蔡立慧跨越性別和華裔身份;跨越研究領域,選擇幫阿茲海默症者找路最艱難的挑戰。(許振輝/攝影)
把大腦當一個電腦主機板,跟完全不同領域的人談阿茲海默,MIT研究環境得天獨厚。(許振輝/攝影)
「阿茲海默(Alzheimer)的基本症狀,就是找不到回家的路。」麻省理工學院(MIT)大腦認知科學系教授、最年輕的中研院院士蔡立慧(Li-Huei Tsai)指出,65歲年長者最常談論的疾病,除了癌症,即是失智症。隨著全球人口老化,失智症者暴增,每年照顧患者投入的社會資源與成本飆升至1兆元,研究失智症的機構都在跟時間賽跑,希望幫助患者找到回家路。
蔡立慧教授指出,全球有3500萬失智症患者,阿茲海默占70%到80%的病例(約2600萬人)。在沒有任何藥物治療、甚至無法抑制病情不再惡化的情況下,阿茲海默是年長者最大的恐懼。
目前許多科學突破是了解阿茲海默的指路明燈。蔡立慧提到2012年諾貝爾醫學獎得主山中伸彌,發現誘導性多能幹細胞(iPS),可從患者體內提取細胞,導入某些基因,培養出iPS,基因圖能定位導致某病症的基因,再培植幹細胞進行修復;新的成像技術Clarity提供完整無缺的神經網絡3D影像,可用於追蹤神經元。她的實驗室目前使用光控基因技術(Optogenetics),可選擇性地將特定神經元活化或去除其活性。例如給小老鼠腦部裝上光纖,藍光一亮,馬上顯現恐懼緊繃,燈一滅又恢復正常,希望未來此技術能運用於診療阿茲海默患者。
蔡立慧強調,由於基因測序與神經迴路的研究突破,未來找出抑制阿茲海默藥物的進展充滿希望。她指出,在這樣一個大時代,要解決一個生物問題,單單靠生物不夠,必須跨領域合作才能夠達到最大效果。她現在緊密合作的夥伴有化學工程師、電腦科學家、生化工程師等,好像在一個迪士尼世界,有太多事情可以去探索。
蔡立慧日前來紐約參加美東華人學術聯誼會年會專題演講,她接受專訪時,特別提到自己由外婆照料至三、四歲,外婆年約50歲就罹患失智症,54歲過世,給她留下深刻的印象。她研究阿茲海默時經常想起外婆找不到家的惶恐臉龐,這也是她一天工作12小時、不斷跟時間賽跑,全心投入研究、嘗試解開這個百年謎團的動力所在。以下是訪談摘要:
問:您曾說外婆年約50歲就罹患失智症,研究阿茲海默時經常想起外婆找不到家的惶恐臉龐。能不能說明外婆罹患失智症對您的影響?
蔡立慧答:那是非常深刻的一幕,她的表情今天還印在我的腦海裡。有一天我和外婆出去,下起大雷雨,我們躲在公車亭裡躲雨,我跟她說:「我們回家吧!」不知道是不是打雷的關係,她忽然之間就失智了,告訴我不知道怎麼回家,看起來很失落的樣子。
阿茲海默的症狀定義,就是不知道怎麼回家。如果說我這一生可以有什麼貢獻,應該就是要釐清阿茲海默。
老年性疾病 全球急迫問:世衛組織和歐巴馬政府迫切想搶救阿茲海默症患者,世界失智協會為何把控制失智症的時間表定在2025年?
答:這就是他們的急迫感,世界人口一直在老化,現代人的壽命愈來愈長,其他疾病如心臟病或傳染性疾病,治療不是太大問題。
有研究指出,現在英國或美國出生的嬰兒,平均壽命可到100歲。也就是說,人活愈久,愈會老到得失智症,因為失智症就是老年性疾病。65歲以上有15%的人得失智症或阿茲海默,到85歲差不多有50%。以美國罹患失智症550萬人來看,在85歲以上年齡層相當可觀。
問:您是否也有同樣的急迫感,跟時間競賽,每天工作12小時,能否談談您目前努力的成果?
答:這不是三言兩語能講清楚。研究阿茲海默的科學家,我只是其中之一,全國很多人在做,我們了解單打獨鬥進展有限,大家最好能團結起來,形成更大的平台。政府也知道阿茲海默是個大麻煩,歐巴馬也想做些事情,但提供的資金非常少,現在國家機構的預算實在很緊。去年的基因測序經費減少,這真的是個大打擊,今年恢復了之前的經費,但也已經很多年沒有增加。國家衛生總署(NIH)計畫經費20年都沒增加,大家做研究愈來愈難。
問:1999年您的研究團隊在「自然」(Nature)雜誌發表CDK5蛋白影響阿茲海默的概念,本來學界還有質疑,現在已經達成共識了嗎?
