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 探討新生期dexamethasone處理對大鼠海馬迴中動情素受體之表現量及長期增益效應之影響(2021) 仉鵬愷; Chang, Peng-Kai地塞米松（dexamethasone, DEX）是一種人工合成的糖皮質固醇（synthetic glucocorticoids），數十年來被廣泛用作抗發炎藥物 （anti-inflammatory drugs）。同時也用來治療及預防出生體重過低 （extreme low birth weight, ELBW）早產兒的慢性肺部疾病 （chronic respiratory disease）。許多研究指出，新生兒時期的地塞米松治療 （neonatal dexamethasone treatment, NDT）可能對早產兒的情緒 （emotional）和認知 （cognitive）功能產生長期不良的作用。我們先前的研究指出NDT於雄鼠與雌鼠身上，均會造成長期的不良影響，包含類憂鬱行為（depression-like behavior）的增加，以及雌性大鼠海馬迴 （hippocampus）中α型雌激素受體 （estrogen receptor alpha, ERα）和G蛋白雌激素受體 （G-protein coupled estrogen receptor, GPER so-called GPR30）的表現量下降，且可能為NDT對雌鼠造成長期不良影響的重要原因。我們本研究中驗證是哪一種雌激素受體，為造成NDT青少年雌鼠長期不良反應的主因。本實驗中使用新生的Wistar大鼠，從出生後第一天到第三天 （postnatal day 1~3, PND 1-3），給予劑量遞減式 （tapering）的DEX皮下注射，自PND 1-3其劑量依序為0.5、0.3和0.1 mg/kg。 於六周齡時，利用開放空間試驗（open field test, OFT）評估NDT大鼠自發性運動功能（spontaneous activity），另外透過強迫游泳試驗 （forced swimming test, FST），評測NDT大鼠的類憂鬱行為。 此外，準備平行組（parallel group）的NDT大鼠，於相同周齡時進行即時聚合酶鏈鎖反應 （real-time polymerase chain reaction, qPCR）評估海馬迴中Erα, Erβ, Gper, Grin1, Grin2a, Grin2b等基因表現。並利用西方墨點法（western blotting）評估mitogen activated protein kinase （MAPK） 的蛋白質表現量及其磷酸化水平（phosphorylation level）。 亦進行了離體胞外電生理記錄 （in vitro extracellular recording），測量海馬迴以高頻刺激誘導的長期增益作用（high frequency stimulation-induced long-term potentiation, HFS-LTP），以評估其海馬迴的神經可塑性（neuroplasticity）。最後利用強迫游泳試驗，以評估投予ERα致效劑（agonist），是否對NDT大鼠具有抗憂鬱（anti-depressant）的功能。實驗結果顯示，NDT動物青春期前的體重顯著降低，這證明DEX的有效投藥。 OFT的結果顯示NDT動物的自發運動功能未受影響。FST的結果顯示NDT會導致類憂鬱行為的增加。雌性青少年大鼠NDT組的不掙扎的時間（immobility）與對照組相比有顯著增加。而雄性青少年NDT大鼠，則必須先給予高台曝露（platform exposure）之急性壓力處理後，其不掙扎的時間才有顯著增加。qPCR結果顯示，雌性青少年NDT大鼠海馬迴中Erα的表現顯著降低，而Erβ 和 Gper表現量則無明顯差異。NDT雄性青少年大鼠海馬迴中Erα, Erβ 及 Gper的表現量，與控制組間相較，皆無呈現顯著差異。