在瘧疾原蟲侵入紅血球之前

開頭的影片是瘧疾原蟲的生活史及入侵途徑。瘧原蟲在人體內有兩個繁殖方式，一是有性的產生公母配子，像精卵受精方式，長成一個完整的原蟲個體; 另一是無性生殖，主要發生在紅血球內。如下圖所示：

(圖片來源: 
Nature Genetics 42 ,284–285(2010))

很顯然地，紅血球在瘧原蟲的繁殖過程中扮演不可或缺的角色，如果能阻止瘧原蟲進入紅血球，也許就能給瘧原蟲一點苦頭吃？澳洲墨爾本大學的寄生蟲學家Alan Cowman等人利用一種先前被發現可以阻止瘧原蟲進入紅血球的R1蛋白，闡明了如果能避免瘧原蟲的表面蛋白AMA1與紅血球上的表面蛋白RON形成tight junction這種緊密結合結構，即便瘧原蟲可以貼附在紅血球上，也無法入侵紅血球內部。


下圖則是他們觀察在顯微鏡底下，給予 (B)或未給予 (A)R1蛋白後，瘧原蟲侵入紅血球的情形，黃色箭頭處則是由於受到R1蛋白的影響，瘧原蟲試圖但仍無法進入紅血球:

更詳細的圖解:

(以上圖片來源：J. Biol. Chem. 2010;285:114815–14822)

儘管距離疫苗的研發或開發治療的新方法仍有一段距離，但這篇研究讓人們對於瘧原蟲在人體內肆虐的過程又有了更深一層的瞭解。

參考文章： Richard D. et al. Interaction between PlasmodiumfalciparumApical Membrane Antigen 1 and the Rhoptry Neck Protein Complex Defines a Key Step in the Erythrocyte Invasion Process of Malaria Parasites. J. Biol. Chem. 2010 May;285:114815–14822

Polyomavirus的Receptor

簡介polyomavirus

具有雙股DNA，沒有外套膜，屬於正二十面體的病毒。polyomavirus的成員包括有JCV, BKV, SV40跟鼠類polyomavirus (mPyV)。其中SV40被研究得較為透徹是因為早期製作小兒麻痺病毒疫苗時，採用猴子腎臟細胞來做培養，卻沒想到這些細胞都帶有SV40病毒，所以當初施打這些疫苗的人並沒有出現明顯的症狀。
polyomavirus屬於致癌病毒的一類，其他致癌病毒還有子宮頸癌病毒(HPV)跟卡波西氏肉瘤病毒(KSHV)等等。polyomavirus所帶有的T antigen DNA進入宿主細胞核後，容易導致宿主細胞癌化 (T antigen取其tumor之意)，利用此一特性，許多種類的細胞都是導入了SV40 T antigen後才成為可供研究的細胞株。
JCV則可能會在免疫低下或缺陷的病人中引發進行性多灶性白質腦病(progressive multifocal leukoencephalopathy，PML)，這是一種神經髓鞘剝落的病症，有很高的死亡率。

polyomavirus的receptor

病毒多半是透過特定的receptor而進入細胞造成感染，通常這種receptor都是蛋白質，但polyomavirus的receptor是名為sialic acid的醣類。此外，polyomavirus的病毒們也多半需要蛋白質類coreceptor的幫助才能順利感染。這些coreceptor包括了有MHC-1 (SV40)、α4β1 integrin (mPyV)或血清素receptor (JCV)。

如何發現這些receptor


早在1953年，研究人員便注意到polyomavirus會造成像流感病毒一樣的血液凝集現象，並且發現病毒趨向於具有某些醣類表現的組織。這些現象讓他們懷疑也許sialic acid的這種醣類可能是polyomavirus的receptor。

1980年時，研究發現當利用酵素切除所有細胞表面醣類時，病毒便無法造成感染，而使用特定醣類合成酵素，可以讓大部分的病毒成功感染。1998年時，更進一步採用醣化合成抑制劑及其他醣類切除酵素確認sialic acid應該就是polyomavirus的receptor。

