醫學研究室

馬偕兒童醫院

兒童醫院研究室成立沿革

兒醫研究室是由李宏昌院長建議總院施壽全院長設立兒醫研究室,再接著由劉建良院長任命楊崑德醫師來推動。兒醫研究室的各個重點實驗室大多位於淡水院區的綜合研究大樓,所以在兒童醫院另設置研究檢體前置處理研究室,提供急、重、難症患者,研究檢體的前處理和保存使用,以及推動共同合作處理和保存檢體的機制與空間。

兒醫研究室陣容

1) 遺傳疾病分子診斷 (生化遺傳研究組-林炫沛)
2) 內分泌性和自體免疫性疾病研究 (分子醫學研究組-李燕晉, 丁瑋信)
3) 腸漏症與疾病生態研究 (兒童腸胃研究-李宏昌)
4) 兒童血液疾病研究室 (血癌研究-劉希哲)
5) 兒童行為與心智研究 (兒童神經發育-何啟生)
6) 感染症精準診斷研究 (感染症研究室-紀鑫)
7) 兒童急、重、難症精準醫療研究 (新生兒急重症-張弘洋)
8) 泌尿道感染影像檢查與腎臟罕病分子診斷研究 (兒童腎臟-蔡政道)
9) 粒線體與幹細胞研究 (粒線體研究室-林達雄)
10) 先天心臟病與胸腺發育的關係研究 (兒童心臟科-陳銘仁)
11) 免疫過敏疾病胎幼兒期防治研究 (第七共同實驗室-楊崑德)

研究學術活動 (著重胎幼兒疾病的精準醫療)

1) 每週在各研究室有實驗進度討論會議
2) 每月有跨科整合型研究計畫進度討論會
3) 每月有臨床病例研究討論會(每月第3個星期五中午)
4) 每2個月於第4個星期四中午舉行兒醫研究發展會
5) 每年有院內外研究成果發表會

研究特色與模式

一, 遺傳疾病分子診斷

人類遺傳疾病研究中心生化遺傳組成立於民國 83 年,成立的宗旨主要是希望開創並且提昇台灣地區先天性代謝異常疾病之診斷技術和能力,並且執行基礎與臨床並進之研究。實驗室之研究特色著重在串聯式質譜分析技術的開發和臨床應用、黏多醣症確定診斷工作、黏多醣症基因檢測分析和變異基因之表現研究、以及利用細胞與斑馬魚動物活體模式探討黏多醣症基因型和表現型一致性的關係。為因應未來新醫療科技的發展,提升疾病診斷技術、參與國際黏多醣症治療之臨床試驗、發展新治療技術等,是本研究組之終極工作目標,並希望拓展科技產業領域,使成為兼具產、官、學功能一體之疾病篩檢和確定診斷中心。

重要研究成果: 本組團隊秉持著提升罕見疾病全人照護的初衷與信念,積極投入,已有卓越的成果展現。近三年重要研究成果,包括 (一) 、院內、外研究計畫案總計 12 件,包括科技部計畫五件、衛福部國健署兩件、院內計畫 (含馬偕醫學院跨院際學術合作計畫案) 五件; (二) 、國際期刊論文發表數總計 50 篇,學術表現優良; (三) 、成為國內黏多醣症新生兒篩檢之轉介確定診斷中心,並承接亞洲各國之轉介診斷服務;(四) 、本

團隊之研發成果獲得肯定,【罕見疾病之全人醫療照護團隊】榮獲「2018 國家生技醫療品質獎─銀獎」;(五) 、本團隊編製的「黏多醣症醫療照護手冊」 榮獲 2019 年台北市醫師公會「第四屆好書獎」;(六)、代表本院榮獲衛生福利部國民健康署「 108 年罕見疾

病防治工作貢獻獎」;(七)、本研究組組長林炫沛教授榮獲第 29 屆醫療奉獻獎,榮耀馬偕。

重要代表著作

  1. Lin HY, Tu RY, Chern SR, Lo YT, Fran S, Wei FJ, Huang SF, Tsai SY, Chang YH, Lee CL, Lin SP, Chuang CK. Identification and functional characterization of IDS gene mutations underlying Taiwanese Hunter Syndrome (mucopolysaccharidosis type II). Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 114

  2. Lin HY, Lo YT, Wang TJ, Huang SF, Tu RY, Chen TL, Lin SP, Chuang CK. Normalization of glycosaminoglycan-derived disaccharides detected by tandem mass spectrometry assay for the diagnosis of mucopolysaccharidosis. Sci Rep. 2019 Jul 24;9(1):10755.

  3. Lin HY, Chen MR, Lin SM, Hung CL, Niu DM, Chang TM, Chuang CK, Lin SP. Cardiac characteristics and natural progression in Taiwanese patients with mucopolysaccharidosis III. Orphanet J Rare Dis. 2019 Jun 13;14(1):140.

