多變多巴胺——第十二部：當工作細胞DAN遇見新冠（上）直接攻擊
COVID-19患者經常表現出神經系統功能障礙，表明了新冠病毒(SARS-CoV-2)對神經細胞有影響。瑞典神經生理科學家甚至使用「新冠病毒如何折磨多巴胺能神經元」作為研究副標，來強調多巴胺能神經元，也就是我們所說的「工作細胞DAN」，在感染新冠病毒後引發炎症和衰老的狀態。在《多變多巴胺》系列文章的最後一部，就讓我們來聊聊這個近五年活躍在地球的呼吸道病毒，如何超越肺部與呼吸系統的傷害，重新思考這種狡猾的病毒是怎樣對大腦、對工作細胞DAN造成影響。
撰文｜A. H.
一場席捲全球的COVID-19大流行，留下的不只是咳嗽與發燒。許多康復者回報了令人不安的後遺症：腦霧、認知力下降、運動遲緩等這些揮之不去的陰影，是否暗示著新冠病毒悄悄地在我們的大腦中埋下了新的威脅？這場風暴，與我們大腦中勤奮的「工作細胞DAN」（多巴胺能神經元）之間，究竟上演了何種驚心動魄的交鋒？
早在疫情初期，科學家就懷疑新冠病毒的魔爪可能伸向了我們神經系統的深處。有理論推測，多巴胺合成途徑的改變可能參與新冠肺炎的病理生理學，病毒蛋白可能會模仿神經元溝通的關鍵角色（新冠病毒蛋白也類似突觸囊泡迴圈的重要蛋白質），甚至直接入侵且繁殖。如今，新興研究不再只是猜測，而是明確指出：新冠病毒正扮演著一個加速帕金森氏症 (Parkinson’s Disease, PD) 病程的潛伏角色。它發動了一場多管齊下的猛攻，對本就脆弱的多巴胺系統造成了實質損害。
然而，病毒究竟能否「直接」感染腦細胞？這個問題一直是科學界爭論的焦點。為了找出確切答案， Yang等人 (2024) 所發表的研究利用一項強大的生物技術，給出了決定性的證據。他們使用的祕密武器是人類多功能幹細胞 (human pluripotent stem cell, hPSC)，成功在實驗室中培養出人類的中腦多巴胺能神經元，上演了一場「病毒與神經元」的正面對決。
解密工具：hPSC變身為任何細胞的「大師」
在深入探討這場對決前，我們先來認識一下這個關鍵的研究工具：人類多功能幹細胞 (hPSC)。hPSC就像細胞界的「萬用積木」或「大師級幹細胞」，它擁有近乎無限的「自我更新」能力，可以分化、變身為人體中幾乎任何一種細胞，其中當然也包括我們這次的主角——工作細胞DAN。這項技術應用在多巴胺研究的價值在於：
- 多巴胺能神經元的生成：hPSC可分化產生多巴胺的神經元，這對於研究和可能治療帕金森氏症 (PD) 等神經退化性疾病至關重要。目前已成功地從hPSC中培育了中腦多巴胺能神經元，這些神經元可表現出多巴胺合成、釋放和再攝取等功能。
- 疾病建模：通過從hPSC創建多巴胺能神經元，科學家可在體外對PD等疾病進行建模，因此有助於科學家更好地瞭解疾病機制和開發新的治療策略。
- 再生醫學：hPSC衍生的多巴胺能神經元有望在產生多巴胺的神經元丟失情況下（如PD等疾病）進行細胞替代療法，將這些神經元移植到患者體內，恢復多巴胺水平並緩解症狀。
- 多巴胺訊號傳導研究：研究表明，多巴胺訊號傳導在調節各種幹細胞（包括hPSC）的功能中發揮作用，瞭解這些相互作用有助於開發炎症和神經退化性疾病新療法。
正是因為hPSC擁有這些強大的特性，Yang團隊才得以在實驗室中，精準地觀察新冠病毒對多巴胺能神經元的直接影響。若根據德國布倫瑞克工業大學生物資訊與生物化學研究所研究人員創建的BRENDA組織本體 (The BRENDA Tissue Ontology, BTO)，hPSC包括人類胚胎幹細胞 (human embryonic stem cell, hESC) 和人類誘導型多功能幹細胞 (human induced pluripotent stem cell, hiPSC)。它可以在培養物中無限地自我更新，同時保持能夠分化成人體中幾乎任何細胞類型的功能。由圖二可知，hPSC是多功能幹細胞的子類，和成體幹細胞與胚胎幹細胞是兄弟姊妹。
