💉《合成代謝/雄性激素衍生物-基本運作原理》

🧬絕大多數人, 都不知道合成代謝類固醇是如何運作。 只聽說過，用了，你就會變得又巨又強壯。 現在，讓我們來看一下合成代謝類固醇的運作原理。

🧬雄激素衍生物，例如合成代謝類固醇，由於它們是親脂性的，因此能夠從血流中擴散 穿透肌肉的細胞膜。 話雖如此，類固醇會與在肌肉裡的雄激素受體結合。 因此 睾丸激素的受體會位於肌肉細胞內。

🧬然而，在雄激素未與受體結合時，受體是處於非活性狀態，一旦結合，就會形成一種活性複合物。我們稱其為激素受體複合物(註1)。
該複合物被反式激活後，會成為我們所謂的DNA結合蛋白(註2)。

🧬該複合物轉位進入細胞核，一旦進入該複合物，該複合物就會通過受體特異性，在蛋白質結構內 我們所說的DNA結合結構域，並在各種肌肉特異性基因的調節啟動子區域中，結合成一種“雄激素反應元件”(註3)。

🧬當結合時，它會往上調整肌肉中各種基因的表達。 特別在負責參與我們所謂“肌肉收縮的肌原纖維蛋白”，以及肌肉中的其他調節元素。

🧬一旦這些基因被表達時並最終被譯成新蛋白質。隨著時間的流逝，當這些成為具有生物活性的新蛋白質，被整合入細胞本身後形成肌肉纖維肥大。

🧬以上就是合成代謝類固醇在人體的運作原理。

註：
雄激素受體結合：hormone or steroid receptor

雄激素衍生物：androgenic derivatives

激素受體複合物：hormone receptor complex

雄激素反應元件：androgen response element

(註1)激素受體複合物:
激素受體是結合激素的蛋白質。 結合後，「激素/受體複合物」會引發一系列細胞效應，從而導致生理或行為 發生某些改變。 激素通常需要結合受體來介導細胞反應。https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/hormone-response-element

(註2) DNA結合蛋白：
DNA結合蛋白是單鍊或雙鏈的DNA結合成的蛋白，如果結合是序列特異性的，則通常在主溝中與調節基因表達的轉錄因子，這和在核苷酸之間切割DNA的核酸酶一樣。
https://www.nature.com/subjects/dna-binding-proteins

(註3)雄激素響應元件：
雄激素響應元件（ARE）是再發，二六聚體基序，存在於雄激素受體、目標的基因的啟動子或增強子中。 較弱的雄激素響應元件，尤其是它的半位點，在調節基因表達時受益於鄰近的基序或協同轉錄因子。
https://www.jbc.org/article/S0021-9258(17)37540-3/pdf

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外國解說，mRNA 疫苗如何造成免疫力。
另文：細胞廢掉一組 mRNA，過程大約需要45分鐘。https://www.sciencedaily.com/releases/2014/03/140320131139.htm

谷歌翻譯以上原文：(茂叔用 Google Translate，避免讀者擔心個人偏見滲入。)
RNA編碼在細胞繁殖中起關鍵作用的蛋白質，但是一旦這些蛋白質合成，細胞調節其去除的方式仍然是一個謎。北卡羅來納大學教堂山分校的研究人員解決了這一謎團，他們確定了細胞從細胞質中去除RNA的步驟。

