科學人觀點

牽一「骨」而動全身

2020-08-01 曾志朗、影像來源:曾志朗
骨骼生物學的研究,顛覆了傳統觀點,說明骨骼並非只是類似身體支架的礦化物,經由造骨細胞分泌的骨鈣化素,可以連結、活化全身器官,預防肥胖,促進運動機能,更能提高記憶力,成為最強的抗老物質。


2019新冠病毒(Covid-19)疫情自1月底爆發,幾個月內就把世界各地人們的生活型態攪得天翻地覆。政治、經濟、交通、教育,以及各式各樣的文化活動都亂了套。人與人之間的往來與交流,也因為社交距離的約束而變得微妙。社交距離的規範,對我個人而言,在生活型態上確實必須做很多調適。國際學術研討會和演講盡數取消,所有出國行程中止;國內校園進出管制,行動局限,研究團隊之間的討論只能靠視訊。最糟的是學校的游泳館關閉了,體育館也暫不開放。不能游泳,也沒有羽球場可以舉拍、擊球和跳殺揮汗,簡直成了四肢不勤、筋骨不動的礦物,為了不讓肥肉增生,血壓高升,只好走路去!


走路有益健康,已經是運動科學和神經醫學研究上,一再證實的結果。以往我喜歡不停彈跳、彎腰、翻身、前進、後退等多樣變化的運動,對安安靜靜一步一步往前走路或跑步,敬而遠之。但受制於疫情,也只好退而求其次了,每天在住家附近的廣場公園走路40分鐘,從春天仍微涼的近午開始走,走到入夏後,實在太熱了,就改為一大清早走。走完滿身大汗,稍事擦拭清潔後,開始進研究室工作,成為我新近的作息。誰會知道,幾個月走下來,我體重下降,身體結實許多,以往起伏不定的血壓也維持良好,甚至精神狀態也好像恢復了些許年輕時的活潑。


對於走路幾個月就能有如此立竿見影的成效,我確實感到驚奇。但這是我個人的表現,可能只是巧合的個案,能否概推到一般人身上,成為科學的定律,是必須加以斟酌的,尤其在因果關係的推論上,如果沒有核心的生理機制,很難有說服力。我開始關心走路運動如何會促進身體健康的問題,也開始留意周遭愛好走路的人。


這幾年我經常在校園碰到某科技公司的創辦人和太太,夫婦兩人每天不間斷的沿著校園走好幾圈。和我共同主持電台科普節目的廣播人,走路和騎腳踏車上下班,每次錄音時總會展示手上的計步器,對我宣揚日走萬步的好處多多。最有趣的是有次我正在廣場走路,巧遇一位「老」朋友,是位退休的工程系教授。但見他全身挺直,背靠著廊道的牆壁,一動也不動。看我走過,他放鬆身軀和我閒聊幾句,鼓勵我走路很好,而且走完最好來個「靠牆站」,矯正剛剛走路歪斜的骨架,可以促進骨骼分泌抗老化激素,以刺激神經傳輸、血管流動、肌肉強化。講完他又回去認真的「靠牆站」了。每個人對運動各有一套論述和信念,但唯有找到理論的核心基礎,才能對個別現象背後的規律有所了解和著墨,我的好奇心直到不久前看到《衛報》的一篇骨鈣化素(osteocalcin)和抗老關係的文章,才有了滿意的答案!



(Riccardo Cova iStock)


花了一個上午,我把相關的文獻大致研讀一遍,尤其看到2018年3月份《自然評論.內分泌學》一篇有關骨鈣化素在腦神經運作所扮演的角色的文章,回顧了內分泌的發展到認知能力因老化而衰退的種種實驗研究,不得不讓我拍案叫絕!20多年來對骨骼的研究結果,顛覆了傳統和世俗的看法,說明骨骼並非只是類似身體支架的礦化物,經由造骨細胞分泌的骨鈣化素,可以連結、活化全身器官,預防肥胖,促進運動機能,更能提高記憶力,成為最強的抗老物質。


從這篇回顧論文中,我仔細研讀追尋這骨鈣化素研究的起源和其發展的經過,對領導這個研究的主持人美國哥倫比亞大學的卡森提(Gerard Karsenty)教授佩服得五體投地。1990年代卡森提還是個年輕教授,他突發奇想,認為骨骼是個不停發展的器官,造骨細胞所分泌的蛋白(骨鈣化素)應該有助長骨骼的作用,就以當年正在發展的基因剔除技術,剔除實驗老鼠的骨鈣化素,以為可以抑止實驗鼠的骨骼的成長。但結果並不如他的想像,實驗鼠的骨骼和控制組老鼠長得一樣好,實驗失敗了!


