109 年 國立成功大學臨床醫學研究所《生命科學》

此題主要探討人體能量的來源、儲存與轉換。

(a) 人體主要的能量生產物質是三大營養素：碳水化合物（醣類）、脂肪和蛋白質。其中，碳水化合物（如葡萄糖）是身體最主要的、最快速的能量來源，尤其是在劇烈運動時。脂肪是濃縮的能量儲存形式，提供長期的能量供應。蛋白質雖然也能提供能量，但其主要功能是作為結構和酵素，通常在其他能量來源不足時才被大量分解利用。

(b) 這些能量生產物質的儲存方式如下：

• 碳水化合物：主要以肝醣（glycogen）的形式儲存在肝臟和肌肉中。肝臟的肝醣可以釋放葡萄糖到血液中，維持血糖恆定；肌肉的肝醣則主要供肌肉本身運動時使用。
• 脂肪：主要以三酸甘油酯（triglycerides）的形式儲存在脂肪組織（adipose tissue）中，作為長期的能量儲備。脂肪組織遍布全身，是人體最大、最濃縮的能量儲存庫。
• 蛋白質：蛋白質主要以肌肉蛋白質的形式存在，嚴格來說，肌肉並非主要的能量儲存形式，而是動員儲備。在極端飢餓情況下，肌肉蛋白質會被分解為胺基酸，部分胺基酸可以通過糖質新生（gluconeogenesis）轉化為葡萄糖，或直接進入檸檬酸循環提供能量。

(c) 供人體細胞利用的生物能量形式主要是三磷酸腺苷（ATP, Adenosine Triphosphate）。ATP 是一種高能磷酸鹽化合物，其磷酸鍵斷裂時會釋放出能量，驅動細胞內的各種生理活動，如肌肉收縮、神經傳導、主動運輸、化學合成等。

此題主要探討病毒感染呼吸道時，人體細胞與體液免疫的反應，特別是針對曾接種流感疫苗的個體。

(a) 細胞性免疫反應 (Cellular Immune Response)：
當流感病毒感染呼吸道上皮細胞時，人體的細胞性免疫會啟動。由於該成人三個月前接種過流感疫苗，其體內已經存在針對該流感病毒株的記憶細胞（記憶 T 細胞和記憶 B 細胞）。

1. 抗原呈現 (Antigen Presentation)：被感染的呼吸道上皮細胞會將病毒的抗原片段（例如病毒的蛋白質）呈現在其細胞表面的 MHC class I 分子上。同時，抗原呈現細胞（APCs），如巨噬細胞和樹突狀細胞，也會吞噬病毒或受感染細胞的碎片，並將病毒抗原呈現在 MHC class I 和 MHC class II 分子上。
2. 細胞毒殺 T 細胞 (Cytotoxic T Lymphocytes, CTLs)：記憶性的細胞毒殺 T 細胞（CD8+ T cells）能夠識別呈現在 MHC class I 分子上的病毒抗原。一旦識別，這些記憶 T 細胞會被活化，快速增殖並分化為效應 CTLs。效應 CTLs 會尋找並殺死所有呈現該病毒抗原的受感染細胞，通過釋放穿孔素（perforin）和顆粒酶（granzymes），誘導受感染細胞凋亡（apoptosis），從而清除病毒感染的細胞。
3. 輔助 T 細胞 (Helper T Cells, Th cells)：記憶性的輔助 T 細胞（CD4+ T cells）能夠識別呈現在 MHC class II 分子上的病毒抗原。活化的輔助 T 細胞會分泌細胞激素（cytokines），協助活化 B 細胞產生抗體，並增強 CTLs 和巨噬細胞的功能。

此題探討愛滋病（AIDS）患者罹患癌症的風險增加，且免疫系統無法有效控制癌症發展的原因，特別是與非 HIV 病毒感染的關聯。

(a) 愛滋病患者罹患癌症風險增加的原因：
愛滋病（AIDS）是由人類免疫缺乏病毒（HIV）感染引起的。HIV 主要攻擊 CD4+ T 細胞（輔助 T 細胞），導致免疫系統嚴重缺陷，特別是細胞免疫功能的喪失。

