112 年 國立成功大學臨床醫學研究所《生命科學》

本題考查 DNA 的鹼基互補配對規則。DNA 雙股螺旋結構中，腺嘌呤 (A) 總是與胸腺嘧啶 (T) 配對，鳥糞嘌呤 (G) 總是與胞嘧啶 (C) 配對。

(A) A = C：這表示腺嘌呤的數量等於胞嘧啶的數量，這不符合鹼基互補配對原則。
(B) A+T = G+C：這表示 (A+T) 的總數等於 (G+C) 的總數。根據鹼基互補配對，A 總是對應 T，G 總是對應 C。因此，單股 DNA 中 A 的數量不一定等於 T，G 的數量也不一定等於 C。

本題考查對「大流行病 (pandemic)」的定義。

(A) a viral disease that infects all humans：大流行病不一定會感染「所有」人類，而是指一種疾病在地理上廣泛傳播。
(B) a flu that kills more than one million people：雖然死亡人數眾多是嚴重疾病的特徵，但大流行病的定義著重於傳播範圍，而非特定死亡人數。

本題考查消化過程的共同特徵。消化是將大分子營養素分解為小分子，以便吸收。

(A) add a water molecule to break bonds：脂肪（三酸甘油酯）分解為脂肪酸和甘油，以及蛋白質分解為胺基酸，這兩個過程都是水解反應 (hydrolysis)。水解反應就是利用水分子來斷裂化學鍵。因此，這個選項是正確的。
(B) consume ATP：大多數消化過程是分解代謝，利用水解反應，而非需要消耗 ATP 來斷裂鍵結。ATP 的消耗通常與合成代謝或主動運輸有關。

本題考查發炎反應 (inflammatory response) 的參與者。發炎反應是身體對組織損傷或感染的一種保護性反應，旨在清除病原體、受損細胞及組織，並啟動修復過程。

(A) histamine：組織胺是一種重要的發炎介質，由肥大細胞 (mast cells) 和嗜鹼性球 (basophils) 釋放，引起血管擴張、通透性增加，產生紅、腫、熱、痛等症狀。
(B) cytokines：細胞激素是一類由免疫細胞分泌的信號分子，在發炎反應中扮演關鍵角色，調節免疫細胞的活化、增殖和分化，並影響發炎反應的強度和持續時間。
(C) B cells：B 細胞是適應性免疫系統的一部分，負責產生抗體。

本題考查靜止狀態下哺乳動物神經元細胞內外離子濃度差異，這是神經傳導的基礎。

神經元在靜止狀態下，細胞膜內外存在離子濃度梯度，由鈉鉀離子幫浦 (Na+/K+-ATPase) 和離子通道維持。

• 鉀離子 (K+): 靜止狀態下，神經元細胞內的 K+ 濃度遠高於細胞外。
• 鈉離子 (Na+): 靜止狀態下，神經元細胞外的 Na+ 濃度遠高於細胞內。

Long COVID，又稱後新冠後遺症 (Post-COVID Conditions)，是指部分人在感染 SARS-CoV-2 (導致 COVID-19 的病毒) 後，即使急性感染期已過，但仍持續出現一系列健康問題的狀況。這些症狀可能在感染後數週、數月甚至更長時間出現，且可能持續數週、數月或更久，甚至影響到患者的生活品質。

其特徵包括：

1. 症狀多樣性: Long COVID 的症狀非常廣泛，可能影響身體的各個系統，常見的包括：
   • 呼吸系統: 呼吸困難、咳嗽。
   • 心血管系統: 心悸、胸痛。
   • 神經系統: 疲勞、腦霧 (cognitive dysfunction，如記憶力減退、注意力不集中)、頭痛、睡眠障礙、頭暈。
   • 肌肉骨骼系統: 肌肉疼痛、關節疼痛。
   • 消化系統: 腹瀉、腹痛。
   • 心理健康: 焦慮、憂鬱。

mRNA 疫苗是一種利用信使核糖核酸 (messenger RNA, mRNA) 作為疫苗成分的新型疫苗技術。其原理是將編碼特定抗原 (通常是病毒的表面蛋白，例如 SARS-CoV-2 的棘蛋白) 的 mRNA 片段，包裹在脂質奈米顆粒 (lipid nanoparticles, LNPs) 中遞送到人體細胞內。

其作用機制如下：

1. 遞送 mRNA: 脂質奈米顆粒保護 mRNA 免受降解，並幫助其進入人體細胞，主要是肌肉細胞。
2. 蛋白質製造: 細胞內的核糖體會讀取 mRNA 的指令，合成出對應的抗原蛋白質。
3. 免疫反應啟動: 這些由人體細胞自行製造的抗原蛋白質會被呈現在細胞表面，被免疫系統識別為外來物質。接著，免疫系統會產生針對這些抗原的細胞免疫 (T 細胞反應) 和體液免疫 (B 細胞產生抗體)，從而建立對該病原體的免疫力。

CRISPR therapy 是一種利用 CRISPR-Cas9 (或相關的 CRISPR 系統) 基因編輯技術來治療疾病的方法。CRISPR-Cas9 系統最初是一種發現於細菌中的適應性免疫機制，科學家將其改造為一種強大而精確的工具，能夠在 DNA 的特定位置進行切割、插入、刪除或修改基因序列。

