記憶提取和時間有關

健忘嗎？可能和時間有關。

東京大學這個月發表了一篇研究，說他們發現了一個和記憶提取(memory retrieval)有關的基因。目前對記憶的了解大概是：第一次記憶一個東西，synapses 會產生新的連結，形成短期記憶(short-term memory)，也就是 working memory，如果重複記憶，連結就會增強且穩定，就換變成長期記憶 long-term memory。轉換成長期記憶之間的重複記憶會經過記憶存取的過程，重新喚起之前的記憶是由什麼控制的？


Figure / Memory formation stages (Introduction to Psychology, Chapter 9.1, 1st Ed.)

東京的研究團隊想要知道是什麼控制著記憶存取，而這個調控機制是否和生理時間有關。他們測試了正常的老鼠和喪失 BMAL1 蛋白的老鼠(dominant negatvie BMAL1, dnBMAL1)。BAML1 (brain and muscle ARNT-like protein 1, aka MOP3)和 CLOCK 為兩個調控生理時鐘的蛋白，它們兩個是一組 transcription factors，合在一起後負責調控和生理時鐘相關的基因表現，例如 Period (Per1, Per2) 和 Cryptochrome (Cry1, Cry2)。BMAL1 的表現則在不同的時間變化很大，在快醒來前低，在睡覺前高。


Figure / mammalian circadian clock (Y Chiou et al, PNAS 2016; doi: 10.1073/pnas.1612917113)

他們分別在兩個時間點訓練老鼠，讓他們接觸新東西，先是正常睡覺時間後四小時(just after normally going to sleep, ZT4)，然後在醒來前兩小時(just before normally waking up, ZT10)和 24 小時後測試牠們的認知力，看他們是否記得訓練時接觸過的東西。第二個時間點是在醒來前兩小時(ZT10)訓練，然後在睡覺後四小時(ZT4)和 24 小時後測試。結果顯示在醒來前(ZT10)接受訓練的老鼠，不管在哪個時間訓練，在醒來前那個時間(ZT10)記憶力測試的表現都不好，表示那個時間有記憶力提取的障礙。另外，他們也發現 BMAL1 的表現在 ZT10 的時候最低，也就是記憶力提取最差的時候。

註：老鼠是夜行性動物，研究中用的時間是 zeitgeber time (環境時間或定時器時間)，電燈亮起的時候是 ZT0 到 ZT12，這段時間是老鼠睡覺時間，關燈時間是 ZT12 到 ZT24，是老鼠醒來的時間。這篇研究中老鼠正常醒來時間前(just before normally waking up)是指 ZT10，關燈前兩小時；正常睡覺時間後(just after normally going to sleep)是指 ZT4，開燈後四小時。


Figure / Experimental design (Hasegawa et al, Nature Comm 2019; doi: 10.1038/s41467-019-13554-y)

那在 dnBMAL1 老鼠身上的情況是怎樣呢？這些老鼠雖然海馬迴裡的 BMAL1 表現雖然降低了，但牠們的生理時鐘維持正常，在睡覺的時間睡覺，醒來的時間醒來。不過呢，在記憶力試驗裡，不管是在 ZT4 或是 ZT10 測試，認知力測試的表現都不好，顯示有記憶力存取的障礙，並且是因為喪失 BMAL1 造成的。另外，他們發現 dnBMAL1 老鼠海馬迴中和 cAMP signaling 相關的基因表現量比較低，像是多巴氨接受器(dopamine receptors) D1-R 和 D5-R 表現量減少，神經傳導物質接受器(GluA1)的磷酸化也降低了(phospho-GluA1)。

註：神經傳導物質接受器 AMPAR (AMPA receptors)由四個蛋白組成，為兩個 GluA1 和兩個 GluA2。

當他們用藥物恢復 cAMP signalings (rolipram) 或是去活化 D-1/5 receptors (agonist, SKF38393)，dnBMAL1 老鼠的記憶提取功能則恢復了。相反的，如果用藥物去抑制 D-1/5 receptors (antagonist, SKF83566 )，野生老鼠則出現記憶存取障礙的狀況。另外，之前有研究顯示 AMPAR 在學習和記憶力中扮演重要角色，尤其是組成蛋白之一的 GluA1 磷酸化是必須的，當老鼠的 GluA1 被改成無法磷酸話的突變後(GluA1 S845A)，他們也出現了記憶存取障礙的現象。被結果顯示p-GluA1 則讓 dnBMAL1 老鼠恢復其記憶存取的功能。

這個研究顯示，記憶力存取和 BMAL1 調控的 cAMP1/dopamine singaling 相關，參與蛋白的表現都會影響記憶存取，而由於 BMAL1 的表現量在不同的時間高低不同，因此時間也會間接影響記憶存取的空能。



Article:

東京大學 / Forgetfulness might depend on time of day (Dec 2019)


Paper:

S Hasegawa et al, Hippocampal clock regulates memory retrieval via Dopamine and PKA-induced GluA1 phosphorylation. Nature Communications (2019)

腸道菌和憂鬱症的關係

近來有不少研究顯示腸道菌和不少事情有關係，感覺包山包海了 XD。

在這篇研究中，研究團隊分析了一千多位參與 Flemish Gut Flora Project (FGFP) 的憂鬱症患者糞便裡的腸道菌，試圖找出腸道菌和生活品質(quality of life, QoL)及憂鬱症的關係，結果發現有些腸道菌落和心理健康呈現正向關係，有些菌落則是呈現負向關係，例如生產脂肪酸 butyrate 的費氏桿菌(Faecalibacterium)和副球菌(Coprococcus)常常和高生活品質相關，他們和協和球菌(Dialister)在憂鬱症患者裡都比較少，即便病患有吃抗憂鬱症藥物治療。在另一組人口的腸道菌分析中，Bacteroides enterotype 2 則是和憂鬱症和低生活品質相關，這些人有比較高的 Bacterioides enterotypes 2。

作者認為，腸道菌落和心情還有生活品質有關，他們之前發現患有 Crohn's disease 的病患，齊某些菌落比較少，菌落多樣性比較低，而同樣的情形也出現在憂鬱症患者和生活品質低的人身上。腸道菌和心理健康的關聯可能是雙向的，腸道菌釋放出來的物質也可能會影響心理健康，例如他們發現有些細菌會產生 DOPAC (3,4-dihydroxyphenylacetic acid)，是神經傳導物質(neurotransmitter)多巴氨(dopamine)的代謝物，和良好心理狀態正向相關，而會產生神經傳導物質 γ-aminobutyric acid (GABA) 的腸道菌則在憂鬱症中扮演重要角色。



Article:

NNR / Gut Bacteria Enterotype Shows Link to Depression (Feb 2019)


Publication:

M Valles-Colomer et al, The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression. Nature Microbiology (2019)

刺激腦波可能改善阿茲海默症

大腦裡有各種腦波，其中的 γ oscillations (30-90 Hz) 和認知功能有關，被認為是發生在抑制型(inhibitory)腦神經細胞 -- 中介神經元(interneurons)，在精神專注的時候出現。2016 年時 MIT 的研究團隊發現腦部的 γ oscillations在一些神經性疾病發生前會出現變化，例如在阿茲海默症的基轉老鼠(5XFAD)中，γ oscillation 在認知能力衰退前或是 plaques 出現前會降低，而當研究人員用 40Hz 頻率的閃光刺激其中一種腦神經細胞(interneurons)後，老鼠腦中的 Aβ 堆積降低了。


Figure / Specific brainwaves with their characteristics (Marzbani et al, Basic Clin Neurosci 2016; doi: 10.15412/J.BCN.03070208)

這些 AD 基轉老鼠在三個月大的時候，腦部海馬迴(hippocampus)的 Aβ 邊開始增加，並且出現學習力和記憶力上的障礙。另外，γ oscilliations 會在海馬迴的 CA1 區裡出現，且是在當老鼠跑步、θ oscillations (4-12 Hz) 出現的時候，和靜止時、SWRs (sharp-wave ripples, 150-250 Hz) 發生的時候，AD 基轉老鼠的 γ 則在 SWR 時期比正常老鼠低。而在用光刺激 γ oscillations，使其恢復正常後，海馬迴裡的 Aβ 和 p-tau 便降低了。

因為用光刺激能夠觸及的範圍只有視覺的區域，於是他們在後來的實驗裡，以每天一小時的頻率，同樣以 40 Hz 的頻率用聲音去刺激大腦，結果顯示大腦的聽覺區 AC (auditory cortex)，還有內側前額葉皮質(medial prefontal cortex, mPFC) 和海馬迴的 CA1 裡的 Aβ 和 tau 都降低了，並且在學習力和記憶力的測試裡的表現也比較好。另外，同時用光和聲音去刺激的效果比單用光或聲音去刺激的效果好。

ps. 在看這篇新聞的時候，看著看著看到了通訊作者 -- Li-Huei Tsai，跟著唸了一下覺得這個名字好像在哪聽過，孤狗了之後才發現原來是中研院院士蔡立慧，之前中研院院長候選人之一啊啊啊。



Articles:

MIT News / Brain wave stimulation may improve Alzheimer’s symptoms (March 2019)

Science Alert / Scientists 'Clear' Alzheimer's Plaque From Mice Using Only Light And Sound (March 2019)

Nature / How flashing lights and pink noise might banish Alzheimer’s, improve memory and more (Feb 2018)


Papers:

HF Iaccarino et al, Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature (2016)

AJ Martorell et al, Multi-sensory Gamma Stimulation Ameliorates Alzheimer’s-Associated Pathology and Improves Cognition. Cell (2019)

治療產後憂鬱症的新藥 brexanolone

目前常用的抗憂鬱藥物(antidepressants)為 SSRIs (serotonin selective reuptake inhibitors)，由於 SSRIs 作用很慢，需要幾週的時間，加上並不是對所有病患都有效，所以有些研究團隊嘗試用 CBD 和 ketamine 來治療，這兩個分別作用在血清素接受器 5-HT receptor 和神經傳導物質(neurotransmitter)接受器 NMDAR。而在出現 SSRIs 之前，主要的治療藥物為 tricyclics 和 monoamine oxidase inhibitors (MAOIs)，直到 1998 年時 Eli Lilly 研發出了第一個 SSRI 藥物 Prozac (fluoxetine)。

舊文：憂鬱症藥物 SSRIs 為什麼對有些病患有效，對部分病患卻無效？

今年十月，波士頓的生技公司 Sage Therapeutics 研發了一個新藥 SAGE-547，用來治療產後憂鬱症(postpartum depression)。別孕烯醇酮(allopregnanolone)是性賀爾蒙黃體素(progesterone)的代謝物，這兩個在孕期第三個月會達到高峰，然後在產後急遽下降，之前的臨床研究顯示產後的別孕烯醇酮下降可能會引發產後憂鬱症。臨床試驗中，第一位產後憂鬱病患在接受 48 小時的(靜脈注射)治療後，情況改善非常顯著，從產後的憂鬱、沒食慾的情況到治療後會開始聊天互動、吃東西。之後他們開始治療更多產後憂鬱患者，同樣都效果顯著。SAGE-547，即為別孕烯醇酮的 analog，在通過第二期、第三期臨床試驗後，在今年三月通過 FDA 許可，學名為 brexanolone，之後由 Sage Therapetics 以品牌名 Zulresso 上市。在通過 FDA 許可兩週之後，Janssen Pharmaceuticals 的抗憂鬱藥 Spravato 也通過 FDA 許可，Sparvato 學名藥為 esketamine，由學名可知是 ketamine。

舊文：K他命在治療憂鬱症上的突破

和血清素或 ketamine 不同的是 brexanolone 是作用在神經細胞的另一個神經傳導物質接受器 GABA type A receptors，原本是想要用來治療癲癇(epilepsy)，跟 ketamine 比起來可能相對安全。不過，兩者都不便宜，Spravato 每個療程要價 $590-$885 美元，完整九個月的療程的話就要三萬鎂以上。Zulresso 則是一次療程(60-h 靜脈注射)就要約 $34,000。除惹 Zulresso 之外，Sage 另有一個抗憂鬱藥物在研發中，是同樣作用在 GABA-A receptor 上的 SAGE-217，正進入第三期臨床治療，目標是用在治療成人的重度憂鬱症(major depressive disorder, MDD)。





Articles:

The Scientist / Antidepressant Approvals Could Herald New Era in Psychiatric Drugs (Oct 2019)

NIH News / Bench-to-bedside: NIMH research leads to brexanolone, first-ever drug specifically for postpartum depression (March 2019)

FDA News / FDA approves first treatment for post-partum depression (March 2019)


Papers:

LJ Scott, Brexanolone: First Global Approval. Drugs (2019)

SJ Kanes et al, Open‐label, proof‐of‐concept study of brexanolone in the treatment of severe postpartum depression. Human Psychopharmacol (2017)

研發中的阿茲罕默症藥物顯示有抗老效果

去年 Salk Institute 發表了一篇研究說他們發現三個研發中的阿茲罕默症藥物有抗老的功效，這三個合成物質是 CMS121, CAD31 和 J147。研究團隊先從植物中的兩個物質著手，分別為蔬果內的黃酮醇(flavonol) fisetin 和薑黃(turmeric)內的薑黃素(curcumin)，然後再從這兩者個結構合成出相似的這三個化學物質，CMS121 是由 fisetin 衍化而來，J147 和 CAD31 則是由薑黃素衍化而來。研究團隊測試它們的抗老功效，是否符合抗老話的標準：可以保護大腦免於受到老化所造成的傷害、可以改善各種神經性疾病或老化等現象，而且可以降低或減緩老化造成的的生理上或分子上的感變。結果顯示這五樣都符合標準，屬於 geroneurprotectors (GNPs)。

