保證一旦罹患登革熱,究竟會不會就發展成出血性登革熱呢?

過去的研究知道,出血性登革熱是因為登革病毒感染會引發自體抗體(autoantibodies)的產生;這些抗體在體外的(in vitro)研究中發現,在登革病毒存在時,它們與病毒形成複合體,大量感染白血球,可能因此造成血管內皮細胞與血小板被大量的攻擊,造成血管損傷、血小板數目低下,最後造成皮下出血、臟器出血等病徵而死亡。

但是後續有許多研究發現,許多病毒在有抗體存在的狀況下都會有此現象。因此,究竟出血性登革熱是否真的是因為上述的現象而發生的呢?

慈大生科院院長張新侯老師的研究團隊,花了好幾年的時間精益求精,建立了出血性登革熱的小鼠模型。為什麼要建立這個模型呢?由於出血性登革熱發生時,病人會因為血小板太少造成的內出血使得血壓急速降低而休克,產生所謂的登革熱休克症候群(DSS,Dengue Shock Syndrome)。DSS非常危險,若能提供動物模型作為治療的測試、從而建立有效治療的方法,便足以挽救上萬條生命!

不過,要發展一個理想的小鼠模型,實在不是一件容易的事。張老師的研究團隊,一開始嘗試著以靜脈注射的方式,分別將登革病毒與登革病毒所誘發的自體抗體各自打入小鼠。小鼠不但沒死,而且解剖時也發現,小鼠的臟器只有紅腫,沒有出血。

這令人有點傷心,雖然小鼠不是人,或許因此症狀有不同;但沒能夠呈現與人一樣的症狀,的確是不夠完美。究竟要怎麼改善,才能夠建立一個十全十美的小鼠模型呢?

張老師苦苦地思索著,卻想不出改善的空間在哪裡?直到有一天無意中看到了施瓦茨曼反應(Shwartzman)的文獻。

1920年代,在紐約西奈山醫院工作的喬治‧施瓦茨曼醫師(Dr. George Shwartzman)在研究某些毒素如何在組織中產生血栓時,發現了這個現象。簡單來說,施瓦茨曼醫師發現,當我們的組織再次接觸到同一個毒素時,便會有這樣的現象發生。而要產生施瓦茨曼反應,病患要跟相同的毒素接觸兩次。但是,在施瓦茨曼反應裡,毒素是以皮下注射,而不是以靜脈注射的方式。

皮下注射?張老師忽然想到,或許皮下注射才是對的!

於是,張老師便趕緊將病毒改為皮下注射方式打入小鼠。結果真是令人喜出望外!果然出現了臟器出血的病徵!完美的出血性登革熱的模式有了!

模式有了,接著就有得忙了!再接再厲地以這個模式進行研究時也發現了,出血性登革熱需要在登革熱病毒與自體抗體同時存在的狀況下才會出現,缺一不可。但是,病毒與抗體究竟誰要先出現,並沒有絕對的關係。

怎麼說呢?以嬰兒出血性登革熱為例,小寶寶是先由媽媽得到登革熱的自體抗體後,再接觸到病毒。而成人在第二次感染時所發展出來的出血性登革熱,則是先有病毒再有抗體。

張老師的研究團隊也進一步在小鼠中證明,當以出血性登革熱病人血中登革病毒效價與非致病濃度之自體抗體同時存在於宿主體內時的確會造成血管損傷與臟器出血!這是第一次在活體中(in vivo)明顯到觀察到這樣的現象。過去其他研究團隊都只能以高量的病毒來重現出血性登革熱的症狀,但是在活體內要有這樣高濃度的病毒很難啊!可是這次張老師的研究團隊卻是以較低濃度就達成了!

