理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    轉錄因子SPZ1透過BRAF促進肝癌中的腫瘤生長
    (2023) 林佳霓; Lin, Jia-Ni
    肝癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)是一種常見的惡性腫瘤,也是世界上最常見的癌症死亡原因,其預後差且復發率高。然而,目前對於肝腫瘤形成的詳細機制尚不清楚。轉錄因子Spermatogenic leucine zipper 1(SPZ1)是一種致癌基因,在精子發生過程中扮演重要角色,包括細胞生長和分化。先前的研究已發現SPZ1受到上游RAS-MAPK訊息傳遞路徑調控,從而導致癌細胞增生和腫瘤形成。然而,對於SPZ1如何調控下游基因的機制尚不清楚。BRAF為一種致癌基因,透過MAPK訊息傳遞路徑調控癌細胞生長、增生和存活。因此,我們提出SPZ1可能透過BRAF來調控腫瘤生長的假設。我們首先檢測197位肝癌患者的腫瘤與非腫瘤檢體中SPZ1及BRAF表現,結果發現在腫瘤組織中SPZ1與BRAF均有高度表現。另外,我們比較了SPZ1與BRAF表現在肝癌患者中臨床病理特徵的相關性,並進行存活分析,發現高度表現SPZ1與BRAF對於病人的預後較差。此外,我們觀察到SPZ1與BRAF mRNA表現呈中度正相關。為了確認SPZ1是否為BRAF的目標基因,我們利用shRNA在Huh7和SK-Hep1中抑制了SPZ1的表現。結果顯示,當抑制SPZ1表現時,BRAF蛋白質表現也隨之減少。接著,我們將不同片段的BRAF promoter接合上含有Luciferase gene的pGL4質體,並與含有SPZ1的質體共轉染到肝癌細胞株中。透過冷光素酶檢測法,我們發現SPZ1可能與BRAF promoter 的-200到-61位置處結合。最後,我們進一步研究了過度表達SPZ1和SPZ1/shBRAF對肝癌細胞生長的影響。結果顯示,SPZ1可能透過BRAF來調控細胞生長。綜上所述,我們的研究結果顯示,在肝癌發展中,SPZ1扮演著重要的角色,可能透過BRAF來促進細胞增生。未來的研究將繼續探索SPZ1/BRAF訊息傳遞路徑在肝癌細胞發展中的功能。
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    透過抑制穀胱苷肽過氧化酶4誘導Sorafenib阻抗之人類肝癌細胞株Huh7進行鐵依賴型細胞死亡
    (2020) 唐漢軒; Tang, Han-Hsuan
    肝癌是全世界主要的癌症死因之一。Sorafenib (蕾莎瓦®)為一種多激酶抑制劑,被許可做為肝癌病人的第一線藥物;然而,癌細胞產生的抗藥性減弱sorafenib的療效。由於對sorafenib阻抗的肝癌也對於細胞凋亡產生阻抗,所以探尋其它調控型細胞死亡是非常重要。鐵依賴型細胞死亡為一新穎的鐵依賴型非凋亡的調控型細胞死亡,已被報導可有效殺死多種癌症部位的藥物阻抗細胞。鐵依賴型死亡具有以下特徵:脂質過氧化修復功能受損、產生氧化還原活躍的鐵離子、以及多元不飽和脂肪酸的氧化。透過整合型生物資訊分析,我們發現鐵依賴型死亡參與肝癌細胞對sorafenib的阻抗,以及發現穀胱苷肽過氧化酶4 (GPX4) 為癌症的良好預後指標;此外, sorafenib阻抗的人類肝癌細胞株Huh7 (Huh7R) 相對Huh7具有較少的GPX4表現、異常的鐵恆定,以及較高的ACSL4表現,且對於GPX4抑制劑1S,3R-RSL3 (RSL3) 所誘導的鐵依賴型死亡更敏感。而且,添加細胞自噬抑制劑Bafilomycin A1可緩解在Huh7R中抑制GPX4所造成的鐵依賴型死亡。機轉層面而言,鐵蛋白藉由溶酶體降解提供具細胞利用性的鐵增強抑制GPX4所誘導的鐵依賴型死亡。總結而言,本研究證明抑制GPX4所誘導的鐵依賴型死亡是個有潛力用於對抗sorafenib阻抗肝癌的策略。
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    以平行反應監測質譜法定量分析肝癌之醣蛋白生物標記
    (2019) 謝宜庭; Hsieh, Yi-Ting
