Monday, November 27, 2006
焦慮的老鼠：5-HT1a Receptor與SERT 介紹焦慮是一種狀態，一種威脅（threat）即將出現的心理預期！從過去精神科的臨床經驗與藥理研究顯示，腦中的血清素（serotonergic system）和焦慮有密不可分的關係。
在腦中負責製造血清素的神經細胞位在橋腦（pons）、延腦（medulla）和中腦（midbrain）的中線縫核（Raphe）位置，其軸突向前、向後廣泛投射到整個中樞神經系統。和大多數的神經傳導素一樣，血清素也有其關鍵合成酵素（Tryptophan hydroxylase）、專一性的受體（5-HT receptor）和負責回收釋放後、細胞外血清素的幫浦（SERT: serotonin transporter），這些元件共同作用維持腦內血清素的運作。
早在1996年，Lesch 等人就在科學期刊中指出人類的焦慮特質與基因「血清素回收幫浦（SERT）」的表現量有直接關連性，多元性（polymorphism）分析發現焦慮症狀的病人其SERT基因的啟動子（promoter）和正常人不同！SERT 和焦慮的關係也可以從一般臨床常用的抗焦慮藥物「百憂解（Prozac）」來理解，這類藥物進到中樞後直接作用在突觸末稍的SERT上面，抑制細胞外血清素的回收來改善情緒困擾。
另一個被廣泛討論、和焦慮有關的基因叫做5-HT1A受體，Lemonde 等人（2003）發現重鬱（major depression）和自殺（suicide）的病人其5-HT1A受體基因的啟動子有過多的表現（impaired repression）；Neumeister 等人（2004）利用正質子顯影技術（PET）指出恐慌症（panic disorder）的病人其腦內5-HT1A受體表現較正常人少，因為5-HT1A受體的主要功能在調節血清素的分泌（autoreceptor），這些研究不僅為人類情緒困擾找到的生物基礎也暗示多數的精神疾病都肇因於患者基因的遺傳突變。
1998年四月NIMH的Klaus-Peter Lesch 實驗室發表SERT 的基因剔除小鼠；同年底，普林斯敦大學的Thomas Shenk 與紐約哥倫比亞大學的Rene' Hen 兩個實驗室幾乎同時發表5-HT1A受體基因剔除小鼠；這些基因剔除小鼠都被發現有若干的情緒障礙（見下表），
相信對於之後研究人類情感性精神病（affective disorder）或精神科藥物的篩選上相當有幫助。
Thursday, November 23, 2006
考試不及格，怪我嗎？
在今年2006十月的science期刊中，蘇黎世大學的科學家 Papassotiropoulos 等人發表一個決定人類情境記憶（episodic memory）好壞的SNP（單核苷酸多態性：single-nucleotide polymorphism），它座落在 Kibra （又名WWC1: novel WW and C2 domain containing protein 1）這個基因的第九個 intron上，單單一個T換成C的polymorphism決定了人類受試者在延宕回憶字詞時（Delay free recall）記憶表現的好壞！
這SNP的發現主要歸功於國際人類基因組單體型圖計畫（HapMap參考http://www.hapmap.org/）的比對成果與微陣列晶片所提供的全基因圖（whole-genome）高速檢測技術。
在351個瑞士公民所挑出的受試者中，實驗者根據其5分鐘延宕回憶30個無關字詞的表現將受試者分成「高分組」和「低分組」（前、後25%）；之後對這些受試者的DNA進行502,627個SNPs的分析。統計分析發現Kibra這個SNP有顯著差異，SNP CT/TT組在5分鐘延宕的正確回憶字數較CC組平均多出24%；SNP CT/TT組在24小時延宕的正確回憶字數較CC組平均多出19%！更有趣的是這兩組人在立即回憶（immediately recall）的表現是差不多的，表示兩組人馬參與實驗的成就動機與注意力是一樣的。
把同樣實驗搬到美國本土的受試者身上（N=256）也有同樣的發現！
將回憶材料的視覺字詞換成聽覺語音刺激也有同樣的差異！
最後，用核磁共振（fMRI）觀察受試者在「回憶時」的腦內活動，發現CT/TT 組右側海馬回、右側前額葉皮質、右側下頂葉等位置的活動量明顯高出CC組！
這發現令人連想到C2-like domain的相關基因 synaptotagmin，這分子和突觸端的鈣離子感應、釋放有關係，想到鈣離子就令人連想起在學習記憶研究中著名的長效助益效果（LTP: long term potentiation），哈哈！雖然這SNP造成回憶表現有差異的機智目前還不清楚，但我心中第一個想到的是我的啟蒙老師 台大心理系 梁庚辰教授，想起他當初在台上口沫橫飛的介紹Hebb假說、介紹海蝸牛、介紹海馬回的LTP怎樣怎樣！
「來點人的Data吧！」台下無知的我抿著嘴說.............