實驗室直擊：新冠對工作細胞DAN的「精準打擊」
Yang團隊的實驗設計相當巧妙。他們將實驗室培養出的「工作細胞DAN」暴露在新冠病毒的環境中。結果如何？透過先進的單細胞RNA定序 (scRNAseq) 技術，他們發現新冠不僅成功感染了多巴胺能神經元，還在其中大量複製，產生了新病毒。電子顯微鏡甚至捕捉到了病毒顆粒塞滿神經元內部的狀況。更關鍵的是，這場攻擊具有高度選擇性。在同樣的條件下，大腦皮質神經元 (cortex neuron) 卻能安然無恙，這力證了多巴胺能神經元存在著特定的「脆弱性」。研究進一步鎖定，大腦黑質區域最容易受到感染的細胞種類為「A9型多巴胺能神經元」(A9-DA neuron)，這與帕金森氏症患者腦中受損最嚴重的細胞類型不謀而合，類似於PD患者中受影響最嚴重的黑質A9神經元的脆弱性。
真實世界的證據：來自逝者大腦的警訊
實驗室的發現固然驚人，但真實人體內也是如此嗎？研究團隊分析了6名新冠逝者與3名對照組的大腦黑質樣本，結果發現在新冠逝者的大腦樣本中，不僅檢測到了病毒的RNA，其基因活動特徵也與實驗室中被感染的多巴胺能神經元高度一致。進行免疫染色法標定後更顯示，新冠病毒與多巴胺能神經元標記物緊密地「共存」於同一位置。
最引人注目的一項發現是，新冠逝者黑質區域的多巴胺能神經元密度，竟然呈現出與帕金森氏症患者相似的顯著減少。儘管有其他研究者（如Eidhof等人, 2024）提醒，目前尚難完全斷定這就是新冠感染的直接後果，但這項發現無疑敲響了一記警鐘。
從最初臨床觀察的蛛絲馬跡，到如今實驗室裡體外體內所驗證，無可辯駁的細胞證據（圖三），科學界終於證實了長久以來的懷疑：新冠病毒確實可以直接感染並摧毀大腦中脆弱的多巴胺能神經元。我們不得不承認，COVID-19疫情為研究「病毒與帕金森氏症」這個充滿爭議的古老問題提供了一個獨特而緊迫的機會。現在，我們握有了新冠直接攻擊多巴胺能神經元的確鑿證據，但這也引發了更深層的問題：這種攻擊的長期影響是什麼？背後所潛藏的病理機制，又將為帕金森氏症的研究與治療帶來哪些新的啟示與挑戰？（待續）
註釋
註一：多功能幹細胞於1961年首次被發現，代表了幹細胞和再生醫學的初步突破。綿羊多莉於 1997年被克隆，從基礎研究到臨床前研究，最後到臨床試驗的過渡是由許多發現和里程碑推動的。hPSC在研究和醫學中具有極高的價值，因為它們具有再生受損組織和治療各種疾病的潛力，它們可用於研究疾病機制、測試新藥，甚至開發基於細胞的療法等。hPSC技術的進步允許研究人類疾病相關細胞中的「宿主-病毒」相互作用。
註二：BRENDA 組織本體論(BTO)，該專案始於2003年，旨在酶資料庫的酶資料收集與組織和細胞類型結構化間建立聯繫，並開發來自每個分類組（包括動物、植物、真菌和原核生物）的所有組織術語的標準化表示。此本體被實驗室科學家、基因組和生化資料庫的管理者以及生物資訊學家廣泛使用。BTO:0006079: 定義「人類多能幹細胞。包括人類胚胎幹細胞和人類誘導性多能幹細胞。它能夠在培養條件下無限期地自我更新，同時保持分化成人體幾乎任何細胞類型的能力。」
參考文獻
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