之後他們把 CMS121 和 J147 試驗在老鼠身上，研究結果於上個月發表，顯示這兩個物質有抗老化效果。他們用老化很快的基轉老鼠 SAMP8 (senescence-accelerated mouse prone 8) 上去試驗，這株老鼠出現老化的現象比平常老鼠快，例如喪失活動力、學習能力和記憶力退化，且死亡年齡也比較早。除此之外，這些老鼠在四個月到一年大的時候，海馬迴中的 Aβ 量便開始增加。


Figure / Model of the influence of mitochondrial dynamics on aging (AY Seo et al, JCS 2010; doi: 10.1242/jcs.070490)

CMS121 的目標蛋白尚不知道，J147 則是作用在 ATP synthase，在老鼠九個月大的時候給藥，相當於人類的中老年時期，然後在四個月後測試老鼠的記憶力衰退情況和檢測老化的幾個 biomarkers。他們發現，不管在細胞實驗中還是老鼠實驗中，這兩個物質改變了一些參與在 ETC (electron transport chain) 和 TCA cycle (aka Krebs cycle) 裡的基因表現量，例如它們抑制 ACC1 (acetyl-CoA carboxylase 1)，進而造成 acetyl-CoA 增加，使細胞的代謝機制可以正常運作，維持好粒線體的功能有 neuroprotective 的作用。另外，接受 CMS121 或 J147 的老鼠在記憶力和認知力任務上的表現比較好。



Articles:

Salk News / Researchers report new methods to identify Alzheimer’s drug candidates that have anti-aging properties (Nov 2018)

Salk News / Alzheimer’s drug candidates reverse broader aging, study shows (Dec 2019)


Papers:

A Currais et al, Elevating acetyl-CoA levels reduces aspects of brain aging. eLife (2019)

D Schubert et al, Geroneuroprotectors: Effective Geroprotectors for the Brain. Trends Pharmacol Sci (2018)

DA Butterfield & HF Poon, The senescence-accelerated prone mouse (SAMP8): a model of age-related cognitive decline with relevance to alterations of the gene expression and protein abnormalities in Alzheimer's disease. Exp Gerontol (2005) 

阿茲海默症真的和皰疹病毒有關嗎？

造成阿茲海默症的原因至今不明，目前比較讓大家認可的原因是 Aβ 和 tau 堆積造成腦細胞死亡，不過是是什麼導致這兩個蛋白堆積呢？之前有個說法引起關注，就是微生物(microbe) -- 例如病毒或細菌感染 -- 引起免疫發炎反應，然後引發 Aβ 堆積，因此之前也有團隊是研究抗發炎藥物是否可減緩阿茲海默症。

舊文：抗發炎藥物似可預防阿茲海默症

讓人關注的微生物之一是皰疹病毒(herpesviruses)，去年有兩篇研究顯示阿茲海默症可能是因為 HHV-6A 和 HHV-7 造成的，過世病患的腦部檢測出 HHV-6A 和 HHV-7 的基因；另外，在老鼠實驗中也發現受到 HSV-1 感染的老鼠，腦部很快就出現 Aβ 堆積，但存活率比較高，可能是因為 Aβ 降低了腦炎發生的機率。

舊文：皰疹病毒和阿茲海默症的關係

有趣的是 Baylor College of Medicine (BCM) 這個月發表了一篇評論在 Neuron，表示他們重新分析了那篇研究(Readhead et al, Neuron 2018)後發現，雖然原論文得到的 p-value 似乎顯示 significant，但他們在試過不同參數後，並無法的到相同的結論，患者腦中皰疹病毒的 RNA 或 DNA 量和疾病並沒有太大關係。作者在這篇評論中說，他們會重新分析是因為數據本身看不出來有明顯的關聯性，但原論文分析後的 p-value 顯示有顯著差異，所以想弄清楚是怎麼回事。作者表示雖然研究很常用並且依賴 p-value 來表示相關性和重要性，但完全依賴並相信 p-value 可能會引出錯誤結論，數據分析應該要更小心。

原論文作者 Readhead et al 也對被質疑的地方做出解釋，並且表示他們並不訝異其他人分析會出現不同結果，因為每個人的分析策略不同，並且在未分析下，光看數據其實是可以看出差異的，並非完全看不出。另外，作者也建議讀者們去看他們最近發表在 bioRvix 的 preprint，雖然在之前那篇研究顯示 AD 患者腦部的病毒量比控制組高，但是量很低，於是在這篇他們換了另一種方式分析，得到同樣的結論。他們也 bioRvix 那篇增加了用 WGS 資量分析的結果，同樣顯示患者腦部的 HHV-6A 比較多。



News:

Baylor / Link between herpes virus infections, Alzheimer’s refuted (Dec 2019)


Publications:

B Readhead et al, Multiscale analysis of independent Alzheimer’s cohorts finds disruption of molecular, genetic, and clinical networks by human herpesvirus. Neuron (2018)

HH Jeong & Z Liu, Are HHV-6A and HHV-7 Really More Abundant in Alzheimer’s Disease? Neuron (2019)

B Readhead et al, Clarifying the Potential Role of Microbes in Alzheimer’s Disease. Neuron (2019)

B Readhead et al, Further evidence of increased human Herpesvirus in Alzheimer’s disease. bioRxiv (2019)

用 ketamine 來戒酒可行嗎？

Ketamine，又稱克他命或 K 他命，通常是用於麻醉，之前有研究是用 ketamine 治療憂鬱症(MDD, major depression disorder)或是創傷症候群(PSTD, post-traumatic stress disorder)，不過用在戒酒上？

舊文：Ketamine 在治療憂鬱症上的突破

Ketamine 主要作用在 NMDA receptors (NMDARs)，一個被認為和學習及記憶有關的 NMDA 接受器，因為 LTP (long-term potentiation) 的生成需要 NMDAR。NMDAR 由四個蛋白組成，兩個 NR1 和兩個 NR2，之前有研究顯示，當基轉老鼠失去 NMDAR 中的 NR2A 會出現學習障礙的情況，如果用藥抑制 NMDAR 的功能，老鼠則會出現記憶障礙。那如果用在戒酒上，使人喪失喝酒後愉快的記憶，讓人不會因此沈溺在酒精中，有用嗎？

University College London (UCL) 的藥理學家和同事們找來九十位重度酒精飲者，這些人每週喝 15 公升以上的啤酒(~30 pints/week)，但並未被診斷為酒精成飲。在第一次試驗中，其中三十位坐在一杯啤酒前面，然後給他們看四張啤酒的照片和一些非酒精類飲品的照片，讓他們檢視自己有多想喝酒，之後螢幕上顯示讓他們喝酒的訊息。

也就是：給飲料 >> 看照片 >> 評分自己有多想喝酒 >> 給藥或安慰劑 >> 喝酒

之後再次實驗的時候，同樣先讓他們看啤酒的照片，但是這次沒啤酒喝，而是給他們注射一劑 ketamine。這麼做的用意是先讓大腦喚出跟酒精相關的記憶，然後再用 ketamine 去阻斷這些記憶的生成和強化。另外，他們有兩個控制組，每組個三十人。一組是給安慰劑(placebo)而不是 ketamine，另一組是給 ketamine，但是在給藥之前讓他們看的飲料和照片是果汁，而不是啤酒。

實驗後的十天後，再讓他們檢視自己有多想喝酒，結果只有施打 ketamine 的那組說就算面前有啤酒，但是喝的慾望降低很多，而且喝完一杯後也不會很想再喝更多，一週喝的酒量比實驗之前少了五公升左右。然後再幾個月後，所有的組都報告說他們喝酒量減少了，但是有打 ketamine 的那組相較之下減少最多，九個月後，喝酒的量降到之前的一半。有趣的是兩個控制組喝的量在九個月後也比實驗前減少 35% 左右，所以可能有部分原因是心理因素，而不全是因為 ketamine，詳細機轉需要更進一步的研究。



Articles:

Science /  Ketamine disrupts memories to help heavy drinkers cut back (Nov 2019)


Papers:

RK Das et al, Ketamine can reduce harmful drinking by pharmacologically rewriting drinking memories. Nature Comm (2019)

JW Newcomer, NB Farber & JW Olney, NMDA receptor function, memory, and brain aging. Dialogues Clin Neurosci (2000)

不管怎樣，先睡飽再說。

密西根州立大學的睡眠和學習實驗室近期發布了他們一個大型的睡眠研究結果，顯示睡眠比我們以為的還要重要！

根據他們發表在 Experimental Psychology 的研究，睡眠不足會降低注意力外，做事情也容易會出錯。這篇論文的研究者 Fenn 說，睡眠不足的人要提醒自己格外小心，千萬不要認為自己在這種情況下不會出錯。另一位研究者 Stepnan 說，睡眠不足的人可能還是可以做例行工作，例如醫生還是可以幫病人聽心音，但是如果是比較複雜的事情，例如手術，那出錯的風險便會大很多。

在他們的研究中，有 138 位參與過夜實驗，其中 77 位整夜沒睡，61 位回家睡。所有的人在睡前的那個傍晚先做兩個不同的認知測驗，一個是測量對刺激的反應時間，另一個則是測試是否能發摟每個步驟不出錯，這期間偶爾會打斷他們手上的事情，看他們之後是否能正確的接下去做完。之後在隔天早上再做一次測驗，看看一夜沒睡是否有影響他們的表現。結果發現在傍晚做測試的時候，事情被打斷後的出錯率約為 15%，但一夜未眠後的出錯率則倍增到 30%，有睡覺的那組則跟前一天的表現差不多。



Article:

EurekAlert / Science underestimated dangerous effects of sleep deprivation (Nov 2019)


Publication:

ME Stepan et al, Effects of total sleep deprivation on procedural placekeeping: More than just lapses of attention. Journal of Experimental Psychology: General (2019)

Biogen 的阿茲海默症抗體藥 aducanumab 起死回生？

阿茲海默症的藥物研發仍陷入膠著中，之前許多公司研發的抗體藥包括有 Eli Lilly 的 solanezumab 和 Pfizer 的 bapinezumab 等等，但大多都在第三期臨床實驗的階段沒看見顯著效果而宣告失敗，主要是沒觀察到認知衰退的現象有所改善。

相關文章：治療阿茲海默症的藥物有望？

原本被認為有可能成功的抗體藥 aducanumab，因為它的兩個第三期臨床試驗 ENGAGE 和 EMERGE 的治療效果在初期分析結果中並未達到預期標準，病患認知衰退的現象沒有顯著改善，Biogen 和它的合作夥伴 -- 日本的 Eisai -- 於今年三月宣布停止這兩個臨床試驗。

ALZFORUM - Aducanumab

相關文章：阿茲海默症新藥 Aducanumab 新進度

不過呢，在今年十月中的時候，Biogen 宣布說之前兩個 aducanumab 臨床實驗分析有誤，後續的分析顯示 EMERGE 有達到預測效果。在那兩個第三期臨床試驗中，主要的患者為和阿茲海默症相關的輕微認知障礙，以及輕微的阿茲海默症患者，測量疾病進展的方式則是用 PET 是觀察腦部 β-amyloid 堆積的情形。三月時宣布的結果裡，包含的數據是來自參與 EMERGE 裡的八百多位病患和 EMERGE 裡的九百多位病患，在三月宣布停止試驗的時候，有另外近兩百位 EMERGE 病患和一百多位 ENGAGE 裡的病患完成整個療程，新的分析結果則包括了這些後來才完成療程的數據和三千多位未完成療程的資料。

重新分析結果後發現，最高劑量的 aducanumab (10 mg/kg) 效果最好，認知力衰退的情形最輕微，PET 檢測出來的 amyloid 堆積也最少。低劑量雖然有些減緩病症，但是跟安慰劑組比較並沒有顯著差距。不過，這個正面的結果只出現在 EMERGE 臨床試驗裡，ENGAGE 臨床試驗裡並沒有出現這個效果。兩個臨床試驗的結果顯示病患腦部的 amyloid 和腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)中的 phospho-tau 都有隨著劑量的增加而降低的現象。

我個人是覺得後來新加的兩百多位病患的資料，就算全部都是 positive results 也很難反轉原先八百多位病患數據分析出來的結果，除非本來就差一點點就 significant。而另外那些未完成整個療程的、佔所有參與臨床試驗病患差不多一半人數的治療結果，如果原先那些已做完整個療程的病患都看不到有顯著改善，剩下這些未完成整個療程的，應該也是差不多的情況，除非剩下的一半全部都是用 10mg/kg 的劑量治療。

Biogen 在十月時將 aducanumab 送 FDA 審查，如果能夠在 2020 通過 FDA 許可的話，將會是近二十年來第一個治療阿茲海默症的抗體藥。不過，仍有不少人對此抱著懷疑的態度，Biogen 的科學家不認為 FDA 會因為新的分析結果通過許可，也有人認為那三個月新的數據不足以對之前的分析結果造成那麼大的影響。到底 FDA 會不會通過 aducanumab 的許可呢？讓我們拭目以待吧。



News:

Quartz / Biogen’s latest Alzheimer’s drug trials will change dementia drug research (Dec 2019)

STAT / Biogen’s top scientist nearly dares FDA not to approve Alzheimer’s drug (Dec 2019)