    肝癌在癌症中致死率為第三名。然而,目前診斷肝癌的工具的靈敏度及專一性有限。甲型胎兒蛋白是目前臨床上常使用的生物標記蛋白,然後在40%的肝癌病患濃度卻是比較低的 (2 ng to 20 ng/mL ),造成誤判此需要一個好的血清標記作為肝癌的診斷,特別是針對肝癌初期的病患,因為在早期癌症是沒有症狀的。 蛋白質的醣基化修飾的疾病生物標的已廣受積極探討,因為醣基化的表現量與其結構異質性之變異已與包含癌症等幾種疾病有關。此研究中,我們嘗試針對肝癌(HCC)的生物標的蛋白紅血球結合蛋白 (Haptoglobin,Hp)中的位點特異性糖基化進行量化。我們的團隊於先前已經利用非靶向質譜方法(untargeted-MS)和生物資訊分析找出可能在肝癌患者中具有表現上升的 19 個Hp 特殊醣型。為了驗證這些可能的醣胜肽,在此論文第一部份,我們開發了一種奈米探針結合質譜的技術,平行反應監測(PRM-MS),以應用於這19 個醣胜肽依據不同的醣胜肽修飾 (價數,氧化,鈉的加合物) 衍生出49個衍生物醣胜肽的定量。利用以血紅蛋白修飾的磁性奈米探針(MNP@Hb)從血清中純化出 Hp,經由酵素水解消化後,再進行親水性作用層析法 (Hydrophilic interaction chromatography,HILIC) 將醣胜肽做進一步分離與濃縮。在質譜技術方面,為了減少干擾物的干擾,每條醣胜肽都有最佳的分離窗口, 有干擾勿干擾的醣胜肽前驅物就會選擇狹小的分離窗口 0.7 Da 到 1.2 Da; 沒有干擾勿干擾的前驅物就會選擇1.4 Da 的分離窗口。在此論文的第二部分,將此方法應用於 51個肝炎,54個肝硬化、34個低濃度甲型胎兒蛋白 (20 ng/mL)的肝癌和17個高濃度甲型胎兒蛋白(>20 ng/mL)。利用SDS-PAGE及銀染,來檢測血紅蛋白修飾的磁性奈米探針(MNP@Hb)對紅血球單白標準品的純化效率,其純化效率約為85% 到100%。血紅蛋白修飾的磁性奈米探針2的最大純化量是 5μg。在醣胜肽的平行反應監測質譜法定量的方面,是利用碎片離子的總和及使用內標準品 (SGP) 校正醣胜肽含量。在這些疾病群中,有條醣胜肽在位點N184上的兩個分支含有核心岩藻醣基化和雙唾液酸的醣型 (GP15, m/z: 1045.43 (4+), A4G5F1S2 醣型),在肝癌中的含量明顯上升 (p value : 0.064)。有三條在位點N184的醣胜肽 (GP13、GP40、GP47),在高濃度甲型胎兒蛋白是明顯上升的 (p value 分別為0.031、0.034、0.0342)。在未來我們希望這四個可能的醣胜肽可以與其他標記蛋白像是甲型胎兒蛋白,提供肝癌診斷的平台 。
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    The effect of Chinese herbal medicine on migration and proliferation of liver cancer cells
    (2010) 金承勳; Kim, seunghun
    腫瘤細胞中,與基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)抑制劑可藉由許多不同的訊息傳遞路徑,達到具有抑制血管新生及細胞增生的效果。過去對於中草藥調節血管新生的作用機轉較少被探討。本研究使用各種不同中草藥投至人類肝癌細胞(HepG2,Hep3B及Huh 7),先以細胞存活率試驗及流式細胞儀篩選具生長抑制的藥物。實驗結果顯示,夏枯草最具抑制轉移的中草藥,它可藉由抑制MMP-9及MMP-2的蛋白質表現以抑制其蛋白質活性,此外也由wound healing assay及zymography證實這項實驗結果。 本論文根據過細胞模式上的研究成果,初了強化過去的研究外,也會繼續進行動物層次研究,積極由肝癌腫瘤之實驗動物的數據,篩選出未來值得推廣至產業界發展的中草藥,計畫並會開始分析活性中草藥成份活性。以期達承建立以「證據基礎」的目標,證實中草藥之抗肝癌血管新生與轉移功能。
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    探討具有保護正常細胞免於順鉑毒殺作用的中草藥
    (2019) 陳信益; Chen, Hsin-Yi