至於coreceptor，SV40利用MHC-1當coreceptor：在80年代，進行研究MHC-1在細胞表面表現情形與病毒感染程度，發現MHC-1的表現含量跟SV40病毒量相關，進一步使用抗體拮抗掉MHC-1後，引起病毒感染的下降; JCV利用血清素receptor：因為JCV進入細胞是利用一種叫Clathrin的表面蛋白形成囊泡而內吞進細胞內，透過使用血清素receptor的抑制劑可以阻止Clathrin引起的細胞內吞過程，並降低病毒感染; mPyV利用α4β1 integrin：由於腺病毒，克沙奇腸病毒等沒有外套膜的病毒都是藉由與integrin的交互作用而感染細胞，所以研究人員們比對了已知的integrin胺基酸序列與mPyV結構蛋白的胺基酸序列，找出有相對應的區段，並利用抗體拮抗來證實。

所以polyomavirus感染細胞的方式被認為是可能在連結了帶有sialic acid的coreceptor (或未知的真正receptor?)之後，順勢被帶引到coreceptor而結合，這樣的結合強化了細胞的內吞作用而進入到細胞質內，反向地經過內質網而進入到細胞核。

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愛滋病毒的疫苗發展

最近，愛滋病毒的疫苗發展經歷了一些挫敗，像是默克藥廠的人體疫苗試驗，儘管已經進入臨床試驗階段，但終究是成效不彰。

這種疫苗的原理是利用腺病毒第五型來表現愛滋病毒的蛋白Gag，Gag蛋白是愛滋病毒的內部蛋白之一，主要功用是構成病毒體的外殼; 在外殼之外，還有一層套膜跟一些醣蛋白組合起來的構造，其中包括很有名的gp120，gp120就是愛滋病毒用來跟T細胞上的CD4接觸，進而感染這些T細胞的最主要蛋白。然而因為愛滋病毒是RNA病毒，很容易造成這些表面蛋白如gp120的變異，所以即便人體發展出對抗gp120的抗體，很快的愛滋病毒又會突變出其他的gp120，讓抗體無法辨識，所以疫苗學家轉而研究其他便異性比較低的蛋白，Gag就是其中一種。

2009年的美國國家科學院院刊裡的一篇文章闡述了這種疫苗失敗的原因之一：英國的研究人員Steven Patterson等認為這種疫苗所利用的載體病毒--腺病毒第五型，會活化體內的T細胞，並且會使得這些活化後的T細胞聚集到生殖道附近，反而更容易讓愛滋病毒感染這些T細胞。

最近愛滋病毒的研發方向之一著重於一種新發現的IgA抗體，IgA抗體是人體中腸胃道及黏膜區最多的抗體，通常可以保護口鼻腔或生殖道的黏膜，這些區域也是病毒最容易感染的區域。這種抗體是由美國德州的Paul Sudhir所發現，他們同時也發現這種IgA具有酵素般的功能，可以水解愛滋病毒的外部蛋白--gp120。不過目前對於這種抗體的瞭解仍然不足，也不確定該如何大量的誘發這種抗體來對抗愛滋病毒，可以知道的是，這種抗體將來不會只侷限在愛滋病毒，包括其他病毒或甚至癌症細胞都可能被使用，畢竟幾乎所有的病原體都跟蛋白質有關，一旦蛋白被水解，也就隨之瓦解了。

PTT綜合生命科學研究院徵文

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部落格介紹- 實驗室裡，實驗室外

這是一個文筆非常好的部落格，且作者纖毛蟲談論的話題都是發生在他的研究生活周圍，如果你也是一個在實驗室裡夙夜匪懈的工作者，那麼對於纖毛蟲所描述的故事一定會有會心一笑的時候。