卡森提失望卻沒有放棄,做為實驗者,他每天都很貼近他的實驗老鼠。他觀察到缺乏骨鈣化素的實驗鼠有個共同點,都有糖尿病,而且記憶變差了,對很多新的學習,學過就忘。這個觀察所帶來的領悟,帶動了之後一系列的實驗,包括2007年他和團隊發表了第一篇撼動學界的骨鈣化素研究,說明生長的骨骼以骨鈣化素連結身體各器官,影響新陳代謝,所以欠缺骨鈣化素的實驗老鼠才會罹患糖尿病。


骨鈣化素和新陳代謝的關聯性,讓研究者的眼光專注在骨骼的功能上,明尼蘇達州梅約醫院的柯斯拉(Sundeep Khosla)因此發現了骨骼外圍的蝕骨細胞有另一組激素DPP4,可以調節體內葡萄糖的平衡,彌補現有降糖藥只降血糖卻無法延緩胰島細胞耗竭的副作用。


卡森提的骨鈣化素研究,也引起同校的諾貝爾生醫獎得主坎德爾的注意。以神經突觸研究解開海蝸牛學習與記憶機制之謎的坎德爾,這些年致力於記憶和老化的研究。不同於阿茲海默症的記憶障礙源於海馬回底部,因老化而產生記憶衰退,則來自於海馬的齒狀回。除此之外,坎德爾的團隊在2013年的研究發現,RbAp48蛋白會隨著年紀增長而下降,而它是造成老人記憶衰退的關鍵因素,和阿茲海默症患者的記憶喪失,屬於兩種不同的生化歷程。坎德爾的團隊之後和卡提森合作,發現RbAp48控制著骨鈣化素中的BDNF和GPR158兩種蛋白的表現,證實RbAp48和骨鈣化素的關聯性。研究者指出,適度運動(例如走路)可以觸發骨鈣化素釋放,促使骨鈣化素隨著身體來到大腦,與RbAp48蛋白相互作用,將有助於延緩記憶的衰退。這篇論文發表在2018年的《細胞.報告》。


卡森提的研究團隊再接再厲,在2019年的《細胞.代謝》再度大膽提出一個顛覆傳統觀念的研究,這篇論文指出,當人們面臨壓力或遇見危險時,決定身體戰鬥或逃跑的關鍵並非腎上腺素,而是骨鈣化素!10幾年來,世界各地的研究者都在自己的實驗室中,一再證實卡森提的理論和重複他的實驗證據。總的來說,卡森提和他的團隊所展示的就是最典型的「失敗為成功之母」的科研境界!當然,卡森提的「激進」理論也並非一帆風順,最近兩篇發表在《科學公共圖書館.遺傳學》的論文就向他提出挑戰,指出剔除骨鈣化素的小鼠,生育能力和葡萄糖代謝並未受到影響。


讀完這一系列骨骼生物學的研究,讓我體會「牽一『骨』而動全身」的道理。生命體是個互動的複雜系統,所有器官經由網絡的聯結,其觸角都會延伸到所有局部生物活性單位及各個次系統。骨骼是生長和老化的指標,在遠古演化的過程中,得以倖存,靠的是走得動才能外出覓食,跑得快才能逃脫掠食動物來襲,而記得住食物所在才能求得溫飽。骨骼傳遞訊息到身體各處器官的重要性,自不待言。在這些研究中,我真的學到了生命體相互交融的意義,其秘密就在這號稱「最強的回春物質」!我忍不住分享給我的研究團隊,鼓勵他們務必抽出時間好好研讀,而這些研究的發現和質疑也確實提醒我們,唯有科學方法才能讓我們想像那從未想過的可能性,和透視那原來看不見的事實:無論是探討骨骼之於內分泌,或是小腦之於大腦的關係!


知難行易,從今風雨無阻,日日必走萬步,增加骨鈣化素。待疫情過後,羽球場上再顯身手,後場跳殺必然無礙!走,走,走!


# 關鍵字:科學人觀點生物學其他
更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人