黃韻如老師專訪| Cancer Science Institute of Singapore

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現職
新加坡國立大學癌症科學研究中心
Principal Associate
新加坡國立大學醫院婦產科婦癌部門 醫師

研究專長
上皮細胞可塑性對於癌細胞「幹細胞特性」 與腫瘤生長及轉移的重要性。


本月份專訪,我們請到新加坡大學的黃韻如老師和我們分享她的學思歷程,身兼研究與臨床醫師的視野,為我們剖析了目前癌症轉移在轉譯醫學上的進展與見解。雖然身處新加坡,但卻掛念著並鼓勵台灣年輕的科學家,透過本期的報導,希望能讓讀者有不一樣的思考角度。

對科學的興趣從來沒有遠離

回想小學六年級時,第一次參加科展,當時的題目是不同濃度的醋酸對於蛋殼的影響,就這樣把蛋殼放進裝入不同濃度醋酸的燒杯,觀察了好幾天,現在回想起來覺得好天真,在當時沒想到竟然還會獲獎,這或許可以解釋國中在數理資優班時,為什麼最喜歡的是化學課滴定的實驗。上了高中,第一次代表北一女參加生物競賽,還可以回想起當時穿著好像跑馬拉松有著號碼的背心,辛苦一關一關跑台的模樣。大學期間,在基礎醫學科目中最喜歡的是胚胎學,同學都笑我不在六學分的生化考試花時間,居然把只有一學分的胚胎學讀得很仔細,也開始發現自己蠻喜歡型態學的東西,大概也可以解釋為什麼後來博士班會去念解剖所。後來大四有機會進入一位眼科醫師的實驗室,第一次學習如何養細胞,就是從那種養壞無傷大雅、汙染也不會心痛的纖維母細胞(fibroblasts)開始,建立實驗操作的信心。以上大概就是我從小接觸科學的經歷,我一直都對動手做實驗有興趣,但其實我在下決心要投入科學研究這件事上算是晚熟的,並不像一些同學大學一進來就清楚自己要走的是科學研究的路,我是一直到真正進入臨床才開始明白自己喜歡的是什麼。

不用想太多:一片熱忱、一位Mentor

很多人傻傻地跟著大家的路走,到頭來或許會後悔。但我很幸運地是因此而找到自己真正的興趣。在台大住院醫師訓練的過程中,身邊的學長姐每個都唸博士,自己當時沒想太多,也單純地認為拿博士學位是自己職業的必經過程。記得在R3那年,2002年,我的老師謝長堯教授和法國居禮研究所(Insitute Curie)在台北舉辦一個小型的台法雙邊交流學術研討會,當時被吩咐幫大教授顧場子、招待外賓,卻因此機緣地認識了我後來博士後的指導教授Jean Paul Thiery。由於當時我正在準備博士班考試,與他開始聊起最近在唸關於細胞如何黏附(adhesion)與移動的章節,因為當時自己對這個領域感到很有熱忱,就把正在讀的教科書拿給他看,Jean Paul Thiery 馬上指著書上的一張圖說那是他實驗室發現的,一張描述纖維母細胞在細胞外間質 (Extracellular Matrix, ECM)上爬行,細胞的邊緣出現(Lamellipodia)的型態。Jean Paul Thiery是一位個子嬌小的法國人,很喜歡說話,當晚研討會結束,與他們同行到淡水漁人碼頭,你能想像在那麼浪漫的地方,Jean Paul Thiery 竟然滔滔不絕地和我講了從細胞黏附(cell adhesion)開始、一個又一個的細胞生物學基本觀念。當時我才發現除了自己讀書,好像從來沒有人會跟我談這些,更何況是出自一位大師在耳邊親自口述!後來,有一天接到 Jean Paul 的郵件,他寄給我那一篇2002年發表在Nature Reviews of Cancer 關於上皮-間葉細胞轉化 (Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT)在上皮細胞癌(Carcinoma)發展過程角色的回顧文章(Review)(Thiery JP, Epithelial-mesenchymal transitions in tumour progression. Nat Rev Cancer. 2002 Jun;2(6):442-54.)。當時我收到時文章還尚未發表,他告訴我說如果對cell adhesion 有興趣可以讓我先睹為快。這篇文章讓我非常地著迷,埋下我研究生涯的第一顆種子。在婦產科R3那年做了很多文獻搜尋,發現似乎EMT大多都是在乳癌的研究,在婦癌並沒有太多的著墨,於是便開始和學長討論著手EMT在婦癌的研究,跟Jean Paul 就開始維持電郵討論的關係。你能想像我的研究生涯就從漁人碼頭那晚開始嗎?

