Deferasirox 透過 Nrf2 誘導鐵死亡促使白血病細胞凋亡

115年05月11日

【本篇報導由生命科學系  王麗婷副教授研究團隊提供】 　　急性淋巴性白血病（Acute Lymphoblastic Leukaemia, ALL）是兒童最常見的惡性腫瘤，其治療常需反覆輸血與化療，導致體內鐵質累積過多，進而對治療成效與預後造成不利影響。因此，於治療早期即進行鐵螯合治療是一種合理策略。理想的鐵螯合劑除能有效移除體內過量鐵外，若能兼具抗白血病特性，將更有助於提升治療成效。本研究旨在探討鐵螯合劑 Deferasirox（DFX）於 ALL 治療中的潛在作用及其分子機制。研究結果顯示，DFX 能透過誘導鐵死亡（ferroptosis）有效促進白血病細胞凋亡。此作用主要仰賴核因子相關因子 2（Nrf2）的表現提升，而 Nrf2 在第 599 位離氨酸（Lys599）的乙醯化修飾，則由乙醯轉移酶 p300/CBP 所促進。這一系列作用機制不僅揭示了 DFX 在 ALL 細胞中的致死效應，更突顯其作為鐵螯合劑與 Nrf2 調控因子雙重角色的治療潛力（如圖1）。本研究指出，DFX 可望成為 ALL 治療的重要輔助藥物，未來仍需透過更大規模的研究與臨床試驗，以驗證其療效並完善治療策略。    　　急性淋巴性白血病（Acute Lymphoblastic Leukaemia, ALL）是兒童最常見的惡性腫瘤之一。雖然現今多數患者能對化療產生良好反應，但仍有約 20–30% 的病例會復發。在治療過程中，反覆輸血與化療不僅造成骨髓抑制，也導致體內鐵質負荷過高。已有研究指出，鐵過量會透過費頓反應增加活性氧（ROS）產生，進一步影響造血功能，並與治療不良反應與疾病復發有關。因此，如何在早期治療中導入兼具鐵螯合與抗白血病作用的策略，成為臨床的重要課題。 　　本研究聚焦於口服鐵螯合劑 Deferasirox（DFX），其臨床應用原本用於降低慢性輸血患者的鐵負荷。本探討 DFX 在 ALL 細胞中的潛在抗癌機制，特別是是否能誘導細胞死亡並調控關鍵訊號路徑。研究對象包括 T-ALL 細胞株 Molt-4、B-ALL 細胞株 Sup-B15，以及 22 位初診 ALL 患者的白血病細胞樣本。 　　實驗結果顯示，DFX 以濃度依賴及時間依賴方式顯著降低 ALL 細胞的存活率。細胞死亡型態分析指出，DFX 不僅引發細胞凋亡，還能誘導自噬，並伴隨細胞內 ATP 水準下降。進一步偵測 ROS 與超氧陰離子發現，DFX 處理顯著增加活性氧累積，同時提升抗氧化轉錄因子 Nrf2 的表現與活化形式，其中包含 Ser344 磷酸化與 Lys599 乙醯化修飾。 　　為了確認鐵死亡（ferroptosis）的參與，本研究使用鐵死亡誘導劑 erastin 與抑制劑 ferrostatin-1 進行驗證。結果顯示，erastin 與 DFX 共同作用進一步降低細胞存活並加劇 ROS 累積；相反地，ferrostatin-1 能部分抵銷 DFX 的細胞毒性效果。蛋白質分析亦顯示，與鐵死亡相關的 GPX4、SLC7A11 及 HO-1 在 DFX 處理下呈現顯著變化，證實鐵死亡參與 DFX 誘導的細胞死亡。 　　此外，本研究發現 DFX 誘導的 Nrf2 活化並非單純依賴 ROS。以抗氧化劑 N-acetylcysteine（NAC）處理時，僅能輕微降低 ROS 水準，卻無法逆轉 DFX 引起的 Nrf2 乙醯化與細胞死亡。相反地，使用乙醯轉移酶 p300/CBP 的抑制劑 C646，能有效降低 Lys599 位點的乙醯化並顯著恢復細胞活性，顯示 p300/CBP 介導的 Nrf2 乙醯化是 DFX 誘導細胞死亡的關鍵步驟。進一步利用 shRNA 降低 Nrf2 表現，也證實降低 Nrf2 可提升細胞對 DFX 的存活能力。 　　在臨床樣本中，22 例 ALL 病人細胞在 DFX 處理後同樣觀察到 ROS 累積與細胞死亡比例上升，並伴隨 ferroptosis 標誌基因（NRF2、KEAP1、HO-1、GPX4、SLC7A11）顯著上升。這些結果不僅驗證了 DFX 的體外效果，也凸顯其臨床應用潛力。 　　綜合而言，本研究證實 Deferasirox 除了傳統鐵螯合功能外，還能透過 p300/CBP 促進 Nrf2 Lys599 位點乙醯化，進而活化下游訊號並誘導 ferroptosis，使白血病細胞死亡。值得注意的是，當環境中存在高鐵濃度時，DFX 的細胞毒性作用會顯著減弱，提示在臨床應用上應考慮鐵負荷狀態與治療時機。這些發現為 DFX 作為 ALL 治療的輔助藥物提供了新的理論依據，未來進一步的臨床試驗將有助於評估其安全性與療效，並可能推動其納入標準治療策略中。 圖1：本研究摘要示意圖   原文出處：Hsu, W.-Y., Wang, L.-T., Lin, P.-C., Liao, Y.-M., Hsu, S.-H., & Chiou, S.-S. (2024). Deferasirox Causes Leukaemia Cell Death through Nrf2-Induced Ferroptosis. Antioxidants, 13(4), 424. https://doi.org/10.3390/antiox13040424