最新的一篇文章就是上圖的「綠藻枝仔冰」，相信實驗研究者都有同感，明明就是照著期刊上的步驟，卻怎麼也得不到跟期刊上一樣的好結果，其實這些步驟中間或許隱含著許多不為人知的小撇步，就像這個「綠藻枝仔冰」，如果沒有作者親自提點一下，可能做了半年都做不出來任何結果。可惜的是，學術界是如此的競爭，幾乎沒有作者會提供這類在標準文獻之外的小技巧，這不免是種諷刺，也是種人性吧，科學家也是人啊。

只是纖毛蟲近兩年來並沒有任何新文章，這多少讓我們這些引頸企盼的讀者有點失落。

參考網址：
 實驗室裡，實驗室外  by 纖毛蟲

不憂鬱的老鼠

在「科學影像」網站上的這個YOUTUBE連結不知道有多少人注意到？儘管已經是2008的年的研究了，不過現在看來還是很有趣。

2008年的Neuron期刊刊載一篇對於老鼠憂鬱症的研究，是由哥倫比亞大學的Dr. Eric Kandel所主導，他同時也是2000年諾貝爾獎生理醫學獎得主，因為釐清海馬迴是大腦的記憶中樞的相關研究而獲獎。現在海馬迴也被證實與情緒有關。

對人類來說，後天學習而來的恐懼感 (learned fear)是讓人類生存的主因之一，避免讓自己身陷險境，然而這種恐懼感也可能導致焦慮及沮喪的病態症狀，讓人一蹶不振，既然恐懼感可以因後天學習而得，有時又會產生意想不到的後遺症，那麼後天學習而來的安全感 (learned safety)又是如何呢？

這篇文章的主要是針對後天學習而來的安全感進行背後的機制研究。作者利用輕微的電擊讓老鼠產生不安，而停止電擊的同時也會放出一種固定的聲響，讓老鼠對聲響與安全產生連結，其後在強迫游泳的泳池 (forced-swim test)中，當老鼠沮喪不願繼續再游動時，放出這個固定的聲響，竟讓老鼠再次萌生鬥志，繼續奮游。作者進一步發現，這種正面的行為刺激，雖然與抗憂鬱藥得到同樣的效果 (老鼠奮力游泳)，但兩種刺激所引發的機制卻是截然不同，抗憂鬱藥是增加海馬迴中神經細胞增生作用，後天學習的安全感卻是增加海馬迴中dentate gyrus部位的新生神經細胞，這些神經細胞有助於引發正面的情緒。

長遠來看，這個機制的揭開將有助於發展另外一種截然不同的抗憂鬱藥途徑，而我所聯想到的卻是，當人沮喪失意時，或許可以回頭去聽聽年少時的懷舊歌曲，或是那些能讓你回想起歡樂時光的音樂，古典音樂也好，靡靡之音也罷，能讓自己振作起來才是最重要的。

參考文章：
1. 不憂鬱的老鼠- 科學影像網站
2. An Animal Model of a Behavioral Intervention for Depression. Neuron. 2008;60:149–161.
3. 圖片來源: Coolmristuff

偽造的科學？科學的偽造？

日前聽了一場主題不太一樣的演講，講者是the Journal of Cell Biology (JCB)的編輯 Mike Rossner。講題是有關於科學論文中的偽造事件。

成也Photoshop，敗也Photoshop

Photoshop的好用讓很多人對於合成及修改照片不再望之卻步，然而修改自己拍的照片是一回事，把修改過後的照片發表在國際期刊上，卻又是另一回事了。JCB的編輯群把在JCB上發表過的文章重新進行一次檢視中，發現約有25%的照片證據不完全符合該期刊的規定，然而所有發表論文中，約有1%的文章有明顯修改的嫌疑，有些甚至可能達到偽造的情況。除了向原作者要求原始圖檔數據之外，編輯們也利用Photoshop的對比調整功能，讓一些經過修改的照片露出馬腳。