Sunday, November 19, 2006
你有「肥胖」的問題嘛？
對現代人而言，「肥胖」幾乎是一個甩不掉的夢靨。根據保險業的術語，身體質量指數BMI（body mass index）=體重（kg）/身高（M），大於28代表你有肥胖的問題！這時你就要注意自己可能併發心臟血管、糖尿病和高血壓等相關的疾病。
「 愛吃」並不等於「肥胖」！有些人「喝水」就會胖！這是有科學根據的，早在1978，Coleman等人就發現基因突變會導致小鼠有肥胖的性狀，這種老鼠的體重是一般老鼠三倍，體內脂肪含量是一般老鼠的五倍。經過一系列的雜交實驗（positional cloning），證實這老鼠的突變基因為 ob 或 db 這兩個基因，其中 ob 基因負責一種蛋白質稱作 leptin 的製造，而 db基因則是做出 leptin 的受體。Leptin 是一種由脂肪細胞（adipocyte）所製造並分泌到循環系統的一種荷爾蒙，在正常體內，脂肪組織含量和體內細胞質 Leptin 的含量呈現正比關係，皮下注射 leptin 可以減輕體重，而缺乏leptin則會有「肥胖」的問題！
飽食一頓後，體內的血糖、膽囊收縮素（cholecystokinin）或體溫都會升高，但體內的 leptin 並不會，表示這賀爾蒙和吃食行為的引發或終止無關，它負責的是長效（long term）的體重調節作用。前面提到的ob/ob突變鼠，其生理狀態就相當於一隻長期「飢餓」的老鼠，有體溫下降、不孕、過食和免疫系統功能不足等問題....這些問題都可以經由外加的 leptin來改善。表示再正常的生理狀態下， leptin 這荷爾蒙負責一個生理恆定的回饋機制（feedback mechanism）。
db這個基因負責做出leptin的受體（receptor），這基因突變的老鼠也有「肥胖」的問題！研究發現這受體主要表現在脊椎動物的下視丘（hypothalamus: arcuate nucleus、PVN、VMH和LH等位置），直接將3ng/ hr 的leptin打到下視丘所產生的減重效果產生相當於皮下周邊施打500ng/hr！這實驗證實leptin減少脂肪重量的作用是透過其在下視丘的受體。
在人類的研究方面，越胖的人體內的 leptin 含量越高，反之節食一陣子則會下降！厭食症（Anorexia nervosa）的病人體內的 leptin 荷爾蒙很低，這是否表示「肥胖」的人都是ob或db基因有問題呢？Maffei 等人（1996）對將近500個有「肥胖」問題的病人做研究發現他們的ob基因並沒有問題，表示人類的「肥胖」問題，主因並不是這ob基因或其受體db基因的突變，其可能的原因應該是荷爾蒙leptin的分泌失調亦或者是其受體感受性（sensitivity）下降的關係。
Greenberg在人類的臨床實驗發現長期給予「肥胖」病人leptin的皮下注射可以降低體重，但不是所有病人都有效果，其療效和病人體內原本的leptin含量低有關係！這些研究在在證明人類的「肥胖」問題其肇因可能不只一種，想要利用 leptin 來減肥，得先證明你的「肥胖」是因為體內leptin過少或受體缺失所致。
Monday, November 06, 2006
「癢」的神經生物機制（Neurobiology of itch）！
在坊間的教科書中，「癢」的神經機制是較少數被科學家探究的領域範疇。其原因主要是因為沒有恰當的動物模式（animal model）可以供實驗者做系統性的操弄與觀察，動物不會主動告知實驗者「我會癢！」這件事，取而代之的是抓（scratch）或摩擦的動作反應，這些反應不易觀察且具爭議性；隨這現代神經科學技術的發展，如活體電生理（in vivo electro-physiological recording）紀錄、大腦功能造影（functional brain imaging）等技術的使用和進步，這些限制正逐漸地被克服。「癢」和「痛」有類似的的神經受體引發嗎？還是個別有特定的神經迴路負責？以下的整理將提供讀者對這感官「癢」有初步的認識。
（一）皮膚發炎疾病引發的癢：如蚊子咬、皮膚過乾、濕疹或牛皮癬等皮膚病所引發的「癢」。
（二）系統性疾病引發的癢：如甲狀腺抗進或長期肝、腎功能不好的患者會有「癢」的併發症。
