「人類有類似蠑螈的再生能力」,這篇研究是否有過度詮釋的問題?

「人類有類似蠑螈的再生能力」,這篇研究是否有過度詮釋的問題?
Photo Credit:DepositPhotos
我們想讓你知道的是

這篇研究仍無法告訴我們人類是具有蠑螈再生能力的。若要引用該篇研究,媒體朋友要小心產生過度詮釋的問題。

唸給你聽
powered by Cyberon

《科學進展》期刊這篇研究看似聳動,好像人類有很強的再生能力有待開發,但新興科技媒體中心請教專家研究這個實驗之後,才明白這只是在尋找有關microRNA與組織再生能力的可能性。而人體是否真有如此潛力?專家透過解析告訴我們,這篇研究仍無法告訴我們人類是具有蠑螈再生能力的。若要引用該篇研究,媒體朋友要小心產生過度詮釋的問題。

​​microRNA(miRNA)

microRNA全名為「小分子核糖核酸」,是無法進一步轉譯成蛋白質的RNA,可以透過與目標mRNA結合,來抑制轉錄後的基因表現。​​

人類有再生能力?

2019年10月10日,媒體刊登了一篇引用自CNN的報導:

「美國杜克大學研究團隊在《科學進展》期刊(Science Advances)發表的論文指出,人類可能無法和蠑螈一樣擁有長出斷肢的能力,但卻能像蠑螈那樣長出受損軟骨。……具有再生能力的動物都具有一種名為microRNA的分子,可幫助調節關節組織的修復,而人體內也有microRNA,但是各個部位的軟骨修復機制強弱不一,例如microRNA在腳踝中更有活性,但在膝蓋和臀部中則較弱。」

人類不同於蠑螈具有高度的再生能力,無法斷肢再生。成人軟骨中的蛋白更新替換程度十分有限,例如關節長期累積的損害常難以復原,所以這也是人們常關注的議題。本研究的背景,需要對蛋白質、RNA與microRNA有一定的認識。

microRNA有非常多種,它的功用是結合RNA,使RNA難以轉譯成為蛋白質。而前人研究,發現在蠑螈這種生物上,有3種特定數量較多的microRNA。本研究即討論這3種microRNA,藉此來討論這3種microRNA在髖關節、膝關節、踝關節中,與軟骨細胞的復原能力之間的相關性。

新聞連結:

研究原文:Analysis of “old” proteins unmasks dynamic gradient of cartilage turnover in human limbs, Ming-Feng Hsueh, Patrik Önnerfjord, Michael P. Bolognesi, Mark E. Easley and Virginia B. Kraus

以下讓我們來聽聽專家怎麼說。

楊凱強(台北醫學大學口腔醫學院牙周轉譯醫學研究中心主任)

在新聞報導內「人類關節中的軟骨,可以透過類似蠑螈或斑馬魚等生物再生肢體的方式,來自我修復」之闡述實為過度解讀。目前的研究成果顯示microRNA能直接修復軟骨組織的證據較薄弱。利用microRNA之注射可促進受損軟骨再生,仍需要進一步實驗去證實。

具高度再生能力之蠑螈在斷肢時會形成芽體(blastema)[1],並透過逆分化或招募幹細胞去再生斷肢。目前已知特定的microRNA對芽體的生成,以及後續肢體的再生為必需的。

microRNA為一種不轉譯成蛋白質的RNA[2],其主要功能為結合目標mRNA並使其無法轉譯成蛋白質,以調控蛋白質的生產,存在於動物、植物甚至是某些病毒內。目前被辨識出參與軟骨細胞外基質[3]分解、發炎以及細胞凋亡[4]等機制之microRNA超過40種,而與退化性關節炎相關之microRNA約有30種。

這些microRNA並不會直接修復軟骨,而是透過維持軟骨組織周轉率的平衡、調降會分解軟骨細胞外基質之蛋白質表現,或是維持細胞之存活來減緩軟骨損傷。此外,其他研究則發現,抑制特定的microRNA,可以促進間葉幹細胞分化為軟骨細胞(Yang, 2011)。

研究證明了microRNA的表現,與軟骨專一性蛋白質的周轉率有關聯。然而,軟骨細胞在機械外力暴露或是生長因子的提供下,其蛋白質的分泌也會被調控。因此周轉率的增加,僅能說明對於軟骨組織其細胞外基質的維持,可能有幫助。