  4. Lin HY, Lee CL, Lo YT, Wang TJ, Huang SF, Chen TL, Wang YS, Niu DM, Chuang CK, Lin SP. The Relationships between Urinary Glycosaminoglycan Levels and Phenotypes of Mucopolysaccharidoses. Molecular Genetics & Genomic Medicine. 2018;6:982–992.

  5. Chuang CK, Lin HY, Wang TJ, Huang SF,Lin SP. Bio-Plex immunoassay measuring the quantity of lysosomal N-acetylgalactosamine-6-sulfatase protein in dried blood spots for the screening of mucopolysaccharidosis IVA in newborn: a pilot study. BMJ Open. 2017 Jul; 7(7):e014410.

 

重要儀器設備

  1. 液相層析串聯式質譜分析儀 (AB 4000 Q-Trap、API-2000 罕見疾病中心)

  2. 熱裂解-氣相層析質譜分析儀 (HP, Gas Chromatography / Mass Spectrometer)

  3. 胺基酸分析儀(罕見疾病中心) (Hitachi-L-8930 Amino Acid Analyzer)

  4. 微盤式全波長可見光分光光譜儀(Victor NivoTM Multimode Plate Reader)

  5. 電泳設備 (electrophoresis equipments)

  6. 可梯度溫度控制聚合酶連鎖反應器 (PCR-Veriti 96 well)

 

二,   內分泌性和自體免疫性疾病研究

研究特色

以分子遺傳學技術和生物資訊學方法來研究兒童內分泌性和自體免疫性疾病,並與各類專家們合作,擴展研究領域,聚合更多相關資訊,發掘更顯著的成果。

自體免疫性和與免疫有關的疾病

單基因性疾病

生物資訊學

1.自體免疫性疾病:

第 1 型糖尿病、甲狀腺疾患(葛瑞夫茲氏Graves disease、橋本氏病Hashimoto disease)、類風濕性關節炎、全身性紅斑性狼瘡、僵直性脊柱炎

2.與免疫有關的疾病:

川崎病、嚴重感染症、膽道閉鎖症、膽結石症、子宮頸癌

先天性腎上腺增生症新生兒糖尿病Wolfram 症候群

第 1B 型糖尿病

多發性內分泌腫瘤 2B 先天性全身脂肪失養症年輕人成年型糖尿病

(Maturity-Onset Diabetes of the Young)

 

劉信孚研究員主持

病毒分子流行病學與親緣演化分析

展望
積極努力,導入最新研究知識和技術,優化分子醫學研究平台,精進研究,服務更多院內同仁,提升醫療水準和造福病人。

 

研究成果

  1. Lin DC, Huang CY, Ting WH, Lo FS, Lin CL, Yang HW, Chang TY, Lin CH, Tzeng YW, Yang WS, Juang YL*, Lee YJ*. Mutations in glucokinase and other genes detected in neonatal and type 1B diabetes patients using whole exome sequencing may lead to disease-causing changes in protein activity. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 2019;1865(2):428-33. PMID 30465894 IF: 4.352, Biophysics 14/71 (19.72%) (Corresponding authors: Juang YL, Lee YJ)

  2. Chiang YT, Ting WH*, Huang CY, Huang SK, Chan CI, Cheng BW, Lin CH, Wu YL, Hung CM, Li HJ, Chan CJ, Lee YJ*. Long-term outcomes of Graves disease in children treated with anti-thyroid drugs. Pediatr Neonatol 2020;61(3):311-317. IF 1.773 Pediatrics 63/128 (49.22%) (Corresponding author: Ting WH, Lee YJ)

  3. Lee YJ, Ting WH, Yang YW, Lin CJ, Hsieh YT, Huang CY, Lo FS, Chu CC, Lin CL, Lin WS, Lai TS. HLA-DQ genotype and biochemical characterization of anti-transglutaminase 2 antibodies in patients with type 1 diabetes mellitus in Taiwan. FASEB J 2020;34:8459-74. PMID 32362042 IF: 4.996, Biology 9/93 (9.68%)

  4. Chen MR, Chang ZY, Chiu NC, Chi H, Yang KD, Chang L, Huang Daniel TN, Huang FY, Lien YP, Lin WS, Lin CL, Chang LY*, Lee YJ*. Validation of genome-wide associated variants for Kawasaki disease in a Taiwanese case-control sample. Sci Rep 2020;16(1):11756. (IF 3.998, Multidisciplinary Science 17/71 (23.94%). (Corresponding author: Chang LY, Lee YJ)

 

三, 兒童血液腫瘤疾病研究室簡介

兒童血液腫瘤疾病的診斷除了參考病患之臨床表徵之外,實驗診斷的結果也是確診之重要憑據。以兒童急性淋巴性白血病的診斷為例,其診斷可以分為三個部份,一為流式記數儀診斷免疫分型,而另一部份則根據不同免疫分型行基因變異分析作為基因分型,第 3 部分則為染色體檢測,以觀察白血病細胞是否有顯而易見的染色體變化。以上 3 種臨床實驗診斷為病童治療方針的重要參考依據。

