蚊子為何老叮我？

作者：梅華軒（國立陽明大學生命科學系暨基因體科學所碩士）
刊載於科學月刊第542期

凝血之外—血小板在免疫系統的功用

     血小板(platelet)在人體體內數量十分龐大，平均每位成年人體內有超過10¹²的血小板在血液內移動；這些無核的細胞最廣為人知的功能就是在接觸到血管壁外側的膠原蛋白(collagen)和 細胞外間質(extracellular matrix, ECM)後所啟動的一連串凝血機制(coagulation cascade)，進而產生止血和修復組織的功能。而然在近年來的研究中指出血小板在先天免疫(innate immunity)上也扮演著重要的角色，血小板不但在表面帶有能辨認病原體的類Toll受體 (Toll-like receptor)，在辨識到病原體後血小板還能產生細胞激素(cytokine)來活化其他免疫細胞，並且釋出抗微生物分子(antimicronial molecule)來殺死細菌。

     除此之外，在多組研究團隊(包含作者的實驗室)先前的研究中也發現到這些在血管中數量龐大的血小板在接觸到芽孢桿菌家族(Bacillus family)或是細菌表面的脂多醣(lipopolysaccharide, LPS)後會產生聚集的情形；這樣的現象被推測是為了將細菌和其他細胞隔離，同時徵募其他免疫細胞來達到清除細菌的目的，但是對於這其中的機制尚未有明確的了解。

     本篇的作者利用了轉盤共軛焦顯微鏡(spinning-disk confocal microscope)來觀測在活體老鼠中血小板活動的情形，結果顯示在沒有細菌入侵的情況下，血小板會在肝臟的竇狀隙(liver sinusoid)中藉由糖蛋白Ib (Glycoprotein Ib, GPIb)和肝臟的特化巨噬細胞(macrophage)-庫佛氏細胞(kuffer cell)產生一觸即跑(touch-and-go)的形式，做為一種巡邏的手段。而然在有細菌入侵的情況下，血小板在利用GPIb接觸到捕獲細菌的庫佛氏細胞後，則能更進一步的利用糖蛋白IIb (GPIIb)在庫佛氏細胞表面產生聚集的情形；在GPIbα缺乏的老鼠(GPIbα-deficient mice)中，作者也發現到缺乏血小板和庫佛氏細胞之間的互動，會無法有效的清除入侵的仙人掌桿菌(Bacillus cereus)，造成肝臟的損傷、庫佛氏細胞功能下降以及細菌的散播，最後造成全身性的發炎反應，進而造成老鼠的死亡率上升。

     雖然本篇作者對於血小板在這細菌入侵過程中的功能尚未有更進一步的了解，但是利用顯微鏡影像以及感染老鼠的實驗中，作者明確地證明了這些在體內大量存在的血小板，在細菌入侵之後能以很快的速度偵測到細菌的存在，並且能幫助清除這些細菌，顯示其在免疫系統中確實扮演著重要的角色。未來在血小板的功能上仍有許多可以研究的課題，這對於像是仙人掌桿菌這種能夠躲避身體免疫系統進而造成菌血症(bacteremia)的細菌，在治療上或許能提供一種新的方向。

撰稿：劉克緯 （國立陽明大學生命科學系暨基因體科學所碩士）

參考文獻：

Connie H Y Wong, Craig N Jenne, Björn Petri, Navina L Chrobok & Paul Kubes Nucleation of platelets with blood-borne pathogens on Kupffer cells precedes other innate immunity and contributes to bacterial clearance. Nature Immunology 14, 785–792 (2013)

找到如何培養人類脊髓星狀細胞的條件了！

(本文刊載於國科會高瞻自然科學教學資源平台）

星狀細胞(Astroctyes)為中樞神經系統中含量最多的膠質細胞。目前較為人知的功能以協助神經細胞的生長與訊息傳遞為主。近年來發現其在神經疾病、腦損傷或感染等過程也扮演重要角色，然而星狀細胞在神經系統不同位置就有不同的特性，，造成研究其功能、型態或發育過程十分困難，因此勢必需要建立體外培養的模式以利觀察與研究。健康的個體中，能夠進行正常功能的星狀細胞為成熟不活化型，具有支持神經細胞、調節腦脊髓等功能 ; 但是當中樞神經系統受到傷害、感染或罹患疾病時，星狀細胞便會成為功能或形態上都不同的過度活化型，具有傷害神經細胞影響整個中樞神經系統的能力。因此，若欲了解星狀細胞在中樞神經系統中的角色，所建立的體外培養系統必須要能觀察並分析這兩種不同分化的星狀細胞。