Science / Skepticism persists about revived Alzheimer’s drug after conference presentation (Dec 2019)

ALZFORUM / ‘Reports of my death are greatly exaggerated.’ signed, aducanumab (Oct 2019)

Biogen / Biogen plans regulatory filing for aducanumab in alzheimer’s disease based on new analysis of larger dataset from phase 3 studies (Oct 2019)

R Howard & KY Liu, Questions EMERGE as Biogen claims aducanumab turnaround. Nature Reviews Neurology (2019)

用迷幻蘑菇的 psilocybin 治療的安全性

迷幻蘑菇裡的 psilocybin 的第一期臨床試驗顯示其沒有不好的副作用。可能已經有人知道 psilocybin 是什麼了，它是迷幻蘑菇(magic mushroom)裡的一個會讓人產生幻覺的物質，作用在 5-HT2A 受器上。之前在 UBC 的時候，每週五的講座中，有一週是請英國 Imperial College London 的 Dr. David Nutt 來講他們用 psyilocybin 治療憂鬱症的研究，那場演講超嗨的。XD

迷幻藥對大腦的影響：迷幻蘑菇 psilocybin 和 LSD（這是那次 seminar 的筆記）

註：5-HT2A 是血清素(serotonin)的接受器

這個第一期臨床試驗是(也是英國的) King's College London 和醫藥公司 Compass Pathways 合作的，測試使用 psilocybin (COMP360) 治療的安全性，前兩天在 ACNP 研討會上發表了初期的結果，表示在健康個體上並未發現有負面影響。他們的雙盲試驗有 89 位志願者，分別給 10 mg 或 25 mg 的 psilocybin，其中有部分只是安慰劑(placebo)，整個試驗約為 12 個禮拜。

註：第一期的臨床試驗(Phase I clinical trial)是安全性測試，通常和治療效果無關。

施藥的療程約為六個小時，除了藥物治療之外還有一些心理上的支持，像是幫助志願者放鬆等等。這個療程有分成一對一的，或是六人以內的團體治療，如果是團體治療的話，會同時施藥，也就是每位志願者都會有一位專人施藥，會有不同的人數是因為他們想知道一對一治療和團體治療是否會有不同的效果。在藥物療程之後，隔天會有臨床診斷看是否有急性的不適，之後每週也有一次的電話診斷，看是否有認知功能上或情緒上的影養。

試驗結果顯示 COMP360 在生理上沒有負面影響，除了藥物本身就會產生幻覺現象，也沒發現有認知功能上和情緒上的負面影響。另外，在治療人數上也頗彈性，可以一對一治療也可以團體治療。

要注意的是第一期的臨床安全性試驗是在健康個體上，而非在病患身上，所以不見得表示在病患身上沒有副作用，第一期的結果只表示至少在生理上沒有觀察到有負面影響。



News:

MedicalXpress / Phase 1 clinical trials for psilocybin show no adverse effects (Dec 2019)

PR Newswire / COMPASS Pathways and King's College London Announce Results From Psilocybin Study In Healthy Volunteers (Dec 2019)


Conference presentation:

J Rucker et al, Psilocybin administration to healthy participants: safety and feasibility in a placebo-controlled study. ACPN 2019

CRISPR-Cas9 基因治療（上）-- 遺傳性血液疾病

CRISPR-Cas9 是由美國 Berkeley 大學的 Dr. Doudna 和德國 MPUSP 的 Dr. Charpentier 合作研發的，兩位並於 2020 年得到諾貝爾化學獎。技術自從被發明出來後，人們開始嘗試把它用在治療各種疾病上，不過目前尚未有 CRISPR 的基因治療通過核准。這個月中(2019/11)，Dr. Charpentier 創立的瑞士的生技公司 CRISPR Therapeutics 和美國波士頓的 Vertex Pharmaceuticals 公佈了他們 CRISPR-Cas9 基因治療 CTX001 的第一、二期臨床試驗結果 [1-3]。這個試驗的兩位病患分別患有鐮刀型紅血球疾病(sickle cell disease, SCD)的乙型地中海貧血(transfusion-dependent β thalassemia, TBT)，患有地中海貧血的病患在今年初開始接受治療，SCD 病患則在今年年中接受治療，而 CTX001 也在四月底時拿到用來治療 TBT 的 FDA Track Designation [4]。


Figure / β globin gene and mRNA. (G Breveglieri et al, Biomed Res Int. 2015; doi: 10.1155/2015/687635)

這兩種病是因為血紅蛋白基因突變而造成的，血紅蛋白(hemoglobin, Hb) 是由四個蛋白組成的：兩個 α-globin (HbA) 和兩個 β-globin (HbB)。TBT 是因為 HbB 突變而造成的，致病的突變有很多種，常見的突變是 β0/IVS-I-110 (G→A)(上圖紅色箭頭)，是一個在 intron 裡的突變，這個突變會使 mRNA splicing 不正常(splicing mutation)，無法轉譯成 HBB。如果突變是造成不正常 mRNA，無法轉譯成 HBB，導致無法組成血紅蛋白，紅血球無法運送氧氣，為 β0-thalassemia (thalassemia major)。如果突變是減少 HBB ，則是較輕微的 β+ thalassemia (thalassemia minor)，這種情形是還是可以生產血紅蛋白，但是量比正常人少，但需要長期接受輸血。

註：IVS = intervening sequences，IVS1 表示在第一個 intron 裡面。


Figure / HBB IVS-I-110 (G→A) mutation (G Feriotto et al, Lab Inves 2004; doi: doi.org/10.1038/labinvest.3700106)

SCD 也是因為 HBB 突變造成，最常見的突變是 HbS，第六個氨基酸的 glutamic acid 突變成 valine (GAG → GTG)：βE6V。這個突變會使血紅蛋白黏在一起，結塊在一起，如果兩個 HBB 基因都帶有這種突變的話，結塊的程度會讓紅血球變成鐮刀的形狀。

2013 年的時候，Boston Children's Hospital 和 Dana-Farber Cancer Institute 的研究團隊發現 BCL11A 控制著 HbF (fetal Hb) 的表現。HbF 是胚胎時期的血紅蛋白，和成人的 Hb 不同的地方在於它是由兩個 α-globin 和兩個 γ-globin 組成，γ-globin 則和 β-globin 相似，嬰兒出生後，血紅蛋白的 γ-globin 會被 β-globin 取代，不過有極少數人一生都會不停的生產 HbF，被稱為 hereditary persistence of fetal hemoglobin (HPFH)。有 HPFH 的人基本上都很健康，但是極少數有 HPFH 的 SCD 患者，他們的 SCD 症狀非常輕微，因此學者們就開始研究要怎麼讓 SCD 患者體內可以大讓生產 HbF。BCH 和 Dana-Farber 的研究團隊發現，成人紅血球內有大量的 BCL11A，當他們把 BCL11A 表現降低後，HbF 就會大量增加 [5]。

CTX001 治療是把造血幹細胞(hematopoietic stem cells, HSPs)抽出來，用電擊(electroporation)把 CRISPR-Cas9 送進細胞裡，利用 CRISPR-Cas9 的編輯功能阻斷 BCL11A 的表現，使紅血球能夠生成 HbF，再把編輯過後的紅血球輸回病患體內 [1, 2]。2020 年年底，他們把追蹤一年後的臨床結果發表在 NEJM。他們先是抽了十位健康個體的 CD34+ HSPs 做基因編輯，看修正率和 off-target editing 有多少。分析後的結果是修正率有 80±6%，編輯過後 HSP 的 HbF 增加了 29.0±10.8%，沒編輯過的則是 10.5±5.2%，他們也沒發現有 off-target editing 的情況。TBT 患者在治療前每年需要接受多次輸血，而在接受治療九個月後便不再需要輸血。SCD 患者在治療前每年會發生多次 vaso-occlusive crises (VOCs)，在治療後便不再出現 VOCs。兩位病患在治療後觀察一年的期間內，HbF 都持續穩定的增加，雖然治療中都出現不適的情況，不過診斷過後排除是治療造成的。研究中表示，之後有六位 TBT 和兩位 SCD 患者參與 CTX001 治療，在追蹤了至少三個月後，治療效果和前兩位患者一樣。不過，雖然所有患者在治療後 HbF 持續增加，不過有件令人擔憂的事。之後在 ASH 發表其中七位的病患資料中顯示，正常的成人版 Hb 似乎有下降的趨勢，HbF 和成人版 Hb 似乎會競爭 [6, 7]。

目前這兩個臨床試驗已有超過三十位病患參與，計畫收到 45 人，然後在未來兩年內送 FDA [8]。沒意外的話，CTX001 很有可能會是第一個拿到 FDA 許可的 CRISPR 治療，Vertex 於 2021 年四月宣布和將給 CRISPR Therapeutics $900M 在研發、量產和上市上，目前兩者同意在支出和營收上，Vertex 負擔 60% 的支出和在上市後拿 60% 的營收 [8, 9]。

另外要提的是 Vertex 的在治療 TBT 上有個競爭對手 bluebird bio，它的 Zynteglo 已在 2019 年六月於歐洲上市，但是尚未拿到美國 FDA 許可。2021 年二月的時候，公司決定停止銷售 Zynteglo，因為它的另一個用來治療 SCD 的基因治療 LentiGlobin 在第一、二期臨床試驗的中，有兩位患者分別得到急性血癌(acute myeloid leukemia, AML)和骨髓增生異常綜合症(myelodysplastic syndrome, MDS)，而 Zynteglo 用的 lentiviral vector 和 LentiGlobin 是相同的 [10, 11]。Zynteglo 在美國的臨床試驗先前也遭到暫停，不過六月時 FDA 讓它恢復 TBT 第三期的臨床試驗，LentiGlobin 目前也在第一、二期臨床試驗中。雖然如此，要申請 FDA 審核也要延到 2022 年年底，因此 Vertex 的 CTX001 可能搶先一步 [12]。


2023-04-05 update

Vertex 和 CRISPR Therapeutics 於本週一宣布他們已把治療鐮刀型紅血球疾病(sickle cell disease, SCD) 的 CRISPR 基因治療送 FDA 審核，此療法原本叫 CTX001，以 exa-cel 這個名稱送審，取之於 exagamglogene autotemcel。Bluebird bio 的 Zynteglo 則於去年獲得 FDA 批准，用於治療 TBT。



Clinical trials:
NCT03745287 (CLIMB SCD-121) - A Safety and Efficacy Study Evaluating CTX001 in Subjects With Severe Sickle Cell Disease
NCT03655678 (CLIMB THAL-111) - A Safety and Efficacy Study Evaluating CTX001 in Subjects With Transfusion-Dependent β-Thalassemia



Articles:

1. Science | Company claims signs of success with CRISPR-edited stem cell transplants for two genetic diseases (Nov 2019)

2. The Scientist | Early Results Are Positive for Experimental CRISPR Therapies (Nov 2019)

3. VERTEX News | CRISPR Therapeutics and Vertex Announce Positive Safety and Efficacy Data From First Two Patients Treated With Investigational CRISPR/Cas9 Gene-Editing Therapy CTX001® for Severe Hemoglobinopathies

4. GlobeNewswire | CRISPR Therapeutics and Vertex Announce FDA Fast Track Designation for CTX001 for the Treatment of Beta Thalassemia (April 2019)

5. NIH Director's Blog / A CRISPR Approach to Treating Sickle Cell (April 2019)

6. FIERCE Biotech | CRISPR, Vertex show CRISPR/Cas9 gene-editing therapy works in more patients (Nov 2020)

7. 2020 ASH | 4 Safety and Efficacy of CTX001 in Patients with Transfusion-Dependent β-Thalassemia and Sickle Cell Disease: Early Results from the Climb THAL-111 and Climb SCD-121 Studies of Autologous CRISPR-CAS9–Modified CD34+ Hematopoietic Stem and Progenitor Cells

8. Vertex | Vertex Pharmaceuticals and CRISPR Therapeutics Amend Collaboration for Development, Manufacturing and Commercialization of CTX001™ in Sickle Cell Disease and Beta Thalassemia (April 2021)

9. GEN News | Vertex Pays $900M Upfront to Lead CTX001 Development with CRISPR Therapeutics (April 2021)

10. FIERCE biotech | Bluebird bio gets FDA green light to restart sickle cell gene therapy trials after rocky few months (June 2021)

11. FIERCE Pharma | Bluebird's Zynteglo trials set to resume, putting gene therapy back on flight path to FDA filing (June 2021)

12. FIERCE Pharma | Bluebird tanks as FDA's LentiGlobin demands in sickle cell delay filing to late 2022 (Nov 2020)

13. BioPharma Dive | Vertex, CRISPR finish US filing for gene editing drug approval (2023)




Papers:

NF Olivieri, The β-Thalassemias. NEJM (1999)

Vijay G Sankaran et al, Human Fetal Hemoglobin Expression Is Regulated by the Developmental Stage-Specific Repressor BCL11A. Science (2008)

H Frangoul et al, CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia. NEJM (2020)

是否可在哺乳動群中產生 gene-drive？

利用 CRISPR 造成 gene-drive 消滅散播病菌的蚊蟲，可行嗎？如果大家還有印象的話，之前有人提出利用 gene-drive 去消滅散播瘧疾的蚊蟲，但這個做法有爭議，因為這牽扯到整個物種的基因改變，是否會對生態造成影響還不知道。