馬偕兒童醫院於 2016 年 9 月成立細胞遺傳暨分子生物檢驗室,和染色體實驗室相鄰,位

於福音樓 11 樓,兒癌病房旁。共同為兒童血液腫瘤疾病的診斷做最即時的服務。細胞遺傳暨分子生物檢驗室主要針對兒童急性白血病病童不同免疫亞型給予基因變異檢查,可將兒童急性白血病病童再分為不同基因亞型。其目的有 3 個:1.病因的探究、2.針對特殊基因變異給予可能的免疫標靶治療以增加存活率、3.針對特殊基因變異,在病童接受抗癌化療後,可以藉由靈敏的技術,偵測病人骨髓中微量殘餘白血病細胞檢測,也就是 Minimal Residual Disease (MRD),一般可精準至 1/10,000 的殘餘量。根據 MRD 偵測結果,可調整病人的治療策略,提高療效,減少副作用。

細胞遺傳暨分子生物檢驗室目前設有專任檢驗師 1 名,擔任馬偕兒童血液腫瘤科研究計

畫專任助理已有 10 年,也協助將兒童血液腫瘤疾病基因變異檢驗由研究計畫檢驗,技術移轉為臨床常規檢驗,也才能更即時幫助病童基因分型。細胞遺傳暨分子生物檢驗室目前執行的為兒童急性白血病基因變異分析及微量殘餘白血病細胞檢測。目前有多種方法可用來偵測 MRD,細胞遺傳暨分子生物檢驗室利用分子生物技術,偵測血癌細胞的特異性染色體轉位,作為 MRD 評量的標的。利用診斷時的檢體進行反轉錄聚合酶連鎖反應 (RT-PCR;Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction) 來篩檢特殊轉位,由於不同分型的急性白血病具有不同的特殊轉位,必須進行相對應的 RT-PCR 才能檢出。

 

相關研究發表

  1. TH Huang, HC Liu, JY Hou, CY Chang, FJ Sun, TC Yeh (2019, Jul). Efficacy and safety of denosumab therapy for low bone mineral density in childhood cancer survivors: A report of preliminary experience. Pediatric blood cancer, 66 (10).

  2. Yeh TC, Liang DC, Hou JY (2018, Dec). Treatment of childhood acute lymphoblastic leukemia with delayed first intrathecal therapy and omission of prophylactic cranial irradiation: Results of the

TPOG-ALL-2002 study: Treatment Outcomes of Childhood ALL. Cancer, 124(23):4538-4547. 3. Yeh TC, Liang DC, Liu HC (2018, Oct). Clinical and biological relevance of genetic alterations in pediatric T-cell acute lymphoblastic leukemia in Taiwan. Pediatric blood cancer, 66(1).

  1. Liang DC, Chen SH, Liu HC (2018, Feb). Mutational status of NRAS, KRAS, and PTPN11 genes is associated with genetic/cytogenetic features in children with B-precursor acute lymphoblastic leukemia. Pediatric blood cancer, 65(2).

  2. Yen HJ, Chen SH, Chang TY (2017, Oct). Pediatric acute lymphoblastic leukemia with t(1;19)/TCF3-PBX1 in Taiwan. Pediatric blood cancer, 64(10).

  3. Li MJ, Liu HC, Yen HJ (2017, Feb). Treatment for childhood acute lymphoblastic leukemia in Taiwan: Taiwan Pediatric Oncology Group ALL-2002 study emphasizing optimal reinduction therapy and central nervous system preventive therapy without cranial radiation. Pediatric blood cancer, 64(2):234-241.

  4. Huang YJ, Coustan-Smith E, Kao HW (2017, Jan). Concordance of two approaches in monitoring of minimal residual disease in B-precursor acute lymphoblastic leukemia: Fusion transcripts and

leukemia-associated immunophenotypes. J Formos Med Assoc, 116(10):774-781.

 

四,    腸漏症與疾病生態研究介紹

馬偕兒童醫院小兒胃腸科成立於民國 71 年,目前團隊中有主治醫師六位,歷年來接受次專科醫師訓練的學員已超過百人。早期發表論文以臨床病例統計分析和嬰幼兒及母乳營養為主,十多年前成立了自己的實驗室後,開始進入基礎研究。除了探討膽道閉鎖的致病基因研究外,也利用 16S 核醣體 DNA 奈米金粒子探針技術快速偵測沙門氏菌之研究,並開始從事菌毒素對小腸上皮細胞發炎免疫反應的相關研究、以體外試驗模型探討不同品種乳酸菌對於預防沙門氏桿菌脂多醣體所造成上皮細胞屏障功能的損害、益生菌對上皮細胞緊密結合的保護

效果和作用機轉等研究。並利用 SCID/NOD 小鼠模式探討益生菌治療 5-FU 化學藥物引起腸道黏膜炎安全和效果研究。另外也利用小鼠實驗模型探討益生菌和肥胖造成的代謝症候群保護機制和效果。近年來更探討維生素 D 與上皮細胞緊密結合 (tight junction, TJ) 和血清 zonulin及腸漏症(leaky gut syndrome)的相關作用機轉。

