就可以找到答案」—陳振輝談斑馬魚的超強再生力

本文專訪中研院細胞與個體生物學研究所的陳振輝助研究員，了解為何及如何透過「斑馬魚」研究「再生」。

圖│研之有物. 問 擁有再生能力，就能長生不老嗎？ 中央研究院 搜尋 關閉 首頁 最新文章 主題分類 人文與社會科學 數理科學 生命科學 專欄總覽 創新研究 社會熱議 人物觀點 轉載授權 關於我們 選單 首頁 最新文章 主題分類 人文與社會科學 數理科學 生命科學 專欄總覽 創新研究 社會熱議 人物觀點 轉載授權 關於我們 訂閱電子報 搜尋 「從動物身上問對問題，就可以找到答案！」陳振輝談斑馬魚的超強再生力 組織與器官再生研究 2016年中研院的院區開放，陳振輝進行一場「如何跟金鋼狼一樣再生複雜組織？」科普演講，有個國小小朋友問：「渦蟲最多可以切成幾段？」從回答這個問題開始，距離了解再生的機制就已更近一步。

而若能了解越多，便可望更理解如何增強人類組織與器官的再生能力。

本文專訪中研院細胞與個體生物學研究所的陳振輝助研究員，了解為何及如何透過「斑馬魚」研究「再生」。

圖│研之有物 擁有再生能力，就能長生不老嗎？長生不老的確是有可能的，像是渦蟲在實驗室生存條件充足的情況下，會將自己的身體拉成兩段，各自再生成完整的個體。

這種可以極端再生的生物，存活的時間似乎沒有限制。

一百年前，美國諾貝爾獎科學家摩根（ThomasHuntMorgan）曾經將渦蟲切成279塊，發現這279塊的渦蟲組織仍然可以再生成個別完整的渦蟲。

但若以最小的單位，也就是「一顆細胞」能不能再生為「一隻渦蟲」呢？這個答案也是有機會。

若將渦蟲分解成單細胞（幹細胞），只憑這個幹細胞無法再生成一隻渦蟲。

但若是將這個幹細胞移植到被放射線照過的渦蟲身上，原本被放射線照過的渦蟲會在兩週左右死亡，但植入幹細胞的渦蟲卻可以重新恢復再生能力，這好像是讓殭屍復活一樣！(註一) 再生的最小單位似乎可以說是幹細胞，但這是在有限制的條件下，且環境也相當重要。

為什麼會想研究「再生」？十多年前當我在陽明大學生化所讀碩班時，研究的是中草藥抗氧化物的純化，當時對免疫學感興趣，在中研院擔任助理的階段、還有剛到美國時也待在免疫學研究的實驗室。

在達特茅斯學院遺傳所讀博士班二年級時，才轉換到「生理時鐘」的研究。

當時以「麵包黴菌」來觀察光反應對生理時鐘的影響，黴菌為了適應光線會產生「胡蘿蔔素」，但產生到一定的量便會停止。

研究黴菌感受光的調控機制，竟可以在分子層面上解釋其他生物對光的適應性，這系列的實驗非常有意思。

因為黴菌跟老鼠、人類一樣擁有生理時鐘，也會受到光反應調控，然而，在老鼠與人類身上解釋基礎光反應對生理時鐘的影響十分複雜，用簡單的黴菌來研究探討較為容易。

在博士班畢業的前一年，大部分的博士生會轉換題目來增強學術能力，那時我反覆問自己：「什麼是可以用一輩子的時間來研究都會覺得有趣的主題？」 偶然間，我看到幾篇「渦蟲再生」的研究論文，覺得主題很酷，便申請了幾個研究再生機制的實驗室，後來到了美國杜克大學醫學院的細胞生物學實驗室，與教授肯尼斯波斯（KennethD.Poss）相談甚歡，加入了這個以斑馬魚模式研究再生的團隊。

這個實驗室從我剛加入時大概七、八個人，到現在已經是二十個人的規模，顯示學界對於再生研究有濃厚興趣。

從斑馬魚可以得知哪些「再生」訊息？在KenPoss教授的實驗室中，目前三分之二的人都以斑馬魚研究「心臟再生」。

根據衛福部的統計指出，台灣的第二大死因是心臟病，而美國則位居第一名，因此美國非常重視心臟的再生研究，也投入大量的資源支持。

另外，用斑馬魚研究「脊椎再生」也是熱門的項目。

我自己是研究斑馬魚的「尾鰭再生」，也許有人會覺得尾鰭是魚類特有的器官，但尾鰭再生的研究，也許有機會應用於生物的斷肢再生。

紅線是斑馬魚尾鰭被截斷的部位，一般的斑馬魚會再生尾鰭(左圖)，但基因突變的班馬魚會失去再生能力(右圖)。

陳振輝團隊藉由誘發基因突變，找出是哪個基因出問題？也許就是觸發再生機制的關鍵。

圖片來源│Chenetal.,(2015).Transientlamininbeta1ainductiondefinesthewoundepidermisduringzebrafishfinregeneration.PLoSGenet11(8),e1005437. 目前我們的實驗室，主要探索斑馬魚「表皮細胞」如何分工合作進行再生，下一步也想觀察斑馬魚尾鰭中其他細胞的運作，比如若把尾鰭「神經細胞」的連結截斷，再生將無法進行。