CRISPR-Cas9 系統的組成和作用:

1. Cas9 蛋白: 是一種核酸酶 (nuclease)，負責切割 DNA。
2. 引導 RNA (guide RNA, gRNA): 是一段由科學家設計的 RNA 分子，包含兩個部分：
   • CRISPR RNA (crRNA): 具有約 20 個核苷酸的序列，能與目標 DNA 序列互補配對，指導 Cas9 蛋白到達 DNA 的精確位置。
   • tracrRNA: 結合 Cas9 蛋白，並幫助 crRNA 與 Cas9 形成功能性的複合體。

當 gRNA 與目標 DNA 序列結合後，Cas9 蛋白會在目標位點附近切割雙股 DNA。細胞自身的 DNA 修復機制會隨後啟動，可以選擇性地進行以下修復：

• 非同源末端連接 (Non-homologous end joining, NHEJ): 是一種容易出錯的修復方式，常導致插入或缺失突變，可以用來「敲除」(knock out) 基因功能。
• 同源定向修復 (Homology-directed repair, HDR): 如果在切割位點附近提供一個 DNA 修復模板，細胞就可以利用這個模板來精確地插入、替換或修正 DNA 序列。

Single-cell sequencing (單細胞定序) 是一種先進的分子生物學技術，能夠對單個細胞的基因組、轉錄組、表觀基因組或蛋白質組進行定序和分析。相較於傳統的群體定序 (bulk sequencing)，它能夠揭示細胞之間的異質性 (heterogeneity)，解析細胞亞群的組成、功能和狀態，這對於理解複雜生物系統（如發育、疾病進程、腫瘤微環境等）至關重要。

主要技術類型:

1. 單細胞全基因組定序 (scWGS): 分析單個細胞的 DNA 變異，如單核苷酸多態性 (SNP)、拷貝數變異 (CNV) 等。
2. 單細胞轉錄組定序 (scRNA-seq): 分析單個細胞的 mRNA 含量，揭示其基因表達譜，用於識別不同的細胞類型、細胞狀態、發育軌跡等。這是目前最廣泛應用的一種單細胞定序技術。
3. 單細胞表觀基因組定序 (scATAC-seq, scChIP-seq 等): 分析單個細胞的 DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色質可及性等表觀遺傳信息。
4. 單細胞蛋白質組定序 (scProteomics): 分析單個細胞的蛋白質表達水平。

Immune escape (免疫逃逸) 是指病原體 (如病毒、細菌) 或癌細胞發展出能夠躲避或抑制宿主免疫系統偵測和清除機制的策略。這使得病原體能夠在體內持續存在和複製，或使癌細胞能夠逃脫免疫監視而生長和擴散。

病原體的免疫逃逸機制:

• 隱藏抗原: 某些病原體可以減少或改變其表面抗原的表達，使其不易被抗體或 T 細胞識別。例如，某些病毒會感染免疫細胞，使其無法正常工作。
• 干擾免疫信號: 病原體可以分泌抑制細胞因子 (如 IL-10) 的物質，或干擾宿主細胞上的免疫識別分子 (如 MHC 分子) 的表達，從而降低免疫細胞的活化。
• 誘導免疫耐受: 病原體可能通過與免疫細胞的特定相互作用，誘導免疫系統產生耐受，而非強烈的免疫反應。
• 快速變異: 病毒的基因組容易發生突變，導致其表面抗原不斷改變，使得先前產生的抗體或記憶 T 細胞無法有效識別，這就是所謂的「抗原漂移」(antigenic drift) 或「抗原轉移」(antigenic shift)。例如流感病毒和 HIV。

Metabolic syndrome (代謝症候群) 是一組相互關聯的代謝異常的集合，這些異常共同增加了罹患心血管疾病（如心臟病、中風）和第二型糖尿病的風險。它並非單一疾病，而是多個風險因素的組合。

診斷代謝症候群的標準可能因不同的醫學組織而略有差異，但通常包含以下五個主要組成部分中的至少三個：

1. 腹部肥胖 (Abdominal obesity): 腰圍過大，通常男性腰圍 ≥ 90 公分 (35.5 英吋)，女性腰圍 ≥ 80 公分 (31.5 英吋)（此數值可能因地區人種而異）。脂肪主要堆積在腹部。
2. 高血壓 (High blood pressure): 血壓 ≥ 130/85 毫米汞柱 (mmHg)，或正在接受降血壓藥物治療。
3. 高血糖 (High blood sugar): 空腹血糖 ≥ 100 毫克/分升 (mg/dL)，或正在接受治療糖尿病的藥物。
4. 高三酸甘油酯 (High triglycerides): 血清三酸甘油酯 ≥ 150 毫克/分升 (mg/dL)，或正在接受治療高三酸甘油酯的藥物。