出生後神經幹細胞之調控探討：TRIP6-YAP-SHH訊息傳遞軸

115年05月11日

【本篇報導由生命科學系  王慈蔚副教授研究團隊提供】 　　在成年哺乳動物腦中，新的神經元不斷在側腦室下區至嗅球間生成。過去研究發現Hippo訊息傳遞路徑下游的共轉綠因子YAP可促進胚胎神經前驅細胞的增生，但對出生後神經細胞的作用則不明。本篇研究發現，YAP持續表現在出生後的神經幹細胞中，且對其的增生與自我更新是必要的。並進一步發現TRIP6透過招集磷酸酶PP1A，促使LATS1/2去磷酸化，而使YAP進入細胞核與活化，進一步導致SHH訊息傳定路徑效應因子Gli2轉錄表現。最後證明TRIP6透過YAP與其下游的Gli2來調控神經幹細胞自我更新，以維持出生後的神經元新生。      　　在成年哺乳動物腦中，側腦室下區被發現有神經幹細胞的存在，它們可以終其一生不斷生成嗅球中的神經元，來幫助動物執行嗅覺相關行為。過去研究發現Hippo訊息傳遞路徑下游的共轉綠因子YAP可促進胚胎神經前驅細胞的增生，但對出生後神經細胞的作用則不明。本篇研究發現，YAP在出生後的神經幹細胞中持續表現，過量表現YAP可增進神經幹細胞增生。剔除YAP基因則會抑制神經幹細胞分裂，使神經幹細胞數目減少，最終導致神經元生無法維持。 　　過去已知YAP會被蛋白激脢LATS1/2磷酸化，此會導致YAP留在細胞質中並被降解。磷酸化的LATS1/2為活化態，反之未磷酸化的YAP才有活性，可進入細胞核中發揮共轉綠因子功能。在分子機制探討上，發現Thyroid receptor-interacting protein 6 （TRIP6）透過招集磷酸酶PP1A將LATS1/2去磷酸化，此舉可降低YAP的磷酸化，使其進核與發揮轉錄活性，進一步導致SHH訊息傳定路徑效應因子Gli2的轉錄表現（如圖1）。在細胞功能上，也發現TRIP6透過YAP與其下游的Gli2來調控神經細胞數目，以維持出生後的神經元新生。 　　由於神經幹細胞與成年神經元新生與癌症形成以及神經精神疾病有關，且Hippo/YAP/SHH訊息傳遞機制功能異常會導致腫瘤形成，本研究成果在學術發展面向上不僅有助於釐清出生後神經細胞的調控機制，在醫療運用上亦提供潛在新穎的治療標的。此外，内生性成年神經幹細胞也可為治療神經退化性疾病帶來曙光。 圖1：本研究訊息傳遞路徑示意圖   原文出處：Li, M.-Y., Yang, X.-L., Chung, C.-C., et al. (2024). TRIP6 promotes neural stem cell maintenance through YAP-mediated Sonic Hedgehog activation. The FASEB Journal, 38, e23501. https://doi.org/10.1096/fj.202301805RRR

