在童話與現實之間—劃時代研究只是一夕灰姑娘?

作者/黃正球(美國貝勒醫學院發育生物學博士,研究領域為瘙癢與疼痛的神經機制,目前於美國聖路易斯華盛頓大學進行博士後研究)

我想與讀者分享最近發生的兩個事件,個人認為或許可以成為生命科學養成教育的經典實例,供我們借鏡與思考。

科學論文的美麗糖衣

事件一:發現神奇蛋白 糖尿病藥到病除
糖尿病是影響現代人健康甚鉅的一種代謝疾病,據統計目前全球約有3%的人口罹患糖尿病,所花費的醫療開銷,一年超過六千億美金。

第一型糖尿病起於胰島β細胞的數量減少或功能異常,造成分泌的胰島素不足。第二型糖尿病則是主要因為胰島素阻抗(insulin resistance),即細胞無法正常反應胰島素引起的生理功能;隨著病情的加重,會進而引發β細胞受損、死亡,導致胰島素分泌的不足。雖然目前有口服降血糖藥物或胰島素注劑可以當作治標的療法,但畢竟調整血糖的功效還是不如身體內健康的β細胞靈活。加上近年研究顯示,成體的β細胞在高血糖刺激或胰島素阻抗的情形下,能進行細胞分裂增生,對胰島素分泌與血糖調控有短期代償的效果,所以如果找到能長期促進β細胞增生的因子,或開發出等效的藥物,從根源醫治糖尿病的夢想也許就不遠了!

在這樣的邏輯和驅力下,科學家們以實驗小鼠為模型,開始了找尋這類因子的征戰。2013年4月,美國哈佛大學的莫爾頓(Doug Melton)與實驗室同儕,在Cell期刊上發表了一篇可能會徹底改變糖尿病治療方法的論文。他們利用一個短肽S961作為胰島素受體拮抗劑,阻斷胰島素的訊息傳遞,在小鼠中建立了第二型糖尿病的模型。如前所述,由於胰島素阻抗作用產生的代償,小鼠的β細胞開始分裂增生,而胰島素分泌也顯著增加。他們先以實驗排除了S961直接影響β細胞增生的可能性,然後進一步利用基因微矩陣(DNA microarray)分析了和代謝有關器官的基因表現,發現有一個基因在第二型糖尿病小鼠的肝臟與白脂肪中大量表現,並且會表達一個能被細胞釋放的蛋白。更令人驚奇的是,在小鼠的肝臟中外加表達這個蛋白,可以促進胰島β細胞的分裂增生和胰島素的分泌,而且能有效調節血糖和葡萄糖耐受能力(glucose tolerance)。於是論文作者將這個神奇的蛋白取名為Betatrophin(胰島β細胞滋養因子)。

這個革命性的發現,受到Cell期刊肯定,加上哈佛校方的宣傳和眾多媒體爭相報導,不但科學從業者熱烈討論,數以千百計的糖尿病患者也紛紛透過各種管道,詢問這個可能徹底治癒糖尿病的「靈藥」。當然,也吸引了許多投資客與生技製藥業的目光......。

事件二:血液中的肌肉回春靈藥
青春永駐、長生不老的秘方,一直是歷來君王權貴之士追求的目標,它直接造成了古代煉丹術的興盛,也間接帶動了實驗科學的發展。

時間來到2005年,史丹佛大學的湯瑪士.蘭多(Thomas Rando)實驗室在Nature期刊上發表了一篇很有趣但有點恐怖的研究結果。作者想了解組織幹細胞在個體老化過程中的分子機制,以及找出年輕個體能夠維持青春活力的生物因子,於是他們將一隻年老小鼠和另一隻年輕老鼠的血管循環系統以手術方式連接起來(heterochronic parabiosis)。這兩隻連體鼠經過五週的「心血相傳」後,作者發現年老小鼠受損的後肢肌肉能透過快速活化Delta-Notch通路,使骨骼肌幹細胞(satellite cell)產生顯著的分裂增長,而且分化後的新生肌肉也和年輕小鼠無異。不過當換成兩隻年老小鼠綁在一起時,這種「回春」現象就消失了!尤有甚者,他們直接提取年輕小鼠的的血清,加到離體培養的年老小鼠肌肉細胞上,也發現了同樣有效促進肌肉再生的結果。