    順鉑為最常用於治療癌症的化學治療藥物,但具有腎臟毒性和神經毒性。因此,找到能夠與順鉑協同抑制癌細胞生長,又能降低順鉑對正常細胞毒性(特別是神經細胞)的藥物是很重要的。中草藥在中國已被廣泛使用數千年,其藥效相較於西藥來得溫和,現今也有研究指稱它具有保護正常細胞免於化療藥物的毒殺效果。因此,我們以肝癌細胞株Hep3B和卵巢癌細胞株SKOV3建立癌症模型,並使用神經瘤細胞株SH-SY5Y建立神經細胞平台,以篩選可保護神經細胞免於順鉑毒殺作用的中草藥萃取物。初步篩選後,茯苓及天麻兩種中草藥萃取物能夠抑制Hep3B和SKOV3的生長,並且對於經維生素A酸刺激分化過的神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞沒有毒性。根據以上實驗結果,茯苓及天麻可望成為與順鉑一起作用的複方,並期許其未來可應用於臨床治療。
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    同位素標記法搭配質譜技術進行原發性肝癌中具癌症幹細胞特性之差異性蛋白質體分析
    (2011) 訾德蕙
      肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是種原發性肝癌,同時也是種常見的癌症,尤其是在東南亞以及非洲。腫瘤中有一群具幹細胞特性之癌細胞,有造成腫瘤之能力,比一般癌症細胞更容易產生抗藥性並與腫瘤復發及轉移息息相關,稱之為癌症幹細胞。本實驗主要目的為探討人類肝癌細胞株Hep3B中癌症類幹細胞之特異蛋白質,透過分析蛋白質體之差異性表現,有助於瞭解肝癌進展。   運用同重元素相對與絕對定量標記法(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ®)比較癌症細胞以及不同特性之癌症類幹細胞:可形成球體、少許細胞數即可在小鼠中生長、具抗藥性以及擁有幹細胞表現之特性。從癌症細胞株和癌症類幹細胞株分別萃取一對蛋白質樣品,經還原、烷化、胰蛋白酶水解成胜肽,再標記上iTRAQ®試劑,進一步,將標示上iTRAQ®試劑的胰蛋白酶水解胜肽混合,利用強陽離子交換樹脂(SCX)、等電聚焦分級分離儀(OFFGEL)和鹼性逆相層析(basic reversed-phase chromatography)分餾樣品,接著進入奈米級液相層析電噴灑游離串聯質譜儀(nanoLC ESI tandem MS)偵測。由獲得的特定胜肽,針對每一標記產生之訊號離子質荷比(m/z=114-117)的面積來做相對定量分析,同時胜肽碎片離子(b-及y-型離子)可做為蛋白質鑑定資訊。   結合所有分餾樣品,總計約有1,273個蛋白質被 ProteinPilot 軟體鑑定及定量;其中有20和30個蛋白質在癌症細胞及癌症類幹細胞間分別呈現出大於兩倍及小於一半之差異。最後,將這些具顯著性差異的50個蛋白質使用GeneGo軟體進行分析,發現這些差異性表現蛋白質與肝腫瘤、原發性肝癌以及肝病變有所關連,並在代謝、免疫反應以及細胞骨架重組路徑中被發現。在未來,將進行功能性的驗證。
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    利用iTRAQ化學標定方法分析急性與慢性C型肝炎病毒 感染之差異蛋白質體研究
    (2014) 徐羽薇; Yu-Wei Hsu
    肝癌是全球最普遍且致命的癌症之一,而慢性C型肝炎病毒的患者有20~30%會演變為肝硬化甚至是肝癌,由於C型肝炎病毒基因本身變異性大,以致於抗病毒藥物與疫苗的發展都成為醫療界的一大挑戰。本篇研究將藉由HuH7.5-SEAP細胞株模擬C型肝炎病毒顆粒感染細胞,再採用同重元素相對和絕對定量(iTRAQ)的化學標定方法搭配質譜技術,分析在急性與慢性感染情況下其蛋白質相對含量變化。iTRAQ標定的胜肽樣品會以等電聚焦分級分離儀(sIEF)或親水性作用層析法(HILIC)進行分餾,之後進行奈米級液相層析串聯式質譜分析。研究中總共鑑定到2,615個蛋白質,其中1,816個蛋白質具定量結果,並且發現利用二維的液相層析技術來分離胜肽樣品,顯示兩種分離策略能提供良好的互補性與正交性。在急性和慢性感染情況下分別挑選出78和140個具有顯著差異的蛋白質,並以GeneGo生物資訊軟體分析,結果顯示許多蛋白質與細胞骨架重組及細胞吸附等兩種生物作用途徑有相關。目前挑選與胰島素阻抗、囊泡運輸、細胞骨架重組及脂蛋白分泌途徑等相關的蛋白質以西方墨點法(Western blot)進行驗證,期望能發現新穎的蛋白質,並以此作為治療C型肝炎病毒的藥物標記分子。
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    使用液相層析串聯式質譜尋找醣基轉移酶GALNT14的新穎受質之醣蛋白體學研究
