輸血醫學中心享譽全球

■撰文/輸血醫學中心助研究員陸中衡 


我想一定很多人都有這個疑問:輸血醫學中心怎麼會去研究粒線體DNA及Y染色體,居然還包括了古代DNA的研究,這跟輸血有什麼關係?


輸血醫學中心的前身是血庫諮詢實驗室,當時由已離職的鮑博瑞副研究員及血庫一群同仁,一起針對台灣在輸血上所碰到的一些問題,提出解決的方法。


他們並找出台灣所特有的一些紅血球抗原作深入的血清學研究,如B3血型、亞孟買血型、米田堡血型(MiIII)等皆是那段時間的重要發現。

紅血球抗原分子遺傳研究


1992年醫學研究科搬到淡水院區的綜合研究大樓,本中心是第一個遷入綜合研究大樓的實驗室,余榮熾博士在當時加入了本中心的陣容,開始紅血球抗原的分子遺傳研究。


在余博士的努力之下,多篇論文討論到B(A)、B3血型、分泌基因(Se gene)、I/i血型與先天性白內障之關係與Kell null血型的發現等,皆論述這些血型基因的分子機轉。也因為余博士的成就,I/i血型得以在國際輸血學會登記為第二十六個血型系統。

籌備組織抗原血清盤


組織抗原(HLA)的檢查是屬於血庫的常規檢驗項目,以往血庫皆是使用國外廠商製作的血清盤來檢測病人或家屬檢體的組織抗原組成。

1994年林媽利醫師在參與一個國際會議時,日本紅十字會的Dr. Juji跟她說,台灣應該有自己的組織抗原血清盤,他願意協助我們發展此血清盤。

國內國科會及衛生署曾多次補助學術團體發展我們國家的組織抗原血清盤,卻從未成功。


我們可以成功嗎?


林媽利醫師回國後,即積極籌備開發組織抗原血清盤的事宜,正好當時朱正中博士加入本中心,他遂被派往日本紅十字會去學習相關的知識。


開發組織抗原血清盤的技術非常繁雜,首先要收集臍帶血清(我們在開發期間共收集了約兩萬以上個臍帶血),然後每一個臍帶血清要與我們事先篩選出來的抗原細胞組(涵括在台灣族群中可廣泛見到的抗原)反應,列出其反應的狀態,選擇出具備較特異性反應的血清,再將這些血清寄到日本,日本紅十字會再將這些血清寄交給參與血清交換的所有國家,這些血清再與各國的特殊族群細胞(這些細胞已用標準的組織抗原血清盤鑑定過)相反應,以決定這些血清的抗體特異性,遂決定哪些血清可用為組成組織抗原血清盤的血清。然後將這些血清組織起來,成為可取代市售的組織抗原血清盤。

頗獲好評的成果


由於每一個國家其組織抗原的組成及頻率各不相同,市售的組織抗原血清盤雖然有分東方人或西方人適用的血清鑑定盤,但仍然不及針對自己國家族群所開發之特定鑑定盤。



我們的鑑定盤做好後,曾請榮總、台大、捐血中心等相關單位作平行測試,皆獲得很好的評價,足證血清盤開發成功。

可是隨著DNA資訊的發展,人們對於組織抗原的基因組成愈來愈了解,也了解到某些組織抗原基因中之表現子(exon)是相對於抗原之表現型,因此應用DNA科技來決定組織抗原的組成已成為現在的趨勢,可是血清學的檢驗方法依舊有其優勢。



一方面檢驗速度比較快,另一方面它是代表真正的生物性的反應,所以也不可輕言放棄。



我們有用市售的reverse SSO反應片(用PCR反應放大檢體DNA中HLA的DNA片段,再與反應片上的探針DNA片段雜交,呈色、比對結果),也自行研發HLA基因片段的定序比對(SBT)。