三年前，UCSD 的 Gantz 和 Bier 先是研發了一個叫做 mutagenic chain reaction (MCR) 的技術，利用細胞本身的 HDR (homology-directed repair) 功能，可以有效的把生物基因體裡的一對基因都突變(homozygous mutations)，使在兩個染色體上的此基因失能。這個技術主要是在一對基因的其中一個中插入了一個 Cas9-gRNA cassette 使其失能外，之後利用細胞本身的 HDR 把另一個基因也切斷並插入 Cas9-gRNA cassette，造成 homozygous mutation，使那一對基因整個失能(loss-of-function)。那要怎麼知道這個方法是否能夠有效的產生 homozygous mutation？假設果蠅本身的某對隱性基因中有一個帶有突變，也就是所謂的 heterozygous mutation，那這個突變並不會表現在外觀上(phenotype)，但透過這個技術，可以有效地使果蠅轉換成一對基因的兩個都帶有突變，使這個突變表現在外觀上。並且，當這個帶有 Cas9-gRNA 的果蠅和野生果蠅交配後，產生的後代也會有 50% 的機會帶有 Cas9-gRNA cassette，使其出現 loss-of-function 的突變，隨之產生 gene-drive 的情況。

照理來說，這個技術應該可以應用在任何生物身上，不只有果蠅。於是，UCSD 的另一個團隊想在老鼠中嘗試 gene-drive，這樣就可以大量生產研究用的基改老鼠。他們讓母鼠帶有 Cas9，讓公鼠帶有 gRNA (guide RNA)，交配後的後代小鼠就會帶有 Cas9 和 gRNA，並且會在不同的染色體上，因為從爸爸來的那個會帶有 gRNA，從媽媽來的則帶有 Cas9。不過這個實驗沒果蠅那麼成功，主要是在公鼠的部分，可能是因為精子會在進行 meiosis (減數分裂) 前現進行普通的 mitosis，而這時期 Cas9 造成的切口會用 NHEJ (non-homologous end joining) 來修復，而不是 HDR。另外就是 Cas8 和 gRNA 是在不同的染色體上，所以如果和野生鼠交配，就會缺少其中一個元素而無法進行突變。


Figure / S Khan et al, J Biomedical Science 2018 (doi: 10.1186/s12929-018-0425-5)


Articles:

Science / ‘Gene drive’ passes first test in mammals, speeding up inheritance in mice (July 2019)


Papers:

VM Gantz & E Bier, The mutagenic chain reaction: A method for converting heterozygous to homozygous mutations. Science (2015)

HA Grunwald et al, Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR/Cas9 in the female mouse germline. bioRxiv (2019)

狗的年齡新算法

要怎麼把狗的年紀換算成人類的年紀？

記得以前學到的是把狗的年齡乘以七，就是人類的年紀，例如狗的兩歲相當於人類的十四歲。不過呢，最近這一篇研究提供了一個新的算法，這個算法是由 DNA methylation 的程度衍化而來的。

UCSD 的基因學家 Trey Ideker 和他的同事們分析了一百多隻拉布拉多的 DNA methylation 的情況，從四週大到十六歲，發現人類和狗的 methylation 情況都和年齡相關，尤其在某些和發育(development)相關的基因上，DNA methlyation 的情況隨著老化而改變。當把年輕狗和年輕人或是老狗和老人的 methylation 相比較後，發現年輕狗和年輕人的 methylation 程度相似、老狗和老人的相似，而且也符合生理發展上的特徵，例如七週大的小狗和九個月大的嬰兒在 methylation 的程度上相似，而兩者在生理上也都處於正要長牙的階段。

他們由分析的結果得出了一個新的算式，這個算式符合了拉布拉多和人類的平均壽命：拉布拉多的十二歲和人類的七十歲。
canine’s human age = 16 ln(dog age) + 31

也就是狗的一歲，換成人的話就是 31 歲。
canine's human age = 16 * ln(1) + 31 = 16 * 0 + 31 = 31

Dog --> Human
1 --> 31
2 --> 42.1
3 --> 48.6
4 --> 53.2
5 --> 56.8
6 --> 59.7
7 --> 62.1
8 --> 64.3
9 --> 66.2
10 --> 67.8
11 --> 69.4
12 --> 70.8
13 --> 72
14 --> 73.2
15 --> 74.3

目前這個研究團隊有一個新的計劃 Dog Aging Project，是研究狗的老化，包括除了拉布拉多以外的品種，如果有養狗人士有興趣，可以和他們合作，把狗的口水寄給他們研究。



Article:
Science / Here’s a better way to convert dog years to human years, scientists say (Nov 2019)


Paper:
T Wang et al, Quantitative translation of dog-to-human aging by conserved remodeling of epigenetic networks. bioRxiv (2019)

預防病毒感染除了打疫苗外還有什麼方法？

上個月刊在 Science Immunology 的一篇研究用的方法是用 CRISPR 改造 B cells。抗體基因分成 heavy chain (IgH) 和 light chain (IgL) 兩個部分，兩個都需要幾過幾次的 splicing 去除掉不需要的 V(D)J regions 才會變成最終的一個抗體。他們在 IgH VDJ 和 C (constant) region 中間的 intronic region 插入了對抗某個病毒(在這個研究裡是 RSV 和 Influenza) 的抗體的 IgL 和 IgH VDJ 的部分，C 的部分用原有(endogenous)的基因以減少需要插入基因的長度，使得改造過的 B cells 可以生產他們想要的抗體。


Figure / Wikipedia - VDJ recombination

他們把改造過的 B cells 植入老鼠體內，然後再輸入後的一個禮拜後，再讓老鼠感染 RSV (respiratory syncytial virus)，感染五天後取其肺臟和胰臟側病毒量，並且和抗體藥 palivizumab 的效果做比較，結果顯示效果和抗體藥一樣好。另外，改造過的 B cells 在老鼠體內可以維持多久也是個問題，所以他們也測試了長期的效果，他們在移植基改 B cells 後的 87 天後才讓老鼠感染 RSV，然後同樣在感染五天後測量胰臟和肺臟的病毒量，結果和移植七天後的效果是一樣的。

這個方法如果在人體內可行的話，或許可以取代很難研發的疫苗，不過目前的老鼠實驗只測到 87 天後的效果，是否可以維持年以上的效果還不知道。



Article:

Science / Genetically engineered immune cells fight off deadly virus in mice (May 2019)


Paper:

HF Moffett et al, B cells engineered to express pathogen-specific antibodies protect against infection. Science Immunology (2019)

第一型糖尿病患的新型免疫細胞

對免疫系統稍有了解的，大概都知道免疫 T 細胞(T cells)和 B 細胞(B cells)，兩者的產地不同。T 細胞由胸腺(thymus)生產，又分為兩種，殺手 T 細胞(CTLs; cytotoxic T cells)和 helper T cells)，主要是用來殺死外來物，例如病毒和細菌。B 細胞則是產於骨髓(bone marrow)和淋巴結(lymph nodes)，功能是記住外來物的樣子，然後在相同外來物再度入侵時，可以生產抗體抵禦。

不過最近研究發現，第一型糖尿病患(Type I diabetes, T1D)有種特別的免疫細胞，是 B cell 和 T cell 的混合體，同時表現 TCR (T-cell receptors)和 BCR (B-cell receptors)，例如大多數的 DE cells 會表現 IgD 和 IgM [註 1]。另外，他們也同時表現 B cell 和 T cell 獨有的基因，目前暫稱為 dual expresser (DE) cells。普通的健康個體也有 DE cells，但是 T1D 患者比較多。除此之外，他們的 BCR CDR3 帶有一段特別的 amino acid sequence，只有第一型糖尿病患者的 BCR 才有，健康個體的沒有。第一型糖尿病主要是因為 T cells 跑去殺死製造胰島素(insulin)的胰臟 β cells，使其無法生產胰島素。目前認為 T 細胞會殺死 β cells 是因為胰島素的一個氨基酸片段 B:9-23 (SHLVEALYLVCGERG) 被 HLA (human leukocyte antigen)呈現給惹 T cells [註 2]，使它誤以為胰島素是入侵者需要被消滅，而表現胰島素的 HLA 則是 HLA-DQ8，一種大量出現在第一型糖尿病患裡的 HLA。B:9-23 片段對普通的 HLA-DQ8 的 affinity 是很低的，但是 T1D 患者的 DQ8 binding pocket 裡和胰島素接觸的兩個氨基酸(A14, R22)如果突變為 A14E 和 R22E 的話，affinity 會增加百倍以上。

註 1：BCR 簡單來說就是黏在 B cells 表面的抗體，所以也同樣有三個辨識抗原的 CDRs (complementarity-determining regions)。抗體有五種 -- IgA, IgD, IgE, IgG & IgM，BCRs 則主要為 IgD 和 IgM。

註 2：HLA 屬於 Class II MHC (MHCII)，表現在 APC (antigen-presenting cells) 表面，有個 binding pocket 會結合抗原(antigen)，然後把它呈現給 T cells，告訴 T cells 這是入侵物，快去殺死它。



作者們認為第一型糖尿病的 T 細胞會攻擊 β cells 是因為這段特別的氨基酸片段 DE peptide 可能會和 HLA-DQ8 結合，進而引發 T cells 的攻擊，他們用電腦模擬的結果發現 DE peptide 和 HLA-DQ8 的結合力非常強，比胰島素的片段還大到上萬倍，因此很可能引發強大的 T 細胞反應。而實際實驗結果也顯示 DE peptide 的確會和 HLA-DQ8 結合，並且會刺激第一型糖尿病患的 T helper cells 產生免疫反應，指示 CTLs 去攻擊胰臟的 β cells。不過，雖然目前看來第一型糖尿病患的 DE peptide 是引發 CTLs 去攻擊生產胰島素的 β cells 的原因，但是胰島素在這中間扮演了什麼角色呢？如果 HLA-DQ8 結合的目標物是 DE peptide，為什麼 CTLs 攻擊的會是 β cells 呢？目前原因還不清楚，需要更多的研究。



Article:

The Scientist / Novel Type of Immune Cell Discovered in Type 1 Diabetes Patients


Paper:

R Ahmed et al, A Public BCR Present in a Unique Dual-Receptor-Expressing Lymphocyte from Type 1 Diabetes Patients Encodes a Potent T Cell Autoantigen. Cell (2019)


Book: B Cells and Antibodies, Molecular Biology of the Cell (4th ed.)

哪個國家最誠實？

Science 前兩天刊了一個有趣的研究，是大規模的行為試驗：到底哪個國家的公民最誠實？

這個研究是在四十個國家的共 355 個主要城市裡的公家或私人機構丟包超過 17000 個(長得像透明片夾 business cards，因為要讓人可以不用打開就看到裡面有什麼的)錢包。丟包的地點包括有銀行、電影院、博物館、郵局和飯店等等，丟包的方式是研究人員走去櫃檯說，「不好意思，我剛剛撿到這個錢包，但是我趕時間，你能不能幫忙把錢包物歸原主？」然後看有多少人會跟失主聯絡。另外，錢包有兩種，一種是裡面只有聯絡方式但是沒錢的，另一種是裡面有 USD$13.45，他們想知道哪個國家的公民回報率最高，哪種錢包比較多人回報，有錢的還是沒錢的。


Figure / Cohn et al, Science (2019)

結果呢，撿到錢包後會回報的比例，四十個國家中，瑞士最高，加拿大中間(比美國高，意外嘛？XD)，中國最後(不意外？)，比中國好兩三名的是摩洛哥、肯亞、秘魯和馬來西亞。回報的時間則是瑞士人第一天就聯絡失主惹，美國和英國平均三個禮拜後才回報失主，中國則是四十天後。另外，有趣的是有裝錢的錢包的回報率比沒錢的高。

btw, 日本竟然沒在實驗國家裡，不知道它和瑞士比哪個比較誠實。😆

(其實我覺得這個研究的實驗方式比較像是測試服務態度和做事效率，因為有的人可能會覺得 "That's not my job"，聯絡失主不在他的工作範圍內，有錢的回報率比較高是因為覺得失主會很著急，沒錢的話就覺得無所謂而懶得聯絡，反正也不是他的職責，做了也不會加薪。)


Paper:

A Cohn et al, Civic honesty around the globe. Science (2019)

鬧血荒怎麼辦？把血液全部變成 O 型血！

血型的不同在於它們表面帶有不同的抗原(antigen)和抗體，血型 A 型的紅血球表面帶有 Type A antigen 和抗體 anti-B，B 型的人帶有 Type B antigen 和抗體 anti-A，AB 型的則帶有 A, B 兩種抗原但是不帶有抗體，O 型的人則不帶有抗原，但是帶有 anti-A 和 anti-B 兩種抗體。


Figure / Blood Groups and Red Cell Antigens - Chapter 5 The ABO blood group

抗原和其對應的抗體相結合，例如抗原 Type A antigen 和抗體 anti-A 結合的話就會引發免疫反應造成溶血(hemolysis)，所以不同血型的人不能互相輸血，但是 AB 型的人可以接受所有人的血，因為他不帶有抗體，而 O 型可以捐血給所有人，因為它不帶有 A, B antigens 。