答:當初很多大藥廠開發藥物抑制CDK5,其實要找到好的藥很不簡單,這就是為何大多數藥物開發至少要十年。現在有個大藥廠有種不錯的藥,開始做臨床實驗,很多人都發現CDK5對於阿茲海默的重要性。
問:能不能濃縮精簡說明您的發現,當人體內P35蛋白分裂成釋放出P10和P25,P25失去控制,這個過程如何產生多種神經退化性疾病?
答:這非常複雜,我們的研究團隊今年初在「細胞」(Cell)雜誌發表一篇文章,專門探討P35到P25。我們製造一隻基因敲入小老鼠,牠不能產生P25,當我們把這隻小老鼠和阿茲海默轉基因老鼠相配,也就是該有阿茲海默的老鼠沒有P25蛋白,我們發現牠不會得到阿茲海默,是最驚奇的地方。
本來阿茲海默老鼠有記憶問題,腦會有損害,若是不產生P25的話,這些老鼠的記憶非常正常,腦細胞的損害也減少非常多,這就是最好證明,P25對產生阿茲海默非常重要。
問:電擊對阿茲海默有什麼影響?
答:電擊是非常尖端的想法,有用在柏金森,也有用在憂鬱症。我們是第一個阿茲海默實驗室研究電擊,剛拿到NIH的研究經費,讓我們做阿茲海默的電擊療法,目前看起來很樂觀,希望跟MIT其他工程系合作。電擊療法不是說把藥放到人體,很多藥會失敗,有的藥是因為沒效果,也有很多對人體有副作用。治療腦神經藥物的副作用通常跟腦沒有關係,而是肝臟、腎臟,或血液等反應不好,都無法到達臨床實驗階段。如果用電擊或光擊,只針對腦細胞,不會碰到其他人體部分。
問:您的團隊研究HDAC(組蛋白去乙醯酶)抑制劑,是否有副作用?
答:HDAC現在很熱門,生物科技公司都在做,效果太好了。我們主要是想把HDAC2抑制,很多實驗室也都看到同樣效果:當HDAC2抑制時,老鼠會變得很聰明。尤其對老年人或是阿茲海默症患者,抑制HDAC效果非常好。
問題是一種藥很難只抑制HDAC2,而不抑制人體其他10個HDAC。有的HDAC在別的器官如心臟、骨髓、血液很活躍,而HDAC2則是在腦部。所以沒有一個藥是單抑制HDAC2,最好的藥是抑制HDAC2和HDAC1,把兩個都抑制會有副作用。
早期控制 損害可減小問:早期控制住阿茲海默,損害就會很小嗎?
答:對。所以可透過科學工具來判斷某些人會不會有阿茲海默。現在有阿茲海默類澱粉蛋白造影(Alzheimer amyloid imaging),以一種顯影劑打到人體,做正子斷層造影、磁振造影、腦斷層掃描。顯影劑會和類澱粉樣蛋白斑塊結合,若腦部有很多斑塊,顯影劑會亮起來。有些50歲的人雖然還沒有阿茲海默,造影可能發現很多斑塊,他將比其他人有更高機會得阿茲海默。
問:有沒有其他工具可及早發現阿茲海默?
答:阿茲海默類澱粉蛋白造影是其中之一,濤蛋白纏結現在也開始有造影技術,讓你看到腦子裡面有多少濤蛋白纏結。你能辨認出這些人,就可以及早控制病情。
問:全球多少團體研究阿茲海默?
答:不是說大家都立刻有能力做,在MIT非常幸運,很多科技從那裡發展出來,等於在波士頓和劍橋就可以馬上做。世界其他國家要花時間慢慢跟上。NIH經費不夠怎麼辦?現在很多事業有成的企業家,體悟到年老失智的後果不堪設想,他們想要資助聯邦政府不能補助的地方。這些慈善家的共通點是希望看到做得好的人合作,以團隊運作,而不是明星科學家單打獨鬥。
跨界合作 MIT像迪士尼問:跟其他研究團隊相比,MIT的強項在哪裡?
答:MIT非常獨特,我覺得很好的地方是,我本身屬於生物領域,從事神經生物學研究,研究室對面是電機工程、生物工程、電腦科學、化學等研究室,我很榮幸能跟完全不同領域的人談阿茲海默,談腦是怎麼運作。
這些科學家看阿茲海默的角度完全不同,把大腦當一個電腦主機板。我秀給他們看成像技術Clarity是怎麼讓大腦影像立體化,其實更偏向工程,而不是生物。我們在一個大時代,要解決一個生物問題,單單靠生物不夠,你必須跨領域合作才能夠達到最大效果。我現在緊密合作的夥伴有化學工程師、電腦科學家、生化工程師等,好像在一個迪士尼世界,有太多事情可以去探索。
問:您描述阿茲海默的研究目標時好像不那麼有把握,是否因大腦牽涉的細胞和基因太複雜,有些保留?