新加坡其實是一堆因緣際會的結果

順利考上台大解剖所後,當時為了能夠去法國跟Jean Paul Thiery學習,自己和國際交流辦事處的組長接洽,從無到有跑了一堆公文開始接洽申請雙聯學位(Double degree),當時台大跟Jean Paul所屬的巴黎第十一大學還沒有雙邊交流,要談雙聯學位台大得先和巴黎第十一大學從簽署合作備忘錄開始。在繁瑣的一年文件申請工作後,(跟法國行政部門打過交道的人,就會知道繁瑣的意思),台大跟巴黎第十一大終於同意我的雙聯學位申請。但是人的計畫總是趕不上變化,有一天晚上我正在做細胞培養的實驗,接到一通來自法國的國際電話,沒錯就是Jean Paul打來的,他劈頭就說他即將離開法國要搬到亞洲,當時他還神祕兮兮地未透露他將到亞洲的哪個地方。我在電話這一頭開始測想並追問是否要去的地方是新加坡,接著我只花了不到十秒鐘考慮,在那通電話裡直接答應要加入新加坡他正在張羅的新實驗室。就這樣意外地,放棄了我費九牛二虎之力談好的的雙聯學位,改變計畫,完成在台大的博士學位後,奔赴新加坡開始博士後研究。因此新加坡其實從來就不在我的地圖上,當初只是想追隨自己熱衷領域的一位大師,如此簡單而已。

身為一位研究型醫師的辛苦之處

很多人會有疑問,身兼臨床醫師,在繁忙的門診、手術之餘,如何有多的時間專心從事研究工作?在新加坡,臨床和研究醫師的工作分得很清楚,像我自己就是20%的臨床,其他80%都是放在研究工作,所以事實上,我的生活還挺平衡的。回想當初在台灣,其實臨床醫師工作非常的辛苦,要會的事情很多、要做得事情不少,所謂研究型主治醫師的定義還很模糊。除了要臨床跟研究兼顧在時間上要蠟燭兩頭燒之外,但我認為最大的問題還是在於研究氛圍,在當時,會收研究型臨床醫師的實驗室就是固定的那幾間,很多都是近親繁殖,大家的題目都有似曾相似的影子。我的領域在當時並不熱門,台灣根本沒有人在做EMT,我找不到人可以討論、指導,而又必須在有限時間之內有效率地完成計畫,其實這才是最辛苦的地方。那時候,才發現研究工作好孤獨,自己的思緒找不到能對話的窗口。但也就在最孤獨辛苦的時候,建立了紮實的基本功。就跟外科醫師縫合練綁線是基本功一樣,西方墨點法、顯微鏡的操作等等,也是基本功。自己時常晚上下班就關在顯微鏡室觀察細胞黏附交界處(adhesion junction)的免疫螢光染色(immunofluorescence staining)型態,一關就是三、四個小時,我找不到對話出口的思緒,被轉化成用我的眼睛來找尋答案,紮實的訓練層面在當時孤獨的研究氛圍裡被突顯,現在回想起來倒覺得受益很大,很慶幸自己走過那一段,那是讓思緒蒸餾之後結晶(distill then crystalize)的一段歷程。

新加坡與台灣的差別:讓你更置身世界

對於一個考慮前往新加坡的基礎科學或是醫學院的學生,新加坡有什麼樣的優點與缺點?在新加坡,平均每天收到至少五到六封各式各樣的演講、研討會訊息,所有領域的大師、學者交流相對透明且頻繁,我2007年剛來新加坡時對此很興奮,覺得到了學術研究的天堂,但後來發現如果把時間都花在參加活動,自己的研究都不用做了,所以就會開始挑演講聽。這些小型的研討會,常常都能與大師近身接觸,會讓我覺得其實自己好像離他們並不遙遠,自己就置身在世界的潮流當中。在這裡,與我之前在台灣經驗很不同的是有快速建立研究網絡(Research Network)的機會,你每天和國際級的學者見面討論自然就會有很多合作的機會。像是發現LGR5 positive大腸幹細胞的Nick Barker,他的實驗室就在新加坡,他的實驗室開始追蹤LGR5 positive的卵巢幹細胞,我們因此一拍即合,而在2014年有共同發表登在Nature Cell Biology的機會。一個合作,通常就會帶來下一個合作,研究網絡就會很快被打開。然而,缺點是新加坡本地的年輕學生其實比較現實會計算,他們會去評估投資一個碩、博士學位可以反映在薪資所得上的報酬,真正對於學術純粹有熱情的大多是來自馬來西亞,中國或是印度的學生。所以事實上,新加坡對於台灣學生會是一個好的機會,如果認為在台灣的準備仍不夠充分,它將會是一個你前往美國、英國、歐洲很好的中繼站跳板。