究竟年輕小鼠的血清裡有什麼神奇的仙丹能讓肌肉(幹細胞)返老還童呢?這個問題讓當時的第三作者,現任哈佛大學教授的艾咪.韋傑斯(Amy Wagers)念念不忘。她與理查.李(Richard Lee)合作研究,終於在2013年找到了這顆在年輕小鼠熱血裡滾動的仙丹——GDF11(生長分化因子11)。而緊接著在2014年兩人再度合作的Science論文裡,他們發現GDF11在血漿中的濃度隨著年齡增長而下降,而在年老小鼠體內補充GDF11的話,則可以促進骨骼肌幹細胞的分裂與肌肉的再生,甚至能改善年老小鼠的肌力與生理功能!

同樣的,這篇文章受到學校與媒體大肆報導,讓許多無藥可救治的肌肉萎縮症患者,重新燃起一絲的希望。

生技製藥業的逆襲

但是,很可惜現實不是童話。

2014年初,賓州大學的克勞斯.克斯諾(Klaus Kaestner)實驗室首先發難,他們確認S961能導致小鼠的第二型糖尿病,胰島素阻抗讓Betatrophin在小鼠的肝臟中高量表達,可是對於移植到小鼠體內的人類胰島β細胞, 沒有促進分裂增生的效果。

2014年底,雷傑納隆(Regeneron)藥廠掌管代謝研究的格羅馬達(Jesper Gromada)與其團隊,在Cell期刊上刊登了一篇打臉莫爾頓的論文。文中先餵食小鼠高脂飼料以誘發第二型糖尿病,然後檢測野生型小鼠和Betatrophin基因剔除小鼠,胰島β細胞的增生能力。實驗結果證明,Betatrophin基因剔除小鼠β細胞的增生能力,和野生型小鼠沒有區別。再來作者利用原本莫爾頓實驗室使用的短肽S961,在野生型與Betatrophin基因剔除小鼠上引發第二型糖尿病,測試不同糖尿病模型是否導致不一樣的結果。很不幸的,還是沒有發現這兩個基因型的小鼠,在β細胞的增生上有任何差異。結合上述兩個實驗,得到的結論是Betatrophin對β細胞增生並不是必要條件。

更慘的是, 作者在野生型和Betatrophin基因剔除小鼠的肝臟中外加Betatrophin蛋白,發現對β細胞增生、血糖調節、胰島素分泌以及葡萄糖耐受能力,居然一點功效也沒有!這個結果顯示,Betatrophin對β細胞增生連充分條件都不是,雷傑納隆團隊完全無法重複莫爾頓實驗室在2013年所發表的結果,Betatrophin這個靈藥一下被打回不起眼的原名:ANGPTL8(類血管生成素8號)。

2015年5月,諾華(Novartis)藥廠則是在Cell Metabolism期刊裡找上了GDF11單挑,以大衛.格拉斯(David Glass)為首的諾華團隊,對肌肉老化和再生領域投下了一顆震撼彈。他們發現原本韋傑斯實驗室用來檢測GDF11的抗體不太專一,同時也能檢測到胜肽序列上非常相似的肌肉生長抑制素(Myostatin),於是作者決定把所有用來偵測GDF11的抗體與試劑砍掉重練,結果不練還好,一練發現GDF11在肌肉裡的RNA量和血清裡的蛋白量,都是隨著老鼠的年紀越長而增加。此外,GDF11和肌肉生長抑制素透過相同的受體及訊息傳遞路徑,在肌肉細胞內調節相似的基因;而最令人吃驚的是GDF11對骨骼肌幹細胞的增長和肌肉受損後的再生,不僅沒有幫助反而還有抑制的作用!翻成白話就是GDF11這顆宣稱「固筋骨」的仙丹,可能其實只是一顆煉壞了的假藥......。