答:那當然,很多人的疾病不單單是基因的突變有影響,其實有很多外在因素也會影響大腦的功能,最終影響到疾病的產生。比如一對同卵雙胞胎,基因完全一樣,得的病只有50%一樣。這告訴你基因只能影響部分功能和疾病,外在因素有很大影響。
問:基因圖譜的成本愈來愈低,有沒有可能促使阿茲海默研究的突破,找到解決方法?
答:基因圖譜還不夠,這就是我為何有保留,因為有太多因素影響阿茲海默和認知能力。我為什麼蠻樂觀,因為大家實驗這麼久,也經歷很多失敗,學了很多教訓,最終也得到成果。很多重大科學成就都是突然之間出現,也有可能發生在阿茲海默研究。
研究老化 跟時間賽跑問:您說跟時間競賽,目前這個階段您最主要的研究重點是什麼?
答:以阿茲海默來說,到底每個人的病症都相同,還是有不同類型。我個人覺得阿茲海默有幾個不同種類,例如減少類澱粉蛋白,有部分的人反應不錯,但其他人沒有反應,把整個實驗的平均成果拉下來,變得不值得投入。
我認為搞懂哪些人會有反應,最終要做病人篩選;如果要研發藥物,不能只針對一種機制,要綜合機制來考慮。
問:現在很多工具似乎能預防阿茲海默,如幹細胞移植、電擊等,哪種工具對阿茲海默研究比較有希望突破?
答:我們做阿茲海默,以波士頓和劍橋來說,很大力量放在合作。其中一個計畫由麻州綜合醫院(Massachusetts General Hospital)發起,希望成立阿茲海默疾病中心,大家盡可能多互相合作,希望能得到NIH支持。
另外MIT要開始老齡化計畫,主要研究腦部老化,而阿茲海默是大目標,整合MIT不同的領域,連同麻州綜合醫院的人一起由私人慈善家贊助研究,並希望聯邦政府和私人慈善家合作。
政府給的錢不夠,但如果用私人的捐款彌補,可以從不同角度來下手。我們有幹細胞研究、Clarity、神經迴路、電機工程等等,我們有機會全部融合起來,來看大腦和阿茲海默。
新科技投入 前景樂觀問:許多對抗阿茲海默的藥物實驗都失敗,還有幾個試驗未知,現在是悲觀,還是有些希望,值得鼓舞?
答:那要看從哪個角度來看,如果是大藥廠,已經花上億元做實驗,他們都蠻灰心,花這麼多錢沒看到成果。大家都怕再做幾個實驗又沒結果,大藥廠會說:「我不管阿茲海默了。」
可是從另一方面,學界覺得很有希望,因為我們20幾年都想要找辦法。忽然之間,現在有這麼多的工具可用,而前面20年都沒有,大家像是瞎子摸象。至少前20年做出些東西,知道什麼是對或不對。加上新科技工具,我個人覺得非常樂觀。今後五年,最多十年,我認為會有非常大的突破。
問:你是說會出現有效控制阿茲海默症的藥?
答:對。我必須澄清一點,英文說cured(治療),我很不贊成。治療要看什麼疾病,你要是得了傷風感冒,有病毒,要治療沒問題;或細菌感染,治療也沒問題。但若你有第二型糖尿病,那沒法治療,用藥或最後打胰島素,只是抑制。你一輩子都會有這個疾病,只能說控制損害。阿茲海默最好的情況也是控制,不可能治好。
蔡立慧教授幼年與外婆合影,外婆記不起回家路那一瞬間,永遠留在她的腦海裏。(蔡立慧提供)
蔡立慧領導的25人研究團隊全力拼博。
蔡立慧接受世界日報社社長楊仁烽(右)及總編輯翁台生(中)訪問,如何為阿茲海默症患者找路。(許振輝/攝影)
問:您從台灣中興大學獸醫系畢業到腦神經研究,能否談談心路歷程?
答:我知道我一向對科學很有興趣,從小就是,會買很多書,最愛看的就是科學書。上大學時沒很多機會接觸實驗室,後來出國才接觸實驗研究,一做就覺得這是我以後要做的事情,所以立刻決定要念博士。等博士畢業,做博士後研究,進入神經科學,每做一個決定,並不是說很困難,我覺都很清楚我要什麼。
問:您一天工作12小時,非常投入,妳女兒也看您工作長大。您怎麼照顧家裡?