（三）神經性的癢：如骨刺壓迫末梢神經或截肢手術後病人常報告的「癢」。
（四）心因性的癢：如精神病患的寄生蟲幻覺、長期壓力引發或憂鬱症病人所抱怨的「癢」。
從這裡我們也可以看出「癢」的多源性，從周邊（PNS）到中樞神經系統（CNS）都可以引發「癢」的感覺，加上「癢」也有急性（acute）和長期（chronic）複雜度的不同。這些特性和現階段科學家對「痛覺」的了解有若干的相似。所以近代神經科學對「癢」的研究報告幾乎都來至於傳統做「痛覺」的實驗室。
（二）發炎組織附近的免疫細胞會分泌蛋白酶（ protease），過多的蛋白酶會活化神經末梢上的PARs（protease-activated receptors），目前已知的PARs有多種，其中已經證實PAR2和「皮膚癢」的引發有關係。首先，在有「皮膚癢」報告的皮膚炎病患身上，發炎部位的PAR2表現量會升高；其次局部活化皮下PAR2會讓受試者報告「癢覺」。
（三）在周邊神經末梢分布大量的TRP（transient receptor potential）受體，這些受體本身就是離子通道（ion channel），活後直接影響末梢神經的神經電位，在痛覺研究中已經被證實和冰或熱所引發溫度痛覺（thermal pain）有密切關係，TRP受體有很多種，其中TRPM8（一種cold receptor）被認為和冰敷的止癢效果有關係；TRPV1和TRPV3和樟腦局部塗抹後，溫熱且止癢的效果有關係。
（四）嗎啡與大麻受體也和「癢覺」有關係，內生性腦啡（opioids）和大麻素（cannabi-noids）作用在其受體（μ-,κ-,δ- CB1 or CB2）後不只有止痛，也有止癢的效果。惟活化受體的層次不同（skin、spinal或 supra-spinal level），其「止癢」和「使癢」的效果迥異。舉例來說，在脊椎活化μ-受體會產生癢的感覺，而活化κ-受體有止癢的報告。
（一）這些傳遞癢覺的細胞沒有自發性（spontaneous）電位活動。
（二）這些細胞之所以沒有電位活動懷疑是被傳遞痛覺的細胞活動所抑制（ pain-induced inhibition）。
（三）這些細胞從脊髓的lamina I 直接投射到ventrocaudal part of the nucleus medialis dorsalis（ MDvc），MDvc在向前投射到前扣帶回皮質（anterior cingulate cortex）與背側島狀皮質（dorsal insular cortex）。
在1990年代初期的一系列人腦造影研究中，我們已經知道痛覺在中樞皮質的處理分區有其時間、空間、情緒、動機、強度等....許多不同的向度。那關於「癢覺」呢？台北榮總的謝仁俊醫師可是全世界第一個（1994）用PET來回答這問題的科學家，他發現前額葉皮質（prefrontal cortex）、前運動皮質（pre-motor area）和前扣帶回皮質（anterior cingulate cortex）對「癢覺」有反應。後來的fMRI也有類似的發現。和「痛覺」比較，這些對「癢覺」有反應的中樞皮質幾乎是重複的；換句話說，到目前為止，大腦中並沒有哪各區域被證實對「癢覺」的處理有專一性！
在坊間的教科書中，「癢」的神經機制是較少數被科學家探究的領域範疇。其原因主要是因為沒有恰當的動物模式（animal model）可以供實驗者做系統性的操弄與觀察，動物不會主動告知實驗者「我會癢！」這件事，取而代之的是抓（scratch）或摩擦的動作反應，這些反應不易觀察且具爭議性；隨這現代神經科學技術的發展，如活體電生理（in vivo electro-physiological recording）紀錄、大腦功能造影（functional brain imaging）等技術的使用和進步，這些限制正逐漸地被克服。「癢」和「痛」有類似的的神經受體引發嗎？還是個別有特定的神經迴路負責？以下的整理將提供讀者對這感官「癢」有初步的認識。
- 「癢」的分類
（一）皮膚發炎疾病引發的癢：如蚊子咬、皮膚過乾、濕疹或牛皮癬等皮膚病所引發的「癢」。
（二）系統性疾病引發的癢：如甲狀腺抗進或長期肝、腎功能不好的患者會有「癢」的併發症。
（三）神經性的癢：如骨刺壓迫末梢神經或截肢手術後病人常報告的「癢」。