了解RNA的基本功能將有助於建立對蛋白質和多種途徑的了解，這些蛋白質和途徑是正常生物學功能和遺傳疾病（如癌症）發展的核心。使用高通量測序，由UNC醫學院Kenan傑出生物化學和生物物理學教授，生物學和基因組科學整合計劃成員以及UNC Lineberger綜合癌症中心成員William F. Marzluff博士領導的團隊對數百萬人進行了分析。 RNA鏈鑑定細胞降解組蛋白信使RNA（mRNA）的過程。研究結果發表在“分子細胞”雜誌上。
“使組蛋白mRNA的量正確並使其以正確的數量存在是非常關鍵的。細胞使用的主要機制之一是在DNA合成停止時迅速清除它們。細胞這樣做或染色質弄亂了。” Marzluff說。
組蛋白mRNA製造染色質的蛋白質成分，這些蛋白質與DNA一起形成細胞核中的染色體。與所有RNA一樣，它由核鹼基鏈，腺嘌呤，胞嘧啶，鳥嘌呤和尿嘧啶分子構成，提供“字母”。遺傳密碼。在mRNA中，稱為核醣體的分子機器讀取核苷酸的順序，並使用該信息組裝蛋白質。
細胞嚴格調節組蛋白mRNA的水平。在細胞繁殖期間，隨著DNA的複制，mRNA的水平增加35倍，並隨著細胞開始分裂而恢復到正常水平。儘管研究人員已經了解了從細胞中去除RNA的一些步驟，但Marzluff的團隊是第一個觀察整個過程的人。
Marzluff說：“在正確的時間降解RNA與製造RNA一樣重要。降解的調控與轉錄的調控相同。” “我們可以衡量它正在被降解的事實，現在我們已經找到了其中的所有中間產物。”
當一串尿苷分子被添加到分子的尾端時，組蛋白mRNA的降解就開始了。這一過程稱為寡尿酸化。這表明被稱為外泌體的蛋白質複合物開始降解mRNA。當外泌體失速時，添加另一條尿苷分子鏈以重新開始該過程。當外泌體的前進被附著在RNA上的核醣體阻斷以合成蛋白質時，Marzluff發現了證據，即稱為Dom34 / Hbs1的蛋白質複合物將核醣體與RNA分離，從而使外泌體再次繼續存在。重複這些過程，直到mRNA完全分解。“博士後研究員Mike Slevin博士開發了一種分離所有這些分子並對其進行測序的方法。JanPrins博士的研究生Josh Welch，
整個過程大約需要45分鐘才能完全降解組蛋白mRNA。使用高通量基因測序儀，Marzluff的團隊能夠量化具有尿尾的mRNA鏈的數量，並將其與不具有尿尾的mRNA進行比較，在整個過程中對分子進行計數以確定降解速率。
儘管這項研究僅針對一種類型的RNA，但Marzluff表示，他相信許多類型的RNA可能會發生相同或相似的過程。研究團隊的下一步是使用相同的技術來測量整個細胞中RNA的降解。Marzluff於1987年發表了有關組蛋白RNA降解的第一篇論文，並稱讚了新技術的發展-低成本高通量DNA測序-該技術對人類遺傳學具有快速的先進理解，使這項研究成為可能，從而使研究人員可以將目光投向大範圍。這種情況下的RNA數量“這些新型測序儀實際上正在發生的事情是，人們正在尋找使用相同技術來問不同類型問題的方法。這只是準備樣品以向機器問您想要的問題，”馬茲魯夫說。