童話夢碎 面對現實吧

緊鄰著雷傑納隆團隊發表的Cell期刊論文旁邊,其實有莫爾頓實驗室發表的更正聲明。他們首先重複了之前在肝臟中表達Betatrophin的實驗,並大大增加了樣本數(從原本的7隻到目前的52隻),計量後發現,外加的Betatrophin對胰島β細胞的增長只有非常細微的幫助(卻可以對胰島素的分泌有明顯的助益?)。而同時他們也承認,剔除Betatrophin基因並不會減少小鼠在第二型糖尿病病程初期β細胞的增長。

另外,據報導指出,同校的韋傑斯對諾華研究團隊的指控,認為GDF11蛋白可能有不同的形式,在老化過程中負責不一樣的功能,因此仍堅信自己實驗室的結果,並將於近期發表後續的研究。

從上述事件,我們能得到什麼訊息?又要怎麼去深辨其中的玄機呢?

第一,當我們在科學期刊上閱讀到一個「劃時代」、「革命性」發現的標題時,請先保持一種理性分析的心態,從頭到尾檢測文章中的實驗數據,是否足以撐得起作者的敘述與結論。在Betatrophin的事件中,原本Cell期刊論文裡最關鍵的活體實驗,其實只用了區區7隻小鼠,其中的4隻並沒有任何作用,顯示出的統計差異是源於另外3隻小鼠的樂透效應(Jackpot Effect),所以當樣本數增加到52隻之後,真正可能有生理意義的數據才顯露出來。

再者,以Cell這樣一個頂尖期刊,不管是編輯或是審稿者都不該不了解「充分且必要條件」的重要性,但Betatrophin的原始論文裡, 就是少了這麼一個用Betatrophin基因剔除小鼠來顯露必要條件的實驗。而在GDF11的文章中,則或許是對於使用抗體與試劑不夠嚴謹的態度,造成了學校與藥廠的結果大相逕庭。

第二,生技製藥業不是吃素的佛心來著,要花大錢幫科學界釋疑。雷傑納隆團隊在2013年時,於PNAS期刊發表了剔除ANGPTL8(Betatrophin)基因能降低小鼠血液中三酸甘油酯(Triglyceride)的發現;在2014年底的Cell期刊論文中也再次強調ANGPTL8參與三酸甘油酯濃度調節的正相關性。目前已知三酸甘油酯過高可能與動脈硬化、心臟病與中風等疾病有關,那就不難聯想ANGPTL8或其受體,也許是雷傑納隆藥廠用來進攻心血管疾病市場的分子標靶之一,若是抑制ANGPTL8的結果導致胰島細胞受損甚至是糖尿病,將會大大影響公司的商機。另一方面,諾華藥廠針對肌肉生長抑制素受體開發出的單株抗體(Bimagrumab),已進入第二期的人體臨床測試,其目標在廣泛性地治療或緩解肌肉萎縮症,怎容得下GDF11這顆有問題的再生仙丹來混淆投資者與消費者視聽,或甚至跟他們搶市場呢?

第三,當我們從新聞媒體或網路上聽聞一個科技或醫藥新知,在廣泛轉發親朋好友之前,請盡量查明消息的出處以及相關的科學文章。在網路發達、新聞氾濫的當今社會,有太多良莠不齊的媒介能傳播不實甚至有害的消息,也有太多的假專家或有心人士署名一些似是而非的資訊。網路消息這把雙面刃,怎麼使用得當,對網路普及率這麼高的臺灣民眾來說,的確是一門不簡單的課題。

最後強調,希望各位讀者在閱讀吸收所謂的科技新知時,請多重視資訊中的立論、證據與邏輯性,做出您個人理性的判斷,當然,受審視的也包括您現在正在讀的這篇評論。


延伸閱讀
1.Yi P., Park J.S. and Melton D.A., Betatrophin: a hormone that controls pancreatic β cell proliferation, Cell , Vol: 747-58, 2013
2.Kaestner K.H., Betatrophin—promise fading and lessons learned, Cell Metabolism, Vol.20: 932-3, 2014
3.Brun C.E. and Rudnicki M.A., GDF11 and the mythical fountain of youth, Cell Metabolism, Vol.22: 54-6, 2015

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