[筆記] 書報討論（二）：新抗癌模型、河狸水壩、條紋驅蠅、小球藻、血管新生

日期：
  • 學期：107-2
  • 課程：書報討論（二） Seminar (II)
  • 老師：劉昭成 Jau-Cheng Liou
  • 主題：新抗癌模型、河狸水壩、條紋驅蠅、小球藻、血管新生
  • 系所：國立中山大學生物科學系

20190314 書報討論（二）：新抗癌模型、河狸水壩、條紋驅蠅、小球藻、血管新生


1. 阿斯匹靈抑制乙醯肝素酶（致癌酶）的機轉

Xiaoyang Dai, Juan Yan, Xuhong Fu, Qiuming Pan, Danni Sun, Yuan Xu, Jiang Wang, Litong Nie, Linjiang Tong, Aijun Shen, Mingyue Zheng, Min Huang, Minjia Tan, Hong Liu, Xun Huang, Jian Ding and Meiyu Geng (2017). Aspirin Inhibits Cancer Metastasis and Angiogenesis via Targeting Heparanase. Clinical Cancer Research, 23(20), 6267.

(1) 摘要

在許多流行病學及臨床醫學報告中，都表明了阿斯匹靈 (Aspirin)對癌症患者的益處，激發了越來越多研究想證明阿斯匹靈的抗癌能力以及其背後的分子機制，然而阿斯匹靈的抗癌活性和相關機制仍有很大程度的未知。因此本研究的目的在於證實阿斯匹靈査作用的潛在物質，以及其對於血管新生 (Angiogenesis)及抗腫瘤轉移 (migration)的功效。

本實驗使用均相時間分辨螢光 (Homogeneous time-resolved fluorescence, HTRF) 、表面等離子共振 (Surface plasmon resonance, SPR)、Transwell來測定阿斯匹靈對乙醯肝素酶 (Heparanase)的影響及抗轉移作用，並使用大鼠主動脈環及雞胚絨毛尿囊膜模型來評估阿斯匹靈對於血管新生作用的抑制。結果顯示，乙醯肝素酶為參與癌症轉移和血管生成的致癌性細胞外基質酶，並且為阿斯匹靈作用的靶點，發現阿斯匹靈會與乙醯肝素酶上Glu225區域結合並抑制酶活性，藉由調控乙醯肝素酶防止腫瘤轉移和血管新生。從本研究可以知道，阿斯匹靈在抗癌症、抗腫瘤轉移方面具有良好的功效，這提供了我們一個新的思考方向，或許我們能將阿斯匹靈抑制乙醯肝素酶的作用機制當作參考模式，用以開發新的乙醯肝素酶抑制劑，如此一來便能阻止腫瘤轉移的發生。

(2) 筆記

  1. 前言：乙醯肝素酶是癌症轉移和血管生成的致癌性細胞外基質酶
  2. 目的：阿斯匹靈對於血管新生與抗腫瘤轉移的功效
  3. 方法：阿斯匹靈與乙醯肝素酶的交互作用（HTRF, SRP, Transwell）、血管新生（大鼠主動脈環及雞胚絨毛尿囊膜模型）
  4. 結果：阿斯匹靈會與乙醯肝素酶上Glu225區域結合並抑制酶活性
  5. 結論：阿斯匹靈抑制乙醯肝素酶的作用機制可當作未來抗癌藥物的參考模式

2. 河狸水壩可促進虹鱒棲息地之數量與複雜度

Bouwes, N., Weber, N., Jordan, C. E., Saunders, W. C., Tattam, I. A., Volk, C., Wheaton, J. M., … Pollock, M. M. (2016). Ecosystem experiment reveals benefits of natural and simulated beaver dams to a threatened population of steelhead (Oncorhynchus mykiss). Scientific reports, 6, 28581. doi:10.1038/srep28581