調査發現自體免疫性疾病(autoimmune diseases)近年有逐漸增加趨向,其機轉仍然尚未全知。目前認為造成自體免疫系統疾病的機轉和腸胃道受損或腸胃道通透性增加有關,如果抗原侵入而造成身體上各個器官的自體免疫反應,即所謂的腸漏症。臨床上也發現自體免疫性疾病如 IBD (發炎性腸道疾病)病患血清維生素 D 有普遍不足的情形,懷疑罹病機率和維生素 D 缺乏(VDD)或不足相關。研究也發現 IBD 的致病機制除可能與LPS 相關toll-like receptor (TLR)所產生的訊號有關外,也與 TJ 中 TLR 調控有關,或許能解釋 TJ 功能不佳而導致腸道通透性增加。當長期出現腸道發炎及腸道通透性增加時,正是腸漏症表現出的二大特徵,而其指標物質是zonulin。其機制包括菌相失衡而導致腸道微生物translocation 而造成區域或系統性發炎,我們先期試驗發現餵食 VDD 飲食的小鼠小腸 TLR-1/2 基因表現明顯,而 TLR-6 是被抑制,在菌相 PCoA 分析則與餵食正常飲食小鼠有明顯差異。另外我們也已建立在 LPS 引發 VDD 小鼠不良反應模型。

據研究調查發現台灣成年人及孕婦的血液維生素 D 不足比例偏高。我們假設 VDD 時會出現腸漏症的特徵,包括在免疫、腸道及菌相。其目的為證明腸漏症對健康有潛在危害,在 LPS 刺激下 VDD 比維生素 D 足夠的小鼠出現各方面不良反應。叧外,為了進一步了解在 VDD小鼠模型探討維生素 D 在腸漏症的角色,我們透過 zonulin 抑制劑 AT1001 和維生素 D 缺乏研究對腸道 TJ 功能的影響。另外也使用 zonulin 類似物 AT1002 和維生素 D 的補充,利用細胞模型探討維生素 D 對 zonulin pathway 的影響機制。

另外,團隊最近也探討接受葛西氏手術後的膽道閉鎖病人影響肝臟纖維化和生活品質的相關因素,我們發現血清維生素 D 和肝臟纖維化有負相關,若血清 25-hydroxyvitamin D 值低於 23ng/ml,其超音波 ARFI 值明顯高於血清 25-hydroxyvitamin D 值高於 23ng/ml 之組別,表示肝臟纖維化愈嚴重,其肝功能指數也明顯偏高,健康生活品質分數偏低。此研究提醒我們這些接受葛西氏手術後的膽道閉鎖病人營養素攝取足夠的重要性,特別是維生素 D 對疾病預後和生活品質都有重要影響。

 

代表性學術原著作

  1. Liao AH, Jiang CB, Li CC, Chuang HC, Chiang Chiau JS, Chan WT, Yeung CY, Cheng ML, Lee HC. Combining ultrasound and Lactobacilli treatment for high-fat-diet-induced obesity in mice. J Anim Physiol Anim Nutr (Berl) 2017; 101(4):703-712.

  2. Yeung CY, Lee HC. Paediatric Helicobacter pylori infection in Taiwan: current status and perspectives. EMJ Gastroenterol 2017; 6[1]:90-97.

  1. Chang CY, Liu CY, Lee HC, Huang YH, Li LH, Chiang Chiau JS, Wang TE, Chu CH, Shih SH, Tsai TH, Chen YJ. Lactobacillus casei variety rhamnosus probiotic preventively attenuates

    5-Fluorouracil/Oxaliplatin-induced intestinal injury in a syngeneic colorectal cancer model. Front Microbiol 2018 May 15;9:983.

  2. Cheng YJ, Yang HY, Tsai CF, Lin JS, Lee HC, Yeung CY, Chen SC. Epidemiology of pediatric acute pancreatitis in Taiwan: a nationwide population-based study. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2019 Jan;68 (1):e7-e12.

  3. Chang SW, Lee HC. Vitamin D and health - the missing vitamin in humans. Pediatrics & Neonatology 60:237-44,2019.

  4. Yeung CY, Chiang Chiau JS, Cheng ML, Chan WT, Chang SW, Chang YH, Jiang CB, Lee HC. Modulations of probiotics on gut microbiota in a 5-Fluorouracil-induced mouse model of mucositis. J

    Gastroenterol Hepatol 2019 Nov 1. doi: 10.1111/jgh.14890.

  5. Wang HY, Shih SH, Liu CY, Tsai TH, Chen YJ. Fecal microbiota transplantation prevents intestinal injury, upregulation of toll-like receptors, and 5-Fluorouracil/Oxaliplatin-induced toxicity in colorectal cancer model. Int J Mol Sci 2020, 21, 386; doi:10.3390/ijms21020386.