如下圖這張螢光細胞圖，經過Photoshop的分析過後，發現圖中有兩處的細胞是從別的照片剪下貼上的。編輯們詢問了該作者以後，得到的回覆卻是：「我們認為這樣的表現手法可以讓讀者更清楚的瞭解我們的證據。」

其他像是對於 Western Blotting裡面的bands增減，其實都達到了所謂偽造的程度。

上圖是最典型的修改，包括無中生有的band及消失的band。

雖然調整對比、明暗跟色彩校正是可以接受的，前提是沒有更動或刻意隱藏了圖片中的其他細節，但上圖做的確實有點過頭了。還有把作為控制組的beta-actin bands重複使用在不同的實驗組，或者把一個band加深對比後，裁減再貼到另一張圖等等。

整場演講中最令人印象深刻的是一張Western Blotting，裡面有個band經過Photoshop分析後，發現是從別的地方剪下貼上的，跟原作者要了原始數據後發現，在原始照片上沒有band的那個位置，寫上了一句話："Add it later"

當然也有很多作者被告知圖片被修改過後，回覆編輯說：「我很遺憾也很高興你們發現了這個錯誤，這篇文章根本不該被發表在JCB甚至是任何一本期刊雜誌上。」

結論
也許整張圖片有些額外的細節是自己不想要的，但對於其他研究者來說，那些細節卻可能是他們的突破。修改圖片究竟到怎樣的程度才算是合理使用，儘管是自由心證，但秉持著科學誠信的原則，大家心中的那把尺應該不會相差太多。

科學與科普之間-以兩則免疫學研究為例

三月份的Nature Immunology期刊有一篇文章最近被媒體報導：維他命D對於免疫系統活化很重要。主要是丹麥哥本哈根大學的Carsten Geisler等人發現未活化的T細胞 (Naive T細胞)內Phospolipase C (PLC-γ1)的酵素蛋白表現比活化後的T細胞要低，而且細胞表面也沒有維他命D的受體。PLC-γ1酵素可以把細胞膜上的磷脂質切成兩部分(DAG, IP3)，這兩部分分別又去影響其他的信號因子，最後活化細胞的基因表現，細胞因此而產生細胞激素或開始分裂增殖 (如下圖，綠色者為PLC)。
所以PLC-γ1顯然跟細胞的活化程度有關連，他們發現如果T細胞表現更多維生素D的受體並且結合更多維生素D，細胞內PLC-γ1的表現量就越多，T細胞被活化的程度就越強，免疫反應也會增強。T細胞表現更多的維生素D受體的方法是讓T細胞的TCR (T cell receptor)跟呈獻抗原的MHC辨識結合，這種辨識結合通常是有病原菌入侵或是環境中有過敏原才會發生，這部份我們沒辦法控制，剩下的我們可以控制的就是增加維生素D的攝取，好讓當免疫細胞增加維生素D受體的表現時，能有相對應增加的維生素D來刺激免疫反應。

正因為攝取維生素D是一件跟我們日常生活相關的事，不管是吃維生素D或是曬太陽，所以媒體才有梗來報導這則科學新知。同樣是這一期的期刊，比較受到免疫學家們注意的文章卻不包括這一篇，Nature系列的期刊會有個「新知與觀點」的專欄，通常是由另一個同樣領域的學者撰寫專文來導讀相關的研究內容，通常也代表這類的發現比較具有影響力或者有某些值得討論的有趣現象。像是一篇對於NKT細胞的研究：NKT也可以幫助活化細胞毒殺型T細胞 (CD8 T; CTL)
NKT細胞是一群innate先天性免疫的細胞，他們的身份比較模糊，因為具有T細胞的特性，而T細胞跟B細胞是adaptive適應性免疫細胞，NKT也具有自然殺手細胞NK細胞的特徵，而NK細胞是屬於先天性免疫細胞。NKT細胞可以辨認跟MHC相似的CD1d受體所呈獻的抗原，這類抗原主要是細菌細胞膜上的醣脂類，一旦NKT被活化以後，會釋放出不同的細胞激素，包括Th1的IFN-γ跟Th2的IL-4 (Th1, Th2是免疫學家透過分類不同作用的細胞激素來進一步細分CD4 T細胞的族群)。

