〈揭開幽門桿菌致病之謎〉

　

ｄｒａｆｔ　ｏｎｌｙ／

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科學家的故事初稿

台大生物化學暨分子生物學研究所教授　周綠蘋

記者：羅毓嘉



一、序言



　　根據世界衛生組織估計，全球每年新增的胃癌病例數約為八十萬人，在惡性腫瘤當中是發病率很高的一種，奪去許多寶貴的生命；而在亞洲地區，或許是由於飲食、生活習慣的殊異，日本與台灣的胃癌發病率尤高於其餘國家。根據我國衛生署統計，胃癌數十年來高居台灣十大癌症排名第五，惡性腫瘤主要侵害消化系統，使得罹病過程中，病患的生活品質受到嚴重影響，造成身心巨大煎熬。



　　胃癌乃肇因於幽門螺旋桿菌感染，刺激胃壁潰瘍、長期發炎而衍生而來，在罹病初期並沒有明顯症狀，可是，病患多半不願意在毫無徵候的狀況下，接受胃部內視鏡的侵入式檢查、或者成本更高的上消化道鋇劑Ｘ光攝影，更遑論進行病理組織切片檢驗，往往因此耽誤了良佳的治療時機，惡性腫瘤於是惡化至不可收拾的地步。



　　然而，2006年，台灣大學生物化學暨分子生物學研究所教授周綠蘋，帶領她的研究團隊，成功地找出了胃幽門螺旋桿菌的致癌毒性因子GroES（含纈酪肽蛋白），並且進一步發展出其相對應的生物診斷指標；這項研究成果，讓胃癌能夠以臨床上容易獲得的血清檢體來進行篩檢，並建議呈現陽性反應的病患進一步接受胃部內視鏡檢查；在不遠的將來，此項檢體篩檢若能推廣施行，將大大提高胃癌早期篩檢、早期發現、早期治療的可能。



　　從此，胃癌將不再是必須透過繁複的檢驗程序，才能發現的癌症。







二、發現GroES的研究脈絡



　　對周綠蘋來說，這成功的甘美果實，總非一蹴可幾。2006年的突破性發現，是累積了多年來前人耕耘的成果，必須回溯到二十世紀八零年代，開始談起。



　　1982年春天，澳洲皇家伯斯醫院病理科醫師羅賓‧華倫（Robin Warren）以及一位三十歲內科住院醫師巴里‧馬歇爾（Barry J. Marshall），偶然發現胃黏膜上滋生了一種螺旋狀的桿茵，而這種螺旋桿菌，是唯一能夠存活於高酸環境胃黏膜上的細菌，其所分泌的酵素能夠導致胃及十二指腸黏膜損傷，而造成不等程度的傷害。而經過往後多年的研究探討及藥物實驗證明，胃幽門螺旋桿菌，竟然是導致慢性胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍的元凶，顛覆了以往認為消化道潰瘍來自於壓力大、胃酸分泌過多的想法，並徹底改變此後消化道疾病研究的走向；華倫和馬歇爾兩位博士，更因此項重大發現，獲2005年諾貝爾生理醫學獎的桂冠。



　　流行病學統計指出，十二指腸潰瘍患者的幽門螺旋桿菌感染率高達九成，胃潰瘍患者則有七成至九成的感染率，胃癌罹患者，亦超過五成有感染此種桿菌的病史。



　　2002年，一份刊登在英格蘭醫學期刊的公共衛生統計報告，又為胃幽門螺旋桿菌感染的致病現象研究，再掀波瀾──研究指出，胃幽門螺旋桿菌的受感染人口，在後續的致病歷程當中，卻會走向兩條截然不同的路徑。其中一部份會發展為十二指腸潰瘍，另一部份則是走向胃部發炎、胃潰瘍，並成為胃癌的高風險群，驚人的是，同受幽門螺旋桿菌感染，十二指腸潰瘍的患者與胃潰瘍患者，在統計上卻並沒有任何的重疊。



　　「這隻細菌1982年被找到之後，在1994年被世界衛生組織定義為『致癌因子』，這個致癌因子從被發現到現在，真正致癌的機制卻還不甚清楚。但是，得到十二指腸潰瘍跟得到胃潰瘍的人，竟然完全沒有重疊，這和它的致癌機轉是不是有甚麼關係，滿令人好奇的，不是嗎？」正是這篇報告，啟發了周綠蘋走入胃幽門螺旋桿菌致病因子的世界。