（四）心因性的癢：如精神病患的寄生蟲幻覺、長期壓力引發或憂鬱症病人所抱怨的「癢」。
從這裡我們也可以看出「癢」的多源性，從周邊（PNS）到中樞神經系統（CNS）都可以引發「癢」的感覺，加上「癢」也有急性（acute）和長期（chronic）複雜度的不同。這些特性和現階段科學家對「痛覺」的了解有若干的相似。所以近代神經科學對「癢」的研究報告幾乎都來至於傳統做「痛覺」的實驗室。
- 關於「癢」的理論
- 周邊神經系統的「癢覺」
（二）發炎組織附近的免疫細胞會分泌蛋白酶（ protease），過多的蛋白酶會活化神經末梢上的PARs（protease-activated receptors），目前已知的PARs有多種，其中已經證實PAR2和「皮膚癢」的引發有關係。首先，在有「皮膚癢」報告的皮膚炎病患身上，發炎部位的PAR2表現量會升高；其次局部活化皮下PAR2會讓受試者報告「癢覺」。
（三）在周邊神經末梢分布大量的TRP（transient receptor potential）受體，這些受體本身就是離子通道（ion channel），活後直接影響末梢神經的神經電位，在痛覺研究中已經被證實和冰或熱所引發溫度痛覺（thermal pain）有密切關係，TRP受體有很多種，其中TRPM8（一種cold receptor）被認為和冰敷的止癢效果有關係；TRPV1和TRPV3和樟腦局部塗抹後，溫熱且止癢的效果有關係。
（四）嗎啡與大麻受體也和「癢覺」有關係，內生性腦啡（opioids）和大麻素（cannabi-noids）作用在其受體（μ-,κ-,δ- CB1 or CB2）後不只有止痛，也有止癢的效果。惟活化受體的層次不同（skin、spinal或 supra-spinal level），其「止癢」和「使癢」的效果迥異。舉例來說，在脊椎活化μ-受體會產生癢的感覺，而活化κ-受體有止癢的報告。
- 傳遞「癢覺」的神經迴路（貓的神經解剖實驗）
（一）這些傳遞癢覺的細胞沒有自發性（spontaneous）電位活動。
（二）這些細胞之所以沒有電位活動懷疑是被傳遞痛覺的細胞活動所抑制（ pain-induced inhibition）。
（三）這些細胞從脊髓的lamina I 直接投射到ventrocaudal part of the nucleus medialis dorsalis（ MDvc），MDvc在向前投射到前扣帶回皮質（anterior cingulate cortex）與背側島狀皮質（dorsal insular cortex）。
- 傳遞「癢覺」的中樞迴路（人的腦部造影實驗）
在1990年代初期的一系列人腦造影研究中，我們已經知道痛覺在中樞皮質的處理分區有其時間、空間、情緒、動機、強度等....許多不同的向度。那關於「癢覺」呢？台北榮總的謝仁俊醫師可是全世界第一個（1994）用PET來回答這問題的科學家，他發現前額葉皮質（prefrontal cortex）、前運動皮質（pre-motor area）和前扣帶回皮質（anterior cingulate cortex）對「癢覺」有反應。後來的fMRI也有類似的發現。和「痛覺」比較，這些對「癢覺」有反應的中樞皮質幾乎是重複的；換句話說，到目前為止，大腦中並沒有哪各區域被證實對「癢覺」的處理有專一性！
Sunday, November 05, 2006
科學論壇：複製人可能嗎？
以下是近幾年來關於複製動物的歷史:
1997年二月:在 276次的是在失敗後，由Drs. Keith Campbell 與 Ian Wilmut 所領導的研究團隊終於成功做出世界上第一隻複製動物....桃麗羊（ Dolly），這複製創舉在當時引起全球熱烈地討論，由成熟體細胞複製出活體動物已不再是神話。（註桃麗羊1996出生於1997發表） 。
1997年六月:美國柯林頓（Clinton）總統基於人道與未知的考量，頒令禁止美國聯邦經費支助科學家進行複製人類的相關研究（為期五年）。
1997年七月: 製造桃麗羊的科學家們採用相同技術再做出保麗羊，惟這隻保麗羊帶有人類基因。
1998年二月: 韓國科學家宣稱成功複製出小牛（calf）。
1998年七月: 成功由體細胞複製出大約 50隻小鼠（ mice），其中有些小鼠是經過多次複製（亦即由複製鼠的體細胞再行複製）。 技術上已經出現不同於複製桃麗羊所用的方法。