此外,在原始CNN health新聞內指出,透過蛋白質轉譯後修飾之脫醯胺作用[5]的程度作為評估依據,依序為踝關節最為「年輕」,其次是膝關節,而髖關節的年紀為「最老」。但在原始研究中是利用脫醯胺作用率,去評估蛋白質之周轉率,並非以「關節年齡」去呈現。在臨床實務上,退化性關節炎之盛行率為膝關節高於髖關節,髖關節又高於踝關節,因此利用蛋白質脫醯胺作用評估「關節年齡」,以及其對退化性關節炎之關聯性也需要再被驗證。

朱家瑩(台灣大學生命科學系副教授)

miRNA(即上述之microRNA)是存在於所有真核生物[6]中的一群小片段RNA[2]分子,且因為組成的核苷酸序列差異,而有不同種類的miRNA。例如在人體中有上千種不同的miRNA,有些種類的miRNA可能在生物演化中很早就出現了,因此同樣的miRNA也可能存在於不同生物中。

但不同種類的miRNA,可能出現在不同的部位與組織當中,因此本篇研究只針對少數幾種miRNA (miR-181C, miR-21與miR-31),探討與軟骨增生的關聯性,並非特定生物的miRNA,也不是所有的miRNA。

研究主要藉由測量蛋白質的脫醯胺作用程度[5],來測量關節軟骨蛋白的更新速率,比較不同部位關節間(腳踝、膝蓋、股關節)以及退化性關節炎病人,與健康的軟骨之間的差別,並觀察到關節軟骨蛋白的更新速率,與前述3種miRNA的含量具有關聯性。當前述3種miRNA含量較高時,軟骨蛋白的更新速率也較高。

研究論文中並未注入miRNA來改變軟骨蛋白的更新速率,因此無法直接證明注入miRNA可協助軟骨修復,也缺乏詳細機制的研究,因此僅可作為發展成未來治療方向的參考。

此外,本篇新聞某片段文字容易誤導,使民眾以為只有一種miRNA,且因miRNA的活性強弱,造成軟骨修復機制能力不一,有過度詮釋之疑慮。建議修改如下:

「動植物體內廣泛分佈一群稱為microRNA的小片段RNA,不同種類的microRNA存在於不同的組織當中,藉由影響特定基因的作用,進而參與調控生物體內各種細胞生理現象。

過去從具有再生能力的動物取得的再生組織中,發現某3種特定的miRNA含量較高,杜克大學的研究者進而發現,人類的不同部位的軟骨組織更新的能力,與這3種miRNA的含量多寡有關聯性,腳踝關節軟骨蛋白更新較快,這3種miRNA的含量也較多;而膝關節軟骨與臀部的股關節軟骨蛋白更新較慢,特定miRNA的含量也較少。」

杜克大學的研究提供未來治療退化性關節炎的一種可能方向,也許可以針對改變miRNA的含量,來提升軟骨的更新能力。然而在本篇研究中並未實際證明此方法可行,民眾在閱讀此類科學新知時,應理解實際上本研究僅提供證據,顯示軟骨中只有某些特定miRNA的含量與軟骨修復、再生潛力有關,而非所有microRNA都可以促進再生,且目前還未開發作為治療藥物的應用。

註釋
  1. 芽體/芽細胞(blastema)是指具有分化能力前驅細胞群。而在蠑螈則是指斷肢處細胞退分化成前驅細胞,並在神經纖維的調控下形成類似胚胎發育過程中形成的肢芽,最後再重新化長出肢體。
  2. 核糖核酸(ribonucleic acid)簡稱RNA,RNA上帶有來自於DNA的編碼。RNA的功能繁多,包含訊息傳遞、遺傳編碼、調控基因表現等。蛋白質的生成即是經由RNA將DNA的訊息抄錄後攜出,再翻譯成組成蛋白質的胺基酸。
  3. 細胞外基質(extracellular matrix),細胞與細胞之間的物質,成份複雜且多樣,內含有多種蛋白質,其中又以膠原蛋白為多。
  4. 細胞凋亡(apoptosis),為有程序性的細胞死亡過程,由細胞主動進行,過程受到許多因子嚴密的調控。
  5. 蛋白質的脫醯胺作用(deamidation),是一種蛋白質生成過程中的細部變化,常見於特定胺基酸。脫醯胺作用的時間長短會受到蛋白質所處環境影響,研究中蛋白質的脫醯胺作用需要數小時,因此可做為此蛋白質生成的分子時鐘。
  6. 真核生物(eukaryota)是指具有細胞核之生物的總稱,如所有動物、植物。
參考資料
  • Yang, BO. et al. MicroRNA-145 Regulates Chondrogenic Differentiation of Mesenchymal Stem Cells by Targeting Sox9. PLoS ONE 6(7): e21679 (2011)

本文經新興科技媒體中心授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航