　　時任台灣大學附設醫院內科主任的林肇堂教授，也在台大醫院的病例中，發現了類似的特異現象：罹患十二指腸潰瘍的病患，似乎就「保證」了不會罹患胃潰瘍，也不會進一步演變成為胃癌。為了尋求這個謎團的解釋，林肇堂找上了在台灣大學醫學卓越研究中心基因體醫學組，主持蛋白體暨蛋白質功能核心實驗室的周綠蘋，邀請她透過蛋白體學技術深入研究，以了解為何相同的病菌，卻會在人體的不同部位，發展出不同的致病歷程。



　　臨床研究發現，同屬於幽門螺旋桿菌，在造成十二指腸潰瘍的病人，與胃潰瘍、胃癌的病患體內，可以分離出儘管外觀相類似、卻具有不同生長狀況和型態的菌株，其對於生長環境的需求也截然不同。林肇堂與周綠蘋因此大膽假設，幽門螺旋桿菌進入人體之後，會依據生長的位置發展出特殊的菌株，甚至產生致病的不同化學因子，而導致往後罹病歷程的分野──可是，這個差異究竟是來自於環境的不同、人體的免疫反應、或者是其他因素，周綠蘋表示至今仍沒有確定的答案，也尚不能斷言研究團隊所懷疑的「某個」造成這種差異的因子是否真正存在。



　　「根據當時既有的研究成果，只能斷言的是，得到胃潰瘍，那是很有機會會得到胃癌的，但為什麼同樣是幽門螺旋桿菌感染，會在胃部發展出胃潰瘍、甚至變成胃癌？是不是有甚麼我們不知道的『毒性因子』在作怪？」為了發掘現象背後的真實成因，周綠蘋從2003年開始，便帶領著整個蛋白體核心實驗室的成員，一同邁上了長達三年的探索之路。



　　當時，國際上早有學者發現胃幽門螺旋桿菌的幾種毒性因子，而其中最重要的，又屬毒性因子CagA為判定胃癌高風險群最重要的一個。在生物指標篩驗的結果中，CagA測試呈現陽性反應者，罹患胃癌的機率較高，反之，若病患感染的是CagA測試呈陰性反應的菌株，則表示其可能受到胃幽門螺旋桿菌的毒性侵害較少，後續引發胃癌的機會也小得多。基本上，2002、2003年間，國內醫學研究單位從事的相關研究，主要也仍是跟隨這些研究成果，探討毒性因子造成細胞傷害的機制。



　　然而在亞洲地區，無論後來導致十二指腸潰瘍、胃潰瘍、或胃癌的發生，幽門螺旋桿菌的菌株有高達百分之九十到九十五，竟都呈現CagA的陽性反應。因此，使用CagA因子作為判準的檢驗方式，顯然在亞洲地區，是走不通的一條道路。這也使得周綠蘋下定決心，要針對亞洲地區的胃癌病例進行研究，找出專屬於亞洲人體質與幽門螺旋桿菌交互作用而產生，尚未被發現的毒性因子。



　　「而後來我們成功地找到了GroES，發現這個蛋白因子，在幽門螺旋菌感染上皮細胞後，能使細胞繼續存活下來，扮演幽門螺旋桿菌催化胃癌過程中的重要角色，而可以作為亞洲人判定胃癌風險的生物性指標。」周綠蘋說得似乎輕鬆，但整個發現的歷程，可以說是恰巧在天時、地利、人和的狀況下，才能手到擒來。







三、天時、地利、人和



　　周綠蘋謙稱，這整個研究成果的榮耀，絕非歸她一人所有。在歷時三年的研究過程中，台大醫院林肇堂教授和吳明賢醫師、以及台灣大學醫學卓越研究中心的適時成立，可說提供了周綠蘋非常強大的奧援。



　　「這幾位教授在消化道臨床研究的領域，可以說是非常地權威。他們手中已經收集到五年以上的胃潰瘍病患、胃癌病患、以及十二指腸潰瘍病患的樣本與檢體，大約有四五百例以上。」周綠蘋說，也有賴這麼多的檢體，分析才因此而能有所本，得以發現GroES，這個導致胃潰瘍在後續過程中演變成胃癌的因子。周綠蘋和她的研究團隊還發現，胃幽門螺旋桿菌最重要的致癌機制，在於若感染胃幽門螺旋桿菌且體內具有Anti-GroES 抗體，則會引起發炎、促進細胞增生等反應，會刺激胃黏膜細胞，促使、活化細胞內的「激脢」，讓胃黏膜細胞的蛋白質磷酸化，造成細胞異常增生，並產生「抗凋亡」的效果，使得細胞持續不正常存活，最終演變成惡性腫瘤。