1. 免疫監視 (Immune Surveillance) 的喪失：健康的免疫系統能夠持續監視體內出現的異常細胞，包括癌前細胞和早期癌細胞，並將其清除。這種功能依賴於細胞毒殺 T 細胞（CTLs）和自然殺手細胞（NK cells）。在 AIDS 患者中，CD4+ T 細胞數量極低，這會嚴重削弱 T 細胞的活化和協調能力，包括對 CTLs 的支援。NK 細胞的功能也可能受損。因此，免疫系統監視和清除癌細胞的能力大大降低。
2. 病毒感染的致癌作用：許多病毒感染是癌症的重要誘因。例如，人類乳突病毒（HPV）與子宮頸癌、肛門癌等相關；EB 病毒（EBV）與某些淋巴瘤、鼻咽癌相關；B 型肝炎病毒（HBV）和 C 型肝炎病毒（HCV）與肝癌相關；人類疱疹病毒 8 型（HHV-8）與卡波西氏肉瘤（Kaposi's sarcoma）相關。在免疫功能正常的個體中，免疫系統能夠在一定程度上抑制或清除這些病毒的感染，從而降低癌症風險。然而，在 AIDS 患者免疫力低下時，這些病毒更容易持續感染、大量複製，其致癌蛋白（oncogenic proteins）會干擾細胞的正常生長調控，促進細胞轉化和腫瘤形成。
3. 慢性發炎 (Chronic Inflammation)：病毒感染和免疫缺陷常常伴隨慢性發炎。長期的發炎環境可能促進細胞增殖、抑制細胞凋亡，並產生促進腫瘤生長的因子，進一步助長癌症發展。

(b) 免疫細胞無法有效控制癌症發展的原因：
在 AIDS 患者中，即使存在一些抗腫瘤免疫反應，但其整體免疫系統的嚴重缺陷導致這些反應不足以有效控制癌症。

此題要求定義並解釋五個生物學術語。

(a) 內吞噬體-溶酶體 (Endolysosome)：
內吞噬體-溶酶體（endolysosome）是細胞內吞作用（endocytosis）和溶酶體（lysosome）融合過程中的一個過渡性細胞器。當細胞通過內吞作用將細胞外物質（如蛋白質、病原體、細胞碎片）包裹進入細胞內形成內吞泡（endocytic vesicle）後，這些內吞泡會與早期的內體（endosome）融合，並逐漸成熟為晚期內體（late endosome）。晚期內體接著會與溶酶體融合，形成內吞噬體-溶酶體。在此階段，溶酶體的酸性水解酶（acid hydrolases）和質子泵（proton pumps）開始作用，將內吞泡內的物質進行降解和消化。因此，內吞噬體-溶酶體是細胞消化外來物質或細胞內自身成分（通過自噬，autophagy）的重要場所。

(b) 活性氧類 (Reactive Oxygen Species, ROS)：
活性氧類（ROS）是一類包含氧原子的不穩定、化學反應性極強的分子。它們是細胞正常代謝過程（如粒線體呼吸鏈電子傳遞）的副產物，也可以由細胞外的刺激（如輻射、發炎、某些藥物）產生。常見的 ROS 包括超氧陰離子自由基（superoxide anion radical, $O_2^•-$）、過氧化氫（hydrogen peroxide, $H_2O_2$）和氫氧自由基（hydroxyl radical, $OH^•$）。雖然 ROS 在細胞信號傳導中具有重要作用（稱為氧化信號），但過量的 ROS 會對細胞造成氧化損傷（oxidative stress），損害 DNA、蛋白質、脂質等生物大分子，導致細胞功能障礙、老化甚至死亡，並與多種疾病（如癌症、神經退化性疾病、心血管疾病）的發生有關。細胞內有精密的抗氧化系統來清除過量的 ROS。

(c) 類澱粉沉積 (Amyloid Deposition)：
類澱粉沉積是指一種或多種可溶性蛋白質在體內異常折疊，形成不溶性的、β摺疊片層結構（β-pleated sheet）的纖維狀沉積物，這些沉積物被稱為類澱粉纖維（amyloid fibrils）。這些纖維會在細胞外或細胞內積聚，形成斑塊（plaques）或纖維束，損害組織和器官的功能。