由於我們在參與日本紅十字會血清交換的時期,曾經前往國內各主要族群的群居地收集各族群代表的血液,一方面由血液中抽取白血球作組織抗原的血清型鑑定,另一方面抽取DNA作其他族群研究的相關實驗,因此我們每個檢體的HLA組成,是由血清學及DNA的鑑定方法確定。



當每一個族群的HLA組成決定後,我們可以分析在這個族群中主要出現的一些等位基因及半套型(haplotype)組成,進而研究族群的組成。朱博士利用他自己研發的HLA基因片段的定序比對方法,成功的將我們所收集的各族群HLA各基因座(A、B、DR、DP、DQ)上的等位基因(alleles)決定出來。



也由於朱博士對族群HLA各基因座等位基因組合之熟稔,使得他在做組織抗原配對上可以很準確的推估測試者之HLA抗原組成是什麼(我們在臨床作組織抗原鑑定是用市售的reverse SSO,它所定出之HLA typing較粗略)。



如今這套方法已成功的轉移給中央研究院生物醫學科學研究所及慈濟的骨髓移植中心,以期為更多人所用。

林醫師與朱博士也曾利用在HLA研究的成果,發表多篇論文探討台灣原住民、漢人與菲律賓巴丹島人等之族群關係。

粒線體DNA研究


我們會開始作粒線體DNA的研究,也是由於林媽利醫師想要在親子鑑定的檢驗上,多加一種測試母系親屬關係的檢驗開始的。也因為實驗室中存有台灣各族群的DNA檢體,我們便將各族群的粒線體DNA中之一段非轉譯區DNA定序出來,分析其變異方式。

歡迎生力軍


此時我們又有另一位生力軍加入我們,他是Mr. Jean Trejaut。Mr. Trejaut原籍法國,他在澳洲紅十字會待了二十八年,進行有關HLA方面的研究。



由於他在族群遺傳的研究上頗有心得,林醫師便將粒線體DNA方面的分析交由他負責。



首先他將粒線體DNA的變異分成數群,看出其之變異有主變異,然後才有依次發生之次變異,並根據變異之鹼基,將每一粒線體DNA歸入適當的半套群(haplogroup)中,再將族群的粒線體DNA放入畫系統發生樹的軟體,畫出系統發生樹,檢查半套群的分類是否有誤及每一粒線體DNA的相互關係,及每一半套群發生的年代。在他的研究中也包括族群間之關係及族群中變異的問題。

發表研究成果


Mr. Trejaut在經歷約兩年的投稿時間,因為政治和學術上的打壓,一直無法將台灣原住民有關的族群研究發表在比較好的科學期刊中,我們於2004年初與一位在愛沙尼亞的研究者Dr. Kivisild聯絡上,經由他的引導,我們遂於2005年在PLoS Biology發表我粒線體DNA研究的第一篇研究報告,題目是:Traces of archaic mitochondrial lineages persist in Austronesian-speaking Formosan populations(在台灣的南島語族中保存了古代粒線體DNA族系)。



我們的研究結果發現台灣原住民雖然與亞洲大陸有遠古以前的關係,卻有自己獨特的粒線體DNA型,推測在距今一萬一千年前冰河時期終結,海水上升,台灣變成島嶼,而在台灣形成了這些粒線體DNA型,顯示台灣原住民與亞洲大陸的族群在冰河時期結束時即已分開。而在台灣原住民看到的幾個主要粒線體DNA型,在東南亞島嶼上也以高頻率出現,顯示台灣原住民很可能是從東南亞島嶼遷移過來的。



而台灣原住民與波里尼西亞人之間的關係,則在比較台灣原住民中粒線體DNA半套群B4a1a全長序列與波里尼西亞人的粒線體DNA型B4a1a1P(波里尼西亞人中大部分人之粒線體DNA為B4a1a1P型),在粒線體DNA蛋白質解譯區有四個鹼基的不同。



推測約在一萬三千年前B4a1a在台灣原住民形成以後到九千三百年前之間的四千年間,帶這基因的原住民祖先移出台灣,推測經過菲律賓、印尼東部的島嶼,到達新幾內亞的東北海岸,一路混合後,先形成B4a1a1,再很快的形成B4a1a1P。