　　2003年，台灣大學醫學卓越研究中心基因體醫學組成立蛋白體暨蛋白質功能核心實驗室，引進液相層析串聯式質譜儀，以利用蛋白體學技術的平台探究與疾病相關的關鍵蛋白質身分之鑑定、功能與其分子機轉闡明，並作為診斷、治療與基礎研究的重要科學依據為目標，該實驗室由周綠蘋主持。



　　事實上，蛋白體暨蛋白質功能核心實驗室，並不止專為醫學卓越研究中心服務，而是提供一具備整合性質的技術平台，讓需要蛋白體學分析技術的各研究單位，得以透過先進的儀器與技術，在實驗室助理的協助下得到研究資料，而能進一步探究蛋白體與蛋白質的相關資訊，對於我國蛋白體相關的醫學研究，有著莫大貢獻。



　　「像林肇堂、吳明賢他們是醫師，手中有非常多的樣本，我們剛好有最新的蛋白體的分析技術、儀器，以這方面的技術、能力來做分析，把適當的研究樣本，檢體，拿來做最新的技術分析，因此能發揮到找尋科學界更新、大家所不知道的東西。」周綠蘋在2002年讀到英格蘭醫學期刊的報告，檢體也在當年陸陸續續送達實驗室，乃至2003年核心實驗室正式成立，周綠蘋居功厥偉，仍謙稱是時間、機緣都配合得好，才能讓臨床醫學與應用科學研究得以串聯。



　　值得一提的是，由於胃幽門螺旋桿菌是一種只能在「微氧」環境下生長的細菌，它的生存條件相當苛刻，離開適當環境就會立刻死亡，所以要培養出來比較不容易，因此，要以傳統的細菌培養取得足夠的樣本數量就顯得困難重重。而蛋白體學的質譜技術，和以液相層析串聯式質譜儀為主力的儀器組合，正好克服了這個困難，允許周綠蘋和她的研究團隊，僅需以少量的蛋白質樣本進行分析，就能夠分析蛋白質的胺基酸序列資訊，這是以往所不能做到的。



　　另一方面，蛋白體學的成熟，也是在2000年之間，才正式透過國際學界排列生物基因序列的「基因體計劃」而得以完成。隨著各個物種的基因體序列逐一解碼，許多的基因序列被排列出來，其中包含了大量的生物資訊。由於蛋白質位居細胞功能調控的樞紐，蛋白體學便成為研究者高度興趣的研究課題，而也有賴這些生物資訊，讓科學家可以理解人類的基因排序、甚至細菌的基因排序，許多解決生物醫學問題之新方法，遂陸續獲得發展。



　　進一步結合蛋白質分離技術、利用質譜儀提供快速、高敏感性的蛋白質鑑定分析技術、以及蛋白體學相關生物資訊，背後的道理，就是將這些以蛋白體與基因為單位的生物資訊作為比對的藍本，而得以發現蛋白體裡頭蘊含的訊息，進而知道蛋白體所對應的基因，而察知該菌株與其他不具該基因菌株的差異。



　　即使有了這些技術與權威專家的鼎力相助，周綠蘋也不得不承認，2003年到2006年這段不算短的研究歷程，長久的時間耗費仍不免讓她感到沮喪。



　　「利用蛋白體學技術找尋『標的』的時候，在這麼多的資訊裡排序，假設我們認為排序出來的這七八個有可能是目標，但是我手上有四五百個檢體，相乘下來就是三四千筆資料。研究過程當中的主要困難是，當我們有這麼多的樣本，分析出那麼多的結果，就像是在大海撈針，你不知道哪個才是真正的目標。」周綠蘋說，科學研究有泰半時間都是在尋找適當「標的」的過程中耗盡時間。錯了，就是重新來過，不具有統計上的顯著程度，就是重新來過。儘管相信自己著手尋找的因子應該是存在於「某處」，但在周綠蘋與她的研究團隊實驗、驗證的過程中，謹慎、小心的判斷只是基本要求，要找到最終的答案，尚且必須經過統計分析的証明，反覆映證，才能真正確認。