【mRNA疫苗臨床試驗95％有效! mRNA疫苗會是COVID-19的救世主嗎？】：發表在新英格蘭醫學期刊（NEJM）上的兩篇論文提到【註1】，兩個mRNA疫苗臨床研究分別收案3萬多人與4萬多人，在打完疫苗之後的兩個月追蹤當中，施打疫苗讓COVID-19感染率減少了95%！【註3】
　　
在本文開始前，在此先簡述說明一下「分子生物學的中心法則」，建立對DNA、RNA、mRNA的基礎認識。
　　
■分子生物學的中心法則 (central dogma)(圖1)
用最簡單最直接的方式來描述的話，生物體的遺傳訊息是儲存在細胞核的DNA中，每次細胞分裂時，DNA可以複製自己 (replication)，因而確保每一代的細胞都帶有同樣數量的DNA。
　　
而當細胞需要表現某個基因時，會將DNA的訊息轉錄 (transcribe) 到RNA上頭，再由RNA轉譯 (translate) 到蛋白質，而由蛋白質執行身體所需要的功能。這也就是所謂的分子生物學的中心法則 (central dogma)。
　　
對於最終會製造成蛋白質的基因來說，RNA是扮演了中繼的角色，也就是說遺傳訊息本來儲存在 DNA 上頭，然後經過信使 RNA (messenger RNA, mRNA) 的接棒，最後在把這個訊息傳下去，製造出蛋白質。【註4】
　　
■冠狀病毒的基因組由RNA構成
RNA不如DNA穩定，複製過程容易出錯，因此一般RNA病毒的基因組都不大。但冠狀病毒鶴立雞群，基因組幾乎是其他RNA病毒的三倍長，是所有RNA病毒中最大、最複雜的種類。
　　
冠狀病毒還能以重組RNA的方式，相當頻繁地產生變異，但是基因組中位在最前端的RNA序列相對穩定，因為其中有掌控病毒蛋白酶與RNA聚合酶的基因，一旦發生變異，冠狀病毒很可能無法繼續繁衍。
　　
目前抗病毒藥物的研發策略之一，正是設法抑制病毒RNA複製酶（RdRp）。而最前端的RNA序列也是現階段以反轉錄聚合酶連鎖反應（RT-PCR）檢驗新冠病毒時鎖定的目標。中央研究院院士賴明詔表示，不同病毒的核酸序列當中還是有各自的獨特變異，正好用來區分是哪一種冠狀病毒。【註5】
　　
■SARS-CoV-2是具有3萬個鹼基的RNA病毒
中國科學院的《國家科學評論》（National Science Review）期刊【註2】，2020年3月發表《關於SARS-CoV-2的起源和持續進化》論文指出，現已發生149個突變點，並演化出L、S亞型。
　　
病毒會變異的原因可略分成兩種：
▶一是「自然演變」
冠狀病毒是RNA病毒，複製精準度不如DNA病毒精準度高，只要出現複製誤差，就是變異。
▶二是「演化壓力」
當病毒遇到抗體攻擊，就會想辦法朝有抗藥性的方向演變，找出生存之道。【註6】
　　
■mRNA 疫苗是一種新型預防傳染病的疫苗
近期，美國莫德納生物技術公司（Moderna）與輝瑞公司（Pfizer），皆相繼宣布其COVID-19 mRNA疫苗的研究成果。
　　
莫德納公司在2020年11月30日宣布他們的mRNA-1273疫苗在三期臨床試驗達到94.1％（p<0.0001）的超高保護力，受試者中約四成為高風險族群（患糖尿病或心臟病等），7000人為高齡族群（65歲以上），另也包含拉丁裔與非裔族群（報告中未提到亞洲裔）。
　　
傳統大藥廠輝瑞公司，亦在美國時間11月18日發佈令人振奮的新聞稿：他們的RNA疫苗（BNT162b2）三期臨床試驗已達設定終點，保護力高達95％（p<0.0001）。該試驗包含了4萬名受試者，其中約有四成受試者為中高齡族群（56～85歲），而亞洲裔受試者約占5％。
　　
■mRNA疫苗為什麼可以對抗病毒？
為什麼mRNA疫苗會有用？就讓我們先從疫苗的原理「讓白血球以為有外來入侵者談起」。
　　
在過往，疫苗策略大致上可分為兩種：
● 將病毒的屍體直接送入人體，如最早的天花疫苗（牛痘，cowpox）、小兒麻痺疫苗（沙克疫苗，polio vaccines）、肺結核疫苗（卡介苗，Bacillus Calmette-Guérin, BCG）以及流感疫苗等。
　
✎補正
卡介苗 BCG(Bacillus Calmette-Guerin vaccine) ：卡介苗是一種牛的分枝桿菌所製成的活性疫苗，經減毒後注入人體，可產生對結核病的抵抗力，一般對初期症候的預防效果約85％，主要可避免造成結核性腦膜炎等嚴重併發症。
　
▶以流感疫苗為例，科學家通常先讓病毒在雞胚胎大量繁殖後，再將其殺死，也有部分藥廠會再去除病毒屍體上的外套膜（envelope），進一步降低疫苗對人體可能產生的副作用後，再製成疫苗。
　　
● 將病毒的蛋白質面具，裝在另一隻無害的病毒上再送入人體，如伊波拉病毒（Ebola virus disease, EVD）疫苗等。
▶以伊波拉病毒疫苗為例，科學家會剪下伊波拉病毒特定的醣蛋白（glycoproteins）基因，置換入砲彈病毒（Rhabdoviridae）的基因組中，使砲彈病毒長出伊波拉病毒的醣蛋白面具。