破解降鈣素聚集之謎以優化胜肽藥物設計

115年05月11日

【本篇報導由化學系  杜玲嫻教授研究團隊提供】 　　胜肽類藥物的治療效果常受其內在的聚集傾向而受到阻礙。一個顯著的例子是人體降鈣素（human calcitonin, hCT），這是一種由32個胺基酸組成的肽類激素，由甲狀腺濾泡旁細胞合成與分泌。這種激素在調節血鈣恆定和維護骨骼完整性扮演關鍵角色。然而，hCT易形成類澱粉蛋白纖維（amyloid）的傾向，限制其在臨床上應用。為了克服這個限制，臨床上以聚集傾向較低的鮭魚降鈣素（salmon calcitonin, sCT）作為替代。儘管 sCT 在 N 端與 hCT 具有相同的二硫鍵，但 sCT 在總共16個胺基酸位置上與 hCT 不同。由於序列的差異，在臨床上使用 sCT 作為替代品偶爾會導致患者出現不良副作用。過去杜教授的研究已經發現 Tyr-12 和 Asn-17 這兩個胺基酸，在誘導類澱粉蛋白纖維形成時有重要的作用，透過在這些位點引入雙突變，可以顯著增強阻礙聚集的能力。本研究深入探討了 hCT 雙突變體，簡稱為 DM hCT 以及兩個單突變體（Y12L 和 N17H）的寡聚化和螺旋結構形成，旨在闡明 hCT 纖維化的聚集機制。本研究中利用了計算預測工具來識別潛在的替代品，雖然未獲得完全理想之候選分子，但將新檢測的 hCT 雙突變體與既有突變體進行比較，揭示了降低聚集傾向的分子機制，這項研究工作有望為未來設計更有效的治療性肽類藥物提供參考。    　　本研究深入探討了人類降鈣素的聚集機制，並透過分析單點和雙點突變體的特性，尋求開發出具有更低聚集傾向且高生物活性的藥物替代品。hCT 是一種重要的胜肽類激素，用於治療骨質疏鬆症等疾病，但其內在的聚集特性會降低其生物活性。目前臨床上使用鮭魚降鈣素（sCT）雖有較低聚集傾向，但其序列差異可能導致患者產生不良副作用。研究的最終目標是設計出具有與 hCT 相似甚至更高療效、但聚集傾向更低的胜肽類似物。 　　基於先前研究指出 hCT上的 Tyr-12 和 Asn-17 為關鍵聚集位點，本研究重點探討了以下三種突變體：雙突變體、單突變體 Y12L（將酪胺酸替換為亮胺酸）、單突變體N17H（將天冬醯胺替換為組胺酸）。此外，進一步利用計算工具設計並測試了兩種新的雙突變體：Y12L/N17M和Y12M/N17M。透過光誘導交聯策略（photo-induced cross-linking），探討了胜肽在聚集早期階段的寡聚體分佈。研究發現 Y12L 和 DM hCT 則主要以單體形式存在，僅有少量二聚體。然而，儘管 Y12L 的寡聚體分佈與 DM hCT 相似，但 Y12L 卻表現出較高的聚集傾向。這一意想不到的結果挑戰了「寡聚體的形成是 hCT 澱粉樣蛋白形成關鍵步驟」的最初預期。 　　此外，本研究還探討了突變如何影響胜肽的α-螺旋結構形成和生物活性，因為穩定的螺旋結構被認為是抗聚集和維持生物活性的關鍵。結果顯示，高生物活性與胜肽的螺旋構象的確呈現正相關。為了找到更優異的替代品，研究利用PROTEUS2和Waltz等計算工具設計了 Y12L/N17M 和 Y12M/N17M 兩種新的雙突變體，這些突變體被預測為非聚集性蛋白，並具有高螺旋形成傾向。然而，實驗結果顯示，這兩種新的雙突變體仍會形成類澱粉蛋白纖維，儘管它們具有高螺旋含量和高生物活性。這一結果凸顯了，單純提高螺旋含量並不足以防止 hCT 聚集。本研究工作為未來設計更有效的治療性肽類藥物提供了重要機制基礎。   原文出處： Chang Y-P, Pan P-C, Tu L-H. Unraveling the underlying mechanisms of reduced amyloidogenic properties in human calcitonin via double mutations. Protein Science. 2024;33(4):e4952. https://doi.org/10.1002/pro.4952