新加坡的野心

不像台灣永遠在追趕歐美生醫研究領域的發展,身處亞洲的新加坡除了追趕,他們有著引領潮流的野心,他們很敢說,雖然實踐是另外一件事。但台灣其實很有條件,中研院有很多優秀院士、很多學者是不同領域的一方之霸,台灣研究領域開創的「立」,不是不可能,是想不想做,有沒有舞台。你可能很難想像,新創生技產業的聯結能力事實上在台灣是相對傑出的,放眼在內湖南港園區裡大大小小的生技新創公司,他們秉持台灣中小企業的精神,蓬勃發展,你能看見一家起一家倒,然後又一家起,這是非常被新加坡羨慕的。我之前參加了一個新加坡生技創投的研討會,其中之一的結論是,如果想要投資生技新創產業,那就到台灣去。身為台灣人,聽到這個還挺驕傲的!但是台灣的大環境,對於外資大廠的吸引條件實在比不上新加坡。之前羅氏的疫苗廠在台灣的合作案後來也是不了了之。反觀新加坡,許多生醫領域的年輕人其實投入的是所謂的生醫「製造業」,一些國際大廠像是Illumina、Affymetrix,由於政府的各種優惠他們在新加坡設廠,這和電子廠的組裝鏈的技術層級不同,序列偵測儀器(sequencer),基因晶片(gene chips)的製造背後所需的知識已經不像傳統勞力密集的產業,而是知識與技術價值升級的產業,他們在新加坡製造,再運回美國做品質控管(QC),再送往全球各地銷售。一出一入,新加坡成為全球生醫製造業的供應鏈(supply chain)中重要的一環。

研究過程的反思與意外:發現問題、面對挑戰、解決方法

2014年年中,我與新加坡大學團隊發展出來的EMT Scoring Scheme,是一種透過利用癌細胞在上皮和間質細胞特性之間的表現程度,利用一個量化的光譜,評估患者癌症轉移的機率與程度,希望可以幫助醫師在診療上的策略與手段選擇。

我們都知道EMT是癌細胞在轉移過程中重要的機轉,當初其實是為了找尋可以反轉(reverse)癌細胞EMT機轉的藥物,但過程中意外地發現到癌細胞在進行EMT的過程其實是存在一個視窗的,上皮細胞的特性與間質細胞的特性之間的轉換,並不是非黑即白,所以當要反轉癌細胞EMT時也不會百分之百翻轉。事實上有很多腫瘤的組成,大部分的細胞它仍舊是保有上皮細胞的特性(no EMT),有一些細胞進行不完全的EMT(partial EMT),有少數的細胞進行完全的EMT(full EMT),最終組合成一個腫瘤,腫瘤的EMT程度就反應在我們建立的EMT光譜上(EMT Spectrum)。那麼,那些進行完全的EMT的細胞,是不是就屬於癌誘發細胞(cancer-initiating cells)呢?癌症誘發細胞表現EMT特性的這個論點由MIT的Bob Weinberg實驗室在2009年首先提出,但最近幾年也有些研究提出反駁的論點,證據在於一些從病人篩選出來的癌誘發細胞,他們發現其實並不具有EMT的型態。為什麼會有這個差異,其實從光譜的角度來看就不難了解,因為EMT是個相對(relative)的概念,是不是EMT端看跟什麼比。因此,我們只能說EMT是癌細胞為了生存套用的一種機轉,進行EMT讓腫瘤篩選出一群相對容易抗化療且執行轉移的細胞,而這尋細胞能不能真正被的定義成癌症幹細胞(cancer stem cells),我持保留的看法,我的理由是那群有EMT特性的細胞,有可能是在In Vitro環境下被突顯出來的,是不是真的百分百都是幹細胞所主導是有待釋疑的。許多聲稱能培養癌症幹細胞的培養方法,都比須外加一些生長因子(growth factor),這些生長因子,本來就是對於間質細胞的生長比較有利的,因為這些生長因子的受體(receptor),只在間質細胞表現,上皮細胞是不表現的,結果是當然在in vitro的環境中,就自然篩選出有EMT特性的細胞。我2013年跟Bob Weinberg在EMT的雙年會裡,針對這個問題有一番討論,他認為是細胞培養基裡的PDGF,我則是認為是bFGF。