　　
上述例子都是將致命病毒的部分殘肢送入人體，當病毒被樹突細胞（dendritic cells）或巨噬細胞（macrophages）等抗原呈現細胞（antigen-presenting cell, APC）吃掉後，再由細胞將病毒殘肢吐出給其他白血球，進而活化整個免疫系統，然而，mRNA疫苗採取了更奇詭的路數 - 「讓人體細胞自己生產病毒殘肢！」
　　
■mRNA 疫苗設計原理(圖2)
將人工設計好可轉譯出病毒蛋白質片段的mRNA，包裹於奈米脂質顆粒中，送入淋巴結組織內，奈米脂質顆粒會在細胞中釋出RNA，使人體細胞能自行產出病毒蛋白質片段，呈現給其他白血球，活化整個免疫系統。
　　
■mRNA疫苗設計流程(圖3)
1「科學家獲得病毒的全基因序列」
因社群媒體的發達、公衛專家、病毒研究者以及期刊編輯的努力，這次的COVID-19病毒序列很快的被發表；中國北京疾病管制局的研究團隊，挑選了九位患者，其中有八位，都有前往華南海鮮市場的病史，並從這些患者採取了呼吸道分泌物的檢體，運用次世代定序 (NGS，Next Generation Sequencing) 的方式，拼湊出新型冠狀病毒全部與部分的基因序列。並陸續將這些序列資料，提供給全世界的病毒研究者交互確認，修正序列的錯誤。
　　
2「解析病毒基因群裡所有的功能，選定目標蛋白質(Covid-19病毒棘蛋白質)」
以冠狀病毒為例，通常會選病毒表面的棘狀蛋白（spike protein）。因為棘蛋白分布於病毒表面，可作為白血球的辨識目標，同時病毒需透過棘蛋白和人體細胞受體（receptor）結合，進而撬開人體細胞，因此以病毒繁殖的策略而言，此處的蛋白質結構較穩定。
　　
3「製造要送入人體的mRNA，挑選出會製造棘蛋白的mRNA進行修飾」
挑選會轉譯（translation）出目標蛋白質的mRNA，並進行各項修飾，以提高該人工mRNA在細胞裡被轉譯成蛋白質的效率。如：輝瑞的mRNA疫苗（BNT162b1）選用甲基化（methylation）後的偽尿嘧啶（1-methyl-pseudouridine）取代mRNA裡的原始尿嘧啶（uracil, U），有助於提升mRNA的穩定性，並提高mRNA被轉譯成病毒棘蛋白的效率。
　　
4「將人工mRNA裹入特殊載體，將mRNA包裹入特殊載體顆粒中」
因為mRNA相當脆弱且容易被分解，因此需要對載體進行包裹和保護。然而，有了載體後，接踵而來的問題是「該怎麼送到正確的位置（淋巴結）？」。而輝瑞和莫德納不約而同地都選用了奈米脂質顆粒（lipid nanoparticles）包裹mRNA載體，奈米脂質顆粒通常由帶電荷的脂質（lipid）、膽固醇（cholesterol）或聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）修飾過的脂質等組成，可以保護RNA，並將mRNA送到抗原呈現細胞豐富的淋巴結組織。
　　
5「包覆mRNA的奈米脂質顆粒，注射在肌肉組織」
使其能循環到淋巴結，被淋巴結中的細胞吃掉。奈米脂質顆粒釋放出mRNA，使細胞產出病毒蛋白質片段，進而呈現給其他白血球並活化整個免疫系統。【註7】
　　
mRNA可將特定蛋白質的製造指示送至細胞核糖體（ribosomes）進行生產。mRNA 疫苗會將能製造新冠病毒棘狀蛋白的 mRNA 送至人體內，並不斷製造棘狀蛋白，藉此驅動免疫系統攻擊與記憶此類病毒蛋白，增加人體對新冠病毒的免疫力，最終 mRNA 將被細胞捨棄。
　　
值得注意的是，由於 mRNA 疫苗並無攜帶所有能製造新冠病毒的核酸（nucleic acid），且不會進入人體細胞核，所以施打疫苗無法使人感染新冠病毒。
　　
Pfizer、BioNTech 研發的 BNT162b2 是美國第 1 個取得 EUA 的 mRNA 疫苗，施打對象除成年人，還包含 16 歲以上非成年人。且相比 Moderna 製造的 mRNA-1273 疫苗，患者施打第 2 劑 BNT162b2 的副作用較輕微。
　　
Moderna 也不遑多讓，mRNA-1273 於 2020 年 12 月中取得 EUA，且具備在 -20°C 儲存超過 30 天的優勢。在臨床試驗中，使用 mRNA-1273 的 196 位受試者皆無演變成重度 COVID-19，相較安慰劑組中卻有 30 人最終被標為重度 COVID-19 患者。【註8】
　　
為了觸發免疫反應，許多疫苗會將一種減弱或滅活的細菌注入我們體內。mRNA疫苗並非如此。相反，該疫苗教會我們的細胞如何製造出一種蛋白質，甚至一種蛋白質片段，從而觸發我們體內的免疫反應。如果真正的病毒進入我們的身體，這種產生抗體的免疫反應可以保護我們免受感染。【註9】
　　
【Reference】
▶DNA的英文全名是Deoxyribonucleic acid，中文翻譯為【去氧核糖核酸】
▶RNA 的英文全名是 Ribonucleic acid，中文翻譯為【核糖核酸】。