　　體外培養人類星狀細胞的技術，目前仍尚未成熟。早期細胞來源主要取自胎兒或是成人的神經前驅細胞進行分化培養，然而來源少，且易混雜其他種類的細胞，造成研究上的困難。近年來，隨著胚胎幹細胞及誘導性多功能幹細胞( induced pluripotent stem cells; iPSC)的發展，許多學者嘗試將多功能幹細胞分化為成熟星狀細胞，這些方法不是分化時間過長就是星狀細胞無法成熟。因此本篇研究的目的即在於建立並探討如何從人類多功能幹細胞分化成「成熟不活化型」或是「過度活化型」的脊髓星狀細胞 ，以供未來研究之用。

　　該研究團隊一開始在小鼠胚胎幹細胞的實驗中發現，如果參照前人的技術，所分化的星狀細胞皆為未成熟的狀態。過去有文獻指出纖維母細胞生長因子 (FGFs) 可促使星狀細胞的分化，因此作者在培養後期加入纖維母細胞生長因子，結果發現星狀細胞果然有明顯成熟化的趨勢。之後嘗試以人類多功能幹細胞進行分化，他們先抑制轉型生長因子（TGF-β)下游的SMAD轉錄因子，加速神經前驅細胞生成，以縮短分化時間。接著在培養後期加入纖維母細胞生長因子，也可以成功的分化出成熟而非過度活化型的星狀細胞。這些成熟的星狀細胞與運動神經元細胞共同培養，可以促進運動神經軸突的生長。相反的，如果以腫瘤壞死因子（TNFα)或第ㄧ介白素（IL-1β)培養人類多功能性幹細胞，則會分化出過度活化型的星狀細胞。因此，藉由加入單一不同的生長因子或細胞激素後，人類誘導性多功能幹細胞可以選擇性分化成為成熟型或是過度活化型的脊髓星狀細胞。此外，更可透過抑制SMAD的訊息，使分化的時間縮短，這些發現解決過去培養上的困難，突破星狀細胞研究的瓶頸！

雖然目前階段對星狀細胞的分化及其多樣性仍有許多的不清楚，但藉由此團隊目前的研究成果，提供了利用誘導性多功能幹細胞分化為運動神經元，以及分化為成熟的星狀細胞的培養方式，相信對退化性神經疾病研究以及治療上可以提供一個新的方向。

（撰稿：陳怡君，國立陽明大學生科系暨基因體科學所碩士生;

潤稿：陳俊銘副教授、周成功教授）

參考文獻：

Roybon L, Lamas NJ, Garcia-Diaz A,Yang EJ, Sattler R, Jackson-Lewis V, Kim YA, Kachel CA, Rothstein JD,Przedborski S, Wichterle H, Henderson CE (2013) Human stem cell-derived spinalcord astrocytes with defined mature or reactive phenotypes. Cell reports 4: 1035-1048

美國仙丹知多少？類固醇還有許多你不知道的事

    糖皮質激素 (Glucocorticoid;GC) 是一種類固醇賀爾蒙，在生物體中扮演許多重要的角色，像是能夠抑制發炎反應、增加細胞內能量代謝等等，而近年來更發現糖皮質激素能夠抑制細胞中的內質網壓力 (ER stress)。內質網壓力是一種由於不正常(錯誤摺疊或修飾)的蛋白質累積在細胞中的內質網所導致的症狀，大量累積的蛋白質囤積在內質網使得內質網功能受損。腸道中的內質網壓力會導致腸道的粘膜蛋白囤積在內質網中無法分泌至細胞外，使腸道黏膜受損，進而使腸道中的病菌入侵到腸道內細胞而引發發炎反應，而這種發炎反應也類似於一種特殊的發炎疾病：發炎性腸病 (Inflammatory Bowel disease;IBD)。

    目前對於 發炎性腸病詳細的致病機制還不清楚，只知道這類的患者都會有腹痛、腹瀉、腸道反覆發炎，體重下降的症狀。雖然目前糖皮質激素已被應用於治療這方面的疾病，但了解僅限於糖皮質激素可以去抑制發炎反應相關的功能，至於糖皮質激素是如何調控內質網壓力目前仍有待釐清，此外目前也只在試管中能夠證明糖皮質激素能降低內質網壓力。因此本篇研究者Das等人想要找出糖皮質激素抑制內質網壓力的確切機制，並探討在活體中糖皮質激素是否也能抑制內質網壓力。

