生命科學專業學院—生命科學系
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本系學士班之教育目標為「培育優良之生物科教師及生命科學研究人才」雙軌並行。
因應少子化的衝擊，本系調整相關員額及教學資源之分配，在課程設計及學習活動上，特別注重學生基礎學識、研究能力和研究方法的訓練，使學生可依個人志趣作學習規劃，畢業後有更寬廣的出路。
本系碩、博士班之教育目標則以「培養生命科學研究人才」為主，並兼顧師資培育，故課程設計及學習活動以培養獨立研究能力為主要目標。
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Item 利用ΔK280 TauRD折疊報導細胞篩選TRKB促效劑作為阿茲海默症治療策略(2022) 翁鉦逵; Weng, Zheng-Kui阿茲海默症(AD)為一種常見的與年齡相關的神經退化性失智症。其病理特徴包含在大腦中存在澱粉樣蛋白-β (Aβ)斑塊和神經纖維纏結(NFTs)的慢性累積。NFTs是由成對螺旋絲(PHF)在神經元內累積而成，而PHF主要是異常過度磷酸化Tau蛋白組成，會誘導一系列毒性事件，最終導致神經元變性和損傷。腦原性神經營養因子(BDNF)為一種神經營養因子。BDNF與其特異性受體原肌球蛋白相關激酶B (TRKB)結合後，導致TRKB二聚化和活化，隨後活化下游訊號，影響cAMP反應元件結合蛋白1 (CREB)在內的蛋白，來促進神經元存活和增加神經可塑性。證據顯示，在AD患者的大腦中BDNF和TRKB的表達量降低，因此增強TRKB訊號被認為是有希望的治療策略。本研究使用表達ΔK280 TauRD-DsRed促Tau錯誤折疊聚集的人類神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞，評估8種化合物抑制Tau錯誤折疊的情形。檢測的化合物中，香豆素衍生物ZN-015和喹啉衍生物VB-030和VB-037可減少細胞內ΔK280 TauRD聚集，並促進神經突生長。通過抑制細菌衍生的ΔK280 TauRD-His在生化分析中的聚集，ZN-015、VB-030和VB-037顯示出化學伴侶活性。此三者雖皆不具DPPH自由基捕捉能力，但ZN-015具氧自由基吸收能力。另外，ZN015、VB-030和VB-037抑制了凋亡蛋白酶-1 (Caspase 1)及/或乙醯膽鹼酯酶(AChE)活性。進一步的TRKB訊息傳遞路徑分析顯示，處理ZN-015、VB-030、VB-037後，細胞內p-TRKB (Y516)、p-TRKB (Y817)、p-AKT (S473)、p-ERK (T202/Y204)、p-RSK (S380)、p-CaMKII (T286)、p-CREB (S133)、BDNF、BCL2蛋白表現顯著增加，並伴隨著凋亡調節蛋白BAX的顯著降低。以TRKB的干擾性核糖核酸(RNAi)靜默TRKB基因表現後，可抑制ZN-015、VB-030、VB-037的促進神經突生長。色氨酸螢光猝滅分析(Tryptophan fluorescence quenching assay)顯示，ZN-015、VB-030、VB-037與畢赤酵母表達的TRKB胞外結構域(TRKB-ECD)直接相互作用，支持其透過TRKB訊號發揮作用。這些化合物作為TRKB促效劑的研究，能為AD提供新的治療策略。Item 以大鼠模式探討青少年期輕度腦創傷造成精神異常之機轉(2022) 楊士德; Yang, Shih-Te腦創傷 (traumatic brain injury, TBI) 為全球創傷導致死亡和殘疾的主要原因，研究顯示全世界每年約有5000至6000萬人受到腦創傷的影響，據統計其中輕度腦創傷 (mild traumatic brain injury, mTBI ) 約佔75至90%，且因診斷差異以及只有少部分的傷患會去醫院接受醫療，所以普遍認為其數目被低估，然而mTBI的研究文獻數量，約只佔TBI全數研究的八分之一。並且mTBI患者在創傷後常併發注意力缺失 (attention deficit)、記憶受損 (memory impairment)與情緒障礙 (emotional disorders)，如：憂鬱症(depression disorder) 、焦慮症 (anxiety disorder)，與嚴重腦創傷相比，輕度腦創傷反而更容易引起焦慮症與憂鬱症，並且有報導指出在創傷恢復的五至十年後，還是可以觀察到認知(cognitive)以及情緒上(emotional)的影響。