稻殼矽素液啟動自噬機制──有望抑制紅斑性狼瘡發炎反應

115年05月11日

【本篇報導由營養科學學位學程  洪永瀚教授研究團隊提供】 　　全身性紅斑狼瘡（Systemic lupus erythematosus, SLE）是一種以廣泛性發炎與多器官損傷為特徵的慢性自體免疫疾病，其中類鐸受體7（TLR-7）與自噬（autophagy）被認為參與其病理機轉。稻殼矽素液（Rice husk silica liquid, RHSL）過去已顯示具有調節發炎反應的潛力，但其在SLE中的作用尚未被完整探討。本研究旨在評估RHSL於狼瘡相關模式中的調控能力，特別聚焦於其對TLR-7訊號與自噬路徑之影響。研究者利用RAW264.7巨噬細胞與狼瘡易感小鼠模型，評估RHSL在TLR-7活化及免疫過度反應情境下之作用。結果顯示，RHSL可提升ATG-5及LC3II等自噬相關蛋白表現，並有效抑制促發炎細胞激素的產生。此外，在SLE患者外周血單核細胞（PBMCs）中，RHSL亦可恢復自噬指標並減少過度的免疫活化。此結果顯示，RHSL具有調節自噬與抑制TLR-7介導免疫反應之能力，可能成為改善SLE免疫失衡並具發展潛力的天然素材。    　　稻殼矽素液（RHSL）為一種良好生體可利用率矽素來源，本研究旨在探討RHSL對全身性紅斑性狼瘡（SLE）發展是否具改善之潛力，遂透過SLE之細胞模型，包括巨噬細胞株及人類SLE初代細胞（SLE患者之週邊血液單核細胞）來營造狼瘡之TLR7活化路徑。研究結果顯示，RHSL具抑制lupus-prone的促發炎細胞激素，包括IL-6與TNF-α，並抑制NF-κB轉錄因子活化。進一步研究發現，RHSL透過是調升自噬（autophagy）反應來調整TLR-7訊號路徑，進而抑制NF-κB活化及下游促發炎細胞激素的生成。而當使用autophagy抑制劑（inhibitor）後，上述RHSL的效應（抑制NF-κB活化及促發炎細胞激素生成）則不發生，顯示RHSL之細胞分子機制的確透過autophagy來調整SLE的過度免疫及發炎反應。 圖1：RHSL在TLR-7訊號路徑中的可能作用機制   　　整體結果顯示，RHSL為具有免疫調節潛力之天然素材，同時矽素在自體免疫疾病發展的角色需要更多的探討。   原文出處： Kao, C., Wang, S.-W., Chen, P.-C., Huang, C.-Y., Wei, Y.-F., Ho, C.-H., & Hong, Y.-H. (2024). Rice Husk Silica Liquid Enhances Autophagy and Reduces Overactive Immune Responses via TLR-7 Signaling in Lupus-Prone Models. International Journal of Molecular Sciences, 25(18), 10133. https://doi.org/10.3390/ijms251810133

當DNA自己「溜走」──解開神經退化疾病的基因謎題

115年05月11日

【本篇報導由化學系  李以仁副教授研究團隊提供】 　　細胞中的三核苷酸重複序列容易自行摺疊成髮夾結構，干擾DNA複製與修復，導致重複序列異常擴張，與多種神經退化疾病密切相關。人類複製蛋白A（hRPA）是細胞內最豐富的單股DNA結合蛋白，理論上應能解開這類有害結構，然而其與三核苷酸重複序列的髮夾的互動機制至今未明。 　　本研究以單分子螢光共振能量轉移技術，即時追蹤hRPA解開CTG三核苷酸重複序列髮夾的過程。結果顯示，髮夾末端需有單股尾巴作為初始結合位點，hRPA才能啟動打開髮夾結構的過程；此過程並非一步完成，而是透過不同結合域分步推進。這個逐步機制會週期性暴露短暫的單股懸臂，而CTG序列特有的滑動重組特性會驅使懸臂迅速重新摺疊為平頭髮夾，使進度一再受阻。 　　此外，完整打開較長髮夾所需的hRPA濃度呈非線性暴增，當重複數達病理相關長度時，所需濃度可能超越細胞生理範圍，致病髮夾因而難以在體內被有效清除。 　　本研究揭示hRPA的動態分步結合與CTG滑動重組之間的競爭機制，為病理性重複擴張在細胞中持續累積提供了分子層次的解釋，並為未來開發干預策略指出方向。    　　我們的基因組並不總是安分守己。在某些神經退化疾病患者體內，序列會像失控的影印機，將同樣的三個字母反覆複製，愈積愈多，最終釀成災禍。這種三核苷酸重複序列擴張是強直性肌肉失養症、脊髓小腦萎縮症等疾病的根源。然而，細胞備有保護蛋白質，為何仍無法阻止這場基因災難？     臺師大李以仁副教授團隊匡玉琪同學等人，攜手臺大冀宏源教授的研究團隊，今年一月發表於美國國家科學院院刊（PNAS）的研究給出了答案：問題關鍵在於結構本身會趁隙溜走。  兩個主角，一場角力 　　第一個主角是重複序列形成的髮夾結構。當單股存在時，這類序列會自行摺疊成髮夾結構，干擾細胞複製與修復，促進異常擴張。 　　第二個主角是人類複製蛋白，細胞中含量最豐富的單股結合蛋白，負責穩定單股、防止異常結構形成，也能打開已存在的髮夾結構，應是對抗髮夾結構的最佳武器。 　　研究團隊以單分子螢光共振能量轉移技術，在分子層次即時觀察兩者互動，發現現實遠比想像複雜。 三個關鍵發現 　　第一，蛋白需要入口才能作業。當髮夾末端沒有突出的單股尾巴時幾乎無從下手，必須在高濃度下才能打開髮夾結構。 　　第二，逐步入侵反而留下破綻。研究人員為髮夾加上單股尾巴後，蛋白得以結合並開始解開髮夾，但並非一口氣完成，而是透過不同結合域逐步推進，每個階段都暫時暴露出一小段懸臂。問題正在這裡：重複序列擁有獨特的滑動重組能力，暴露的懸臂會迅速摺疊回平頭髮夾，讓入侵進度歸零。透過抑制滑動的對照實驗，研究團隊證實一旦阻斷滑動，蛋白在極低濃度下便能完成解析，效率遠優於正常序列。 　　第三，重複序列愈長，所需濃度呈非線性暴增。每多出一段重複，所需最低濃度便要提升數倍。當重複數達到病理相關長度時，所需濃度可能超越細胞生理範圍，防護機制形同失效。 一個更完整的致病模型 　　研究團隊提出分步模型（如圖1）：蛋白先抓住單股尾巴，再像拉開拉鍊般逐域推進；但滑動本性讓已解開的部分一再反摺回平頭髮夾，形成頑強中間態。只有在高濃度下，第二個蛋白分子才能搶在滑動前抓住懸臂，協力完成解析。 　　這項研究解答了長期懸而未決的問題：為什麼即使細胞中存在大量保護蛋白，病理性擴張依然持續？答案是動態滑動與逐步解析之間的競爭，共同構成難以突破的屏障。重複序列一旦超過某個閾值，細胞防禦便會失效，這或許正是疾病症狀往往在擴張累積到一定程度後才急遽惡化的分子基礎。這項發現為未來治療指出潛在方向，例如開發抑制髮夾滑動的藥物，為這類仍缺乏根治方法的疾病帶來一線曙光。  圖1：本研究分子機制模型示意圖   原文出處：Kuang, Y.-C.; Chen, S.-Y.; Chang, H.-Y.; Ni, C.-W.; Chi, P.; Lee, I.-R. Slippage Reconfiguration of Trinucleotide Repeat Hairpins Impedes Resolution by Human Replication Protein A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2026, 123 (4), e2526355123. https://doi.org/10.1073/pnas.2526355123 