     首先作者在腸道發炎的老鼠中打入糖皮質激素，發現糖皮質激素能夠藉由降低內質網中不正常的蛋白來抑制老鼠腸道中的內質網壓力，進而抑制由內質網壓力所引起的發炎反應，因此更進一步的去探討糖皮質激素抑制內質網壓力的相關機制。作者發現糖皮質激素是藉由調控不正常摺疊蛋白質的降解來抑制內質網壓力。另一方面也發現糖皮質激素能增加細胞中蛋白正確摺疊的能力，而這些正確摺疊的蛋白進而在內質網中正確修飾後送出細胞而降低內質網壓力。本篇研究主要發現糖皮質激素在活體內也能夠抑制內質網壓力，此外並發現糖皮質激素抑制內質網壓力主要是藉由降解內質網中不正確的蛋白質，以及藉由增加內質網中蛋白的正確摺疊與修飾來調控內質網壓力。

雖然目前糖皮質激素已被用於治療發炎性腸病這類發炎性相關疾病，不過先前所知皆是直接抑制最下游的發炎反應，且糖皮質激素其實有許多的副作用，不當的使用易增加身體的負擔。而本篇研究指出的糖皮質激素抑制內質網壓力的相關機制其實是對於治療發炎性腸病非常有潛力的，未來可以朝著以作者發現的相關機制設計藥物，也許有機會能夠取代類固醇治療這類疾病的高副作用，也為治療這類疾病的研究提供了嶄新的方向。

撰稿：陳江昀   國立陽明大學生科系暨基因體科學所碩士生

參考文獻：

Das, I., C.W. Png, I. Oancea, S.Z. Hasnain, R. Lourie,M. Proctor, R.D. Eri, Y. Sheng, D.I. Crane, T.H. Florin, and M.A. McGuckin.2013. Glucocorticoids alleviate intestinal ER stress by enhancing proteinfolding and degradation of misfolded proteins. The Journal of experimental medicine 210:1201-1216.

男生，女生?! 性別決定的新發現

性腺(gonad)由一群細胞稱為生殖脊(genital ridge)含有生殖細胞進而發育成為性腺，再經由不同基因調控分化成睪丸及卵巢。目前已知在哺乳類雌性有兩條性染色體為ＸＸ，而雄性為ＸＹ，作為性別的決定。而Y染色體上的性別決定基因(SRY)在胚胎時期的表現，決定性腺發育為睪丸。目前對於性別決定基因的調控已有些許的了解，例如：轉錄因子Nr5a1、Fog2、Cbx2、Wt1+KTS等可以調控SRY的表現，而這些轉錄因子的表現被破壞之後，會造成性別反轉的現象。但是其詳細的基因調控機制目前尚未清楚。而本篇研究的主要發現，證實了SRY上游的控制轉錄因子為Six1/six4，負責調控性腺的細胞形成與性別分化。

    

該研究團隊先前證實在發育過程Six1/six4轉錄因子表現於腎與性腺的發育過程中，且分別將小鼠的Six1與Six4基因剔除，結果發現有輕微的缺陷，同時也證實此基因有互補的功能，因此，在此篇研究團隊利用Six1/six4兩個基因同時剔除的方式，探討 Six1/six4如何調控性腺發育及性別調控。首先，在Six1/six4剔除基因鼠發現出生死亡率高達九成，且有性別反轉的現象，進一步發現Six1/six4會直接調控轉錄因子Fog2進而影響SRY的表現及分化路徑。另一方面，該研究團隊發現在早期Six1/six4剔除基因小鼠胚胎的性腺都比野生型來的小，因此該研究團也證實由Six1/six4調控轉錄因子Nr5a1進而影響性腺的大小。進一步利用Six1/six4剔除基因鼠與表現SRY的轉殖基因鼠交配，觀察下一代是否有恢復現象，結果發現，即使Six1/six4剔除，但只要SRY轉殖基因的表現，性腺就可發育為睪丸，證實了Six1/six4在SRY上游調控雄性性別發育與控制性腺大小的重要角色。

    

性別調控機制複雜，但對於生物個體的發育來說，卻是一個重要的決定過程，此研究團隊提供的研究證據，除了對目前性別調控機制的研究往前推進外，在未來亦可能應用於臨床醫學上的基因診斷，對生殖醫學有所貢獻。

（撰稿：潘宥君，國立陽明大學生科系暨基因體科學所碩士生）

（潤稿：陳俊銘，國立陽明大學生科系暨基因體科學所副教授）

(本文目前已被生物醫學期刊接受刊出）

參考文獻：

Yuka Fujimoto, Satomi S.Tanaka, Yasuka L. Yamaguchi, Hiroki Kobayashi, Shunsuke Kuroki, Makoto Tachibana, Mai Shinomura, Yoshiakira Kanai, Ken-ichirou Morohashi, Kiyoshi Kawakami, and Ryuichi Nishinakamura., et al. (2013). Homeoproteins Six1 and Six4 Regulate Male SexDetermination and Mouse Gonadal Development. DevelopmentCell 26, 416–430.

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