人類腦部灰質發育於七歲達到高峰，並透過生活經驗進行突觸修飾(synaptic modification)直至青少年期 (juvenile stage)，然而部分腦區如：前額葉皮質(prefrontal cortex)、海馬體(hippocampus)和杏仁核(amygdala) 的突觸修飾甚至可持續至成年，而這些腦區均與憂鬱症和焦慮症有高度相關，足見青少年期的不良經驗，為成年期是否產生情緒障礙的關鍵因素。本研究利用動物模式，探討青少年期輕度腦創傷處理後 (juvenile mild TBI treatment, mTBI-J) 導致成年期情感異常之病理變化及神經機轉。研究中探討輕度腦創傷所產生的精神異常現象，主要針對憂鬱症以及焦慮症進行研究設計，探討腦創傷程度、行為變化、分子機轉之影響。研究由四個面向進行分析，實驗結果顯示，(一) 青少年期大鼠 (六週齡) 接受於mTBI-J 後24小時，使用氯化四唑染色 (triphenyl tetrazolium chloride stain, TTC stain) 與蘇木素-伊紅染色 (hematoxylin and eosin stain, HE stain) 觀察腦創傷程度，和控制組相比，mTBI-J組未發現明顯腦損傷，但有輕微腦水腫 (brain edema)。(二) 青少年期接受 mTBI-J 處理的大鼠，於成年後 (九週齡) 自發性運動行為偵測 (locomotor activity test, LAT) 之結果顯示自發性運動和運動功能相對於控制組並沒有明顯改變；類憂鬱行為明顯增加，糖水之攝取量 (amount of sucrose intake) 明顯較低，且不掙扎時間百分比 (percent time of immobility) 明顯變少；類焦慮行為相對於控制組沒有明顯變化，在恐懼所促進的驚跳反應(fear-potentiated startle, FPS) 結果顯示，mTBI-J組的基礎驚跳反應 (basal startle) 明顯增加，但促進的驚跳反應百分比 (percent potentiated startle) 則無顯著變化，合併開放空間實驗 (open field test, OFT) 觀察進出中央次數與高架十字迷宮(elevated plus maze, EPM) 觀察開放臂與封閉臂的停留時間，推估mTBI-J組的類焦慮行為無明顯改變，但在聲音誘發的驚跳反應 (acoustic startle response, ASR)顯著增加，代表 mTBI-J 的處理會增加基礎驚跳值。(三) qPCR 結果顯示，背側海馬迴 (dorsal hippocampus, dHip) 與、腹側海馬迴 (ventral hippocampus, vHip) 中腦源性神經生長因子 (brain-derived neurotrophic factor , BDNF) 表現量下降，但其受體 (tropomyosin receptor kinase B, TrkB) 的表現量卻沒有明顯變化。西方墨點結果顯示，vHip的TrkB表現量下降，此結果與先前觀察到的mTBI-J組類憂鬱行為增加相互契合，然dHip的TrkB 和BDNF表現量並無顯著差異，顯示 mTBI-J 的處理影響到腹側海馬迴的功能。此外杏仁核處磷酸化ERK2 (phosphorylated-extracellular signal-regulated kinase 2, P-ERK2) 之表現明顯下降，電生理結果顯示，杏仁核中高頻刺激誘導長期增強作用(high frequency stimulation induced long-term potentiation, HFS-LTP)明顯增強，而海馬迴中HFS-LTP無顯著變化。此結果與先前觀察到的基礎驚跳值增加，與ERK2的磷酸化改變，進而影響到杏仁核的神經神經傳遞功能之假設相互契合。 (四) 進行機轉驗證：透過投與TrkB之促進劑7,8-二羥基黃酮 (7,8-DHF)，發現可以改善mTBI-J組的類憂鬱行為。本研究之結果顯示mTBI-J處理雖然沒有造成明顯運動功能與組織學損傷，卻會增加成年期的類憂鬱與基礎驚跳值上升，在mTBI-J所引起的類憂鬱行為中，腹側海馬迴的 BDNF 表現量在其中扮演關鍵腳色。而mTBI-J所引起的基礎驚跳值上升則影響到杏仁核的突觸傳遞，可嘗試使用降低神經興奮性藥物進行改善，可以提供相關治療藥物的開發提供所需的方向及基礎。