微塑膠污染：對全球海洋生態系統的威脅與影響

114年05月11日

【本篇報導由生命科學系  沈林琥教授研究團隊提供】 　　本研究調查了全球海洋微塑膠污染的範圍及其對海洋生態系統和人類健康的影響。研究團隊首先深入研究塑膠如何進入海洋，重點是塑膠沿著海岸線的積累，特別是太平洋垃圾帶（GPGP）的形成和影響。透過五大洲海洋微塑膠濃度圖，揭示全球微塑膠污染分佈。此外，也探討了微塑膠對海洋野生動物的影響，以及它們可能進入人類食物鏈，構成潛在的公共衛生風險。本研究結果凸顯了微塑膠污染對全球海洋生態系統和人類健康的嚴重威脅，並強調亟需更多的科學研究和政策措施來應對這項挑戰。   　　本篇文章探討了全球範圍內日益嚴重的微塑膠污染問題，並強調其對海洋生態系統及人類健康的威脅。微塑膠是指直徑小於5毫米的塑膠顆粒，主要來自生活廢棄物、工業排放及農業徑流等。這些塑膠會隨水流進入海洋，最終聚集在海岸線或海洋渦流區域，例如大太平洋垃圾帶。海洋生物經常誤食微塑膠，從而影響其消化系統及生存率，這些塑膠更會沿著食物鏈逐級傳遞，進而影響人類健康。研究發現，微塑膠具有吸附重金屬和有毒物質的特性，這些污染物可能會隨著塑膠被生物體吸收，導致潛在的生物累積和毒性作用。 　　微塑膠的全球分佈數據顯示，沿海地區的微塑膠濃度尤為嚴重，特別是在亞洲、非洲等人口密集的地區。除了海洋生物，微塑膠還可能透過海鹽、飲用水等進入人類體內，長期暴露的健康風險尚不明確，但已引起學界的廣泛關注。 　　文章強調，減少塑膠污染的關鍵在於源頭控制和全球合作。建議各國推動減少塑膠製品的使用、提升回收效率、加強監控和法規，以減緩塑膠污染的持續惡化。研究者也呼籲國際社會加大對海洋污染的科研投入，並制定相關政策，以減少微塑膠對環境和人類的潛在風險。 　　總結來說，該研究揭示了微塑膠污染的嚴重性，並提出了一系列可能的解決方案，強調科學研究與政策制定的重要性，呼籲全球共同應對這一環境挑戰。   原文出處： Yu, R.-S., & Singh, S. (2023). Microplastic Pollution: Threats and Impacts on Global Marine Ecosystems. Sustainability, 15(17), 13252. https://doi.org/10.3390/su151713252 