 

 

五,   兒童行為與心智研究 (連結後文章)

馬偕兒童醫院兒童神經科於2017年10月21日,與生醫發展中心合作創立了馬偕兒醫妥瑞症照護群 Line@群組,請何啟生主任門診的妥瑞氏症病童加入群組,設立至2020年8月,已有1160多位病童家長加入, 家長在門診掃QR Cord 加入群組,在此Line@照護群組內,家長不會看到其他的病人的資料,只有我們管理醫師成員有權限知道,不會有個人隱私外洩的顧慮。 在群組中,病童家長隨時可以詢問各種關於妥瑞氏症的問題,包括臨床症狀、用藥知識及可能副作用、小孩生活起居注意事項及就診等相關問題,醫療團隊都會儘快回覆解答。 家長也可以上傳小朋友新出現的症狀影片,團隊醫師可以根據病人的線上影音或症狀描述提供後續處理或是藥物劑量調整的建議。

為了掌握妥瑞氏症病人臨床症狀的輕重程度,我們根據耶魯妥瑞氏症總體評量(Yale Global Tic Severity Scale)表,翻譯轉換成較精簡的中文孩童的症狀評量表,在2018年2月起開始提供一部分家長測試,經過追蹤分析及反覆討論更新,2018年7月起在群組的首頁提供此線上立即評量表,在病童返診時或是初診的病童,逐一教導家長如何操作及回答,病人每次複診時,由醫師與家長重複測試,確保家長能夠正確回答,藉由此評量工具,我們能夠定期掌握病人在家的症狀輕重程度,更可提供臨床上調整藥物的重要依據。孩童的症狀評量表,根據過去一週症狀的 1. 種類 2. 頻率 3. 強度 4. 複雜性 5. 干擾性 以及總體影響性。針對動作型及聲語型來回答,提交上傳,醫療團隊可以經由 手機或 iPad的 [試算表 ] 立即判讀結果。 在家中也可立即得知病童的評量結果,更精準的掌握病人的病情,回答並解決家長的問題。

在診間電腦,經由團隊撰寫的專用量表程式,輸入密碼,我們可以查詢所有病童的評量結果,也可以察看某位病人歷次的評量結果,經由顯示的圖表,讓家長瞭解小朋友的症狀波動變化及改善程度,也可看出病人近期的評量結果趨勢圖,臨床症狀的明顯程度一目了然。醫師也可得知在某個時間點,引起病童症狀增加的可能因素。 臨床上很多症狀較明顯且嚴重的病童,經臨床一段時間調整藥物後,大多獲得良好及大幅度的改善。 馬偕兒童醫院妥瑞症照護群數位線上影音照護模式,提供妥瑞症病童最妥善的醫療照顧。我們也將這種由家長在家中評量,線上數位照護的方式與研究結果(Is the Yale Global Tic Severity Scale a valid tool for parent-reported assessment in the pediatric population? A prospective observational study in Taiwan),投稿在BMJ Open 國際知名期刊,已於今年(2020)6月19日獲得接受刊登通知。

 

七,    兒童急、重、難症精準醫療研究 (新生兒急重症-張弘洋)

急重症新生兒及早產兒的照顧為馬偕兒童醫院的重點發展之一,預防其發生及促進這些小孩的照護品質和長期追蹤是很重要的,因此研究重點在於結合產前孕婦的各種檢驗及臨床資料,配合新生兒/早產兒的檢驗及臨床表現,並追蹤其長期全身各項功能的影響和發展。

現今初步執行計畫包括早產兒的腸道菌叢研究,希望由此能了解何項因素、處置或疾病會影響其腸道菌叢發展,並期待日後能發展出介入改善其腸道菌叢的方式。另外我們也計畫對急重症新生兒及早產兒抽取其生物標記,希望能早期偵測疾病或併發症發生及追蹤其進展。長期方面,我們也對極低體重早產兒的長期神經、心臟、肺功能、腎臟及代謝功能,做全面的檢查和追蹤,研究正在進行中。

 

 

 

 

八,    泌尿道感染影像檢查與腎臟罕病分子診斷研究

兒童腎臟科在小兒泌尿道感染的影像學檢查,首創以”由上而下(Top-down approach)”取代傳統”由下而上(Bottom-up approach)”的方式,發表的二篇文獻(Journal of Pediatrics 與 Pediatric Nephrology)分別為兒科聖經 Nelson Textbook of Pediatrics 第 19 與第 20 版所引用討論,並受邀制定”小兒泌尿道感染亞洲指引”: UAA/AAUS (Urological Association of Asia / Asia Association of UTI & STI)。
為了腎臟疾病分子診斷與遺傳科林炫沛主任合作,集合世界 120 餘位專家學者解構” Galloway-Mowat 症候群”的遺傳基因(Nature Genetics),並發表臺灣獨特基因與表現(Orphan J of Rare Disease);另與長庚曾敏華主任與三總林石化教授合作解析發表”臺灣非典型溶血性尿毒症候群(Atypical hemolytic uremic syndrome)”遺傳基因缺陷。

重要著作:

  1. Lee MD. Lin CC. Huang FY. Tsai TC. Huang CT. Tsai JD. Screening young children with a first febrile urinary tract infection for high-grade vesicoureteral reflux with renal ultrasound scanning and technetium-99m-labeled dimercaptosuccinic acid scanning. J Pediatr 154(6):797-802, 2009 (Cited by Nelson Textbook, 19th)