Item 以阿茲海默氏症小鼠初級細胞培養和動物模式評估具TrkB促效劑潛力化合物之治療效果(2021) 李佳瑜; Li, Chia-Yu阿茲海默氏症(Alzheimer' s disease, AD)是目前最常見的神經退化性疾病之一，至今尚無顯著有效的治療方法，該疾病會導致認知和行為問題，不論是對於個人或社會都造成極大的負擔。AD在病理學上主要有兩個病徵：類澱粉蛋白(β-amyloid peptides , Aβ)堆積成的斑塊(plaques)及Tau蛋白的過度磷酸化所導致的神經纖維糾結(neurofibrillary tingles, NFTs)。許多研究顯示AD病患腦中之腦源性神經滋養因子(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)濃度較正常人低，且此現象可讓更多的Aβ生成。BDNF結合其受體原肌球蛋白相關激酶B(tropomyosin-related kinase B, TrkB)可調節長期增益效應(long-term potentiation, LTP)、突觸可塑性和神經元分化等，因此增強BDNF/TrkB訊號傳遞成為AD治療之潛力策略。7,8-二羥基黄酮(7,8-dihydroxyflavon, 7,8-DHF)是目前已知的最佳TrkB促效劑，可與細胞膜上的TrkB受體結合並引發受體之同源二聚化而啟動下游之訊息傳導。本研究使用7種與7,8-DHF結構類似，以及8種與Coumarin結構相似之化合物，篩選出具潛力之TrkB促效劑。首先確定Aβ25-35對小鼠海馬迴初級細胞培養的有效傷害濃度為5 µM，以建立AD體外模式篩選平台；我們以此平台篩選出最具神經保護之化合物ZN014進入動物實驗。我們以透過立體定位注射Aβ25-35到小鼠海馬迴CA1區建立AD小鼠模型，再評估7,8-DHF與ZN014對AD動物模式之效用，用藥期間進行一系列行為實驗，結果顯示ZN014可有效改善Aβ25-35所導致的短期記憶受損。在病理與分子機制分析上，我們利用免疫組織化學染色和西方墨點法分析小鼠海馬迴組織，結果表示ZN014可改善Aβ25-35所導致的神經細胞缺失，也可以緩解小鼠海馬迴的神經發炎。ZN014可能是藉由降低神經發炎以保護神經，進而改善因Aβ25-35所導致的記憶受損。綜合上述結果ZN014也許可以開發成具有AD治療潛力的藥物。Item 利用Aβ折疊報導細胞篩選黃酮及香豆素衍生物作為促效劑標的BDNF受體TRKB的阿茲海默症治療策略(2021) 黃鏡嘉; Huang, Ching-Chia阿茲海默症(AD)是與記憶缺陷和認知功能下降相關的進行性神經退行性疾病。病理學上AD的特徵是大腦中存在澱粉樣蛋白β (Aβ)聚集體(澱粉樣斑塊)和由高磷酸化的Tau蛋白形成的神經原纖維纏結(NFT)。腦源性神經營養因子(BDNF)是神經營養蛋白家族的成員，以高親和力與原肌球蛋白相關的受體激酶B (TRKB)結合，活化下游信號傳導，來促進神經元的存活、分化和神經可塑性。已經發現AD患者的腦中BDNF和TRKB表達水平降低，並且BDNF降低和TRKB受損導致AD中的神經變性。AD小鼠模型的海馬迴中施用TRKB特異性促效劑7,8-二羥基黃酮(7,8-DHF)，可改善了空間記憶並降低樹突損傷，表明TRKB信號傳導增強，為有希望的AD治療策略。本研究使用表達Aβ-GFP的人類神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞，對15種黃酮和香豆素衍生物，進行Aβ聚集抑制性及神經保護性的評估。在測試的化合物中，ZN006、ZN013、ZN014、ZN015可抑制Aβ蛋白聚集、降低活性氧化物(ROS)、及抑制乙醯膽鹼脂酶(Acetylcholinesterase)活性，其中ZN014、ZN015並能抑制凋亡蛋白酶-1 (Caspase-1)活性及促進神經突生長(Neurite outgrowth)。在TRKB訊息傳遞路徑上，ZN014、ZN015可透過TRKB受體的Y516、Y817磷酸化，及下游ERK激酶T202/Y204磷酸化、AKT激酶S473磷酸化的活化，進一步促進轉錄因子CREB的S133磷酸化，來增強神經營養因子BDNF及抗凋亡蛋白BCL2的表現。RNA干擾(RNAi)靜默TRKB基因表現的實驗，驗證了這兩種化合物經由TRKB訊息傳遞的神經保護性。總言之，研究結果顯示ZN014和ZN015可抑制氧化壓力及乙醯膽鹼脂酶活性，並增強BDNF-TRKB訊息，來降低Aβ毒性，有潛能應用在AD的治療上。