一位超微構造研究者對現代醫學研究能做甚麼貢獻?

一個水晶體與水通道的故事

解剖科　羅武堃客座教授

　　我很高興去年十二月能到長庚大學擔任客座教授，這要特別感謝解剖學科柳文卿主任的邀約與安排。在這短短的一個月當中，我除了參與解剖學科的教學外，也很榮幸有機會對長庚大學的學 生及中央研究院的專家們發表兩次專題演講。在這些演講中，我有機會回顧一位超微構造研究者，參與現代醫學研究，能做甚麼貢獻。這也表述了我近三十年來的研究心路歷程。

　　我的研究主題，主要是眼球水晶體 ( 以下簡稱晶體 ) 超微結構及其細胞學功能之探討。很幸運地我在這一個題目上，從美國國家衛生署連續獲得了超過二十多年的研究經費。目前我新申請到五年研究經費，可以讓我繼續做到2012年 。

　　晶體是一個非常特別的器官，它缺乏血管及神經，其細胞型態單純，而且不會更新，是一種很適合做分化和老化研究的材料。因為晶體一定要維持透明才能提供聚焦的正常功能，一旦晶體不透明，白內障的情況就發生了。目前白內障並無有效的醫治方法，只能開刀切除。據估計，目前美國政府一年要花超過三十四億美元，治療老人的白內障疾病。因此，若有新的研究發現，使年老者延緩十至十五年的白內障發生，就能為美國政府一年節省十多億美元的開銷。

　　晶體本身並無血液及神經的供應支配，但仍會存活，顯然其細胞之間的溝通,得靠大量的隙裂接合 ( gap junction )，讓離子和小分子營養可以自由的流通，來維持晶體細胞的正常和透明。因此，早期(1975)的晶體研究便已經專注在隙裂接合超微構造和它的蛋白質的分析。在許多針對細胞膜與細胞接合的研究中發現，晶體上確實是有許多的隙裂接合和一個重要的膜蛋白叫 MIP26  ( Main Intrinsic Protein with 26-28kD molecular weight )。由於 MIP26 是一個穿膜蛋白 ( transmembrane protein )，其分子量等同於當時唯一所知的肝隙裂接合蛋白分子量，再者，以 MIP26 蛋白抗體對晶體做免疫標定，也顯示該類分子表現於晶體細胞形似隙裂接合的構造上。同時，加上一位哈佛醫學院隙裂接合的先驅，Daniel Goodenough，在1979年發表的重要文章中，也肯定 MIP26 為晶體隙裂接合的唯一蛋白質，因此，幾乎所有的晶體研究者從此都認為 MIP26 就是細胞隙裂接合的蛋白質。

　　但我在早期 ( 1980 ) 的超微結構研究中，就開始對晶體內大量的隙裂接合產生懷疑。我發現晶體細胞間的接合在超微結構上可以分為兩類，一類是thick junction，另一類是 thin junction。Thin junction 是呈正方形，並非六角形排列。因此，我在1984年發表的文章中，提出 thin junction 並非真正的細胞隙裂接合的看法 ( Lo and Harding ,1984 )。後來，MIP26 陸續被幾個實驗室證明是分佈在 thin junction 內 ( Zampighi et al , 1989 )。果然推翻了 MIP26 是隙裂接合的唯一蛋白質的說法。但是，當時還是沒人知道MIP26究竟是甚麼？為甚麼晶體細胞膜需要有那麼大量的 MIP26？

　　大約此時，有一位研究學者叫 Peter Agre，任職於美國約翰霍普金斯醫學院，他在紅血球的細胞膜上發現有一個 28kD 的蛋白，經常在污染他所探究的蛋白。Peter Agre 後來乾脆轉移他的目標去研究這個新細胞膜蛋白，而發現此蛋白可能和細胞膜通道有關 ( 1991 )。之後，當他得知晶體內存有大量未知功能的 MIP26 時，他便很快的鑽進晶體的研究，而發現這迷惑了晶體研究者將近20年寶貴光陰的 MIP26，竟然是一個新的水通道蛋白 ( aquaporin ) 的成員 ( 1995 )。有關 MIP26 的研究終於有了結論，此時最大的贏家卻是 Peter Agre，由於發現水通道在多種細胞上的功能，他在2003年獲得了諾貝爾化學獎。

　　至於起初無數研究者想探究晶體隙裂接合，和它的蛋白質的命運究竟又是如何呢？所幸之後除了超微結構研究證實，thick junctions 為晶體上的隙裂接合外，同時還陸續發現了三種不同的隙裂接合蛋白 ( connexins )。由於還有很多未解的問題，這將使基礎醫學的研究走向更深入的途徑。

　　總結，我對教學及研究具有相當的熱忱，因此，能有機會來到長庚大學與大家切磋及交換意見，感覺非常的榮幸和珍貴。最後，我要感謝宋欣錦老師 、柳文卿老師及內人在這篇短文上幫我做的中文表述。