張老師的研究團隊,除了建立小鼠的出血性登革熱模型之外,他們同時也以數種目前已經有在使用的藥物,如:腫瘤壞死因子α(TNFα)的拮抗劑Etanercept等,針對這個模型進行試驗,發現這些藥物如果在適當的時機下使用,對於出血性登革熱是有治療效果的;同時也對於出血性登革熱的致病機轉有更多的了解。

圖片來源:Thrombosis and Haemostasis

張老師的團隊在建立小鼠模型的過程中,也發現出血性登革熱存在著一個「治療黃金期」。如上圖所示,當病毒進入宿主體內後,病毒的濃度大約在發病(發燒)前一天開始上昇(viral load,藍色三角形);而自體抗體則在發燒後兩天開始出現(DENV-elicited autoantibodies,綠色三角形)。在這段期間,病毒的濃度持續升高,直到自體抗體出現後,病毒濃度開始下降。下降後大約24-36小時,出血性登革熱(DHF,紅色)的症狀就出現了。

治療黃金期在哪裡呢?就是當病毒濃度在體內達到高峰並開始下降、體內的自體抗體卻逐漸上昇的時候。研究團隊利用這個小鼠模型,測試了幾種藥物(如Etanercept、IVIg)都有不錯的療效,但因為它們都屬於免疫抑制劑,若使用於發病初期,只怕會對病人有不好的影響;但如能用在病毒濃度開始下降、自體抗體濃度上昇,但出血的症狀尚未出現的時候,對於出血性登革熱的治療應該會有相當好的效果。

參考文獻:

Te-Sheng Lien et. al. 2015. Dengue virus and antiplatelet autoantibodies synergistically induce
haemorrhage through Nlrp3-inflammasome and FcγIII. Thrombosis and Haemostasis. http://dx.doi.org/10.1160/TH14-07-0637. 113: 1060–1070

2016年3月21日 星期一

掃墓時留心恙蟲

古人總說「別來無恙」,就是說別給恙蟲咬了。

恙蟲病(Scrub typhus or bush typhus)主要是經由某些恙蟎的品種,特別是主要在濃密的灌木叢植被裡生活的纖恙蟎(Leptotrombidium deliense,又名「沙蚤」)或是其他相關的品種如:L. akamushi, L. arenicola, L. fletcheri, L. pallidum 及 L. pavlovsky。

一旦被恙蟎咬過後,會在皮膚上留下具明顯特徵的無痛黑色焦痂,對醫生作出診斷非常有用(如下圖)。
圖片來源:花蓮慈濟醫院。

恙蟲病,又稱叢林斑疹傷寒,為一種經由恙蟲所傳播的發熱出疹性疾病。病人被帶有恙蟲病立克次體(Orientia tsutsugamushi)的恙蟲叮咬過後,通常在9-12天發病,症狀包括局部淋巴腺發炎腫大、高燒(>39℃),發燒4-5天起軀幹先出現紅色斑丘疹,繼而擴至四肢及臉,4-5日後漸漸消退;病人也會出現頭痛或肌肉痛、大量出汗、結膜充血、咳嗽及腸胃系統方面的問題。如未適當治療,嚴重時會因為出血或血管內凝血而引致血壓下降、意識不清,甚或出現肺炎、心肌炎等併發症,又或休克現象,死亡率可達60%。

掃墓時要割草,免不了會走入草叢;最好是穿長袖長褲、穿好鞋襪、噴洒防蚊用品,以免掃墓掃出恙蟲病來。

資料來源:

花蓮慈濟醫院。
維基百科。

2016年3月3日 星期四

巴斯克(Basque)人的祖先究竟是誰?

巴斯克地區。圖片來源:wiki
巴斯克地區(Basque Country)位於西班牙北部與法國南部,目前分屬西班牙與法國。這個地區的人民(巴斯克人)有自己獨特的語言(巴斯克語),他們被認為是歐洲原住民的孑遺(可參考戴蒙的「第三種猩猩」)。從羅馬時代,歷史學家便提到了他們;巴斯克語與現在流行於歐洲各國的語言(印歐語,Indo-European language)也不屬於同一語系。

數千年來,有些科學家認為巴斯克人應為歐洲原住民的孑遺,但有些則不同意這個看法。最近發表在「美國國家科學院院刊」(PNAS)上的一篇研究,解答了究竟巴斯克人是否為歐洲原住民。