雌性青少年NDT大鼠海馬迴中Grin1, Grin2a 及 Grin2b表現量皆沒有呈現差異。電生理實驗結果顯示NDT母鼠的海馬迴HFS-LTP有顯著下降的現象，而輸入和輸出曲線比值（input/output curve ratio, I/O curve）結果顯示，NDT老鼠與對照組相比有顯著下降的現象。而在配對脈衝促進 (pair-pulse facilitation, PPF) 實驗結果中並無呈現顯著差異。透過表面灌流 (suprafusion) ERα致效劑丙吡唑三醇 （propyl pyrazole triol, PPT）後，NDT雌性大鼠的海馬迴HFS-LTP恢復至正常範圍。而預先投予ERα的拮抗劑methyl-piperidino-pyrazole （MPP），可以阻擋PPT對HFS-LTP的恢復效果；而NDT組經皮下注射PPT後，其不掙扎的時間明顯減少，與對照組相比無顯著差異，顯示其具有降低類憂鬱行為的效果。最後我們利用GPER的致效劑同時為ERα和ERβ的抑制劑氟維司群（fulvestrant）進行驗證，投予fulvestrant無法使NDT雌性大鼠的海馬迴HFS-LTP恢復至正常範圍。 西方墨點法結果顯示，NDT並未影響雌性青少年大鼠海馬迴中MAPK 的蛋白質表現量及磷酸化水平。綜合上述實驗結果，我們推論NDT青少年雌性大鼠的不良反應，較可能是藉由影響ERα的表現而造成。實驗結果可供後續臨床研究參考，例如投予PPT治療NDT所造成的長期不良反應。Item 探討青少年期捆綁處理對海馬迴功能之長期不良影響(2020) 董佑萱; Tung, Yu-Hsuen青春期遭遇性騷擾(sexual harassment)、學校霸凌(bullying)、情感虐待(psychological abuse)和家庭暴力(domestic violence)等創傷經驗會導致心理創傷(psychological trauma)，已被證實會對心理健康產生長期的不良影響，並增加成年後罹患精神疾病的風險。不幸的是，針對其不良影響的發生，目前僅有少數研究與有限的治療策略。本研究之主要目的為利用青春期綑綁處理動物模式(juvenile immobilization treatment, J_IMO)模擬青少年期創傷經驗，以探究其對海馬迥功能(hippocampal function)的不良影響及其神經機。 本研究採用C57BL / 6J品系雄性小鼠，在出生後第35天和第36天(postnatal day, PND)時進行每天一次2小時，共兩天的J_IMO處理。於第二次綑綁處理後一週時(PND-42)分別進行行為(behavioral)、電生理(electrophysiological)和生化(biochemical)實驗。行為實驗採用抑制迴避測試(inhibitory avoidance, IA) 來評估海馬迴(hippocampus)的學習記憶功能，IA為一與海馬迥功能高度相關的記憶試驗。我們也利用開放空間測試(open field test, OFT)和高架十字迷宮測試(elevated plus-maze test , EPM)來評估J_IMO的類焦慮行為(anxiety-like behavior)。部分動物則斷頭犧牲取腦，製成海馬迴腦切片用於離體胞外電生理記錄(in vitro extracellular recording)，以高頻電刺激(high-frequency stimulation, HFS)誘發的長期增益效應(long-term potentiation, LTP)，來評估動物海馬迴的神經可塑性(neuroplasticity)。為了防止行為實驗對生化分析所造成之干擾，我們以相同的方式準備了另外一批動物，於PND-42時斷頭犧牲，取出其海馬迴進行即時定量聚合酶連鎖反應(real-time polymerase chain reaction, qPCR)分析Grin2a （NR2A受體），Slc12a2 （鈉鉀氯共轉運蛋白2，又簡稱NKCC1），Slc12a5 (鈉鉀氯共轉運蛋白5，又簡稱KCC2), Gabra1（GABAA受體）和Fkbp5（co-chaperone with the heat shock protein 90 and steroid complex）等基因的表現，並且利用西方墨點法（Western blot）來確認NKCC1的蛋白質表現量。 