如果血庫缺少某種血或需要某種血怎麼辦？要是可以把所有的血全部變成 O 型血就好了，這樣不管需要哪種血都可以輸 O 型血。

UBC 的研究團隊在人體的腸道菌裡發現兩種酵素，可以把紅血球上的 Type A antigen 移除使它變成 O 型。紅血球表面的抗原，其實就是不同的醣連結 (carbohydrate chains)，A 型的比 O 型的多帶了個 GalNAc (N-acetylgalactosamine)，B 型的則是多帶惹 galactose。他們掃了上萬個腸道菌基因，發現腸道菌 Flavonifractor plautii 的兩個酵素 N-acetylgalactosamine deacetylase (GalNAc deacetylase) 和 α-galactosidases (GalNase)，這兩個酵素合作的話，可以有效去除紅血球上的 Type A antigen，也就是把某部分的醣切掉，使它變成成 O 型紅血球上較短的醣連結。同理，也可以把 B 型紅血球表面的抗原去除，使它變成 O 型。


Figure / Blood Types and Carbohydrate Chemistry

UBC 團隊目前只試惹 A 型血，因為它比較普遍。不過，真的要用於輸血之前，要先有確認所有的 A 型紅血球都有被轉換成 O 型才行。


Article:

Science News / Type A blood converted to universal donor blood with help from bacterial enzymes (June 2019)


Paper:

P Rahfeld et al, An enzymatic pathway in the human gut microbiome that converts A to universal O type blood. Nature Microbiology (2019)

憂鬱症藥物 SSRIs 為什麼對有些病患有效，對部分病患卻無效？

可能很多人都知道 SSRIs (selective serotonin reuptake inhibitors) 是目前主要治療憂鬱症的藥物，但是並不是對每個人都有效，大約有 30%-40% 的患者對 SSRIs 沒有反應。憂鬱症的病因並不清楚，目前認為跟腦內的血清素訊息傳遞系統(serotonergic circuit)有關，因為 SSRIs 抑制了神經細胞接受血清素，使得神經細胞間的血清素(serotonin, 5-HT)濃度增加，而這減緩了部分憂鬱症患者的症狀，不過大家對其詳細的作用機制不清楚，不知道為什麼有些患者對 SSRIs 治療沒有反應。

這個月刊在 Molecular Psychiatry 的研究比較了正常人和重度憂鬱症(major depressive disorder, MDD)患者的神經細胞，想要知道在細胞層面上、基因表現上和神經迴路上有什麼差異。他們從有八百人的大型臨床實驗裡挑出對 SSRIs (escitalopram, citalopram) 治療反應最好的病患(R, remitters)和對治療完全沒反應的病患(NR, nonremitters)，取他們的皮膚細胞後，把皮膚細胞重新改造回多功能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)，再將幹細胞引導為神經細胞做研究。作者們研究了神經細胞的各個面向，包括細胞裡製造和降解血清素的酵素、運送血清素的蛋白等等，但卻沒發現對治療有反應和沒反應之間的差別。不過，他們發現雖然在生化分析的層面上沒差別，但是在神經細胞的形狀上有點不同。

對藥物沒反應的憂鬱症患者的神經細胞比較長，基因分析顯示某些基因的表現量也比較低，像是 PCDHA6 和 PCDHA8。當他們把神經細胞中的 PCDHA6 和 PCDHA8 的表現量降低後，細胞也會變得長長的，這種不正常的細胞形狀可能會使腦部的某個區塊的神經細胞過分交流，而某些區塊的交流不足，而這種不正常的腦神經迴路可能是憂鬱症患者對藥物沒反應的原因。

另外，他們用血清素去刺激由 iPSC 轉換而來的神經細胞，結果顯示正常人(H, healthy)的神經細胞和病患 R 組的神經細胞對血清素的刺激沒有差別，但是病患 NR 組的神經細胞對血清素的反應比 H 組和 R 組都大，出現過激(hyperactivity)的情形，而且它們的其中兩個血清素接受器(5-HT receptors)的表現量也比較高：5-HT2A receptors 和 5-HT7 receptors，這兩個都是 GPCRs。他們也試了幾個血清素接受器的 antagonists，包括有 5HT2A receptor antagonist Ketanserin 和 5-HT7 antagonist SB-269970，結果發現 Ketanserin 可以抑制血清素引起的過激活動，把無反應病患組(NR)的神經細胞活動降到跟 H 組和 R 組一樣，SB-269970 也有相同的效果。另外，FDA 核准用來治療精神疾病 biopolar 的藥物 Lurasidone 也是的 5HT2A 和 5-HT7 receptor antagonist，實驗結果顯示它也可以抑制 5-HT 在病患神經細胞 NR 組引起的 hyperactivity。

這個研究結果讓我們了解幾點：
- 血清素 5-HT 會引起神經細胞(serotonergic neurons)反應，MDD 病患的神經細胞會出現過激反應(hyperactivity)。
- 憂鬱症可能是因為 5-HT2A 和 5-HT7 這兩個訊息傳遞路徑有關
- 對憂鬱症藥物 SSRIs 沒反應的病患，其神經細胞上的 5-HT2A 和 5-HT7 receptors 比較多。
- 5-HT2A 和 5-HT7 receptor antagonist 可抑制血清素引起的 hyperactivity。
- 5-HT2A 和 5-HT7 或可做為治療憂鬱症的標把蛋白



Article:

Salk News / When neurons are out of shape, antidepressants may not work (2019)


Paper:

KC Vadodaria et al, Altered serotonergic circuitry in SSRI-resistant major depressive disorder patient-derived neurons. Molecular Psychiatry (2019)

用酵母菌釀造大麻

繼三年前有人發表了如何用酵母菌釀造嗎啡後，這個月 UC Bekeley 的研究團隊發表了他們用酵母菌釀造大麻的成果在 Nature。記得那時候才還在臉書上開玩笑說，應該要研究如何用酵母菌釀造大麻的，想來會很有錢途，沒想到真有人做惹。

舊文：用酵母菌釀造嗎啡

看了整篇研究後，覺得基改酵母讓它生產大麻比生產嗎啡簡單啊，主要是 CBD (cannabidiol) 和 THC (Δ9-tetrahydrocannabinol) 的產生過程還滿直接的，不像嗎啡中的中介物 S-reticuline 很難產出，另外就是這篇研究是用 Cas9 來改造酵母菌基因，應該也比原本的用 shuttle vector 去改要容易點。


Figure / Pathway of CBD and THC biosynthesis (modified from X Luo et al, Nature 2019)

上面是大麻的 THC 和 CBD 生產的主要路徑，這兩個物質大家應該滿熟悉的吧？THC 是讓人嗨的，CBD 則是有鎮靜止痛的效果。大麻裡面除了這兩個物質外，還有 CBN (cannabinol), CBG (cannabigerol) 和 CBC (cannabichromene)。

上面幾個途徑的各個反應如下：（後面 highlight 的部分是所需酵素）

1. Sugar (galactose) acetyl-CoA --> malonyl-CoA
2. Sugar (galactose) --> acetyl-CoA --> hexanoyl-CoA (hexanoly-CoA pathway)
3. Hexanoic acid --> hexanoyl-CoA [CsAAE1]
4. Hexanoyl-CoA + 3x malonyl-CoA --> olivetolic acid (OA) [CsTKS, CsOAC]
5. OA --> cannabigerolic acid (CBGA) [CsPT4]
6. CBGA --> THCA (Δ9-tetrahydrocannabinolic acid), CBDA (cannabidiolic acid) [THCAS, CBDAS]

Pathway #2 他們稱為 hexanoyl-CoA pathway，從 acetyl-CoA 轉化成 hexanoyl-CoA 的過程需要的酵素為：RebktB, CnpaaH1, Cacrt, Tdter

可以看出 CBGA 在裡面扮演重要的 intermediate，它除了是 THC 和 CBD 的 precursor 之外，也是 CBG 和 CBC 的，加入 CBCAS 之後就可以轉化成 CBCA，而以上這幾個酸性物質加熱後就會變成中性有活性的 CBG, THC, CBD 和 CBC。

CBGA --> CBG
THCA --> THC
CBDA --> CBD
CBCA --> CBC

以上這些物質，在大麻裡面是以酸性的形式存在，直到人們點煙或加熱的時候，才會轉化成 THC 或 CBD，這個過程也就是 decarboxylation。CBG 不具有讓人嗨的效果，近來被認為可以抗發炎，但是它在大麻裡面的量比較少，因為大多很快就被轉化成 THCA 和 CBDA。另外，THC 曝露在 UV light 和氧氣之下會慢慢變成 CBN，它跟 THC 同樣會讓人嗨，但是效果比較弱。

另外，雖然整個製造過程看起來滿簡單的，但是研究了一下發現，破酵母細胞萃取 THC 或 CBD 的這個步驟的成本滿高的，因為酵母菌的細胞壁(cell wall)很難破，這篇研究裡用的是 zymolase，而且用量是 2U/OD。這篇研究裡 THC 的產量是 8 mg/L，但是根據我的經驗酵母菌在搖了兩天後的 OD600 就可以超過 10，一公升的話 OD 就是 10,000，也就是說要用 20,000U 的酵素。這個酵素我查到的價錢是 2000U 要價加幣 $150，也就是說每 8 mg 就要花掉至少 CAD$1500，嘖嘖嘖~ 當然也有較便宜的破細胞方法，像是用 glass beads 或是 french press 這些用 mechanical force 的去破細胞。所以啊，成本還是要算仔細呢。XD



News articles:

UC Berkeley / Yeast produce low-cost, high-quality cannabinoids (2019)

Nature / Scientists brew cannabis using hacked beer yeast (2019)

Harvard Health Publishing / Cannabidiol (CBD) — what we know and what we don’t (2018)


Publications:

X Luo et al, Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast. Nature (2019)

S Deiana, Chapter 99 - Potential Medical Uses of Cannabigerol: A Brief Overview. Handbook of Cannabis and Related Pathologies (2017)

多運動可減緩阿茲罕默症 -- 運動賀爾蒙鳶尾素(irisin)

之前有研究發現運動會使體內釋放出一種賀爾蒙 -- irisin (鳶尾素)，之前這個賀爾蒙的主要功能被認為是在於能量代謝，增加體內能量消耗，有助於減重，不過最近發現 irisin 也可以促進腦內海馬迴(hippocampus)腦神經細胞的生長。Irisin 的前驅物(precursor)是 FNDC5 (Fibronectin type III domain-containing protein 5)，是一個頗大的穿膜蛋白(transmembrane protein)，約有 100kDa，表現於肌肉組織。之後其頭尾的 N-terminal signal sequence 和 C-terminal tail 被切掉後剩下中間的一百多個氨基酸長的片段(D32-E143)就是 irisin。它是動物活動時由肌肉細胞釋放出來的一種 cytokine，稱為 myokine，可以刺激脂肪細胞活動，也被發現會促進海馬迴裡 BDNF 的表現。

FNDC5: UniProtKB, OMIM

在這篇研究中，作者們發現人類腦部的海馬迴裡有 irisin，而阿茲罕默症(Alzheimer's disease, AD)患者腦部海馬迴和脊髓液 (cerebrospinal fluid, CSF) 裡的 irisin 表現量比有輕微認知功能障礙的(mild cognition impairment, MCI)和正常的要為低。另外，LBD (Lewy body dementia) 失智患者的 CSF 內的 irisin 量也比較低，AD 和 LBD 患者血清內的 irisin 量則和正常人沒明顯差別。

接著，他們想知道 AD 是如何影響 irisin 的表現。他們把 AD 的致病蛋白 Aβ 加到培養的老鼠海馬迴細胞和人類的大腦皮質切片，結果發現細胞裡的 irisin mRNA 和蛋白表現量都減少了。在老鼠實驗中，他們發現被打入 Aβ 的老鼠，其腦部海馬迴中的 irisin 表現量大為下降。而本身是 AD 基改老鼠的海馬迴裡，在牠們 13-16 個月大、腦部出現 Aβ 堆積癥狀的時候，irisin 的表現量也是降低的，表示 Aβ 會影響腦內 irisin 的表現量。

除此之外，為了了解 irisin 在大腦的功能是什麼，他們敲掉了老鼠的 FNDC5，結果老鼠的腦神經活動 long-term potentiation (LTP) 和記憶力皆降低了。反之，增加老鼠腦部 irisin 的表現量則可以挽回因打入 Aβ 而降低的記憶力。另外，他們也用病毒把 FNDC5 基因送進 AD 基改老鼠裡，讓其腦部可以大量表現 irisin，看能不能因此改善 AD 基改老鼠的表現，結果顯示 irisin 可以ㄗ AD 基改老鼠腦部的 LTP 和其記憶力。

接著，他們接著想知道運動是否能夠對 AD 有實質上的改善，是否能做為治療的一環。他們把 Aβ 打入老鼠 CSF 中後讓他們每天游泳一小時，一週游五天，連續游五個禮拜，看看運動是否能夠預防 Aβ 造成的記憶力衰退。結果顯示老鼠腦部海馬迴的 irisin 表現不但沒有因為 Aβ 而降低外，老鼠的記憶力也沒有因之衰退。

由此大概可以知道，Aβ 會使腦中的 irisin 表現量減少，但是可以藉由運動增加 irisin 的表現，雖說不太可能光靠運動就大為改善 AD，不過如果可以某種程度的減少 Aβ 對腦部的傷害也是不錯的。不管怎樣，固定運動總是好的，有時間多動一下吧。



Article:

NNR / Exercise-linked Hormone Protects Memory in Mouse Models of Alzheimer's (Feb 2019)


Paper:

MV Lourenco et al, Exercise-linked FNDC5/irisin rescues synaptic plasticity and memory defects in Alzheimer’s models. Nature Medicine (2019)

P Boström et al, Article | Published: 11 January 2012A PGC1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature (2012)