  2. Tsai JD. Huang CT. Lin PY. Chang JH. Lee MD. Huang FY. Shih BF. Hung HY. Hsu CH. Kao HA. Lin CC. Screening high-grade vesicoureteral reflux in young infants with a febrile urinary tract infection. Pediatric Nephrology 27(6):955-63, 2012 (Cited by Nelson Textbook, 20th)

  3. Shih BF, Tsai JD, Tsao CH, Huang FY Reappraisal of the effectiveness of

    99mTc-dimercaptosuccinic acid scans for selective voiding cystourethrography in children with a first febrile urinary tract infection. Kaohsiung J Med Sceinces 30; 602-612, 2014

  4. Lee MD, Tzen CY, Lin CC, Huang FY, Liu HC, Tsai JD* Hemolytic uremic syndrome caused by enteroviral infection. Pediatrics & Neonatology. 54, 207-210; 2013

  5. Lin PY, Tseng MH, Zenker M, Rao J, Hildebrandt F, Lin SH, Lin CC, Chang JH, Hsu CH, Lee MD, Lin SP, Tsai JD*. Galloway-Mowat syndrome in Taiwan: OSGEP mutation and unique clinical phenotype. Orphan J Rare D 13: 226, 2018

  6. Tseng MH, Tsai JD*, Tsai IJ, Huang SM, Huang JL, Fan WL, Lee HJ, Wu TW, Lin SH. Whole-exome sequencing detects mutations in pediatric patients with atypical hemolytic uremic syndrome in Taiwan. Clinica Chimica Acta 2019;494: 143–150

 

 

九,    粒線體、基因與幹細胞治療研究 (GMC: Gene, Mitochondria and Cell therapy)

I. 研究展望 :研究特色與模式

基因與粒線體是人類細胞內的兩套生理控制系統,相輔相成幫助細胞維持動態的代謝平衡,一旦其中一個系統發生異常也會連帶影響到另一個系統,臨床上引發各種神經退化、運動失能、代謝異常、免疫失調、發展遲緩等疾病。研究的目標除了著重於探討粒線體與基因異常引發疾病的病理機轉,也開發基因治療的策略,主持人林達雄醫師在這方面的研究成果,不僅因此刊登於國際著名的 ”分子、基因與代謝 ”醫學期刊封面,也接連獲得亞洲兒科研究醫學學會肯定並頒發傑出研究獎。近年來,研究的目標更深入至誘導性多功能幹細胞的研究,以病患的體細胞轉譯為幹細胞及衍生的神經、心臟細胞,建構出更精準的人類疾病模型,以便更了解疾病的機轉並藉以研發新藥物治癒疾病增進人類健康。

A: 粒線體疾病的致病機轉
這是首次有研究發現粒線體疾病MELAS症候群細胞的應變適應能力不足,在粒線體功能低下,導致能量缺乏時,不但無法從原本的利用葡萄糖氧化,轉為利用脂肪氧化來製造能源,卻繼 續大量利用葡萄糖的糖解作用,致使乳酸大量堆積。本研究是第一個揭露 AMPK訊息路徑所 主導的代謝轉換失調,是造成粒線體疾病MELAS症候群臨床症狀的原因。本研究利用活細胞 的生物能量分析方式,首次證實了粒線體疾病細胞不僅因為粒線體電子傳遞鏈複合體 I 及複 合體 IV 缺乏造成粒線體的功能低下,同時還影響了脂肪氧化的能力,因此能量的製造幾乎 完 全仰賴葡萄糖的糖解作用。本研究並揭露了粒線體疾病細胞面臨能量不足的情 況下的分 子調控機轉,係經由單磷酸腺苷活化蛋白質激酶 (AMP activated protein kinase, AMPK) 所主導 的訊息路徑,一方面活化下游介子來啟動丙酮酸去氫酶 (pyruvate dehydrgenase),增加葡萄糖

的糖解作用,另一方面下游介子抑制 第一型的肉鹼結合酵素轉化酶 (carnitine palmitoltranferase-I) 與第一型的乙醯輔 A 羧化酶 (Acetyl-CoA carboxylase-I),分別減緩了細胞氧化脂肪的能力及合成脂肪的能力,同時還缺乏增加細胞生長的因應措施。此一發現除了讓臨床醫師了解造成粒線體疾病臨床症狀的機轉,同時提供 臨床治療的新策略。 例如臨床藥物 carnitine 及 Q10 可以增進脂肪酸氧化、提升 AMPK 訊息及ATP製造,臨床醫師藉由正確使用這類藥物,可以修正粒線體疾病患者細胞代謝失調的情形,避免過度依賴糖解作用及減緩乳酸堆積,進而改善臨床症狀。

 