　　周綠蘋笑稱，科學研究都難免孤寂無聊，但最後看到新的發現，是別人沒有看到的，正是最讓科學家最感到高興與欣慰的事情。







四、人生道路的轉折與安逸



　　人生的道路，其實充滿了不確定。在求學之初，只想當個老師的周綠蘋，其實並不曾想像自己竟然會成為一個科學家。



　　人生道路之不確定，其實也就是發現當個國中老師、高中老師，似乎也不是原先想像中授業、解惑那樣簡單的工作而已。台灣大學畢業後，周綠蘋留在臺大任助教，後來升為講師，才驀然驚覺自己原先所具備的學歷與知識，並不足以讓她更加提升，成為一個專業的科學家──正值周綠蘋為自己究竟應該續留台大，或者尋求海外進修的時刻，因緣際會，國科會提供了一個讓大學教師出國深造的機會，周綠蘋不再猶豫，負笈前往日本的東京理科大學生命科學研究所，修習蛋白體分析的各項技術。



　　周綠蘋的老師，是從歐洲分子生物組織（EMBO, European Molecular Biology Organization）返回日本，以化學技術從事微量蛋白質分析研究的學者。在日本進修的期間，周綠蘋意識到，蛋白體學界已經有了一些進階技術，可以幫助生命科學領域的科學家，完成原本不可能做到的工作；周綠蘋學成歸國後，發現在當時的研究時空、環境，並沒有人用化學的技術來探討醫學的題目，她獨出創舉，將海外所學的技術，導入生命科學與臨床醫學的研究領域；直至世紀之交，基因體計畫與生物資訊的快速發展，化學技術被大量應用在生物醫學方面，周綠蘋的學術生涯，也因此而更顯順遂。



　　在日本求學期間，與日籍教授和同學一同工作的經驗，大大地影響了周綠蘋回國後的治學態度：簡單、規則、紀律。



　　「我的老師跟我說『因為你在日本，所以不能過中國新年，』又反過來說，『日本人的新年也跟你沒有關係，』我唸書期間根本沒有假期可言，天天都在實驗室度過；但我們這邊的學生就很像公務員，通常都是老師比較早去開門，下午老師走了，學生隨後也走了。」周綠蘋笑說，日本的科學技術比台灣進步，這種「態度」是絕對值得讚許的；她一開始曾以同樣嚴格的標準要求學生，但發現對待學生太嚴厲，卻會適得其反，讓學生離開實驗室。經過調整後，她採取啟發的手腕，對學生耳提面命「做科學要找尋新知，不要去做別人已經知道的事情，要努力追求大家都不知道的事，」也收到不錯的成效。



　　周綠蘋認為日本人的工作與學習態度，是台灣學生所望塵莫及的。她認為台灣學生儘管聰明，但競爭力似有落後其他國家的隱憂，而「求知若渴的態度」正是台灣學生最欠缺的──在日本，每天超過十二小時的工作時數、凌晨十二點離開實驗室是家常便飯，更遑論還有日籍助教乾脆就在實驗室過夜。這種嚴謹而有紀律的生活模式，也使周綠蘋在此後的科學研究生涯中，面對大部分重複、苦無進展的時刻，能夠保持心情寧靜，平常以對。畢竟科學研究往往有「First Lucky」的特性，第一次做可能會有不錯的成果，但接下來面臨瓶頸，很長一段時間都沒辦法有突破性的發現。



　　「大部分科學家都很寂寞吧，但也就是在不斷追尋『新知』的過程中，不停期待，科學家的生活才有目標。要不然『科學』其實是非常無聊枯燥的，畢竟一年三百六十五天，有讓人興奮的『大發現』的日子，並不是特別多。」周綠蘋或許是習慣了這種簡樸的生活方式，固定的時間來到實驗室，固定的時間離開，不把科學當成工作的「負擔」，即使下班回家繼續未完成的事項，也能甘之如飴。



　　「我的小孩常嘲笑我，『媽媽你功課作完沒有？媽媽你書唸完沒有？』因為他們發現我的工作跟他們很像，就是拼命地寫報告；當我敦促他們寫作業，他們就反問我說『那你寫完沒？』我說還沒，他們就會說『那你趕快寫吧。』」周綠蘋說。







五、作為一個科學家



　　對所有科學家而言，研究、乃至於找到新發現，都是很長的歷程，日復一日反覆平淡的生活，卻要全心投入，即使不至廢寢忘食，終有成果的時候，回頭一望已是幾年的時間過去。



　　「當研究有了突破性的發現，你不僅會覺得自己非常高興，不只在專業領域上你有所貢獻，而且也是對全人類有所貢獻──即使只是一小部分也好。我們的研究成果可以幫助更多人進行早期篩檢，免除可能的罹病痛苦，這當然就是科學家的責任：解決人類生存上的問題與困境。」長期工作而有所新發現的興奮，就是足以讓周綠蘋在科學的道路上，一直走下去的最大動力。