Item 以促進BDNF-TRKB訊息傳遞路徑作為阿茲海默氏症治療策略的ΔK280 TauRD-DsRed SH-SY5Y細胞模式分析(2020) 蔣妮霓; Chiang, Ni-Ni阿茲海默氏症(Alzheimer’s disease, AD)是一種漸進性神經退行性疾病，最常見的臨床症狀是記憶力衰退及認知功能下降。阿茲海默氏症的病理學特徵為大腦中含有Amyloid β (Aβ)聚集形成的類澱粉斑塊，以及過度磷酸化的Tau蛋白形成的神經纖維糾結(Neurofibrillary tangle, NFT)。神經營養因子腦源性神經滋養因子(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)結合在受體型酪胺酸激酶B (Tropomyosin-related kinase B, TRKB)上時，會活化下游訊息傳遞路徑，最終磷酸化環磷腺苷效應元件結合蛋白1 (cAMP responsive element binding protein 1, CREB)，來促進神經元存活和神經可塑性。臨床研究發現阿茲海默氏症病人的海馬迴及皮層中，BDNF蛋白或mRNA的表現量降低。小分子TRKB促效劑7,8-DHF (7,8-二羥基黃酮)可改善AD小鼠認知功能且抑制海馬迴突觸喪失，顯示促進TRKB訊息傳遞，為阿茲海默氏症有潛能的治療策略。本研究使用誘導表現ΔK280 TauRD-DsRed的人類SH-SY5Y細胞，檢測7,8-DHF及Wogonin (黃芩素)、DHFS-1 (即Quercetin槲皮素)、DHFS-2、Kaempferol (山奈酚)、Apigenin (芹菜素)等類似物的神經保護作用。在測試的黃酮類化合物中，7,8-DHF、DHFS-1、Apigenin可增加表現ΔK280 TauRD-DsRed細胞中，DsRed的螢光通量。處理7,8-DHF、DHFS-1、Apigenin可以使細胞內熱休克蛋白HSPB1表現增加，並增加ΔK280 TauRD-DsRed融合蛋白的可溶性，但不影響融合基因的mRNA表現量。另外， 7,8-DHF、DHFS-1、Apigenin的處理，可顯著降低內活性氧化物的生成及凋亡蛋白酶1活性，並增加NRF2轉錄因子的表現及促進神經突生長，但僅Apigenin可降低乙醯膽鹼酯酶活性。進一步的TRKB訊息傳遞路徑分析顯示，處理7,8-DHF、DHFS-1、Apigenin後，ΔK280 TauRD-DsRed細胞內p-TRKB (Y817)、p-ERK (T202/Y204)、p-CREB (S133)、BCL2蛋白表現顯著增加，並伴隨著凋亡調節蛋白BAX的顯著降低。以TRKB的RNA干擾(RNAi)作用靜默TRKB基因表現後，可抑制7,8-DHF、DHFS-1、Apigenin的促進神經突生長。本7,8-DHF及其類似物做為TRKB促效劑的研究，可提供阿茲海默氏症新的治療策略。Item 評估TrKB之潛力促效劑於阿茲海默氏症細胞與動物模式之神經保護效果(2019) 范家豪; Fan, Chia-Hao阿茲海默氏症(Alzheimer’s disease, AD)是目前最常見的神經退化性疾病之一，至今尚無顯著有效的治療方法。這種全球性的健康問題不論是對於個人或社會都有極大的影響。AD在病理學上主要有兩個病徵：類澱粉蛋白(β-amyloid peptides, Aβ)堆積成的斑塊(plaques)以及Tau蛋白過度磷酸化所導致的神經纖維糾結(neuro-fibrillary tangles, NFTs)。許多研究證實，在失智症病患腦中之腦源性神經滋養因子(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)濃度較低，且此現象可令更多的Aβ生成。BDNF及其受體原肌球蛋白相關激酶B(tropo-myosin-related kinase B, TrkB)，可調節長期增益效應(LTP)、長期抑制效應(long-term depre-ssion, LTD)、軸突出芽、樹突增生、突觸可塑性和神經元分化。7,8-二羥基黃酮(7,8-dihydroxyflavon, 7,8-DHF)是目前已知的TrkB促效劑，可與細胞膜上的TrkB受體結合並引發同源二聚化，啟動下游之訊息傳導。本研究是使用結構與7,8-DHF類似之12種新型的TrkB促效劑，經過MTT實驗評估發現12種促效劑對神經細胞都無明顯細胞毒性及神經突生長之影響。