因此，了解各種細胞扮演的角色，是了解再生反應重要的方向。

從像斑馬魚這種「模式動物」去提出問題，需植基於許多理論基礎，要建立模型以及問對問題，這個過程的確很難。

當時我們實驗室的老闆Ken是建立斑馬魚心臟再生模型的初始者，還記得Ken說過一開始要說服大家，斑馬魚可以用來做心臟再生的研究，大家都很難理解。

(註二)現在我覺得很幸運的是，可以站在這些巨人的肩膀上進行研究。

研究「再生」的過程，遇到哪些困難？研究斑馬魚如何及為何再生的過程中，建立「研究工具」最花時間。

研究老鼠與果蠅的科學家非常多，因此可以共享某些研究工具，例如要是老鼠的指節可以再生，利用老鼠的指節做為再生研究，科學家就可以運用前人建立好的研究工具來問問題。

然而，利用斑馬魚成魚做研究，大部分的研究工具需要自己建立（例如斑馬魚表皮細胞的多顏色標誌工具Skinbow），因此實驗時間拉得很長。

斑馬魚的生長週期是三個月，但建立新的基因轉殖魚作為研究工具，一般就要花上六個月到九個月的時間。

看起來很像印象派的筆觸？其實是陳振輝團隊研發的Skinbow多顏色標誌工具，用來研究斑馬魚修復傷口和再生複雜組織過程中，表皮細胞如何運作。

圖片來源│陳振輝實驗室網站 研究過程，會有想放棄的時候嗎？在我讀書的年代，生命科學是明日產業，生命科學系是非常熱門的明星科系，但現在大環境的就業情況並不理想，學生也紛紛退卻。

我的想法是，要預測明日產業是困難的，你只能問你自己興趣在哪裡，如果是真的有興趣，就會有理由和動力堅持下去。

無論是我以前博士班做的黴菌生理時鐘研究，或現在進行的斑馬魚再生研究，都是從黴菌和斑馬魚這種模式生物上來回答問題。

利用各種模式生物的強項，問適合的問題就可以找到答案。

再生能力的研究是個新領域，就像一座待探索的西部大荒野，還有好多問題可以問。

這些發現除了以研究論文呈現，也希望能與小朋友分享。

因為小朋友非常有創造力，也許能問出我們想不到的問題。

如果學校有興趣，實驗室可以提供斑馬魚與如何觀察尾鰭再生的方法，讓小朋友一起動手體驗再生的科學奧妙。

每天一早，我都很期待到實驗室，看看研究有什麼進展，想知道自己設計的實驗有什麼發現，很像「我一直在做自己喜歡做的事，還剛好有人給我薪水」。

雖然研究工作並非一帆風順，實驗結果不如預期是科學常態，永遠都有不同的挑戰需要克服。

但若是能重新選擇，我還是希望自己可以有幸走上學術研究這條路。

看起來彷彿藝廊的網站，每一張照片，都訴說著對再生研究的好奇與發現。

圖片來源│陳振輝實驗室網站 2017-06-19 採訪撰文｜王怡蓁 美術編輯｜張語辰 延伸閱讀 金鋼狼與九頭蛇的再生傳說，人類也能斷肢再生？ 陳振輝的個人網站 陳振輝的實驗室網站 〈顯微鏡下的一抹彩虹〉，作者：陳振輝 變種人需要具備甚麼樣的細胞？《非常異視界》 蠑螈再生說明影片：NewtsCanRegenerateLimbsAfterAmputation—HHMIBioInteractiveVideo 註一.Wagneretal.,(2011).Clonogenicneoblastsarepluripotentadultstemcellsthatunderlieplanarianregeneration.Science332,811-816. 註二.Possetal.,(2002).Heartregenerationinzebrafish.Science298,2188-2190. Chenetal.,(2015).Transientlamininbeta1ainductiondefinesthewoundepidermisduringzebrafishfinregeneration.PLoSGenet11(8),e1005437. 生物學細生所 本著作由研之有物製作，以創用CC姓名標示–非商業性–禁止改作4.0國際授權條款釋出。

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