其他相關閱讀：【醫學研究】捲土重來的鳶尾素( Irisin)

癌症免疫療法 - neoantigen vaccine

免疫療法也是近來滿熱門的一個領域，就是另用免疫系統去殺死癌細胞，有的是改造免疫 T cells，讓他能夠辨識出癌細胞，然後消滅它，例如 CAR T-cells。另外就是去年得諾貝爾獎的 PD-1 和 CTLA-4，利用小抗體去阻斷 T cells 的訊息傳遞。簡單來說就是 T cells 會表現 PD-1，而體內的一些正常細胞會表現它的配位基(ligand) PD-L1，PD-1 和 PD-1 結合後會抑制淋巴細胞的活化(activation)和繁衍(proliferation)，然而癌細胞也會表現 PD-L1，誤導免疫細胞說它是無害的正常細胞，T cells 就不會去攻擊它，小抗體就是用來阻斷這兩個蛋白的結合。

相關閱讀：免疫系統中的檢測點 PD-1 和 CTLA-4

癌細胞的產生是因為一層層的突變所造成的，而這些突變會使癌細胞生產所謂新的氨基酸片段(也就是胜肽, peptide)，稱為 neoantigen，因為正常細胞沒有這些突變，所以不會產生 neoantigen。這些氨基酸片段會被 MHC (major histocompatibility complex) 表現在細胞表面讓免疫細胞檢查，而這些 neoantigen 會被免疫系統辨識為外來物，然後被免疫細胞殺死。這些會從血液遊走到腫瘤，然後清理癌細胞的免疫細胞稱為 tumour-infiltrating lymphocytes (TILs)。但是很多癌細胞，例如腦腫瘤 glioblastomas 的癌細胞並沒帶有太多突變，表現在細胞上的 neoantigen 也不多，因此可以躲過免疫細胞的攻擊。


Figure / Interaction between tumour cell and T cells via PD-L1:PD-1 and MHC:Ag:TCR; T cell receptor (TCR) (C Barnhart, JADPRO 2015; PMID: 26557410)

最近有兩篇刊載 Nature 的研究報告了免疫治療的臨床研究結果，這兩個臨床試驗還有一個重點，就是所謂的個人化治療(personalized medicine)，或是稱精準治療(precision medicine)。上面提到有些腫瘤因為突變會產生不同的氨基酸片段，每個人的腫瘤細胞產生的 neoantigens 會不太一樣，個人化治療就是指針對每個病人的腫瘤特性做客製化的治療。而免疫治療則是指利用這些 neoantigens 去啟動體內的免疫系統，進而殺死癌細胞。不過，既然有些腫瘤細胞會產生 neoantigen 的話，為什麼不會被免疫細胞殺死呢？有可能是 antigen 本身特異性不足以引發免疫反應，因此要在臨床治療上使病患體內出現足夠的免疫反應，用好的 antigens 作為疫苗是很重要的，可以引發免疫反應殺死腫瘤細胞的 antigens 稱為 tumour rejection antigens。

其中一篇是在病人的 glioblastoma 腫瘤切除手術後讓他們接受放射線治療和免疫療法，就是把帶有 20 種腫瘤 neoantigens 的疫苗打入病患體內。這二十種 neoantigens 是分析了病患腫瘤後得出的結果，也就是針對癌症病患而客製化的疫苗，不過雖說是客製化，腫瘤的定序分析顯示有幾個是常見的突變基因，例如 PTEN 和 EGFR。手術後到接受免疫治療中間大約是 17 到 24 週，之後抽血檢測病患體內的免疫細胞 CD4+ helper T cells 和殺手細胞 CD8+ killer T cells (CTLs) 的反應。整個治療中，八位病患中只有兩位不需要接受類固醇 dexamethasone 做免疫抑制治療。最後，也只有這兩位沒接受類固存治療的的病患有出現免疫反應 -- 主要為 CD4+ T cells，並且釋放出 IFNγ, IL-2 和 TNF。這八位病人後來都過世了，治療後病情未惡化(progression-free survival, PFS)的時間為 7.6 個月，術後存活時間(overall survival, OS)的中間值則是 16.8 個月。若是只有做標準的放射線治療或化療的話，治療後的存活時間大約為一年左右 (ref: American Brain Tumor Association)。

另一篇研究則是試了兩種疫苗，一種同樣是用客製化的病患腫瘤 neoantigens，另一種是非客製化、用非突變的蛋白片段而製成的，其蛋白片段則是分析了三十個 glioblastomas 而得出的結果。在這篇研究裡，十五位病患在腫瘤移除手術後接受化療，其中四位只接受非客製化的疫苗，另外十一位兩種疫苗都接受，後來有兩位退出臨床試驗，剩下的十三位之後檢測其免疫反應效果為何。結果發現不管是只接受非客製化疫苗的病患，或是接受兩種疫苗的病患，大多出現免疫反應。接受非客製化疫苗的病患，如果其腫瘤細胞出現疫苗裡的其中一種氨基酸片段，即可被殺手 CD8+ T cells 辨識出來。接受客製化疫苗的病患，其免疫 CD4+ T cells 則會辨識出腫瘤細胞。病患從診斷出來後的到過世的時間(OS)為 29 個月，病情未惡化時間(PFS)約為 14.2個月，其中一位有出現 CD8+ T cells 免疫反應的病患則是存活了三年多 。



Articles:

Nature News / Immune cells track hard-to-target brain tumours

U Sahin & O Türeci, Personalized vaccines for cancer immunotherapy. Science (2018)


Papers:

N Hilf et al, Actively personalized vaccination trial for newly diagnosed glioblastoma. Nature (2018)

DB Keskin et al, Neoantigen vaccine generates intratumoral T cell responses in phase Ib glioblastoma trial. Nature (2018)

你對牛奶過敏嗎？也許可以來個腸道菌移植治療

你是屬於會對牛奶過敏的人嗎？最近有研究顯示，腸道菌移植可能可以使你不再對牛奶過敏。

之前有研究顯示，對牛奶過敏(cow's milk allergic, CMA)的小孩的腸道菌落和不會對牛奶過敏的有些不同，也顯示某些腸道菌似乎可以降低對食物過敏的風險，於是科學家們想試試不會過敏的小孩的腸道菌是否可以使身體不再對牛奶裡的乳球蛋白 β-lactoglobulin (BLG) 產生免疫反應。

他們把八位幼童的腸道菌移植到在無菌空間生長的老鼠體內，移植的方法是把處理過的糞便經由食道直接灌到老鼠胃部 --intragastric gavage。這些無菌老鼠(germ-free mice, GF mice)是敏感體質，會對 BLG 和 cholera toxin 產生過敏反應，除了體溫會下降外，身體也會製造 BLG 的抗體 IgE 和 IgG1。八位幼兒中有四位是健康沒過敏的和四位 CMA 過敏兒，CMA 幼兒有吃 hydorlyzed casein 治療過敏情況，健康幼兒則吃標準牛奶基底的配方奶。

無菌老鼠分為三 組，一組是完全沒接受腸道菌移植的 GF mice，一組是接受健康幼兒糞便移植的，和一組接受 CMA 過敏兒移植的。腸道菌移植 42 天之後，他們給老鼠 BLG，然後觀察是否出現過敏反應。結果顯示未接受腸胃道菌移植的和接受 CMA 腸道菌的出現了過敏反應，包括體溫下降和血液裡有大量的 BLG-specific IgE 和 IgG，而接受健康幼兒腸道菌的老鼠則沒有出現這些反應，他們也試了喝母奶的健康兒和 CMA 過敏兒的腸道菌，移植健康幼兒腸道菌的老鼠同樣沒出現 BLG 的過敏反應，但是移植 CMA 腸道菌的老鼠有過敏反應，表示牛奶或是母奶並不是造成過敏的原因。

所以，到底健康幼兒和過敏兒的腸道菌落有什麼不同呢？科學家們分析了這些幼兒的便便，看看到底哪裡不同，結果發現兩者之間有 58 種菌的菌量不同。另外，他們除了分析有哪些菌在健康兒體中比較多，哪些在 CMA 體中比較多外，同時也分析了老鼠的糞便，然後和幼兒的做比對。結果顯示接受健康幼兒腸胃道移植的老鼠，糞便裡富含 Clostridia 家族下面的一種菌 Lachnospiraceae，這種菌之前被認為可以保護宿主身體不對食物過敏。

接著，他們採集了老鼠腸胃道的表皮細胞(ileal epithelium)做分析，發現接受健康幼兒腸道菌的老鼠會表現不一樣的基因，有幾個基因的表現比接受 CMA 的老鼠高，顯示腸道菌會影響宿主的基因表現和免疫系統。他們再用基因表現量的差異做區分去比較這些老鼠的腸道菌，結果顯示接受健康兒腸道菌移植的老鼠體內富含的幾種菌落皆屬於 Lachnospiraceae，並且是以 Anaerostipes caccae 為主。

之後，他們想確認 A. caccae 是否為影響基因表現和避免過敏的主要因素，於是把這株細菌移植到無菌老鼠裡，結果出現了相同的變化，例如表現量上升的基因和接受健康幼兒的腸道菌移植的老鼠的是一樣的，而且這些老鼠對 BLG 也沒產生過敏反應，顯示 A. caccae 在保護幼兒不對牛奶過敏上佔有很大因素。



Article:

Mindzilla / Gut Microbes from Healthy Infants Block Milk Allergy Development in Mice (Jan 2019)


Paper:

T Feehley et al, Healthy infants harbor intestinal bacteria that protect against food allergy. Nature Medicine (2019)

哪種方法殺蟑最有效？

這個研究試了兩種方法來殺德國蟑螂(Blattella germanica)：凝膠誘餌(bait)和殺蟲煙霧彈(total-release foggers, TRFs; bug bombs)。凝膠誘餌是一種凝膠型殺蟲劑，殺蟲煙霧彈是一種會產生殺蟲霧氣的東西，打開後殺蟲劑煙霧會充滿整個空間，所以會被認為應該很有效。

他們在三十間受蟲入侵的房子裡放了四種殺蟲煙霧彈和兩種凝膠誘餌，其中二十間是在廚房使用殺蟲煙霧彈，打開後讓空間密閉四到六個小時，之後再通風讓殺蟲劑散掉；另外十間是設置凝膠誘餌。在殺蟲劑設置的前後都有數屋內的蟑螂數，在使用後的第二個禮拜數一次，然後在一個月後再數一次。

結果測試的效果如何呢？用殺蟲煙霧彈的房子，蟑螂數量都沒有減少，但是使用凝膠誘餌的在兩週後蟑螂數量都少了至少一半，其中一種誘餌還少了超過 75%，一個月後減少更多。

測試的四種殺蟲煙霧彈為：Hot Shot No-Mess Fogger2 with Odor Neutralizer 2, Hot Shot No-Mess Fogger3 with Odor Neutralizer, Raid Max Concentrated Deep Reach Fogger, Raid Fumigator。其主要成份為：tetramethrin, permethrin, piperonyl butoxide, cypermethrin。

測試的殺蟲凝膠為 Combat Gel Bait 和 Maxforce Gel Bait，這兩種的主要成份皆為 fipronil。



原論文：

ZC DeVries et al, Exposure risks and ineffectiveness of total release foggers (TRFs) used for cockroach control in residential settings. BMC Public Health (2019)

海馬迴也處理抽象空間的記憶 —— 人與人之間的距離

這篇是 2015 的研究，前兩天在整理 feedley feed 的時候看到這個存了三年還沒打開來看。

這篇研究是用大腦神經影像來觀察大腦在我們參與社交活動時的活動情形，目前知道海馬迴(hippocampus)的主要功能是在於學習和記憶，也包括了空間上和時間上的記憶。作者們認為大腦對於空間上的記憶不只在於真實的距離，也包括了抽象的距離，也就是人與人之間的距離。以自我為中心點，和其他人的距離可以分為點頭之交或莫逆之交，還有上司或下屬間的距離之類的，而權力(power)和夥伴關係(affiliation)這兩點則會影響我們如何衡量和對方之間的距離。作者用座標軸解釋，在你認識一個人之後，如果權力是 Y 軸，夥伴關係是 X 軸，你會把對方放在哪個位置？海馬迴會記憶這個位置，然後當你下次遇見對方時，就會依這個記憶去判對要怎麼應對。

作者們研發了一個 RPG (role playing game) 讓參與者玩，然後在他們玩的時候用 fMRI 觀察大腦的活動。在遊戲裡參與者是主角，會和遊戲裡另外六位角色互動，也會在遊戲中做出許多選擇，作者們經由他們的選擇觀察參加者的社會觀，尤其是在權力和夥伴關係面，和其他 RPG 不同的是這個遊戲比較接近真實生活中的社交活動。在遊戲裡主角剛搬到一個新城市，他需要在新城市裡找到新工作和住的地方，要達到這個目標，他需要先認識城市裡的人。和其他的 RPG 遊戲一樣，參與者會透過對話泡泡和遊戲裡的其他角色對話，角色有認識很久的高中同學，或是某間公司的老闆。

在遊戲中，對方(其他角色)會說一件事，然後遊戲會給參與者(也就是主角)兩個選項去回應對方。例如對方說：我需要你加班，因為這件事需要在兩天內完成。而主角的選項有：
1. 我會依你的吩咐完成
2. 我會盡力完成，但可以有加班費嗎？