　　在一般人想像中，科學研究往往與現實世界有著遙遠的距離，可是，也是因為科學家們願意奉獻心力，焚膏繼晷，而使得人類文明持續發展。經過周綠蘋與研究團隊的努力，除了找到可供判定胃癌罹病風險的生物指標groES，更進一步發展出測定血清中groES存在與否的簡便試劑，這項研究已經申請了美國與台灣的專利，若與產業界進行技術轉移，成為實用的試劑，推廣為四十歲以上全身健康檢查的項目之一，就有可能造福千千萬萬潛在的胃癌高危險群。



　　胃癌的發生並非在一夕之間完成，從感染胃幽門螺旋桿菌，到演變成胃癌，平均而言，會經過七八年、甚至十年左右的發病歷程。



　　「幽門螺旋桿菌會讓細胞產生長期的發炎狀態，很多感染者喝酒、抽菸、吃醃漬、燒烤類的硝酸鹽產品，會讓發炎狀況更加嚴重，而不得不走向胃癌階段。很多人沒有保養、殺菌的自覺，我們科學家的工作，就是要提醒大家、並且用科學研究讓這個『自覺』很容易落實。」周綠蘋語重心長地說，在台灣社會，很多胃潰瘍病患即使是天天吃胃乳片也要繼續工作、拼酒，罹患胃癌的機率也就高出常人許多，身為科學家，意識到自己的研究終要回饋給社會，周綠蘋即使連周末也會挑一天進實驗室做研究，這些辛勞也都不算甚麼了。



　　以當代的醫學發展，事實上，胃幽門螺旋桿菌的感染，只需連續兩個禮拜的療程，投以抗生素合併制酸劑的三合一內科處方藥便能治癒，得以避免長期重複的潰瘍、發炎，最後導致胃癌的結果。然而，並非所有人對自身健康狀況都有高度自覺，而延誤了「早期發現、早期治療」的良機，一旦放任細菌感染發展為惡性腫瘤，輕微者需要切除胃壁表層已經「腸化生」的胃黏膜細胞，嚴重者甚至必須切除部分的胃，造成往後生活品質大幅度的下降。



　　傳統上，要早期檢測幽門螺旋桿菌感染有兩種方式，無論是抽血檢查抗體或以呼氣同位素測定，要價六百元至一千三百元不等，卻無法判定該感染是否為發生胃癌的高風險群；而一旦groES試劑進入量產應用階段，大約只要兩三百元的價格，不但降低醫病評估胃癌風險的成本，增加接受內視鏡篩檢的意願，也降低健保在往後治療過程中，可能耗費的資源。



　　「不只是我們，世界上每個人聽到癌症都是非常害怕。我們科學家工作的意義，就是要去找尋各種不同癌症的生物標記──因為對大部分的人來說，要接受穿刺、切片、內視鏡檢查的意願都不高，要做早期篩檢，最重要的就是抽血、尿液等體液的檢查。」周綠蘋坦言，看待癌症最好的態度，仍然是早期篩檢、早期發現、早期治療，而科學家的工作，就是以其研究、發現，作為篩檢強而有力的後盾；另一方面，找到這些蛋白質與它們的功能，除了有助臨床醫學對癌症致病機制的進一步了解，更將在未來對癌症藥物的設計，提供有利的依據和方向。



　　除了胃癌的生物標記groES以外，周綠蘋與她的研究團隊，也持續尋找包括肝癌、肺癌、卵巢癌等國人主要罹患惡性腫瘤的生物標記，靠著蛋白體學的技術而讓癌症研究更有斬獲，將國人罹癌的篩檢工作時程往前推移。然而，科學研究講究徹底的謹慎、嚴格，周綠蘋強調，這些分析發現，必須以更多的病例來供佐證，透過反覆的統計與判斷、驗證，才能確定找到了新的生物標記。



　　「『實作，比讀書更重要』，在醫學領域更是如此，否則是不可能得到你期望的研究成果。我常跟學生說，做科學研究很枯燥、無聊，不過要記得你的研究，是對社會、對國家、對全人類有所貢獻，那你就可以一直做下去。」周綠蘋將她的理念身體力行，為發現groES這項獨步全球的成就，做了最好的註腳。