B: 建構誘導性多功能幹細胞的人類疾病模式

這是首次有利用粒線體疾病 MELAS 症候群病患的皮膚細胞轉為誘導性多功能幹細胞來研 究具粒線體疾病的細胞在氧化壓力下,細胞自噬自作用 (autophagy)及粒線體自噬 (mitophagy)對於細胞的影響。我們發現粒線體疾病的誘導性多功能幹有較高的細胞自噬自作用,但並未啟動粒線體自噬,這個發現解釋了為何在有粒線體基因異常的情況下,患者卻不會立即產生嚴重的症狀。先前國外團隊的研究都是以皮膚細胞或是腫瘤細胞(cybrid),但是其結果並不一致,而本研究是第一個以人類誘導性多功能幹細胞的細胞模式進行,更貼近真正患者的實際狀況,以此揭露出在生理基礎狀態下與氧化壓力下的細胞自噬作用變化,並且揭露了粒線體疾病的細胞在面臨氧化壓力下情況的應對機轉,同時還證實了細胞自噬作用失調是造成粒線體疾病細胞死亡的主因。此一發現除了讓臨床醫師了解造成粒線體疾病臨床症狀的機轉,同時提供臨床治療的新策略。

 

C: 腦白質退化症的病理機轉首次被發掘出來

白質退化症是一群神經退化性疾病,由於溶酶體酵素或過氧化酶體酵素缺乏,造成神經髓鞘細胞退化死亡,導致神經髓鞘逐漸喪失,出現臨床上的神經退化症狀,常見的白質退化症包括腎上腺及腦白質退化症(ALD),異染質白質退化症(MLD)及球狀細胞白質退化症 (GLD)。至今,白質退化症的治療仍具挑戰,而病理機轉也上不完全清楚。其中的 GLD 為疾病退化最快,迄今仍無有效的治療。GLD 患者中約 90%為嬰兒期致死型,患者在 2 個月大開始發病,逐漸出 現躁動不安、抽搐、錐體症候、眼神經萎縮、心智生長遲緩,通常於 2 歲前便死亡 ,至今尚無有效的治療。我們研究出最能重現疾病型態的細胞模式並與小鼠動物模型,揭露出病理機轉。首先,我們揭露了 因基因缺陷導致的代謝性毒物 psychosine 會導致細胞自噬自作用 (autophagy)與泛素-蛋白酶體系統 (Ubiquitin- proteasome- system)的蛋白平衡功能失常,使得 p62與泛素蛋白堆積於腦幹、脊髓與小腦白質的神經髓鞘細胞內,然而下游的 NRF2-KEAP1 訊息通道並未活化,氧化物質持續升高,粒線體呼吸功能降低,最終引起髓鞘細胞死亡 。這是世界首次發現造成腦白質退化症神經髓鞘細胞死亡的病理機轉,這項發現能夠指引藥物的開發方向,藉由改善細胞自噬自作用與泛素-蛋白酶體系統來協進蛋白平衡功能,降低代謝毒物的傷害,進而延緩疾病的進展,爭取治療的時間。

 

D: 引領國際的基因治療

自 2005 年陸續發表了一系列對於白質退化症的基因治療研究,並逐步精進基因治療的方法與策略,這些成果都刊登於國際知名的 SCI 醫學期刊並獲得其他論文相繼引用。於 2005 年的研究報告,我們就發表了全世界第一篇證明基因治療可以有效治療球狀細胞腦白質退化症 (GLD)疾病的治療研究 (AAV2/5 vector expressing galactocerebrosidase ameliorates CNS disease in the murine model of globoid-cell leukodystrophy more efficiently than AAV2. Molecular Therapy. 2005.引用 87 次),自此開啟許多的研究中心競相投入並研究,同時也被高度的引用。

隨後 2007 年的研究也是全世界第一篇報告,證明基因治療合併幹細胞移植,可以大幅提升治療效果 (CNS-directed AAV2/5-mediated gene therapy synergizes with myeloreductive BMT.

Molecular Therapy, 2007. 引用 84 次),自此成為許多的研究中心沿用的標竿治療策略。

 

在 2011 年我們進一步改善了基因治療的策略,發表了全世界第一篇利用 神經突觸運輸載體達到全面性中樞神經治療的基因治療的報告 (CNS-targeted AAV5 gene transfer results in global dispersal of vector and prevention of morphological and function deterioration in CNS of globoid cell leukodystrophy mouse model. Molecular Genetics and Metabolism.2011. 引用 22 次),同時為所有研究團隊中,唯一完成小腦完全治療的團隊,隨後的其他基因治療團隊,也引用我們的研究方法來改善療效。這一系列的基因研究成果,也續於美國與日本的基因與細胞治療醫學會上發表,成為許多相關研究團隊作為修正基因治療策略的依據。

在 2015 年,我們的進一步優化基因治療的方法(Mitigation of Cerebellar Neuropathy in Globoid Cell Leukodystrophy Mice by AAV-Mediated Gene Therapy. Gene. 2015. 引用 13 次),這是全世