接著於小鼠海馬迴細胞初級培養給予Aβ25-35誘導神經損傷作為AD模式篩選平台，結果顯示LMDS-1能有效緩解因Aβ25-35寡聚體所導致的神經突長度及分支數目降低之現象，因此選擇LMDS-1進入動物實驗測試，並以7,8-DHF為正控制組。先利用立體定位注射Aβ25-35至小鼠海馬迴CA1區域以建立AD模式動物，再給予7,8-DHF或LMDS-1之處理，並於期間進行一系列行為實驗，結果顯示LMDS-1可有效改善因Aβ25-35誘導所導致的短期及長期記憶受損。在病理分析上，我們利用免疫組織化學染色和西方墨點法分析小鼠海馬迴組織，結果顯示LMDS-1可有效改善因Aβ25-35誘導所導致的Aβ堆積、成熟神經細胞缺失、pERK及synaptophysin表現量降低。由病理分析結果推論，LMDS-1可能是經由pY516TrkB活化Ras/MAPK路徑來激活CREB轉錄因子，進而上調mBDNF之表現量，改善因Aβ25-35所導致的記憶缺失。綜合上述結果，LMDS-1是具有治療AD潛力的新型TrkB促效劑，能夠改善動物記憶功能，並緩解AD代表性之病理特徵，希望能為日後AD研究提供一些新的方向與目標。Item 利用CRE motifs報導細胞和Aβ-GFP細胞篩選BDNF受體TRKB的小分子促效劑做為阿茲海默症治療策略(2019) 鄧伃珊; Teng, Yu-Shan阿茲海默症(Alzheimer's disease, AD)，是一種與年齡相關的神經退化性疾病，會逐漸破壞認知功能、記憶和思考能力。腦源性神經滋養因子(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)，透過活化高親和力受體--旋轉肌凝蛋白相關蛋白質激酶B (Tropomyosin-related kinase B, TRKB)，並隨後磷酸化環磷腺苷效應元件結合蛋白1 (cAMP responsive element binding protein 1, CREB)，來調節神經元存活(Neuronal survival)、新生(Neurogenesis)和神經可塑性(Neuroplasticity)。前人的研究發現BDNF和TRKB在AD患者腦中的表現量降低，且Aβ顯著下調BDNF、TRKB水平與降低CREB磷酸化。TRKB促效劑7,8-二羥基黃酮(7,8-Dihydroxyflavone, 7,8-DHF)，可改善AD小鼠模型的記憶缺陷。此外，黃芩素(Wogonin)透過增加BDNF和CREB表現，可提升海馬迴神經元缺失和認知功能障礙。這些證據顯示大腦中BDNF-TRKB訊息傳遞與AD的關聯性，因此增強TRKB訊息傳遞是有潛力的AD治療策略。先前本實驗室與本校化學系孫英傑老師合作，透過化合物數據庫的化合物相似性搜索進行虛擬篩選，得到DHFS-1 (即Quercetin)、DHFS-2、Kaempferol、Apigenin等4個7,8-DHF類似物。本研究以7,8-DHF為控制組，檢測Wogonin及這4個類似物作為TRKB促效劑的潛能。首先檢測化合物的溶解度(Solubility)，預測化合物的口服生物利用度(Oral bioavailability)、中樞神經系統有效性(CNS-activity)與血腦屏障通透性(Blood brain barrier permeability)，並檢測化合物捕捉自由基和抑制Aβ聚集的能力。之後建立人類CRE motifs驅動GFP表現的293報導細胞，由上述6個化合物中篩選出能顯著提升CREB轉錄活性的7,8-DHF、DHFS-1、DHFS-2、Apigenin。再利用誘導表現Aβ-GFP的人類SH-SY5Y細胞，檢測所篩選出的潛力TRKB促效劑的神經保護作用。7,8-DHF、DHFS-1、DHFS-2、Apigenin四者皆有抑制Aβ蛋白聚集、降低活性氧化物(ROS)以及促進神經突生長(Neurite outgrowth)之能力。四者中DHFS-1、DHFS-2、Apigenin可抑制凋亡蛋白酶-1 (Caspase-1)的活性，7,8-DHF、Apigenin可抑制乙醯膽鹼脂酶(Acetylcholinesterase)活性。此外，TRKB的RNA干擾(RNAi)作用，會抑制7,8-DHF、DHFS-1、DHFS-2、Apigenin促進神經突生長能力。因此除了已知的7,8-DHF外，DHFS-1、DHFS-2、Apigenin也可能是透過TRKB訊息傳遞來促進神經保護作用。本研究將衍生新穎TRKB促效劑，以期提供阿茲海默症治療策略。