主角的選擇會顯示出兩人之間的距離，例如權力的高低，或是是否為夥伴關係，而依主角的選擇對方會有不同的回應，因此兩人間的距離可能會因此慢慢改變。遊戲一開始每個角色和主角之間的距離是 y (power) = 0，但是 x (affiliation) 很大，隨者主角和其他角色的互動，對方的位置會慢慢改變，在遊戲結束時，每個角色座落的位置會不一樣，代表著主角怎麼應對和衡量彼此之間的距離。

結果顯示當參與者和其他遊戲角色有互動，並且關係產生改變(也就是其他角色在座標上的位置移動)的時候，左邊的海馬迴便會開始活躍，而且如果主角認為自己的權力比較高的時候，海馬迴活動的訊號也比較高，表示海馬迴的活躍度是和彼此之前的權力和夥伴關係有關。另外，腦部的 PCC (posterior cingulate cortex) /precuneus 也和社交有關，之前有研究顯示 PCC 和杏仁核(amygdala)處理我們第一次見到一個人時接收到的訊息，使我們可以以這些資訊對對方產生某種第一印象。這篇研究顯示 PCC 也用在衡量我們和對方彼此間的距離。之後，他們想知道海馬迴的活躍度和社交能力是否有關，他們讓參與者在 fMRI 遊戲之後填寫問卷，調查他們本身對社交活動的感受為何，是否會緊張焦慮和個人特質等等，結果顯示海馬迴的活耀度和社交技巧及個人特質有關，海馬迴越活躍的人對社交活動感到自在，並不會焦慮或迴避。



References:

RM Tavares et al, A Map for Social Navigation in the Human Brain. Neuron (2015)

Schiller et al, A neural mechanism of first impressions. Nature Neuroscience (2009)

睡眠品質不佳對腦部的傷害

睡眠不足和阿茲海默症的關係之前有研究討論過，去年有研究顯示光是一個晚上無眠，阿茲海默症的致病蛋白 β-amyloid (Aβ) 量就升高了。有臨床研究顯示，CSF 裡的 Aβ 在睡前是最高的，醒後是最低的，而睡覺時間是大腦大掃除的時間，如果沒睡覺，Aβ 就有可能因為沒辦法被清除而堆積在腦部。

舊文：睡覺有多重要？幫你洗腦！

NIAAA 的計畫主持人 Dr. Ehsan Shokri-Kojori 和 Dr. Nora Volkow 用 PET (positron emission tomography) 去掃年齡 22 到 72 歲間，二十位的健康試驗者在飽睡一晚和睡眠不足(約 31 小時沒睡)後的腦部，結果發現在 31 個小時沒睡後，海馬迴(hippocampus)和丘腦(thalamus)中致病蛋白的 Aβ 表現量增加惹 5%，不過他們沒有檢視如果 31 小時沒睡，之後補眠的話，Aβ 的表現量有沒有降回去。

繼那篇研究之後，這個月也有個研究是關於睡眠和阿茲海默症之間的關係的。人的睡眠分為幾的階段，睡著後的那一個小時是非快速動眼期(non-REM sleep, NREM)，可分為四個階段。第一個階段的特徵是 EEG 顯示出來的波頻下降到 4-8Hz，第二階段是 sleep spindle (又稱 sharp wave ripple, SPW-R)，頻率在 10-12Hz 之間震動。之後是第三和第四個階段的 slow waves sleep (SWS, 又稱 delta waves)，波頻在 0.5-4Hz 之間，SWS 之後則是快速動眼期(REM, rapid eye movement)。SWS 是睡眠中最深沉的一段，也是記憶力成型(memory consolidation)的時間，白天經歷過的事情會在腦部再重演一次，形成記憶。


Figure / Purves et al, Neuroscience 5th ed.

舊文：在睡夢中製造新記憶

這篇由聖路易華盛頓大學醫學院(Washington Univ School of Medicine in St. Louis)發表的研究顯示，較少有深層睡眠的老人腦中的 tau 表現量比較高。Aβ 和 tau 目前被認為是阿茲海默症的主要致病蛋白，因為患者腦中皆被發現有大量的 Aβ 和 tau 堆積。他們找了一百多位六十歲以上的參與者，監控他們一週在家的睡眠情況，參與者把攜帶型的 EEG 儀器戴在腦上，同時也戴了手錶型的偵測器，分別偵測睡眠時的腦波和身體移動情形。除此之外，參與者也會記錄自己每晚的睡眠時間和白天小睡的時間。研究者測量了參與者腦部和 CSF (cerebrospinal fluid) 裡的 Aβ 和 tau 含量。另外，其中有 38 位參與者也有做腦部 PET 檢視腦中這兩個蛋白的堆積情形。

他們分析了波頻和 tau 堆積之間的關聯，包括了整晚 1-4.5Hz NREM SWA (slow wave activity)，還有不同的波頻：1-2Hz, 2-3Hz 和 3-4Hz。結果發現 1-2Hz 這個頻率的活動和 tau 堆積的關係最為明顯。1-2Hz NREM SWA 較低的參與者，其腦前額的 Aβ 和 tau 堆積都比較高，CSF 裡的 tau/Aβ 和 p-tau/Aβ 的比例也都比較高。

除此之外，他們也比較了睡眠狀況和 Aβ, tau 堆積的關聯，發現 PET 掃描顯示有 Aβ 堆積的人，他們進入熟睡後到 REM 之間的時間比較短，也就是說深眠的時間較短。有趣的是睡比較多的人和白天有小睡的人，他們的 tau 堆積情況比較嚴重。作者們認為，重點不是睡眠的長短，而是睡眠的品質，因為腦部 tau 表現量較高的參與者反而 白天和晚上都睡的比較多，但是睡眠品質都不好。

不過，這兩個研究也只是顯示睡眠不足或睡眠品質不好和 Aβ, tau 堆積有關聯，睡不好的人腦中的 Aβ 和 tau 堆積比較高，但不管是因為睡眠不足導致 Aβ 堆積，還是因為 tau 堆積造成睡眠品質下降，都不代表睡眠品質不好就會失智。



Articles:

NIH / Lack of sleep may be linked to risk factor for Alzheimer’s disease (April 2018)

NIH / Sleep deprivation increases Alzheimer’s protein (April 2018)

ScienceNews / The brain may clean out Alzheimer’s plaques during sleep (July 2018)

WU St Louis / Decreased deep sleep linked to early signs of Alzheimer’s disease


Papers:

E Shokri-Kojori et al, β-Amyloid accumulation in the human brain after one night of sleep deprivation. PNAS (2018)

BP Lucey et al, Reduced non–rapid eye movement sleep is associated with tau pathology in early Alzheimer’s disease. Science Translational Medicine (2019)

腸道菌洩露的你的年紀

腸道菌(gut microbiome)近來也算是個熱門的話題，不少人研究，而且它也好像和很多疾病有關，例如憂鬱症，也好像可以用來治療疾病。不過，目前為止我們對它的了解還很少，我們到底要有哪些菌才是正常的呢？為什麼了解它這麼難？

最近這篇研究顯示，腸道菌會隨著年齡變化，因此可以透過它得知一個人的年齡。美國馬里蘭州的一家 AI 新創公司 InSilico Medicine 分析了從 ENA 和 SRA 資料庫裡的資料，從中挑出 1165 位健康人類、共 3600 個的腸道菌檢體，其中三分之一的年齡層為 20-39 歲，三分之一為 40-59 歲，最後三分之一為 60-90 歲，大多為歐洲人。

他們首先利用 machine learning 去訓練程式學習，讓它從 90% 收集來的檢體中去分析 95 種腸道菌，哪些菌是從哪個年齡層來的，然後再用從那 90% 檢體中得來的資訊去預測剩下未分析的 10% 檢體是哪個年齡的，看準確度有多少。結果顯示城市預測的準確度在 3.94 年以內，他們用來分析的那 95 種菌中，只有 39 種可以用來預測年齡。

作者們發現，有的菌種會隨著年紀越年長越多，例如 Eubacterium hallii, Lactococcus lactis, P. aeruginosa；有的菌則會隨的年齡遞減，例如 Bacteroides vulgatus，一種被認為會導致潰瘍性結腸炎的細菌，另外 C. jejuni 也是。

這個研究很有趣，不過我覺得樣本數不夠多，而且怎樣才算健康的腸道菌？地區性又是怎樣？歐美人的三十幾歲時的腸道菌落和亞洲人的三十幾歲比較又是如何？另外，飲食習慣也可能改變腸道內的菌種，例如抗生素的使用，或是飲酒習慣等等，有喝酒的健康人和沒喝酒的健康人，他們的腸道菌落一樣嗎？

另外，這篇文章中提到 American Gut Project，立刻孤狗惹一下是什麼，原來是 UCSD 醫學院的幾個教授合作的公民科學(citizen science)計畫，每個人都可以參與，基本上就是線上申請說要加入，費用 $99 鎂，他會寄給你一個 kit 讓你採集你的糞便和口腔細胞，填寫問卷(飲食習慣、生活習慣和並使等等)後寄回去，他們就會分析你的腸道菌有哪些，而且會把結果給你，包括 raw data。這個計畫在 2012 年開始，2017 年年底的時候已有超過一萬多人參與，他的姐妹計畫是歐洲的 British Gut，總共募到兩千五百萬鎂以上。

American Gut Project 的資料經過分析後顯示了幾個有趣的點，每週吃的蔬菜種類越多的人，腸道菌的種類越多樣化。另外，患有精神疾病的人，不論國家、年齡或是性別等等，他們的腸道菌落種類都很相似，有幾種菌只出現在憂鬱症患者身上。

題外話，幾年前看過一篇研究是講說胖的人和瘦的人的腸道菌落不太一樣，他們把瘦老鼠的腸道菌移植到胖老鼠體內後，胖老鼠就瘦惹 5%，而胖老鼠在做過縮胃手術後，牠的腸道菌落種類就變得和瘦老鼠相似惹，覺得這超有趣的，哪天有時間再把這篇研究找出來，順便看看是否有新進展好了。



Articles:

Science / The bacteria in your gut may reveal your true age (Jan 2019)

UCSD/ Big Data from World’s Largest Citizen Science Microbiome Project Serves Food for Thought (May 2018)


Papers:

F Galkin et al, Human microbiome aging clocks based on deep learning and tandem of permutation feature importance and accumulated local effects. bioRxiv (2018)

D McDonald et al, American Gut: an Open Platform for Citizen Science Microbiome Research. mSystems (2018)

你聽過自體糞便移植嗎？

大家都聽過「自體 xx 移植」吧，像是自體脂肪移植、自體皮膚移植等等，但是有聽過自體糞便移植嘛？XD

通常癌症病人在做骨髓幹細胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation, allo-HSCT)手術後，醫生會用大量的抗生素去預防細菌感染，但是抗生素不只會殺死不好的細菌，也會殺死對身體有益的腸道菌，大量失去這些對身體有益的細菌也會可能會造成其他的感染，有什麼辦法可以在抗生素治療後把失去的腸道菌給救回來呢？這個研究用的是自己的便便，在做骨髓移植前就先把病患的便便冷凍起來，然後抗生素治療後再移植回病患的體內。

這篇研究的作者們首先分析了七百多位病患在骨髓幹細胞移植手術前和手術後的腸道菌，發現腸道菌的多樣性在手術和抗生素治療後大為下降，以指數來看的話大概只有原本的三成，然後這個情況大概持續三週後，腸道菌才開始慢慢恢復，但不見得會恢復到原本的狀態。

在自體糞便移植的臨床試驗上，他們分析了病患在骨髓移植手術後一到五週後的糞便(大多是術後十三天左右)，如果健康腸道菌很少的就進入臨床試驗，他們挑了 25 位符合這個條件的病患，然後隨機把他們分成兩組，一組(11 位)在手術後接受正常的術後照顧，另一組(14 位)則接受自體糞便移植(autologous fecal microbiota transplantation, auto-FMT)，移植的糞便就是病患手術前已先冷凍起來的糞便。結果顯示接受糞便移植的病患，他們的腸道有益菌在幾天內就回到和 Allo-HSCT 前相同的多樣性和菌落生態，例如術前原本就有的有益菌 Lachnospiraceae, Ruminococcaceae 和 Bacteroidetes 都回來惹，因此有助於病患的腸道系統和免疫系統的恢復。接受正常術後照顧的病患，則是花了好幾個禮拜才從抗生素治療中恢復，有的人甚至術後三個月了腸道菌的多樣性還是很低。

臨床實驗編號(ClinicalTrials.gov identifier)：NCT02269150

Ok, 我知道大家都很好奇到底糞便移植是怎麼做的(有嗎？)，我把移植的方法 copy 在這邊："Auto-FMT consisted of a single procedure and was performed by rectal administration of the thawed fecal product through a retention enema."