由瑞典的研究團隊領綱,針對在西班牙北部的El Portalón 洞穴發現的、年代大約在五千五百到三千五百年前的八具農人骨骼(四具為男性、四具為女性)進行定序發現,這些農人是歐洲原住民(狩獵/採集族群)與七千年前由近東來的移民(農業族群)的混血。

當研究團隊把現代巴斯克人與古代歐洲原住民、現代歐洲人以及這八具在El Portalón 洞穴的農夫的基因體進行比較時,他們很驚訝地發現,現代巴斯克人的基因體與El Portalón 洞穴的農夫們最相近。也就是說,現代巴斯克人應該是歐洲原住民與近東移民的混血。

看來,巴斯克人的確是歐洲原住民與近東農民的混血。那麼,又怎麼解釋巴斯克人在遺傳上其他的不同處呢?例如,巴斯克人有35%是Rh陰性,歐洲人則為16%,(參考連結),以及他們也沒有B型與AB型呢?

更進一步的分析顯示,巴斯克人在歐洲下一波的族群大遷徙(大約發生在五千年前)中缺席了。這一波的族群大遷徙,主要包括了中歐與北非的農民。目前居住在西班牙以及葡萄牙地區的其他族群,他們的基因體中大約有10%-25%來自這一波;但巴斯克人,以及El Portalón 洞穴的農夫們的基因體中,都找不到這一部份。

巴斯克慶典。圖片來源:wiki
至於巴斯克語的來源,研究團隊認為有可能是當時這些農夫使用的語言;當然,也有可能真的是來自於歐洲原住民的語言。畢竟,如果是來自於El Portalón 洞穴的農夫所說的語言,應該可以找到一些古印歐語(Proto Indo-European,PIE)的遺跡,但巴斯克語在歐洲很明顯地獨樹一格,既不與英、德、義、法等印歐語相近,也不與芬蘭、匈牙利等烏拉爾語系(Uralic languages)相近。

現代分子生物科技的進步,真的幫助人類解開了許許多多的謎團;只是筆者好奇的是,到底為什麼巴斯克人在後續的族群遷徙中缺席了呢?筆者參考了西班牙的地圖,發現巴斯克地區被群山環繞,是否因為如此,在後續的族群遷徙中,由中歐與北非來的農民,因為因緣巧合錯過了這個地區?

西班牙地圖。圖片來源:map of spain
(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:

2015/9/7. Michael Balter. Unusual ‘relic language’ comes from small group of farmers isolated for thousands of years. ScienceNow.

2015/9/8. Ancient DNA cracks puzzle of Basque origins. BBC.

2016年2月18日 星期四

死亡的氣味原來是一群酯類(ester)

圖片來源:wiki

大災難以後,搜救犬總是能準確的找到還存活的人,同時,也能找到已經往生的遺體。

但是,活著的人有呼吸、會發出聲音;而往生的人已經不會發出聲音了。因此,狗狗一定是憑氣味找到的。

這就讓人好奇了。為什麼?因為,災難現場不只有人的遺體,也有其他動物的遺體;究竟狗狗是怎麼區別的?

比利時的魯汶大學的研究團隊,比較了豬、老鼠、鼴鼠、兔子、烏龜、青蛙、鱘魚、八種鳥類與人的遺體發出的氣味。

為了收集這些氣味,研究團隊將這些動物放在旋蓋的玻璃罐中,玻璃罐沒有蓋緊,讓空氣可以進入這樣好氧菌才有機會繁殖。玻璃罐有一個小小的開口,讓研究團隊可以收集氣味。由於在所有的動物裡面,人跟豬是最相近的;我們跟豬不論是腸道菌相、體脂率以及毛髮成分都幾乎相同。因此研究團隊對於人與豬作了很詳細的分析,分別收集來自於12種組織的氣味:血、腦、脂肪、心臟、小腸、腎臟、肝臟、肺、肌肉、胰臟、脾臟、胃。

第一個月每週收集玻璃罐的氣體兩次,每次以幫浦收集約兩千毫升的氣體(幫浦流速為每分鐘一百毫升)。第二個月開始每週收集一次,直到第四個月結束後,改為每個月收集一次,直到樣品完全分解為止。收集到的氣體以氣相層析與質譜儀(GC-MS)分析。