界第一篇證實直接小腦內注射病毒載體可以達到全面性拯救小腦病變, 保護小腦神經細胞內部胞器型態結構,提供正常細胞功能,進而維護了小腦神經網絡的完整性,達到中樞神經治療的療效。同時為目前所有研究團中,唯一提出對於白質退化症 GLD 的小腦病理分子變化與完全基因治療的成效。

 

II. 研究展望 :
我們建構了完整的疾病診斷與治療的研究系統,從粒線體、基因分子機轉、基因治療、到誘導型多功能幹細胞模型,除了探討疾病的機轉、建立人類疾病研究系統,也著手開發治療的方法與策略,希望藉此促進人類的健康。
4.10 先天心臟病與胸腺發育的關係研究 (兒童心臟科-陳銘仁)

由CATCH 22 syndrome的經驗可知,neurocrest cell migration disorder跟congenital heart disease,特別是conotruncal lesion有極密切的相關性。典型CATCH22 表現包括Cardiac abnormality, Abnormal facial appearance, Thymus hypoplasia, Cleft palate, and hypocalcemia due to Hypoparathyroidism。主要 被影響的gene為TBX1基因 而在其它染色體異常疾病合併thymus hypoplasia較常見者為Ataxia-telangiectasia syndrome,此並與免疫力及反覆感染及中樞神經症狀有關。在Ultrasound Obstet Gynecol 2002發表一篇論文,顯示在149位有conotruncal anomalies的正常染色體胎兒中,10位被檢出有22q11的microdeletion。而其中有11位有conotruncal lesion的胎兒被診斷為胸腺發育不良或是未發育,而11位中有9位有22q11的microdeletion。因此可知胸腺發育可以被當作是一個篩檢syndromic congenital heart disease的fetal echo的檢查重點。本院兒童心臟科與多處知名之產前高層次fetal heart echo screening center合作並接受轉診疑似先天性心臟胎兒轉診,因此可於產前fetal echo測量fetus thymus的大小,並於被診斷先天性心臟病病童的血液DNA進行genotype的檢測, 對於已報告與22q11的microdeletion相關conotruncal type的個案進行genotype的分析。進一步去CATCH 22 syndrome患者其產前thymus hypoplasia以及臨床預後之相關性

研究展望 :
我們建構了完整的疾病診斷與治療的研究系統,從粒線體、基因分子機轉、基因治療、到誘導型多功能幹細胞模型,除了探討疾病的機轉、建立人類疾病研究系統,也著手開發治療的方法與策略,希望藉此促進人類的健康。

 

十一,    免疫過敏疾病胎幼兒期防治研究: 利用臍帶血白血球基因甲基化的程度,研究發現父親抽菸容易讓免疫基因甲基化程度增加,並且增加兒童氣喘病的發生。因此藉由避免胎幼兒期的有害環境因素暴露,或是出生時篩檢免疫基因的甲基化,進而調整甲基化,或可降低過敏病的發生。另外因為研究臍帶血生物學,也利用臍帶研究臍帶間質幹細胞及其胞外囊泡的應用於抗發炎疾病的佈局,申請到劑型專利,可以進一步技轉發展防治早產兒肺腦疾病和老人退化疾病的防治。
代表性著作與專利如下:
 

  1. Wang SC, Yang KD, Lin CY, Huang AY, Hsiao CC, Lin MT, Tsai YG. Intravenous immunoglobulin therapy enhances suppressive regulatory T cells and decreases innate lymphoid cells in children with immune thrombocytopenia. Pediatr Blood Cancer. 2020 Feb;67(2):e28075. doi: 10.1002/pbc.28075.

  2. Wu CC, Hsu TY, Chang JC, Ou CY, Kuo HC, Liu CA, Wang CL, Chuang H, Chen CP, Yang KD. Paternal Tobacco Smoke Correlated to Offspring Asthma and Prenatal Epigenetic Programming. Front Genet. 2019 May 31;10:471. doi: 10.3389/fgene.2019.00471.

  3. Shiue SJ, Rau RH, Shiue HS, Hung YW, Li ZX, Yang KD, Cheng JK. Mesenchymal stem cell exosomes as a cell-free therapy for nerve injury-induced pain in rats. Pain. 2019 Jan;160(1):210-223. doi: 10.1097/j.pain.0000000000001395.

  4. Lin CH, Yeh YC, Yang KD. Functions and therapeutic targets of Siglec-mediated infections, inflammations and cancers. J Formos Med Assoc. 2019 Dec 24:S0929-6646(19)30096-8. doi: 10.1016/j.jfma.2019.10.019.

  5. Yang KD. Perinatal programming of childhood asthma. Clin Dev Immunol. 2012;2012:438572. doi: 10.1155/2012/438572.

  6. 代表性專利:

研究展望 :
隨著精準醫療和兒童發育著重胎幼兒期的關鍵1000天的進展,兒醫研究著重超前佈署於胎幼兒期, 和產科醫師合作以預防高危險妊娠與早產;另一方面朝分子診斷的精準醫療與就地照護檢驗 (point of care test, POCT)發展。期待兒童醫療中的急、重、難症者,都能獲得及時精準診斷、預防與治療。

 

十二   研究活動照片