菲律賓和所羅門群島的植物研究調查—兩種新種鳳尾蕨發現

114年05月11日

【本篇報導由生命科學系  趙怡姍副教授研究團隊提供】 　　Pteris sect. Hypsopodium （Hypsopodium 節）屬於鳳尾蕨科（Pteridaceae），過去被認為包含9個物種。本研究根據形態學和分子證據描述了兩個新物種，即來自巴布亞新幾內亞和菲律賓的Pteris faba Y.S.Chao sp. nov.，以及來自所羅門群島的Pteris rubella Y.S.Chao & C.W.Chen sp. nov.研究團隊提供了模式、使用的標本、分佈、棲息地的詳細資訊，以及關鍵鑑定特徵的照片。此外，透過這兩個新物種的確認，以及其他三個物種（Pteris mertensioides、P. polylepis 和P. quinquepartita）的親緣關係分析，研究團隊確認 Hypsopodium 節的物種數量增加到14種，其中大多數物種分佈在亞洲和大洋洲。Pteris sect. Hypsopodium可以藉二回羽狀葉和紅棕色的葉柄，與鳳尾蕨屬的其他節進行區分。   　　菲律賓和所羅門群島的植物多樣性仍待研究。基於過去累積的研究資料，得以確認過去團隊在菲律賓和所羅門群島野外研究調查中，未能鑑定的植物實為新種，Pteris faba Y.S.Chao sp. nov.的羽片頂端逐漸變窄，形成線狀的單鏈尾，而Pteris rubella Y.S.Chao & C.W.Chen sp. nov.的羽片頂端也逐漸變窄，形成線狀的鋸齒尾，這些特徵以及它們獨特的形態特徵，有助於清楚地區分Pteris faba （圖1）和Pteris rubella （圖2）與Hypsopodium節內的其他物種。 　　本研究發現兩個新物種，不僅拓展對Hypsopodium 節的生物多樣性認識，並加深對菲律賓和所羅門群島植物相的了解。植物分類是生態研究的基礎，提供保護植物多樣性和植物利用的重要資料。    圖1：Pteris faba之標本，採於菲律賓，目前存放在林業試驗所標本館(TAIF)。   圖2：Pteris rubella於索羅門原生地 (陳正為攝影)。      原文出處： Chao, Y. S., Chen, C. W., Chiou, W. L., Coritico, F. P., Chang, Y. H., & Yang, T. Y. A. (2023). Pteris Faba and Pteris rubella, two new species in section Hypsopodium (Pteridaceae). New Zealand Journal of Botany, 61(2-3), 118-130. https://doi.org/10.1080/0028825X.2022.2095918