這麼多不同的物種分析後,研究團隊找到了452種化合物;在這麼多的化合物中,大部分都不是人所特有。研究團隊排除掉其他動物也有的化合物以後發現,有八種化合物能夠將人、豬與其他動物分開:丙酸乙酯(ethyl propionate)、丙酸丙酯(propyl propionate)、丁酸丙酯(propyl butyrate)、戊酸乙酯(ethyl pentanoate)、吡啶(pyridine)、二乙基二硫醚(diethyl disulfide)、甲基(甲硫基)乙基二硫化物(methyl(methylthio)ethyl disulfide)和3-甲硫基-1-丙醇(3-methylthio-1-propanol)。

除了上面的八種化合物以外,還有五種酯類是人類所特有。哪五種呢?他們分別是3-甲基丁基戊酯(3-methylbutyl pentanoate)、3-甲基丁基-3-甲基丁酯(3-methylbutyl 3-methylbutyrate)、3-甲基丁基2-甲基丁酯(3-methylbutyl 2-methylbutyrate)、戊酸丁酯(butyl pentanoate) 與 propyl hexanoate。

這五種化合物不僅可以準確的把人的遺體與其他動物的遺體區分開來,甚至連跟人最相近的動物--豬--都可以用這五種化合物將之與人區隔開來。

所以,雖然在所有的動物裡面,我們跟豬不論是腸道菌相、體脂率以及毛髮成分都幾乎相同;但是還是有些許的不同;所以在人與豬死後,這五種酯類的氣味,就把我們給區分開了。

筆者想,不知道這五種酯類混合在一起給搜救犬聞了,牠們會有什麼反應呢?另外筆者也很好奇,如果人聞了這五種酯類混合的氣體,不知道會不會有什麼特別的感覺?由於研究團隊並沒有做這方面的測試,所以也只能想像,搜救犬聞了應該會很緊張吧?

(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:

E. Cuypers et. al., 2015. The Search for a Volatile Human Specific Marker in the Decomposition Process. PLOS One. DOI: 10.1371/journal.pone.0137341

2016年1月27日 星期三

壽桃含工業色素Rhodamine B

農曆年節將至,北市衛生局在各大賣場、超市、傳統市場等地抽驗年節食品,結果在北投區「馥華精緻西點麵包店」販賣的壽桃被檢出含禁用的工業色素「Rhodamine B鹽基性桃紅精」。
Rhodamine B。圖片來源:wiki

Rhodamine B除了用在雷射印表機上以外,在研究上也常用。研究上主要於螢光染色試劑,在分枝桿菌(Mycobacterium,結核桿菌等)染色時也會用到。

在野外施放口服性狂犬病疫苗時,裡面也會加Rhodamine B,服用後的動物的鬍子與毛髮會染色。

除草劑裡面也會添加Rhodamine B,用來確認哪裡噴洒過。

雖然目前看起來沒有致癌性、致突變性(請參考它的物質安全資料表),但它不是衛生署核准的食用色素;當然就不能使用囉。

幸好業者僅用於製作單批24顆壽桃,經查閱相關訂單,研判目前沒有其他問題壽桃入消費者口中。

參考新聞:

2016/1/26. 陳燕珩。抽驗年貨 壽桃含工業色素。中國時報。

【科學閒聊】美女與野獸(Beauty and the Beast)是否就是尼安德塔人與克羅馬農人混血的證據?

有許多童話故事都有傳說為本,但這些傳說到底流傳多久呢?英國德倫大學(Durham University)的人類學家泰拉尼(Jamie Tehrani)與葡萄牙里斯本新大學(New University Lisbon)的民俗學者達席瓦(Sara Graça da Silva)使用生物學的技術來研究275個印歐故事, 從文法以及語音結構(grammatical and phonetical structure)進行研究,發現「鐵匠與惡魔」至少有六千年的歷史,而傑克與魔豆(Jack and the beanstalk)也有超過五千年的歷史了(1)。