(1) 摘要

河狸因其築壩行為對山水帶來的巨大衝擊 (impact)而被稱做生態工程師，然而該行為能否提供淡水魚種益處仍眾說紛紜。本研究建構一項以流域為尺度 (Watershed-scale)之實驗，用以測試在侵蝕河川 (incised stream)中，漸增之河狸水壩與族群持久性對俗稱虹鱒 (steelhead)之麥奇鈎吻鮭 (Oncorhynchus mykiss)於淡水生產之影響，自安裝模擬河狸壩 (beaver dam analogs, BDAs)後，作者觀察到虹鱒稚魚 (juvenile)之密度、生存與生產顯著增加，並不對其於上下游之洄游造成衝擊，而此現象乃導因於虹鱒棲息地之數量與複雜度增加。本研究是第一個以大規模實驗量化河狸與BDAs對魚類及其棲息地之益處，顯示河狸的參與為一項可行且有效之策略以「恢復已侵蝕河流之生態系功能」與「增加瀕危魚類族群之生產」。

(2) 筆記

  1. 目的：河狸水壩與族群持久性對麥奇鈎吻鮭（虹鱒）在淡水生產之影響
  2. 區域：受侵蝕的河川
  3. 實驗：安裝數個模擬河狸壩 (BDAs)
  4. 結果：虹鱒稚魚密度、生存與生產顯著增加，且不影響虹鱒洄游
  5. 結論：河狸築壩可能可以「恢復已侵蝕河流之生態系功能」與「增加瀕危魚類族群之生產」

3. 斑馬的條紋與多變的行為有利於驅蠅

Caro, T., Argueta, Y., Briolat, E. S., Bruggink, J., Kasprowsky, M., Lake, J., Mitchell, M. J., Richardson, S., … How, M. (2019). Benefits of zebra stripes: Behaviour of tabanid flies around zebras and horses. PloS one, 14(2), e0210831.

(1) 摘要

斑馬條紋的演化驅動力 (Evolutionary driver)是許多生物學家感興趣的問題有許多的假說試圖解釋斑馬條紋的益處，例如偽裝、迷惑獵食者、體溫調節等。近年來逐漸地被認為是為了防止馬蠅 (虻科, Tabanidae)的攻擊，盡管條紋改善外寄生 (Ectoparasite)攻擊的準確機制尚不清楚。

本研究測驗了馬蠅分別在捕獲之平原斑馬 (Equus quagga與E. Birchelli)與顏色一致之馴養馬 (Domestic horse)周圍的行為。觀察顯示每單位時間降落在斑馬上的馬蠅數量少於降落在馬上的數量，雖然馬蠅環繞或是短暫接觸斑馬與馬毛皮的频率並沒有差別，在馬匹依序穿上不同顏色毛皮外套的實驗中，馬蠅接觸與降落在穿上條紋圖樣外套之馬的頻率遠低於穿戴黑或白色外套的同一隻馬，但攻擊它們裸露頭部的频率並無區別。在詳細的影片分析中，馬蠅較快速地接近斑馬，並在觸碰到斑馬前未能成功減速。斑馬比例上與馬相比，較多的馬蠅僅是接觸而不是降落在斑馬的毛皮。綜合上述，這些發現表明了近距離時，條紋表面預防馬蠅進行受控的降落，但沒有影響馬蠅在遠處的行為，為了對抗馬蠅，斑馬揮動尾巴並逃離馬蠅的騷擾，而馬匹則顯示有較高的頻率皮膚抽搐(skin twitching)。因為斑馬條紋的原因，極少的馬蠅成功降落在斑馬上，並且因為斑馬多變的行為，只有少數馬蠅能長時間停留、吸血。

(2) 筆記

  1. 前言：斑馬不是馬蠅的宿主，但馬是馬蠅的宿主。
  2. 目的：馬蠅在平原斑馬與馴養馬周圍的行為
  3. 實驗：直接觀察、素色與條紋的外套
  4. 結果：馬蠅降落次數中，條紋外套的馬低於素色外套的同一隻馬，但裸露部位沒有差異。在驅蠅行為上，斑馬常以揮動尾巴驅蠅，而馬常以皮膚抽搐驅蠅，而揮動尾巴更能有驅蠅效果。
  5. 結論：斑馬的條紋與多變的行為，使少數馬蠅能長時間停留與吸血。

4. 小球藻的肽鏈具有預防高血壓的潛力

Lin, Y. H., Chen, G. W., Yeh, C. H., Song, H., & Tsai, J. S. (2018). Purification and Identification of Angiotensin I-Converting Enzyme Inhibitory Peptides and the Antihypertensive Effect of Chlorella sorokiniana Protein Hydrolysates. Nutrients, 10(10), 1397.