1998年十二月: 日本科學家成功複製出乳牛（cow）.
1998年十二月:韓國科學家 Kim Seung Bo和 Lee Bo Yon「 宣稱」首度成功由人類婦女的卵子，經移除染色體並塞入同一婦女的體細胞後，培育出發展到「四細胞 」階段的人胚。這兩位科學家並強調他們的研究目的並不是想複製人類，而是希望在實驗室裡培育出可供人類病患使用的移植器官。基於人道的理由,複製的人胚已經被銷毀而實驗終止。（註）
2000年一月: 美國奧勒剛靈長類動物研究中心的科學家宣稱成功做出第一隻複製猴子Tetra，不同於複製桃麗羊的方式，該複製猴是透過將早期胚胎切割成四部份而獲得（故名Trtea）。這些科學家聲稱此實驗目的是希望製造出遺傳密碼完全相同的一對動物以進行相關實驗。
2000年三月: 第一隻複製豬成功發表，由當年複製桃麗羊的團隊執行，複製豬隻的目的在於提供與日俱增的人類器官移植需求。
2001年一月: 複製技術第一次成功用在挽救瀕臨絕種的保育類動物-白肢野牛（ gaur：東南亞山區的一種野牛），雖然這頭牛在出生幾天後還是夭折，複製動物的技術提供保存稀有物種的一種途徑。
註：1998年韓國科學家複製人的實驗由於只提供照片（見左圖），缺乏可供學界驗證的基因證據，在當時引發許多質疑。以下是兩位科學家接受BBC專訪的新聞稿：The scientists who say they performed the experiment at the Kyung Hee Health Centre in Seoul, Dr Kim Seung Bo and Dr Lee Bo Yon, gave their first in-depth interview to BBC One's Panorama, broadcast on Monday. They said their experiment was for research purposes only but observers believe their aim is human cloning. Dr Kim said: "I believe the cloning of a human cell can provide a step forward in the treatment of human fertility."
"We don't have any material to judge. That's a big problem," said Dr Seo Chung Sun in Science magazine. The four cells claimed to have developed from an egg implanted with adult DNA were not preserved. Dr Kim Seung Bo explained why his experiment had been stopped after the cloned cell had divided to four cells: this was the stage at which cells would be implanted into a woman's womb and, for research reasons, he wanted to see if this stage could be achieved by cloning.
Professor Lee Silver, at Princeton University, USA, rejected this explanation. He believes the enormous outrage that followed the Korean scientists' announcement "forced them to backtrack and claim that it was only done for research. That makes absolutely no sense. Fertility clinics have one goal in mind - to help people have babies."