實驗結果顯示，經 J_IMO處理的小鼠，其抑制性迴避學習增強，合併出現削減學習(extinction learning)減弱的現象。而OFT的結果顯示J_IMO組的類焦慮行為有增加的情形，然而在EPM中並未獲得一致的結果。J_IMO組動物的海馬迴HFS-LTP有增強的現象，與對照組相較經J_IMO處理小鼠的輸入和輸出曲線比值（input/output curve ratio, I/O curve）中出現顯著增加的現象。而在配對脈衝促進（pair-pulse facilitation. PPF）的結果並無顯著差異。這些結果暗示海馬迴HFS-LTP的增強應是源自突觸後的機制(post-synaptic mechanism)，例如受體表現量增加(up-regulation)，或者信號傳遞活性增強。qPCR的結果顯示，經J_IMO處理小鼠海馬迴中Grin2a和Slc12a2的表現量顯著增加，可以證明J_IMO組海馬迴突觸後的機制改變。Fkbp5，Slc12a5和Gabra1的表現量未呈顯著差異。之後，我們以表面灌流(suprafusion)方式投予兩種環形利尿劑(loop diuretics)，呋塞米(furosemide)或布美他尼(bumetanide)為NKCC1抑制劑，可將海馬迴HSF-LTP恢復至正常範圍。綜合各項實驗結果，經過J_IMO處理的小鼠表現出異常的行為表現，包括迴避學習之增強、消減學習(extinction learning)能力減弱，和類焦慮行為的增加。J_IMO組的海馬迴HSF-LTP增強海，馬迴功能相關基因如Grin2a，Slc12a2的表現量明顯改變。這些結果共同顯示出，給予J_IMO急性處理也可能對海馬迴功能產生長期影響。 本研究結論為J_IMO處理成功地模擬了青少年的創傷經歷，並且產生長期的不良影響，這和前人之成年IMO處理的研究發現是一致的。有趣的是，我們發現NKCC1在J_IMO小鼠中的海馬迴表現量發生了變化，這解釋J_IMO治療處理不良反應的可能機制。我們建議NKCC1抑制劑如布美他尼可以作為治療藥物，以減輕青少年創傷事件引起的行為異常。Item 新生期投予 Dexamethasone 對於成年期母鼠杏仁核功能之影響(2012) 鄭瓊音; Chiung-Yin Cheng臨床研究發現，新生時期接受糖皮質類固醇藥物治療的早產兒，於兒童期及青少年期容易發生神經發育及功能異常；且研究指出，在老鼠新生期投予 dexamethasone (DEX)，會造成腦部杏仁核 (amygdala) 發育不正常有缺陷的現象，以及類憂鬱傾向的行為。台灣衛生署國民健康局統計國內兩萬多名的樣本數中，女性發病的機率為男性的 1.8 倍。女性容易出現憂鬱症的原因，可能與女性的生理週期和體內雌激素 (estrogen) 的濃度變化有關，而過去的研究也發現 DEX 的投予會影響杏仁核等腦區雌激素受體 (estrogen receptor, ER) 的表現量及活化後之反應機制。 本研究於新生鼠出生後第一天到第三天，每天接受一次皮下注射 DEX，並且在出生後每週測量體重一次，以觀察動物的生長情況，結果顯示 DEX 組的動物體重有明顯下降的現象，但在八週齡後此現象改善。進行離體胞外電生理紀錄，探討新生期投予 DEX，對青少年期及成年期雌鼠杏仁核長期增益現象 (long-term potentiation, LTP) 之影響，結果顯示新生期投予DEX之雌鼠於六週齡時，杏仁核長期增益現象會被抑制，此抑制現象於十週齡仍可見。強迫游泳測試 (forced swimming test, FST) 發現六週齡與十週齡 DEX 組雌鼠類憂鬱行為有增加的現象。