而「美女與野獸」(Beauty and the Beast)與「侏儒妖」(Rumpelstiltskin)則有超過四千年的歷史。

根據維基百科的資料,「美女與野獸」第一次被寫成書應該是在十八世紀(1740)由法國小說家 Gabrielle-Suzanne Barbot de Villeneuve 寫入「年輕的美國與海洋的故事」(La Jeune Américaine et les contes marins),但不同版本的這個故事其實遍及全歐洲。

尼安德塔人。圖片來源:wiki
由於迪士尼的改編,相信大家對「美女與野獸」的故事都很熟悉了;但當筆者聽到這個研究時,卻忍不住想到,之前發現尼安德塔人與克羅馬農人混過血;是否這個故事在相當程度上呈現了這一部份呢?

怎麼說呢?看看上面的照片裡的尼安德塔人,他與現代人長得相差很多。尼安德塔人在最後一個冰河期出現,為了度過冰河期,他們有大鼻子(使空氣溫暖,以免冰冷的空氣凍傷了肺部)、高高的眉骨(擋住風雪)、深凹入的眼眶(與眉骨搭配保護眼睛)、濃密的毛髮、壯碩的身形(下圖)、加上有限的溝通能力...是不是有些像「野獸」呢?

尼安德塔人的全身復原模型。圖片來源:wiki
因此筆者猜想,是否美女與野獸與尼安德塔人和克羅馬農人混血有關?找過資料以後發現,雖然我們的基因裡面有百分之一到四的尼安德塔人基因,但這些基因都在細胞核裡面,粒線體基因的分析顯示我們與尼安德塔人的粒線體之間,並沒有相似之處。不過,哺乳動物的粒線體是母系遺傳,因此這也只證明了男性克羅馬農人與女性尼安德塔人之間所產生的後代,沒有留下任何蛛絲馬跡而已(2)。

不過,尼安德塔人大約在三萬九千年前滅絕...當然還要考慮到印歐語的歷史。根據筆者手邊找得到的資料,印歐語大約在六、七千年前發源,既然研究團隊是分析印歐傳說,所以在這之前的紀錄,即使有,也不會被列入囉?

筆者不是演化人類學家,只是根據一些科學證據、加上自己的胡思亂想...但其實也蠻有趣的!

參考文獻:

1. Sara Graça da Silva, Jamshid J. Tehrani. 2016. Comparative phylogenetic analyses uncover the ancient roots of Indo-European folktales. Royal Society Open Science. DOI: 10.1098/rsos.150645 

2. Matthias Krings et. al., 1997. Neandertal DNA Sequences and the Origin of Modern Humans. Cell. doi:10.1016/S0092-8674(00)80310-4

2016年1月23日 星期六

穿戴式裝置紀錄你的「心碎時刻」

最近這些年,穿戴式裝置大為流行;小米手環、Apple watch等等,很多都強調可以幫你監控你的健康狀況,不過,對於寇比(Koby Soto)來說,穿戴裝置記錄下了他的「心碎時刻」。

寇比在那天中午接到男友要求分手的電話。接下來的一整天,他都試著讓自己忙碌、不去想中午發生的事...直到晚上,當他輾轉反側時,他打開了他的穿戴式裝置的檔案,看到自己的「心碎時刻」被忠實地記錄了下來。


原本心跳是每分鐘72下,在接到分手電話之後,跳到每分鐘88下;接著整天心跳都很快,最高達到118下。

雖然我們認為「心」應該不只是「心臟」,但是當情緒有很大的波動的時候,心臟的功能的確會受到影響;這讓我想到這學期帶的一組高中生做的實驗。

在實驗裡,他們安排一個人聽歌、另一個人唱歌或是用音響放歌曲;這兩個人可以是互相認識或不認識。然後,測量聽歌的人聽歌前後的心跳變化。

結果發現,異性對著你唱歌,會使聽歌的人的心跳加快,而音響放歌或是同性對著同性唱歌都看不出有什麼變化。

可見,我們的「心臟」應該不只是個運送血液的器官而已....

參考文獻:

2016/1/22. Lauren Said-Moorhouse. Fitbit captures exact moment man's heart breaks. CNN.