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 的研究團隊在這篇研究中，發現人類的腸道菌中有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，大約只有 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


相關文章：抗憂鬱藥真的沒效嗎？



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)

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)