西方墨漬法探討新生期雌鼠投予 DEX 後雌激素受體的變化，結果顯示六週齡及十週齡 DEX 組雌鼠杏仁核之雌激素α型受體 (estrogen receptor alpha, ERα) 的表現量明顯減少，而杏仁核之雌激素β型受體 (estrogen receptor beta, ERβ) 沒有變化。在本研究第二階段實驗，離體胞外電生理紀錄中，給予腦片表面灌流 20 分鐘的雌二醇 (estradiol, E2) 後，六週齡和十週齡 DEX 組雌鼠杏仁核的長期增益現象有回復的情況；強迫游泳行為測試，在行為前四天給予動物皮下注射 E2，六週齡的 DEX 組雌鼠類憂鬱行為有下降的傾向，但是十週齡的雌鼠則沒有明顯回復。 綜合以上實驗結果，新生期 DEX 的投予，會對雌鼠杏仁核之神經傳導與神經突觸可塑性造成不良影響，以及增加其類憂鬱行為，而且此影響會延續至雌鼠成年期。藉由 E2 的給予，可以降低新生期 DEX 的投予對雌鼠杏仁核功能之影響，以及减少雌鼠青少年期之類憂鬱行為。藉由此研究所得之成果，可提供 DEX 在臨床上用藥的安全考量和治療上的參考。Item 斑馬魚端腦在空間記憶上所扮演的角色(2008) 吳世郁; Shih-Yu Wu壹、中文摘要 記憶會以多元方式於大腦神經細胞中形成及儲存，並可因應需求而重新喚回及表現已儲存之記憶。海馬迴為哺乳類與大部分陸地脊椎動物腦內，與空間記憶有關之重要腦區。實驗證實硬骨魚的端腦同源於哺乳類的海馬迴，負責空間相關之學習與記憶等認知功能。 本研究採用改良型之斑馬魚T字形迷宮，合併學習前或學習後之端腦破壞處理，以探討斑馬魚之端腦與空間記憶之關聯，及其在記憶習得（acquisition）、保存（retention）與提取（retrieval）過程中的重要性。實驗結果顯示， 1.雙側端腦破壞不會影響斑馬魚的自發性探索行為，卻會明顯干擾空間記憶的習得、保存與表現。2.學習前的雙側端腦破壞，會同時影響長期記憶，及短期記憶的獲取與表現。3.學習後的雙側端腦破壞，會破壞先前已建立之空間記憶，顯示不論是長期或短期的空間記憶形成，皆需要端腦腦區（telencephalon）的參與。4. 此外，學習後的左側端腦破壞，使斑馬魚無法正常表現先前已建立之空間記憶。5.學習前右側端腦破壞，使斑馬魚出現空間記憶學習障礙。這些結果顯示，左、右端腦半球在空間記憶形成過程中，具有功能上的不對稱性。使左、右端腦分別在空間的學習與記憶上，具有不同程度的優勢性。 綜合以上各點，本研究證實端腦在斑馬魚空間學習與記憶上扮演重要的角色，且參與層面廣涵空間記憶的習得、保存、提取與表現。此外，初步證實斑馬魚端腦左、右側可能與哺乳類相似具有空間定位優勢性。此結果不但可作為與其他物種在神經生理學上及演化的比較，且有助斑馬魚模式於神經科學研究應用之推廣。Item 利用大白鼠模式探討新生期投予 Dexamethsone 對成年期憂鬱行為的影響(2013) 許惠喻; Hsu Hui-Yu人類於新生期所面對的心理或生理壓力，會對成年期的情緒表達或生理狀況產生深遠的影響。 Dexamethasone ( DEX ) 是一種人工合成醣皮質激素，在臨床上常用於治療早產兒因肺部發育不良而引發的呼吸窘迫症現象，可提高早產兒的存活率，但近期的研究卻顯示高劑量以及長期的使用卻可能對其產生不良的影響。在動物模式中，大鼠新生期投予 DEX 可能導致其青少年期空間記憶產生障礙，亦會干擾海馬迴 ( hippocampus ) 中長期增益效應 (long-term potentiation, LTP) 的形成。而這些不良影響在成年時逐漸得到改善。然而先前本實驗室的研究卻顯示，新生時期投予DEX的成年大鼠在強迫游泳行為(forced swimming test, FST )模式中會產生類憂鬱行為的反應。顯示新生期DEX的投予對動物面臨急性壓力時的反應具有長期影響。然而，此現象涉及哪些神經投射路徑的調控與分子路徑的活化，是值得深入探討的議題。