另外一個例子是iPS,我們都知道產生iPS的效率非常地低,Yamanaka必須先把細胞的p53弄掉,才能大大提升產生iPS的效率。也就是說,細胞必須先被準備在一個狀態(prime),才能真正地自由重新編製(reprogram),回復分化狀態(differentiation)的門檻相當地高。同理,要重新改變癌細胞的分化並不是我們所想的那麼簡單,如何找到那個反轉的視窗,是我們從EMT光譜的研究裡得到的心得。整個EMT的過程是一個大光譜,真正有反轉能力可以改變的細胞並不是已在光譜兩端的細胞(ex.上皮細胞或間質細胞),而是在光譜中間的中間細胞(intermediate cells),這些細胞共存了上皮以及間質的特性,可塑性(plasticity)在這群中間選民更顯重要,中間細胞是有往上皮抑或往間質方向分化的最佳條件。但這個可塑性是有一個視窗的,也就是反轉域值(point of the no-return)的,過了域值,細胞將失去反轉的能力。

在研究EMT光譜的過程中,其實我們遭遇很多困難,像是藥物篩選通常都會面臨如何客觀地去定義結果(Read-out),要篩選出真正有讓癌細胞反轉EMT的藥物,我們遇到的第一個問題就是沒有一個客觀量化EMT反轉的程度的量尺,那沒有量尺就自己建立量尺吧。首先,團隊利用培養大鼠膀胱上皮癌細胞,在經藥物處理後,發現到某些藥物可以抑制一個個聚落(colonies)的細胞在生長因子刺激下的擴散。我們利用細胞聚落擴散(colony expansion)的程度,作為量化EMT反轉的量尺。但可惜的是,當進一步用人類癌細胞來測試時,這個系統並無法有相同的應用,理由是,人類癌細胞很少能乖乖長成一個個聚落,所以聚落擴散的測量,實驗的差異性過大,沒有辦法做大規模的藥物篩選。這看起來像是一個挫敗,但我們一轉念,決定利用在大鼠系統篩選出的幾個有效藥物,回過頭來在人類癌細胞株作驗證,這個時候就需要再開發另一個量化的標準,做為日後的進一步評估之用。因此,我們花了四年的時間改用40個不同的癌細胞株(cancer cell line),利用三個蛋白標誌去定義出所謂最E(epithelial)、中間偏E(Intermediate epithelial)、中間偏M(Intermediate mesenchymal)、最M(mesenchymal)的四個EMT階段,我們發現,這四個階段在In Vitro是有不一樣功能的細胞群。在加入從大鼠系統篩選出來的一個Src kinase的抑制劑後,我們確實可以看見中間偏M的細胞轉變成中間偏E的細胞,證明了我們可以在人類癌細胞的系統反轉EMT。這四個EMT階段,就是我們的第二個量尺。有了這個基礎,我們繼續朝向連續性光譜的建立,透過分析八種癌症、一萬三千筆不同生物晶片的資訊,建立起能適用於所有癌症的連續性EMT評分光譜,確實可以看見不同癌症在光譜中的分布,這是我們的第三個量尺。走到這一步,我們更加地有信心,因為這樣的系統背後,代表我們實驗室已經帶領整個EMT領域發展出一個新思維,我們已經打下基礎,EMT不再是傳統非黑即白的二分法,癌細胞在EMT機轉所應該被關注的是中間這群細胞的可塑性,這也是反轉EMT的最佳機會窗口(window of opportunity)。我很開心這樣的觀念慢慢地被大家所接受,投入EMT這個領域這麼多年,我們終於開創了一個新局面。