答:我覺得有副作用。我女兒在實驗室長大,小嬰兒的時候我就帶到實驗室,小時後學校不這麼重要,我開會也帶她去。現在上高中,她已經不能跟我到處跑。
我覺得她還沒有完全決定走哪一條路,她現在說什麼,我都不講話,她自己要釐清。如果我跟她說去做什麼,那不好。
至於副作用,是小孩看媽媽一天到晚都在工作,可能會反感。
問:您工作之外有什麼愛好?
答:我喜歡健行,開車一個小時到新罕布夏州就有白山。或是去湖邊,看看大自然,這很重要。我也很喜歡烹飪,蒐集好酒。
問:您研究室置物櫃上端擺了一整排酒瓶……
答:喔!那一長排香檳酒瓶是代表我們的研究成果;我們實驗室總共有25位研究夥伴,大家都很拚;每次有重要研究論文發表,我們就會開香檳慶祝,數數那些酒瓶也可回味大家跟時間賽跑投入的心血。
問:2011年您回台灣參加前瞻2020願景論壇。你覺得總體來說,台灣在神經科學領域發展怎麼樣?
答:台灣大部分研究以癌症為主。中研院院長的願景很好,台灣一定要做生物研究,否則年輕人念這科系出來,將來找不到工作,會有挫折。我聽說現在已經有這種現象,就是很少台灣年輕人要念博士,最主要就是沒有就業機會,生物科技做不出來,就沒有辦法創造就業。
問:能否給年輕人一些建議?
答:我這個人最沒辦法忍受的就是沒有志向。我們成長的年代,社會還不是那麼富裕,資源非常有限,許多人都有很高志向、很大的抱負,現在年輕人大概就是生活太好了,沒有必要拚命。
雖然我是大學才找到志向,但從小接受教育的價值觀,就是人只活一次,必須要在社會上有所貢獻。我很有自信,但很多年輕人沒有這種回饋社會、創造真正影響力的精神,非常可惜。
問:您在美國作為一位女性科學家,有沒有被歧視?
答:歧視是很嚴重的字,我不想用它,但你問我有沒有玻璃天花板,一定有,哪裡都有。
對於女性、又是亞裔,以中國成語來說就是「高處不勝寒」。年輕時在低階,當助理教授,不會有感覺,等愈爬愈高,限制就愈來愈明顯。
我們作為第一代移民,很難融入美國人的文化,畢竟長大環境不一樣,價值觀都不同。移民第二代沒有這方面的障礙,但他們會像第一代吃苦耐勞,有很大的志向嗎?
相关报道:中研院研發抗體 可能治療失智症(嚴文廷)
腦前側額顳葉失智症好發於40至60歲,是65歲以下的第二大失智症,估計全球有300到600萬人罹病,僅次於阿茲海默症。中研院基因體研究中心研究發現,TDP-43蛋白球狀聚合體是導致腦前側額顳葉失智症的關鍵因素,也是漸凍人主要致病蛋白,中研院成功實驗出抗體,未來可能用來檢測是否罹患失智症與漸凍人症,甚至進行免疫治療。
中研院基因體研究中心助研究員陳韻如指出,雖然抗體可能只能用來診斷,但可以提早確診並給藥治療,或許治癒機會能提高,甚至利用現有的抗體研究更進一步的治療方法。
陳韻如和研究團隊發現,TDP-43會快速聚集成球狀聚合物,而且含有毒物質,並確實存在腦前側額顳葉失智症患者的腦中;在小鼠的實驗中更證實,隨著年齡老化,產量會增加,證實TDP-43是導致神經退化疾病的關鍵。
研究團隊進一步取得腦前側額顳葉失智症患者的腦部組織,發現TDP-43確實存在失智症患者腦中,且成功研究出抗體。
陳韻如指出,抗體可針對TDP-43蛋白球狀聚合體產生免疫反應,雖然需要更多患者的腦脊隨液進行驗證,但未來有機會可以將抗體做為診斷甚至進行免疫療法使用,提供治療失智症另一種可能性。
共同參與研究的成功大學臨床醫學研究所教授蔡坤哲指出,過去的研究認為阿茲海默症與「類澱粉蛋白」有關,卻不認為TDP-43和類澱粉蛋白有關,這次的研究也證實,TDP-43是類澱粉蛋白的家族成員之一,兩者有確相關連性,研究12日登上知名國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)。
除了腦前側額顳葉失智症外,TDP-43也是漸凍人症(ALS)的主要致病蛋白,研究出的抗體對於判斷是否患病準確率大幅提高。