Amyloid beta (Aβ)，中文常譯為類澱粉蛋白 β，是神經科學和阿茲海默症 (Alzheimer's disease, AD) 研究中的一個關鍵蛋白質片段。它是由一種稱為類澱粉前驅蛋白 (Amyloid Precursor Protein, APP) 的跨膜蛋白，經過酶促切割（分別由 β-分泌酶 BACE1 和 γ-分泌酶 presenilin 催化）後產生的一系列大小不等的胜肽，其中最常見的為 Aβ40 和 Aβ42。

在阿茲海默症中的作用:
在健康的腦部，Aβ 肽段可以被清除。然而，在阿茲海默症患者的大腦中，Aβ 的產生過多或清除不足，導致其在細胞外空間聚集，形成不溶性的寡聚體 (oligomers) 和纖維狀的斑塊 (plaques)，即「類澱粉斑塊」。

Aβ 斑塊被認為是阿茲海默症病理變化的標誌之一，並可能通過多種機制損害神經元：

1. 神經毒性: Aβ 的寡聚體形式尤其被認為具有神經毒性，它們可以干擾突觸功能，導致神經元興奮性改變，最終引發神經元死亡。

Warburg effect (瓦氏效應)，也稱為有氧糖酵解 (aerobic glycolysis)，是指癌細胞即使在氧氣充足的條件下，也傾向於以高代謝率進行糖酵解 (glycolysis)，將葡萄糖轉化為乳酸，而不是像正常細胞那樣主要依賴粒線體進行氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 來產生 ATP。

這個現象最早由德國生物化學家 Otto Warburg 在 1920 年代提出。他觀察到，與正常細胞相比，腫瘤細胞即使在有氧氣的情況下，也會分泌大量的乳酸。

Warburg effect 的特徵:

• 高糖酵解速率: 癌細胞的糖酵解速率遠高於正常細胞。
• 高乳酸生成: 即使在有氧條件下，葡萄糖代謝的主要產物也是乳酸，而不是進入克氏循環 (Krebs cycle) 和氧化磷酸化。
• ATP 產生效率降低: 相較於氧化磷酸化，糖酵解產生的 ATP 效率較低（每分子葡萄糖約產生 2 ATP，而氧化磷酸化可產生約 30-32 ATP）。

Oxidative phosphorylation (氧化磷酸化) 是細胞呼吸過程中產生 ATP 的主要途徑，也是能量產生效率最高的過程。它發生在真核細胞的粒線體內膜上，涉及到電子傳遞鏈 (electron transport chain, ETC) 和化學滲透 (chemiosmosis) 兩個緊密聯繫的步驟。

步驟一：電子傳遞鏈 (Electron Transport Chain, ETC)

• 電子來源: 主要來自於細胞呼吸的早期階段（如糖酵解、丙酮酸氧化、克氏循環）產生的還原型輔酶 NADH 和 FADH2。
• 電子傳遞: NADH 和 FADH2 將高能電子傳遞給 ETC 中的一系列蛋白質複合物（複合物 I-IV）和電子載體（如泛醌 Q 和細胞色素 c）。
• 質子泵浦: 在電子傳遞的過程中，能量被釋放出來，用於將質子 (H+) 從粒線體基質 (mitochondrial matrix) 泵送到粒線體膜間隙 (intermembrane space)。這在膜間隙積累了大量的質子，形成一個質子梯度（電化學梯度）。
• 電子終結: 電子最終被氧氣 (O2) 接受，與質子結合形成水 (H2O)。氧氣是 ETC 的最終電子接受者，因此稱為「氧化」磷酸化。

Immunotherapy (免疫療法) 是一種利用或增強人體自身免疫系統來對抗疾病（尤其是癌症和其他免疫相關疾病）的治療方法。其核心思想是，免疫系統本來就有識別和清除異常細胞（如癌細胞）和病原體的能力，通過適當的干預，可以讓這種能力得到更有效的發揮。

免疫療法的種類:

1. 免疫檢查點抑制劑 (Immune checkpoint inhibitors, ICIs):
   • 原理: 免疫系統的正常運作需要受到嚴格的調控，以防止其過度攻擊自身組織。免疫檢查點分子（如 PD-1, PD-L1, CTLA-4）就像免疫系統的「剎車」，當它們被激活時，會抑制 T 細胞的活性。癌細胞常常利用這些免疫檢查點來逃避免疫系統的攻擊。
   • 作用: 免疫檢查點抑制劑是單株抗體，它們可以阻斷這些免疫檢查點分子之間的結合，從而「解除剎車」，重新激活 T 細胞，讓它們能夠識別並殺死癌細胞。
   • 代表藥物: 如 pembrolizumab (Keytruda), nivolumab (Opdivo) 抑制 PD-1；atezolizumab (Tecentriq) 抑制 PD-L1；ipilimumab (Yervoy) 抑制 CTLA-4。
2. CAR-T 細胞療法 (Chimeric Antigen Receptor T-cell therapy):
   • 原理: 這是一種細胞療法。首先，從患者體內抽取 T 細胞，然後在實驗室中對這些 T 細胞進行基因工程改造，使其能夠表達一種嵌合抗原受體 (Chimeric Antigen Receptor, CAR)。這個 CAR 能夠特異性識別癌細胞表面的特定抗原。