我們目前收集了印尼及菲律賓人各約三、四百支的DNA檢體,期待能夠證明我們台灣原住民與波里尼西亞人相關的假說,有關的實驗及分析現正進行中。



可是粒線體DNA方面的實驗與分析只是母系遺傳相關的研究,以往我們利用組織抗原(HLA)所作有關族群遺傳的研究又是體染色體的標誌,我們勢必需要一個父系遺傳的標誌來作將來的統合分析,於是我們想到了Y染色體。



目前我們使用Y染色體的單鹼基變異(Y-SNP)及短連續片段的長度變異(Y-STR)來作分析。



由於Y-SNP的突變在世界各地的人種具有系統地理(在各地理區域每一人種皆具有其特殊的突變組合)的關係,而Y-STR更可以在Y-SNP變異所決定的人種區塊中定義更細的族系,因此我們可以利用Y-SNP及Y-STR研究父系遺傳的演化。



就好像台灣原住民與波里尼西亞住民間母系遺傳的關係密切,可是他們之間的父系血緣卻無法看出這種密切的關聯,可能是父系血緣在遷移過程中被稀釋掉所造成的。

古代DNA研究緣起


同樣的,我們為追查台灣原住民的母系血緣是否在台灣存留了那麼長的時間,就必須從古代DNA著手(因為年代久遠,只能看到量較多的粒線體DNA),才能確認考古遺址中所存留的遺骸是現代台灣原住民的祖先。



本中心參加了國科會的一個跨領域的研究計畫,負責其中遺傳組的研究,期待配合其他三組(語言學、考古學及人類學)的合作,能將台灣南島語族的過去與現在作清楚的敘述。



林媽利醫師希望用目前本中心所研究的標誌:組織抗原、粒線體DNA及Y染色體,對台灣的各個族群做研究。



如她現在一個很引起她興趣的課題即是,我們現在所稱之台灣人,在他們的遺傳中有多少是混有原住民(高山或平埔族)的血緣?因此我們現在也開放我們的血緣檢查(組織抗原、粒線體DNA及Y染色體)給一般的台灣人,希望我們能夠更了解起源。

研究DNA疫苗


當然本中心的研究不只有族群遺傳的研究,我們也有學者在研究紅血球的蛋白質體學及DNA疫苗。

他們兩位分別是在一年多前加入的許淳欣博士及陳功深醫師。

許博士的博士論文題目是有關愛滋病毒與心臟離子通道之間的關係。她來到本中心後即從事紅血球抗原蛋白質體學的研究。因為是有關醣蛋白的分離,因此在實驗的過程中遭遇不少的困難,但她現在已經獲得一些不錯的成果。

陳醫師則是繼續在博士論文中的DNA疫苗研究得到不錯的成果。

回到我在文章一開始所提出的問題:為什麼輸血醫學中心會從事粒線體DNA、Y染色體及古代DNA的研究?

靈魂人物林媽利醫師


這要從本中心的主持人說起。林媽利醫師曾說,她很少計畫幾年後她將要做些什麼事,可是事情就是這樣來到她的生命之中。從她與鮑博瑞先生開始國人紅血球抗原的發現,她就知道國人的紅血球抗原頻率與西方人的抗原頻率不一樣。



接著她再比較台灣各族群之紅血球抗原頻率時,發現各族群也不一樣,因而讓她開始懷疑國內各族群的起源是否相同。



接著為了製作台灣所特有的組織抗原血清盤,她到各地去採各族群的血液檢體,接下來的HLA研究更加堅固她的想法,即是台灣原住民與漢人的起源不一樣。為了證明這些假說,她又依序的進行粒線體DNA、Y染色體及古代DNA的研究。



她就像一個追夢的人,努力的解決她所碰到的問題,決心及毅力,造就了她今日的成功。

 


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