蘇鐵的隱藏支序如何在臺灣東部走出自己的路

114年05月11日

【本篇報導由生命科學系  廖培鈞優聘教授研究團隊提供】 　　在同個的地理區當中，如何演化出形態外觀上無法區別，但卻有遺傳分化的隱藏支序（cryptic lineage），是演化學家感興趣的議題之一。其中一個機制是藉由和不同物種或演化支序發生基因滲入（introgression），進而獲得適應性的遺傳變異，並與原本的支序產生分化。 　　本研究欲了解適應性的基因滲入，對於限縮分布在臺灣東部的蘇鐵（C. revoluta）隱藏支序的演化有何影響，並進一步探討參與其中的適應性基因功能。演化模型的檢測結果顯示，現今廣泛分布的非隱藏支序與已經滅絕的支序發生基因滲入。在其中也找到一個與抗蟲害、耐熱以及耐旱的基因，其遺傳變異具有適應性分化的訊號。而這可能也使現今廣泛分布於海岸邊的蘇鐵族群得以適應海岸較炎熱、乾燥且曝曬的環境。至於臺灣東部的蘇鐵隱藏支序，雖然在演化上發展出自身演化路徑，但可能也因為沒有得到這些適應性遺傳變異，而僅能侷限分布於內陸河谷當中。此結果也顯示，臺灣的蘇鐵族群同時包含演化上獨立的兩個分支，凸顯了臺灣的蘇鐵族群保育的重要性。   　　在一個物種當中，隱藏支序（cryptic lineage）係指外觀上無法區分，但是在遺傳資料中具有和其他族群有明顯分化的獨立支序（圖1.a）。了解導致此現象的演化機制，是演化學家關注的重要議題。而在同一個地理區中，如果同時存在隱藏支序以及其他的族群，那代表這個地方可能是個很適合該物種生存的環境，使原本分化的支序得以在此共存；而另一種可能則是隱藏的支序在這個地區與其他支序產生分化（也稱同域分化）。後者的演化機制則多有適應性分化的因素在裡面，而非單純的地理隔離所造成。基因滲入（introgression）是一種在多個世代中，反覆與其他物種回交的過程，而許多物種得以靠著基因滲入得到更多的遺傳變異，甚至進一步發生適應性基因滲入（adaptive introgression）而在一些特徵上分化，提高自己在生存上的優勢。舉例來說，西藏的原住民族對於高海拔環境的適應性演化就是一個有名的例子。遺傳分析顯示，藏族藉由適應性基因滲入，從現今已滅絕的類丹尼索瓦人支序（Denisovan-like lineage）當中獲得EPAS1基因的遺傳變異，使其血液中能產生較高密度的血紅素，以適應高海拔低氧的環境。而如此與已滅絕（或是沒有採樣到）的支序發生基因滲入而獲得較高適應性的情況也稱作「鬼」適應性基因滲入（ghost adaptive introgression）。不僅是在動物，鬼適應性基因滲入也是促進同域的植物隱藏支序分化的機制之一。   圖1：(a)生存於臺灣東部的蘇鐵隱藏支序以及其他支序之親緣關係圖 (b)採樣族群分布以及分布於臺灣花東縱谷東西兩側的紅葉與海岸山脈族群。     　　蘇鐵植物以筆直的樹幹以及叢生於頂端的大型羽狀複葉，在古今中外的園藝市場佔有一席之地。但是蘇鐵植物的演化歷史經過了長期的滅絕事件，可說是驚險萬分；若再加上物種彼此之間較弱的生殖隔離，使鬼適應性基因滲入很有機會在蘇鐵類植物的演化中發生。因此研究者就以遺傳資料進一步檢視過去在臺東的蘇鐵（C. revoluta）族群所發現的隱藏支序之演化歷史（圖1.b）。模型檢測的結果顯示，支持鬼基因滲入約於900萬年前的中新世晚期（late Middle Miocene）發生，但卻是發生在已滅絕的支序與現今廣泛分布的「非」隱藏支序之間（圖2）。這個時間是臺灣島剛形成且仍與歐亞大陸相連的時期。此時北方氣候寒冷，而南方則為適合蘇鐵生存的溫暖潮濕季風型氣候。當時的蘇鐵以及其授粉者物種多樣性應主要集中於南方，進而增加種間基因交流的可能性。研究團隊進一步篩選鬼適應性基因滲入的訊號，找到一個與適應海岸環境的乾燥與高溫，以及植物病害抗性相關的基因HCHIB。因此也為現今主要廣泛分布於琉球群島海岸的蘇鐵族群提供了一個適應性的可能解釋。而臺灣東部的蘇鐵隱藏支序可能因缺少這部分的遺傳變異，使之僅能存續於東部的河谷內陸中。這結果突顯了臺灣蘇鐵族群的獨特性及其保育的重要性。 圖2：隱藏支序的分化模型。N為有效族群大小、T為時間（單位為年）、箭頭為基因交流的方向。此模型顯示臺灣的隱藏支序（TaiB）約於9.05百萬年前與其餘的支序（TaiA）開始分化；而此時鬼基因漸滲主要發生在非隱藏支序（TaiA）以及已滅絕的支序（G）之間。Quart.=第四紀，Plio.=上新世，Miocene=中新世。      原文出處： Chang, J. T., Nakamura, K., Chao, C. T., Luo, M. X., & Liao, P. C. (2023). Ghost introgression facilitates genomic divergence of a sympatric cryptic lineage in Cycas revoluta. Ecology and Evolution, 13(8), e10435. https://doi.org/10.1002/ece3.10435 