以往的認知是如上圖a，CD4 T細胞被活化後，影響並活化樹突細胞DC，樹突細胞再去活化CD8 T細胞並釋放IL-12的細胞激素 (CD4, CD8是免疫學家透過細胞膜不同的抗原表現來區分T細胞的種類，CD4 T細胞可以再區分Th1跟Th2)。德國科學家Christian Kurts的研究團隊發現其實NKT也可以協助CD8 T細胞的活化，如上圖b。

這項發現若再經過其他研究團隊進一步的驗證，未來應該會被編入免疫學中，成為研讀NKT細胞時的教材之一。但因為這項發現跟我們日常生活比較沒那麼息息相關，所以報導就不好寫了，一般大眾可能也不會對NKT是不是可以活化樹突細胞跟CD8 T細胞感到興趣吧！這應該也是科學跟科普之間難以跨越的差距？

免疫學上的Signal 0, 1, 2, 3
Signal 0：也叫Danger signal，代表受攻擊而損傷的組織細胞所釋放的警示因子或病原菌中能引起免疫反應的物質。
Signal 1：代表MHC及所呈獻的抗原與TCR結合所引發的免疫活化訊息。
Signal 2：B7與CD28等輔助活化的表面受體結合所引發的訊息，用來進一步增強Signal 1。
Signal 3：抗原呈獻細胞被活化後所釋放的細胞激素，用以活化T細胞。

逆境求生的腫瘤細胞

3月25號的Science Online express (主要是在線上刊載尚未被印刷出來的重要文章)刊登了一篇文章有關腫瘤細胞如何逃避免疫系統的追殺。研究免疫逃避的機制近十幾年來一直是腫瘤免疫學的熱門領域，瑞士科學家Melody Swartz (左圖)以及她的博士後研究員Jacqueline Shields (右圖)在2007的Cancer Cell期刊發表腫瘤細胞如何在淋巴腺中轉移，她們建構了一個腫瘤細胞與淋巴液的組織培養環境，發現腫瘤細胞會表現CCR7的受體，這個受體會跟CCL21的細胞趨化激素結合，因為淋巴液中有著濃度不等的CCL21可以驅使著腫瘤細胞移動，就像用紅蘿蔔來引誘馬兒前進一樣( 如下圖)。有趣的是，CCR7受體通常是活化的T淋巴細胞或B淋巴細胞才會表現，而Swart等人使用的人類乳癌細胞居然也有CCR7，於是她們想進一步證實或許腫瘤細胞就是利用趨化激素來逃避免疫系統攻擊。

CCL21主要是由在淋巴結裡的基質細胞所釋放，然後吸引T細胞跟B細胞到淋巴結中，並結合樹突細胞所呈獻的抗原，進一步活化免疫系統。在本篇研究中，Swartz等人發現腫瘤細胞也會釋放CCL21來改變本身的周遭的環境，儘管腫瘤細胞也有CCR7，但似乎CCL21才是讓腫瘤得以逃避免疫系統的主因。

免疫學上腫瘤細胞逃避免疫系統的機制有五類：

一、降低MHC-I的表現，讓免疫細胞不容易被活化。
二、產生身體原本的細胞表現抗原，讓免疫細胞誤以為是自身正常細胞。
三、腫瘤細胞可能表現了特殊的表面抗原，但腫瘤試圖減少這種異常抗原的表現，也減少被認出的機會。
四、腫瘤細胞釋放一些抑制免疫反應的細胞激素，如TGF-beta，並活化調節型T細胞 (主要功能為抑制其他T細胞)。
五、釋放一些膠原蛋白並藏匿在這些膠原蛋白中，使得免疫細胞無法偵測到。