因此，本研究利用Wistar大鼠，模擬臨床上投藥的方式，於出生後第一至第三天，以皮下注射的方式的投予遞減劑量的DEX (0.5 mg/kg, 0.3 mg/kg and 0.1 mg/kg)，於動物八週齡時進行各項行為實驗，以西方墨點法 (western blotting)與中樞投予 ERK抑制劑，釐清 DEX投予對情緒記憶的分子機制所造成的改變。並利用胞外電生理探討其對相關神經投射路徑活性的影響。研究結果發現，在FST行為模式中，新生期投予DEX的動物不游動的時間明顯較長，且杏仁核ERK磷酸化程度顯著的高於控制組動物。ERK 抑制劑的投予能有效降低DEX組動物不游動的時間，顯示ERK的磷酸化程度與動物不游動的時間具有高度的正相關性。胞外電生理記錄結果發現，以高頻電刺激誘發的LTP訊號，新生期DEX組大鼠在視丘投射至側杏仁核的神經訊號值明顯高於控制組大鼠，當利用ERK磷酸化抑制劑灌流後，能使神經路徑過度活化的現象回復，顯示此路徑中 ERK磷酸化的程度在調控動物面臨急性壓力時的生理反應扮演重要角色。本研究結果有助於瞭解新生期DEX的投予對動物成年期時面臨急性壓力時，神經投射路徑與分子活性的影響，並提供研究急性壓力反應的調控機制與臨床治療藥物開發的參考。Item 探討綑綁處理對於青少年期與成年期條件化恐懼與焦慮行為之影響(2019) 林維星; Lin, Wei-Hsing在青少年或成年期遭受壓力（stress）或創傷經驗（traumatic experience），例如心理或生理的虐待（physiological or psychological abuse），均會造成長期的不良影響（long-term adverse impact），包括引發創傷後壓力症候群（post-traumatic stress disorder, PTSD），及提高罹患焦慮症（anxiety）之風險，但是目前對於探討青少年壓力或創傷長期影響的動物模式十分稀少。而在青少年期時，下視丘-腦垂體-腎上腺軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA axis）仍處於發育及調整期，因此遭受創傷時，會較成年期有更嚴重的不良影響。本研究之主要目的為探討青少年的壓力及創傷經驗，造成長期不良影響之機轉。 實驗結果顯示，於小鼠青少年期（五週齡）給予每天兩小時連續兩天綑綁處理（immobilization treatment, IMO），會在隔週的條件化恐懼實驗中，造成恐懼記憶無法削減（extinction）的現象。而只進行單一次的IMO處理，則不會對削減作用有明顯影響，表示可能有累加效應（accumulation effect）的存在。之後在開放空間測試（open field test），IMO 組亦出現類焦慮行為（anxiety-like syndrome）增加的現象。另外在即時定量聚合酶連鎖反應（real-time polymerase chain reaction, qPCR）中，發現經兩次IMO處理的動物，其海馬迴（hippocampus）中Fkbp5的表現量顯著增加。爾後透過離體胞外電生理記錄法（in vitro extracellular recording）測試海馬迴的長期增益效應（long-term potentiation，LTP），結果顯示青少年經IMO處理兩次的動物，在其海馬迴的LTP出現增強的現象。此外，我們發現青少年IMO 處理組（五週齡，IMO_2 (J)）與成年IMO處理組（十一週齡，IMO_2 (A)）皆在十二週齡的條件化恐懼實驗中呈現無法削減恐懼記憶的異常反應，牠們也在高架十字迷宮（elevated plus-maze）中出現類焦慮的行為特徵。透過qPCR發現Fkbp5的表現量，只在IMO_2 (A) 的海馬迴與杏仁核（amygdala）中都明顯增加；另外在Bdnf 的表現量，只在IMO_2 (A) 組動物的杏仁核中明顯增加，而在IMO_2 (J)組皆沒有顯著增加，顯示青少年IMO處理對Fkbp5與Bdnf的表現量只有短期影響，效果不會持續到成年期。 