外來種蝴蝶居然幫忙做了特有種蝴蝶的分類訂正

114年05月11日

【本篇報導由生命科學系  徐堉峰教授研究團隊提供】 　　外來種生物通常會帶來不良影響，當它們與原生生物生態需求相近時往往會產生競爭關係，威脅原生生物的生存。另一方面，外來種生物若與原生生物屬於同一生物種，兩者間可能因缺乏生殖隔離導致遺傳滲漏現象，使原生生物基因庫受到汙染，進而使原有的特性消失，甚至導致特有亞種喪失。近年來自亞洲大陸的散紋盛蛺蝶入侵臺灣後，卻提供了有趣的「正面」案例：臺灣原本棲息著被視為是散紋盛蛺蝶亞種的蝴蝶族群，大陸性族群入侵後經過多年兩者間沒有雜交發生，因此證明臺灣的族群和大陸族群屬於不同的生物種，應正式修訂為臺灣特有種。   　　外來種生物通常會帶來不良影響，當它們與原生生物生態需求相近時往往會產生競爭關係，威脅原生生物的生存。另一方面，外來種生物若與原生生物屬於同一生物種，兩者間可能因缺乏生殖隔離導致遺傳滲漏現象，使原生生物基因庫受到汙染，進而使原有的特性消失，甚至導致特有亞種喪失。然而，近年來自亞洲大陸的「散紋盛蛺蝶」(Symbrenthia lilaea)入侵臺灣，卻意外促成有趣的「正面」案例：臺灣原本棲息著被視為是散紋盛蛺蝶島嶼亞種的蝴蝶族群，稱為Symbrenthia lilaea formosana。大陸性族群於2004年在新竹關西被發現入侵臺灣，不久後便擴散分布到全臺各地。後來經過多年兩者仍維持原來各自在翅膀花紋、幼蟲習性及DNA生命條碼的獨特性（如圖1~圖3），表示兩者間沒有雜交、基因交流發生，因此入侵事件反而成為一場自然實驗，驗證了臺灣的族群和大陸族群屬於不同的生物種，因此臺灣族群正式修訂為臺灣特有種，改稱為「臺灣盛蛺蝶」(Symbrenthia formosana)。兩者在陽明山地區已經發生了競爭取代情形，原本在當地常見的臺灣盛蛺蝶業已完全被散紋盛蛺蝶取代。未來，在臺灣其他地區是否可能發生類似情形，仍有待持續監測與研究。 圖1：散紋盛蛺蝶(A-D)與臺灣盛蛺蝶(E-H)。   圖2：散紋盛蛺蝶與臺灣盛蛺蝶的分子物種界限分析。   圖3：散紋盛蛺蝶(A-C)與臺灣盛蛺蝶的幼生期(D-F)。       原文出處： Hsu YF, Shen ZY, Huang HC, Huang CW, Lu CC. 2023. Alien species revises systematic status: integrative species delimitation of two similar taxa of Symbrenthia Hübner, [1819] (Lepidoptera, Nymphalidae) PeerJ 11:e14644. https://doi.org/10.7717/peerj.14644  

微型和奈米塑料顆粒：對水生動物的日益威脅

114年05月10日

【本篇報導由生命科學系  林豊益特聘教授研究團隊提供】 　　隨著塑料污染問題日益嚴重，微型和奈米塑料顆粒對水生生物構成了嚴重威脅。尤其是聚苯乙烯，這種塑料在水體中普遍存在，並對魚類胚胎造成潛在危害。林豊益特聘教授團隊的研究揭示，聚苯乙烯奈米顆粒能滲透魚類的皮膚並在內部器官中累積，顯著影響斑馬魚胚胎的發育、運動能力及感官功能。斑馬魚作為國際公認的毒性測試模型，因其透明的胚胎和快速發育的特性，成為研究毒性影響的理想選擇。研究結果顯示，這些奈米顆粒的存在不僅導致發育異常，還影響魚類的基本生理功能，進一步凸顯塑料污染的危害性。面對這一挑戰，我們必須共同努力，採取行動保護水域生態，減少塑料對水生生物的威脅，以確保未來的生態平衡。     　　環境污染日益嚴重，其中微型和奈米塑料顆粒對水生生物構成了嚴重的威脅。尤其是聚苯乙烯，這種塑料在海洋和河流中極為常見，成為水體污染的主要成分之一。近期，林豊益特聘教授團隊的研究揭示了聚苯乙烯奈米顆粒對魚類胚胎的潛在危害，特別是這些顆粒如何滲透魚類的皮膚並在內部器官中累積。 　　這項研究突顯了斑馬魚作為國際毒性測試模式的價值。斑馬魚以其透明的胚胎、快速的發育以及易於觀察的生理反應，成為了研究毒性影響的理想模型。這些特點使得科學家能夠在早期階段觀察到污染物對魚類的影響，包括發育異常、運動能力下降和感官功能障礙。 　　林教授的研究表明，聚苯乙烯奈米顆粒對斑馬魚胚胎的影響不僅包括發育的干擾，還涉及到它們的運動能力和感官功能的顯著損害。當斑馬魚胚胎接觸這些顆粒時，不僅發育受阻，連基本的運動能力和感官功能也遭到破壞，這進一步突顯了塑料污染的危害性。 　　透過斑馬魚模型和林教授團隊的研究，讓人們能夠更深入地理解塑料污染對水生生物的影響。隨著塑料污染的日益嚴重，了解這些微小顆粒對水生生物的威脅至關重要。林教授的研究提供了警示，促使我們重新思考塑料在環境中的存在，以及如何減少對水生生態系統的傷害。 　　面對這樣的挑戰，我們必須共同努力，保護這些重要的水域生態，減少塑料對水生生物的危害，以確保未來的生態平衡。斑馬魚的國際毒性測試模式不僅為環保科學提供了寶貴的數據，還促進了全球對塑料污染問題的關注與行動。我們有責任推動相關政策和措施，積極參與減少塑料污染的行動，以保護我們的水域和生態系統。   原文出處： Lin, L. Y., Kantha, P., & Horng, J. L. (2023). Toxic effects of polystyrene nanoparticles on the development, escape locomotion, and lateral-line sensory function of zebrafish embryos. Comparative biochemistry and physiology. Toxicology & pharmacology : CBP, 272, 109701. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2023.109701