    (2017) 林郁樺; Lin, Yu-Hua
    多肽氨端乙酰基半乳糖轉移酶14 (GALNT14)的基因型近幾年來被發現與許多癌症腫瘤的發生和其對治療後的反應相關。這些癌症種類包括肝癌、膽管癌、大腸癌、食道癌、神經母細胞瘤和乳癌。特別是從台灣900多例病患中發現GALNT14的基因型可作為預測肝癌化療療效反應的標記。然而,除了在癌細胞外緣負責傳遞凋亡訊號的死亡受體 (DR) 5外,我們並不清楚GALNT14的其他受質。於是,本研究的目標為,從醣蛋白體學的層面,透過凝集素親和性管柱再搭配高效能液相層析串聯式質譜儀 (HPLC-MS/MS) 來尋找出可能為GALNT14受質的醣基化蛋白質。首先,將GALNT14嵌入Huh7、J7和Mahlavu這三株人類肝癌細胞株內,使其穩定表達GALNT14,另外還有三株一樣的人類肝癌細胞株,但是並無嵌入GALNT14,作為對照組。接下來通過自製的凝集素親和性管柱純化出特定的醣基化蛋白質,其中凝集素是選用花生凝集素(PNA)與碗豆凝集素 (VVA)。使用胰蛋白酶將純化出的醣基化蛋白水解成生肽後進入高效能液相層析質譜儀分析。在結果中,扣除掉對照組重複鑑定到的蛋白質,三個細胞株搭配兩種凝集素,一共鑑定出305種醣基化蛋白質。我們發現這些醣基化蛋白質與核醣體這條路徑極為相關,其中許多蛋白質也清楚地顯示出與肝癌的相關性。因此本篇研究成功的進一步了解GALNT14與癌症的關聯,對未來要了解詳細致癌機制開啟了一個新視野。
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    以奈米探針親和質譜法分析單一醣蛋白質體學於肝疾病中之差異
    (2015) 陳威君; Chen, Wei-Chun
    現今診斷肝癌最常見的方法,如超音波掃描影像檢查或血清檢驗甲型胎兒蛋白(alpha-fetoprotein, AFP)濃度,都仍無法正確分辨癌症腫瘤特性或對甲型胎兒蛋白偵測的靈敏度及特異度不足。為了找尋出高靈敏度以及特異性的理想腫瘤標記分子,許多研究開始朝向分析肝疾病中標記蛋白的醣基化修飾與其變化。由許多文獻指出,血紅素結合蛋白(Haptoglobin, Hp)上的醣基化修飾的變化跟發展成肝癌的過程中有很大的關係,因此在本篇論文中,我們發展出兩種不同的親合性奈米探針結合質譜分析技術,對於單一生物標記血紅素結合蛋白上醣基化修飾在肝疾病中的改變研究,以找出早期診斷肝癌的腫瘤標記分子。 第一個策略是用磁性奈米粒子修飾上跟目標蛋白血紅素結合蛋白有親和性的血紅蛋白(Hemoglobin, Hb),純化出血液中的血紅素結合蛋白,再利用親水性作用層析法(Hydrophilic interaction chromatography,HILIC)萃取其醣胜肽,並結合質譜分析以鑑定特定位點之醣型。此研究分析了33例肝疾病病患,包括11例肝癌、11例肝硬化以及11例B型肝炎病人。我們成功地在肝癌、肝硬化以及B型肝炎病人分別鑑定到183、169、164條醣胜肽,醣基化的位置是位於天冬醯胺(Asparagine, Asn) Asn184, Asn207, Asn211以及Asn241。由比對醣胜肽的結果得知,約有2種雙角分支之唾液酸醣結構可在每一肝疾病族群中大於10個病人以上鑑定而得。此外,我們鑑定到28個獨特的醣胜肽在肝癌中出現,其中包括了5個雙角分支及三角分支的核心岩藻醣型,推測這些特定位點的獨特醣型可能有助於區分肝癌、肝硬化與B型肝炎病人。因此,這些常見或獨特的岩藻醣基化或是帶有不同分支的醣結構在不同醣基化位置的變化,將可提供肝癌在早期診斷的新方向。 在第二部分,我們發展出一鍋化(One Pot)策略對於蛋白質以及醣胜肽純化以及生物標記分子醣基化修飾的鑑定。同時利用兩種奈米探針:修飾上血紅蛋白的二氧化矽奈米粒子(Hb@SiO2)純化目標蛋白; 修飾上配位體的磁性奈米粒子(ligand@MNP)純化出醣胜肽。經過條件最佳化以及方法評估後,此一鍋化方法可以減少兩倍以上的醣胜肽含量和醣胜肽鑑定數目的流失。我們將此策略也應用在肝病病患的分析上(三例肝癌,三例肝硬化及三例B型肝炎病人),亦有效鑑定到雙角分支之岩藻醣基化結構只會在肝癌中出現,且不存在於肝硬化病人以及B型肝炎病人中。此一鍋化方法不僅可以增加醣胜肽的鑑定,對於特定醣結構(岩藻醣基化以及唾液酸苷化)的研究也有更好的偵測靈敏度。