(1) 摘要

高血壓，因為得病後的幾年内不一定會發病，因此有"沉默的殺手"之稱，而全球的成年人患此病機率約為15-20%，算是一種流行性疾病，而目前的治療方式通常針對Angiotensin-Converting Enzyme (ACE)的抑制來達到治療高血壓的效果，然而，目前所用的藥物卡托普利 (Captopril)和依那普利 (Enalapril)有許多的副作用，因此尋找天然的ACE抑制劑成為現在的趨勢。

而ACE抑制劑通常以多肽為主，所以，大部分的研究報告都著重在蛋白質水解物的純化與鑑定，而此篇報告即是在研究小球藻 (Chlorella sorokiniana)的水解產物(PN-1)與Hot water extract (HwE)抑制ACE的效果。使用蛋白酶N在50℃水解以獲得PN-1然後用胃腸酶消化獲得PN-1G ，利用PN-1G做一系列的純化與鑑定，直到找出四個ACE抑制肽的胺基酸序列Trp-Val、Val-Trp、Ile-Trp和Leu-Trp，其IC50值分別為307.61、0.58、0.50、1.11 Mm。

並在高血壓小鼠口服藥物六個小時後，測得收縮壓和舒張壓分別降低了20和21 mmHg ，劑量為171.4 mg PN-1/kg 體重。

(2) 筆記

  1. 前言：抑制ACE來達到治療高血壓的效果
  2. 目的：研究小球藻水解物 (PN-1)與其腸胃酶水解物(PN-1G)抑制ACE的效果
  3. 結果：有四個ACE抑制肽的胺基酸序列，分別為Trp-Val (IC50: 307.61 Mm)、Val-Trp (IC50: 0.58 Mm)、Ile-Trp (IC50: 0.50 Mm)和Leu-Trp (IC50: 1.11 Mm)
  4. 結論：小球藻的肽鏈具有預防高血壓的潛力

5. 胰島素促進膜上TGF-β接受器的表達量，來促進血管新生

Budi, E. H., Mamai, O., Hoffman, S., Akhurst, R. J., & Derynck, R. (2019). Enhanced TGF-β Signaling Contributes to the Insulin-Induced Angiogenic Responses of Endothelial Cells. iScience, 11, 474-491.

(1) 摘要

血管新生 (Angiogenesis)在生理上一直有很重要的作用，不管是在生殖、發育傷口修復甚至是癌細胞的生長和轉移都是不可缺少的，過去的文獻中提到，在上皮細胞 (epithelial cells)和纖維母細胞 (fibroblast cells)中，胰島素 (insulin)會促使轉化生長因子b (transforming growth factor β, TGF-β)的接受器被轉運到細胞膜上，進而使得TGF-β的訊息傳遞反應增強。由於胰島素已經被證明與血管新生有關，因此作者想了解内生性的TGF-β是否會影響內皮細胞 (endothelial cells)對於胰島素的反應。作者發現在人類的初代内皮細胞上，胰島素透過誘導細胞膜上TGF-β接受器的表達量上升來增加TGF-β的反應性。TGF-β下游的Smad訊息傳導路徑對於胰島素誘導的血管新生有很大的影響，這對於內皮細胞的爬行至關重要，也使得内皮細胞擁有侵襲和組織網絡的能力 (network formation)當阻斷TGF-β的訊息傳遞會影響胰島素所誘發小鼠新生兒主動脈環 (neonatalaortic rings)中微血管的形成，也會使斑馬魚的新生血管變形，作者得出增強内生性TGF-β信號傳導的強度對胰島素誘發的血管新生和内皮細胞是不可或缺的。

(2) 筆記

  1. 前言：胰島素與血管新生有關
  2. 目的：内生性的TGF-β是否會影響內皮細胞對於胰島素的反應？
  3. 材料：人類的初代内皮細胞
  4. 結果：胰島素透過誘導細胞膜上TGF-β接受器的表達量上升，來增加TGF-β的反應性。
  5. 機制：胰島素→促進膜上TGF-β接受器數量→增加TGF-β的反應性→TGF-β促進下游的Smad訊息傳導路徑→促進血管新生
  6. 結論：增強内生性TGF-β信號傳導的強度對胰島素誘發的血管新生和内皮細胞是不可或缺的

書報討論（二）

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