你懂的(比手槍手勢，指~)，我就不翻譯惹，大家可以用 enema administration 這個詞去 YouTube 找影片來看。😂

ps. 而且你會順便找到有人分享做 probiotic retention enema 的心得唷。😆



Article:

NIH / Fecal microbiota transplantation helps restore beneficial bacteria in cancer patients


Publication:

Y Taur et al, Reconstitution of the gut microbiota of antibiotic-treated patients by autologous fecal microbiota transplant. Science Translational Medicine (2018)

罕見疾病 黑尿症(alkaptonuria)

第一次聽到這個疾病，是因為無法代謝氨基酸所造成的。黑尿症(alkaptonuria, AKU)，顧名思義就是尿液是黑色的，這個疾病是遺傳性隱性疾病(autosomal recessive)，國中生物學過的孟德爾學說裡說的，要兩個基因都帶有突變才會顯現出來，因此需要父母雙方都帶有突變基因，並且各傳一個給小孩。

黑尿症是在 1902 時被 Archibald Garrod 所發現的，是因為負責代謝 homogentisic acid (homogentisate, HGA) 的酵素 homogentisate 1,2-dioxygenase (HGD) 突變所造成的。氨基酸中的 phenylalanine (Phe, F) 和 tyrosine (Tyr, Y) 在代謝的過程中會轉換成 HGA，HGD 接著把 HGA 轉換成 maleylacetoacetic acid，再經過幾個過程後，最後會變成水和二氧化碳。HGA 也被稱為 melanic acid (黑色素酸，這應該比較常看到)，HGD 通常表現在肝臟和腎臟中，如果 HGA 無法被代謝分解掉，就會堆積在體內，隨著血液流動，然後堆積在關節和一些組織，尤其是結締組織(connective tissue)，例如軟骨(cartilage)。AKU 患者的尿液在接觸空氣後會變成黑色，除此之外並沒有其他明顯著症狀，通常不會立刻被察覺。結締組織會隨著時間慢慢變成黑色，直到成年時才會顯現出來，也會出現慢性關節炎(arthritis)等症狀，大約有一半的患者在五、六十歲時就需要做換關節的手術。


Figure / iGenetics: A Molecular Approach (by PJ Russell, 3rd ed.)

PubChem: Homogentisic Acid (HGA)

這篇文章裡在英國的父親，在發現他兩週大嬰兒的尿尿是深紅色的時候，帶去給醫生看，醫生說那不是血尿，可能是因為媽媽吃了紅色甘藍菜，然後嬰兒又喝母奶，所以尿才變紅色的。父親回家後越想越不對，於是跑去詢問倫敦某醫院的專科醫生，結果檢驗結果顯示他的小孩是因為帶有某個罕見的基因突變，於是造成 AKU。醫生叫他不要上網孤狗 AKU 是什麼，因為很可怕，但他當然還是查惹。

National Organization for Rare Disorders (NORD) - Alkaptonuria

父親查了以後發現真的很可怕，於是到處尋找治療的方法，但是因為是罕見疾病，所以研究它的人也不多，也沒有藥廠想研發治療此病的藥物。經過幾番輾轉，父親得知美國某些醫生計畫進行一個藥物的臨床試驗。這個藥物是 nitisinone，是在 1980s 年代被研發出來的，原本的目的是用來除雜草的除草劑，但後來發現對魚類和老鼠有毒，只好停止。擁有 nitisinone 的公司 Zeneca Agrochemicals 於是詢問一些專家此藥是如何作用的，科學家們發現 nitisinone 是透過抑制一個叫 HPPD (4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase)的酵素來殺死植物的，HPPD 負責把 4-hydroxyphenylpyruvate (HPP) 轉化成 HGA，使植物無法生產葉綠素(chlorophyll)。科學家們發現了這個機制後，就打電話給 HPPD 的專家兼臨床醫師 Sven Lindstedt，沒想到 Lindstedt 說他想用 nitisinone 來治療患有第一型酪胺酸血症(type-1 hereditary tyrosinaemia, HT1)的小孩。雖然 nitisinone 帶有毒性，但跟酪胺酸血症所帶來的影響相比，還是值得一試的。Lindstedt 在 1992 年的時候把結果發表在 Lancet，結果顯示 nitisinone 的治療效果比預期的好很多。之後，瑞典公司 Swedish Orphan Biovitrum 買下此藥的專利，然後以 Orfadin® 為商品名稱在市面上販售，此藥在 2017 年的獲利為美金 $96M。

Nitisinone - PubChem, Drug Bank

因為抑制 HPPD 可以阻止 tyrosine 代謝為 HGA，於是醫生們就想到也許 nitisinone 也可以用來治療 AKU，使身體不要製造太多 HGA。這個消息一出來後，有很多病患想試試看，但是這個藥本來並不是用來治療 AKU，加上很貴，每年的治療費用為四千英鎊，在美國的話則要近三萬鎂，因此保險公司不願意給付。之後，美國政府介入，NIH 負責此藥在 AKU 上的臨床試驗，只有四十位病患參與，結果並不理想，於是終止，也因此保險公司不願意給付這個治療費用。

這位父親不願意放棄，於是開始募資作為 nitisinone 用在治療 AKU 上的研究費用。研究結果是正面的，European Commission 在 2012 年的時候決定贊助五百萬英鎊作為大型臨床研究的費用。臨床研究結果顯示 nitisinone 可以減緩 AKU 的惡化，而那位兒子也終於在去年八月終於接受了第一次的 nitisinone 治療。不過，這個藥物在美國只可被用來治療 HT1，FDA 尚未許可它被用在 AKU 的治療上。



Article:

Nature News / A father’s fight to help his sons — and fix clinical trials (Jan 2019)


Reference:

S Lindstedt et al, Treatment of hereditary tyrosinaemia type I by inhibition of 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase. Lancet (1992)

治療白內障的眼藥水

刷臉書的時候看到這一篇，說白內障(cataract)未來可望用眼藥水就治療好，不需要手術，於是好奇點進去看。（先說一下這是 2015 年的研究，我後面會提到之後有什麼發展。）

這是怎麼做到的呢？大家可能都知道白內障是因為水晶體變混濁造成的失明，而會變混濁是因為形成水晶體主要的蛋白質 crystallin 結塊沈澱而造成的。crystallin 內有兩大家族：α-crystallin & βγ-crystallin，是結構很穩定且有組織的蛋白質，βγ-crystallin 的結構如果被破壞的話，α-crystallin 會和它結合然後溶解它，類似一個 chaperone 的角色 [註1]。不過如果 βγ-crystallin 結構受損太多的話，就會變成一個大蛋白結塊(aggregates)，然後沈澱使得水晶體變得混濁，不過這一切是怎麼發生的，為什麼會發生，目前還不清楚。

註 1：α-crystallin 由兩條 chains 組成 -- cryAA 和 cryAB，都只有 20kDa 左右，它們是 small heat shock protein (sHSP)，也是 chaperone。

這篇刊在 Nature 的研究顯示 lanosterol -- 動物體內一種膽固醇(cholesterol)和賀爾蒙的前驅物(precursor) -- 可以溶解 crystallin 形成的結塊，這是怎麼發現的呢？UCSD 的實驗室主持人 Dr. Kang Zheng 和其團隊發現有對兄弟有白內障，但是他們的父母並沒有，於是研究了一下，結果發現這對兄弟的 LSS (lanosterol synthase) 基因帶有突變。LSS 的功能是負責把 (S)-2,3-oxidosqualene 轉換成 lanosterol，而這兩個突變使 LSS 喪失了其 catalysis 的功能，於是無法產生 lanosterol。基因檢測結果顯示他們的父母並沒有這種突變，因此作者們認為 lanosterol 和白內障有關。

Lanosterol: PubChem, Drug Bank

在這篇研究中，作者們在細胞中表現了會形成 aggregates 的突變 crystallin，同時也一起表現了正常的 LSS 或是突變的 LSS，結果顯示正常的 LSS 降低了結塊的 crystallin，但是突變的 LSS 並沒有。另外，在培養液中加入 lanosterol 的話，即便細胞中表現的是突變的 LSS，crystallin aggregates 也同樣降低了，但是加膽固醇的話就沒有這種效果。

接著，他們想看看 lansterol 對真正的水晶體有沒有治療效用。他們把有白內障的兔子的水晶體取出，然後泡在 25mM lanosterol 裡面六天，結果原本呈現白色混濁的水晶體變得較清澈透明了。最後，他們試驗在狗身上，被用來試驗的狗是因年紀而患有白內障的，基因檢測顯示牠們的 LSS 沒有任何突變。他們把含有 lanosterol 的 nanoparticles 用針打入狗眼睛裡的玻璃體室(vitreous cavity)，實驗期間每三天打一次，控制組則打入不含 lanosterol 的 nanoparticles。除此之外，治療組的狗也被用點眼藥水的方式治療，每日點三次含有 lanosterol 的眼藥水，每次一滴(50uL)，連點六個禮拜。眼藥水的溶劑為 ddH2O，濃度為 11.4g lansterol/L (25mM)。結果顯示狗的白內障情況好很多，水晶體變清澈了。

如此看起來 lanosterol 的確是有療效的，不過用在人類治療上有個瓶頸，lanosterol 分子不小並且非水溶性 [註2]，因此用點眼藥水的方式是否能有效讓 lanosterol 進入水晶體並不清楚。在狗的實驗中，nanoparticles 和點眼藥水同時進行，無法得知是哪種方式造成的效果。

註 2：在他們的 in vitro 和細胞實驗中，是用 liposome 當載體或是用 DMSO 去溶。

他們的研究發表後沒幾個月，另一組團隊也做了同樣的實驗。Shanmugan et al 取得四十顆白內障患者手術後取出的水晶體，然後用 Zhang 研究裡的狗眼藥水配方去泡這些水晶體，同樣是在 25mM lansterol 裡泡了六天，但是並沒有 Zhang 在兔子實驗中出現的效果，從患者眼中取出的水晶體依然混濁。

之後，Venkatesh et al 對於這個研究發表了一個 comment，表示無法實驗無法複製的原因可能是因為水晶體的狀況不同，lanosterol 應該還是有療效的。

然後，在去年一月，有個義大利團隊發表了一篇人體試驗的研究。因為 Zhang 研究中用的 lanosterol 濃度太高了，所以他們減到 5mM，用橄欖油去溶解 lanosterol 後再用 0.2um filter 過濾消毒。白內障患者在第一週每日點兩次藥水，之後七個禮拜每日點三次，結果顯示沒有任何療效。（怎麼我覺得這個實驗很鬧啊~）

再來，去年年底時 Chen et al 發表了一篇研究表示 lanosterol 和 25-hydroxycholesterol (25HC) 都可以溶解 crystallin aggregates。他們的做法是把三位患者手術後取出的水晶體打碎，準備成濃度為 2mg/ml 的蛋白質結塊，然後加入不同濃度的 lanosterol 或是 25HC [註3]，在常溫下放兩個禮拜後觀察其混濁度。結果顯示加惹 10uM lanosterol 或是 10uM 25HC 的都變清晰了，25HC 的效果比 lanosterol 好些，表示這兩者都可溶解 crystallin aggregates。

註 3：他們用來溶解 lanosterol 和 25HC 的溶劑是 5% DMSO。

雖然這篇研究同樣顯示 lanosterol 可以體外溶解 crystallin aggregates，但是想要以眼藥水的方式治療白內障，仍然有一段距離。Zhang 在自己的學校網頁上表示，他們在人類和動物的臨床試驗上，限於法規都還處於籌備階段。

話雖如此，市面上已經有人在賣了呢。有家公司號稱他們利用奈米科技可以成功把 lanosterol 送進水晶體，不需要打針，只需要滴他們的眼藥水，就可以把狗狗的白內障至好惹。他們在網頁上寫成份含有 2mg/ml lanosterol，但送進水晶體的載體為商業機密不可說。不過剛剛孤狗了一下，現在好像在 Amazon 和 eBay 上已經找不到惹。

他們申請的專利：

WO2016029199A1: Compositions and methods to treat vision disorders
WO2016029197A1: Compositions and methods to treat and/or prevent vision disorders of the lens of the eye


[2021-04-25 update]

發現很多人點這篇看，忘了內容是什麼，就也開來看。心血來潮點了一下 Zhang 的網頁，像看有沒有什麼新進展，卻發現關了，於是孤狗一下看是怎麼回事，結果發現他在 2016 年被 FDA 調查。Zhang 在 2010 年時參加了中國的千人計劃，開了一家公司 CalCyte Therapeutics，但沒跟 UCSD 揭露有 conflict of interest。之後，後來在中國也開了一家公司，同樣沒有揭露。2016 年，FBA 寄了一封警告信給他，表示他的研究計畫有問題，除了沒交代細節外，也違反了臨床試驗原則，很多接受臨床試驗的患者視力正常，並沒有白內障，也沒有患者同意書，違反研究倫理。之後，中美關係開始緊張，美國大舉調查在美的中國籍教授和學者是否有參與中國的千人計劃和外洩研究機密給中國，Zhang 也被調查，後來在 2019 年時和 UCSD 請辭。



Articles:

The Scientist / UCSD Eye Doctor Resigns After Investigation into Ties with China (2019)

UCSD The Guardian / UCSD Eye Doctor Suspended for Objectionable Study Conditions (2019)

Futurism / Goodbye Surgery? Scientists Just Made Eye Drops that Dissolve Cataracts (2015)

Nature / Cataracts dissolved (July 2015)

Science / A new dawn for cataracts


Papers:

G Wistow, The human crystallin gene families. Human Genomics (2012)

L Zhao et al, Lanosterol reverses protein aggregation in cataracts. Nature (2015)

PM Shanmugam et al, Effect of lanosterol on human cataract nucleus. Indian J Opthalmol (2015)

R Venkatesh et al, Comment to: Effect of lanosterol on human nuclei. Indian J Ophthalmol (2016)

A Felici et al, Lanosterol Eye Drops in a Human Juvenile Nuclear Cataract. Open J Clinical Medical Case (2018)

XJ Chen et al, Lanosterol and 25-hydroxycholesterol dissociate crystallin aggregates isolated from cataractous human lens via different mechanisms. Biochem Biophys Res Commun (2018)