臨床觀察:台灣的挑戰

癌症病患對於新的治療方式,不管是化療、標靶療法(target therapy),還是免疫療法接受程度是相對大的,唯一的考量是金錢,因為很多新的治療都所費不貲。所以全民健保制度下的台灣病患在這一點上算是相對幸運的。然而癌症治療,世界的趨勢不再只是強調個人化醫療(personalized medicine),我們必須接受每一個癌症病人情況不相同、單一個病人每個階段的結果也不盡相同。因此,能精確評估治療的重要性被大幅提升(precision medicine),過往單以醫師臨床經驗判斷第一、二、三線用藥已不足為用,在分子化的時代,癌症的治療已經走到了可以透過次代定序 NGS(Next generation sequencing)來評斷癌細胞的變異,來建立有系統邏輯的引導用藥。這背後考驗的是轉譯醫學,從基礎研究、科技儀器的發展到臨床為用的速率必須夠快速。這一方面台灣必須趕緊趕上,並且要開始規劃在健保的財務狀況之下,對於這些高科技的精準醫療選項,是否能達到永續的且合理的支付制度。

扎實的基本功,才走得長遠

我給後進的建議是,如果你是大專生,可以利用寒暑假多多在不同的實驗室見習實習,廣泛地接觸不一樣的領域,找到自己有興趣的方向。不用求快,當初我也是到了R3才真正找到了自己所愛有熱情的領域。找尋實驗室時,不用一昧地投入大教授的實驗室就是最好的迷思,選擇一個中、小型實驗室,找一個能夠坐下來好好討論數據的指導老師,收獲或許會比想像的多。如果你是碩士生,你要做的是練習技術的基本功,唯有穩健的技術,才有能力去面對Negative的結果找到出路,如果你連跑一個西方墨點法的溶液(buffer)PH值都會懷疑有沒有問題,那你要怎麼相信數據給你的訊息。另外,忠實地記錄,自律地要求數據的正確與完整(integrity)是非常重要的,千萬不要有僥存的心態。如果你是博士生,除了手的技術,腦的技術-邏輯的科學思考訓練也很重要,培養獨立思考的能力,從文獻的閱讀整理,到建立論文計畫,都要反覆縝密思考是否有邏輯的漏洞存在。另外,也要鼓勵博士生,在博士生涯中常常會有一個谷底,你會膠著在為什麼要這麼累這麼辛苦,始終走不出來。你便要開始思考初衷,心理建設相當重要,回歸當初踏上這條路的理由。當我自己遭遇措折時,我總會想起我的一位Mentor,她是我在來到新加坡之前在加拿大溫哥華UBC實驗室當訪問學者時的教授,Nelly Auersperg。她是一位猶太女性,她的一生經歷過二次世界大戰納粹的迫害,後來在加拿大落腳生根,致力於卵巢上皮細胞的研究,她都能堅持到八十歲才退休,我一生也沒有什麼顛沛流離,在這麼年輕的時候,我為什麼要放棄?所以,找一個效仿對象(role model),能時時刻刻激勵自己也很重要。

台灣學生的優勢

科學研究說到底還是一個對於生命現象的探索,我一直認為台灣學生相較於新加坡的學生,有很強的人文底子,人文和科學其實習習相關,人文素養延伸出的是一個邏輯思辯的過程,台灣學生的人文精神,在博士學位中,深高階段的學習是很具備優勢的。但大家過於膽小,從敢不敢問問題就可以看出端倪,或許不要太自我設限,甚至只敢埋頭默默地做,過程中有太多時候,你可以不斷地再拋出問題,都好過於在一開始還沒踏出去就怯步了。另外,跨領域的學習,其實我和我先生之間的互動就是個最好的例子。他在台灣是一位泌尿科醫師,後來轉公衛念台大預防醫學研究所,我就聽他講公共衛生的議題,到了新加坡後又轉唸了公共行政、公共政策,我就聽他講國富論、經濟學、政治學,更奇妙地是,他現在落點在商學院,我就開始聽他講商業管理,組織改造的問題。我們最愛讀經濟學人雜誌,我自己非常喜歡經濟學,那是透過數學、科學的角度來解釋人文社會的一些現象。因此,我非常鼓勵大家涉略不同領域,甚至可以反思在自身領域的一些想法印證與新思維的開創。

傳承

有一天,你會發現怎麼好像你只是按照以前自己的步調,自己對於學術的熱情做事情,沒有想到竟然會真正地啟發到一些後輩,成為他們眼中重要的動力來源。這個時候,才會發現到自己不能夠停下來,停下來就會讓大家失望,讓自己失望。或許這就是一個互相學習的過程,我的老師對我、我對我的學生,共同前進的一個力量。

採訪與撰文|呂理峰
編輯|黃翊豪
學術部負責人|黃翊豪

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