　　
1.來源
➤➤資料
∎【註1】
Baden LR, El Sahly HM, Essink B, et al. Efficacy and Safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 Vaccine. N Engl J Med. 2020 Dec 30:NEJMoa2035389. doi: 10.1056/NEJMoa2035389. Epub ahead of print. PMID: 33378609; PMCID: PMC7787219.
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2035389
　　
Polack FP, Thomas SJ, Kitchin N, et al. Safety and Efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine. N Engl J Med. 2020 Dec 31;383(27):2603-2615. doi: 10.1056/NEJMoa2034577. Epub 2020 Dec 10. PMID: 33301246; PMCID: PMC7745181.
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2034577
　　
∎【註2】
Xiaoman Wei, Xiang Li, Jie Cui, Evolutionary perspectives on novel coronaviruses identified in pneumonia cases in China, National Science Review, Volume 7, Issue 2, February 2020, Pages 239–242, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa009
　　
∎【註3】
▶蘇一峰 醫師：https://www.facebook.com/bsbipoke
▶中時新聞網 「mRNA疫苗臨床試驗95％有效 醫：哪國搶到就能結束比賽」：
https://www.chinatimes.com/realtimenews/20210104004141-260405?chdtv
　　
∎【註4】
( 台大醫院 National Taiwan University Hospital-基因分子診斷實驗室)「DNA、RNA 以及蛋白質」：https://www.ntuh.gov.tw/gene-lab-mollab/Fpage.action?muid=4034&fid=3852
　　
∎【註5】
《科學人》粉絲團 - 「新冠病毒知多少？」：https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?id=4665
　　
∎【註6】
(報導者 The Reporter)【肺炎疫情關鍵問答】科學解惑 - 10個「為什麼」，看懂COVID-19病毒特性與防疫策略：https://www.twreporter.org/a/covid-19-ten-facts-ver-2
　　
∎【註7】
科學月刊 Science Monthly - 「讓免疫系統再次偉大！mRNA疫苗會是COVID-19的救世主嗎？」：https://www.scimonth.com.tw/tw/article/show.aspx?num=4823&page=1
　　
∎【註8】
GeneOnline 基因線上 「4 大 COVID-19 疫苗大解密！」 ：https://geneonline.news/index.php/2021/01/04/4-covid-vaccine/
　　
∎【註9】
(CDC)了解mRNA COVID-19疫苗
https://chinese.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/vaccines/different-vaccines/mrna.html
　　
➤➤照片
∎【註4】：
圖1、分子生物學中心法則
　　
∎【註7】：
圖2：mRNA 疫苗設計原理
圖3：mRNA 疫苗設計流程圖
　　
　　
2. 【國衛院論壇出版品 免費閱覽】
▶國家衛生研究院論壇出版品-電子書(PDF)-線上閱覽:
https://forum.nhri.org.tw/publications/
　　
3. 【國衛院論壇學術活動】
▶https://forum.nhri.org.tw/events/
　　
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