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當歸可望防PM2.5病變 中山大學研究揚名國際
發佈日期 : 2017-10-02
當歸補血行氣係金A!《本草綱目》中記載「當歸」可以「和血補血」,國立中山大學化學系助理教授王家蓁研究團隊首度以科學方法證實「幾千年來老祖宗的智慧不是隨便說說」,她發現當歸中的一種活性成分「苯酞類化合物」確實能調節並提升血液輸送氧氣的功效,研究成果已獲國際知名期刊《Scientific Reports》刊登,未來經由動物與人體實驗,可望應用於開發PM2.5預防醫學。

本研究起因於王家蓁一次在吃「當歸麵線」時的靈光乍現,「大家都聽說過當歸可以補血行氣,那時我就想說這是真的嗎?」秉持追根究柢的精神,王家蓁回到實驗室即投入當歸對血液影響的研究,她將當歸萃取液滴入人體血液進行體外實驗觀察,透過共振拉曼光譜、血氧平衡實驗及蛋白質理論計算模擬,歷時三年半,終於證實當歸中的一種活性物質,對於血液中負責輸送氧氣的主角─血紅蛋白(又稱血紅素)確實有調控其分子結構的作用,並藉此提升血液釋放氧氣到組織細胞的功效。

「這是全球首次以科學方法由分子層級證實當歸真的可以『補血行氣』」,王家蓁表示,當歸被人類使用已有千年歷史,此研究終於證實其能補充血液功能,促使氧氣行於週身器官細胞。將持續進行動物、臨床實驗及安全劑量等測試,未來將可望開發新藥物或預防醫學,應用於各類與缺氧相關的重大疾病,包括心血管疾病、腦神經退化性疾病(如阿茲海默症)及癌症等。

身兼中山大學氣膠科學研究中心主任的王家蓁指出,根據衛福部106年6月公布的最新台灣十大死因中,有高達7項疾病皆與PM2.5暴露相關,研發相關預防方法刻不容緩。各項與PM2.5相關的疾病中,慢性阻塞性肺病(COPD)是很容易被輕忽的肺部疾病,卻高居全球人類死因的第3名。近來已有研究發現每天多增加10 μg/m3的PM2.5暴露量會增加2.5% COPD致死率。王家蓁說,當肺部發生阻塞時,氧氣及二氧化碳在受損的肺泡中進行氣體交換的效率也會降低,導致無法吸入足夠的氧氣維持身體正常運作,細胞及組織缺氧是伴隨COPD發生的必然結果。 因此,「找出有效方法提升血液氧氣輸送及釋放效率」是可能幫助預防或緩衝PM2.5對全身各器官組織造成衝擊甚至病變的策略之一。

本次有關當歸中活性物質對血液功能影響的研究成果,未來可望應用於開發PM2.5預防醫學。由王家蓁主導的中山大學氣膠科學研究中心團隊,目前正與國內醫療體系和國外研究單位攜手合作,積極開發能夠降低PM2.5導致的各種重大疾病的新藥物和預防方法。

【附錄】
人類生命之得以維繫,完全仰賴於是否有足夠的氧氣能夠順利輸送至全身各器官及組織細胞,使他們得以正常發揮應有的生物功能。一旦細胞發生缺氧(cellular hypoxia),輕則導致生物功能失調及各種病變衍生,重則可能在極短時間內因缺氧窒息而導致死亡。在人體中負責扮演氧氣運送的關鍵主角就是血液中的血紅蛋白(又稱血紅素)。

王家蓁表示,血紅蛋白是大自然賦予人類維繫生命運作之內建高度精密的分子機器。血紅蛋白是由兩個α球蛋白單體、兩個β球蛋白單體所組成的四聚體。人體內氧氣的輸送及釋放即是透過血紅蛋白這四個球蛋白單體間的協同作用及其對應的分子構型來完成。我們呼吸時,微觀下的血紅蛋白分子其實也在呼吸,透過兩種不同血紅蛋白構型─包括鬆弛態 (relaxed, R state) 及緊張態 (tense, T state) 之間的轉換,血紅蛋白可以行使攜帶或釋放氧氣的任務。

血紅蛋白可說是科學家最早開始研究的蛋白質之一,分子生物學家Max. Perutz教授早在1962年就因首先解析出血紅蛋白的結構而獲頒諾貝爾化學獎的殊榮。但除了血紅蛋白本身之外,人體內還有一種重要化學成分,2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG) 在紅血球內扮演異構調控因子(allosteric modulator)的角色,可以輔助血紅蛋白在適當時機將氧氣釋放給各器官及組織細胞。然而,隨著年紀增長,人體內合成2,3-BPG的效率會逐漸降低,導致血紅蛋白釋放氧氣的效率逐漸下降。

王家蓁研究團隊歷經3年半時間,利用共振拉曼光譜首先證實當歸萃取物對於血紅蛋白具有顯著異構調控的效應,能夠將血紅蛋白穩定於低氧親和力而較容易釋放氧氣的構型狀態。經過抽絲剝繭找出當歸中的可能活性物質,再利用血氧平衡實驗,確認血紅蛋白的生物功能指標─對氧親和力確實有規則性地受到當歸中所富含的該類活性物質之有效調控。為了掌握這些活性成分之所以能夠有效調控血紅蛋白結構及功能的分子機制,王家蓁研究團隊進一步利用蛋白質理論計算模擬找出血紅蛋白受到當歸活性物質調控的活性位點,並進而推衍出一過去從未被提出的血紅蛋白異構調控可能機制。
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