參考文章：
-腫瘤藉由模仿淋巴結躲避免疫系統
http://only-perception.blogspot.com/2010/03/blog-post_29.html
-Autologous chemotaxis as a mechanism of tumor cell homing to lymphatics via interstitial flow and autocrine CCR7 signaling. Cancer Cell. 2007 Jun;11(6):526-38.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17560334
-Induction of Lymphoidlike Stroma and Immune Escape by Tumors That Express the Chemokine CCL21
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1185837

(圖片所有權皆來自原作者)

好吃的疫苗

這張圖片是當初在宣傳口服小兒麻痺疫苗的宣傳海報, 其中的"tastes good"現今看起來確實有點莞爾. 口服小兒麻痺疫苗的成功, 讓小兒麻痺病毒幾乎絕跡, 從1987年的40萬病例, 到2008年不到2000個病例, 清楚的說明了小兒麻痺病毒雖不像天花一樣被宣布"滅絕", 但至少現代人也不再懼怕小兒麻痺. 除了小兒麻痺疫苗的高保護力, 另一個讓這疫苗成功的原因就是因為口服是最容易的途徑, 不需要打針, 不需要太多專業醫療人員的協助, 大家都可以輕鬆的接種小兒麻痺疫苗. 況且口服小兒麻痺疫苗的保護力還更在用肌肉注射小兒麻痺疫苗之上. (註)

口服疫苗的途徑顯然是條值得發展的方向, 然而最新問世的疫苗--子宮頸癌疫苗, 仍舊是採取用肌肉注射的方式, 究竟是為什麼呢? 無庸置疑, 肌肉注射可以引發身體產生全身性的保護力, 不管是腸道免疫力對抗小兒麻痺病毒, 還是呼吸道免疫力對抗流感病毒, 以及生殖道免疫力對抗人類乳突病毒 (某幾類的人類乳突病毒就是造成子宮頸癌的元兇), 都有很成功的效果. 但是如果可以不要打針是不是會更好, 更方便? 捨棄了針筒也意味著降低了施打疫苗的成本, 讓比較貧窮的國家也買得起. 那就改用口服吧!? 問題是...口服子宮頸癌疫苗卻不能引發生殖道免疫力, 疫苗學家知道這現象, 卻不知道是什麼導致了這現象. 那麼有沒有其它途徑可以具備以上的好處卻仍有免疫力

呢 ?

2009 年12月的免疫學期刊--Journal of Immunology刊載著一篇研究, 由黏膜免疫專家Cecil Czerkinsky和韓國科學家的合作, 利用老鼠成功證明舌下給予疫苗的方式, 誘發老鼠生殖道免疫力以對抗人類乳突病毒是可行的.

從圖左下的證據顯示, 如果老鼠之前接種過不具感染力的人類乳突病毒, 在遭遇人類乳突病毒入侵生殖道時, 確實能有效的抵禦病毒. 圖左上的老鼠則沒有接種過. 有顏色表現的地方代表有病毒的感染, 因為實驗者在人類乳突病毒上動了手腳, 將能產生螢光的DNA放入了病毒之中, 讓我們得以利用活體影像系統直接觀察病毒的分布.

另一個重要的發現是, 舌下給予的方式 不只提供了抗體的產生以及其它免疫細胞, 像是CD4, CD8 T細胞的活化, 讓身體獲得更周全的保護力.

除了這篇研究之外, Dr. Cecil Czerkinsky等人還發現, 舌下給予的途徑不單單只是保護了生殖道, 連流感病毒入侵的呼吸道, 以及造成胃潰瘍的幽門桿菌所攻擊的胃, 都有保護效果.

如此看來, 舌下疫苗的方法在未來或許會成為一種普遍施打疫苗的方式, 至於如何讓舌下疫苗嘗起來更好吃則有待科學家進一步的努力了.

參考文章: The Journal of Immunology, 2009, 183: 7851-7859

註: 經版友ichbingut指正後刪除