本實驗採用青少年或成年期綑綁方式，模擬創傷經驗對於不同時期條件化恐懼及類焦慮反應之影響，發現青少年的IMO 處理可能有累加效應（accumulation effect）與急性影響（acute effect），而本研究提供往後可供研究青少年期壓力或創傷經驗的動物模式。研究成果具有臨床應用之價值，將有助於未來新一代治療策略及藥物之開發。Item 利用離體電生理模式探討斑馬魚端腦雙側之功能性連結及突觸可塑性(2016) 陳郁嵐; Chen, Yu-Lan腦側化(cerebral lateralization)為一種脊椎動物常見的現象，意指大腦兩側半球各自對不同的功能扮演較優勢的角色(dominant)；腦側化對於生物個體的行為表徵扮演著重要的角色，例如人類的左右腦各負責不同類型的工作；又或是魚類會利用兩眼視覺系統，區別熟悉與陌生的環境。硬骨魚的端腦(telencephalon)被認為與學習和記憶的形成有關，特別是端腦的背外側區(dorsal lateral, Dl)及背中側區(dorsal medial, Dm)最為相關，前人利用螢光染劑DiI注射於Dl腦區後，可在Dm腦區偵測到螢光訊號，證明了Dl和Dm腦區間存在神經投射的連結。近年來，斑馬魚已成為探討學習與記憶、藥物成癮以及焦慮等行為非常重要的模式物種。從斑馬魚的胚胎發育研究以及行為觀察，已有充分的證據顯示斑馬魚腦部和哺乳類一樣，具有腦側化的現象，但關於斑馬魚端腦腦側化的研究卻非常缺乏。因此，本實驗目的為利用電生理技術探討傳遞到同側(ipsilateral)以及對側(contralateral)的Dl-Dm投射路徑的神經傳遞與突觸可塑性(synaptic plasticity)現象的異同。首先，實驗測得在單側的Dl給予電刺激，能夠在同側以及對側的Dm引發一個負電位的電場電位(negative field potential)，還可利用高頻電刺激(high frequency stimulation, HFS) 及低頻電刺激(low frequency stimulation, LFS)，分別誘發出長期增益效應(long-term potentiation, LTP)以及長期抑制效應(long-term depression, LTD) ，這兩項均為探討神經突觸可塑性的重要性指標。實驗中利用連續五次的HFS (每秒100 Hz)來誘發LTP，結果顯示在同側及對側的Dm腦區所誘發的LTP現象，此外，如預先投予NMDA受器的拮抗劑D-AP5 (30 μM)10分鐘後才進行誘發，可完全阻斷對側LTP的產生。但將D-AP5藉由灌流廓清後，則又可重新利用HFS誘發出LTP。由此證實了HFS所誘發的對側LTP，需依賴NMDA受器的活化。將左右兩側誘發的LTP實驗結果，經交叉比對分析後發現，從左側及右側的Dl給予HFS，所誘發出的同側LTP會有所差異，從右側誘發出的LTP強度會比左側誘發的小，而單從右側Dl誘發的LTP而言，其訊號強度同側會較對側的小。本實驗接着以LFS (每秒1 Hz)持續刺激20分鐘，或是投予代謝型谷氨酸受體興奮劑DHPG (40 μM) 10分鐘來誘發LTD，兩者都能誘發出至少維持一小時的LTD現象。而我們將以代謝型谷氨酸受體興奮劑DHPG所誘發的同側及對側結果比較後，我們發現對側的抑制效果較同側好。另外，Dm腦區所誘發的電場電位可以分成突觸的(synaptic, P1)以及非突觸的(non-synaptic, N2)組成，而對側Dm腦區的P1時間較同側Dm腦區的時間長，可能造成的原因為對側端腦的紀錄點較同側端腦紀錄點的距離更遠，因此有對側P1時間較同側長的現象。另外，藉由即時聚合酶鏈鎖反應(Real-time polymerase chain reaction, Real-time PCR)技術，我們發現NMDAR1a受器的mRNA在左側端腦的表現上高於右側端腦的趨勢。綜合而言，本研究的重要發現為首次觀察到斑馬魚端腦的Dl腦區和Dm腦區之間，存在著同側以及對側神經連結的突觸可塑性現象，並運用了電生理模式證明了斑馬魚端腦具有腦側化的現象。本研究成果將有助於日後為利用基因轉殖斑馬魚探討端腦腦側化分子機轉奠定基礎。