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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Item 富含高度糖化終產物之飲食對小鼠良性攝護腺增生之影響(2023) 林姿言; Lin, Tzu-Yen良性攝護腺增生 (benign prostatic hyperplasia, BPH)又稱為攝護腺肥大,為伴隨男性老化常見之下泌尿道疾病。不健康的飲食型態所衍生的代謝症候群 (metabolic syndrome)亦可能是BPH的致病因子。食物於高溫烹調或加工過程中容易因梅納反應 (Maillard reaction)衍生出一系列複雜的高度糖化終產物 (advanced glycation end product, AGE)。AGE具有不易被生理代謝,容易累積於體內的特性;AGE與receptor for AGE (RAGE)結合後可活化NF-κB引發生物體氧化壓力與發炎反應。本研究之目的在於探討攝取高AGE飲食,是否與促進BPH有關。實驗使用雄性ICR小鼠48隻,隨機分成6組:(1) 控制組 (control, standard diet);(2) 高AGE組 (H-AGE diet);(3) H-AGE + BPH治療藥物組 (finasteride, 5 reductase inhibitor);(4) H-AGE + 抗發炎藥物組 (celecoxib, COX-2 inhibitor);(5) H-AGE + AGE抑制劑組 (ALT-711, AGE inhibitor);(6) H-AGE + 抗氧化劑組 (vitamin E)。實驗期間,每週定期紀錄小鼠體重、攝食和飲水量變化,並以核磁造影技術 (magnet resonance imaging, MRI)追蹤小鼠之攝護腺體積變化。攝護腺組織病理結構以hematoxylin-eosin staining 評估;細胞增生、氧化壓力、發炎反應與AGE-RAGE-NF-κB等指標分子之蛋白質表現利用immunohistochemistry staining分析。收集血清分析睪固酮 (testosterone)、二氫睪固酮 (dihydrotestosterone, DHT)、螢光AGE及malondialdehyde (MDA)濃度。結果顯示,H-AGE組之攝護腺指數顯著高於控制組1.2–1.5倍 (p< 0.05),組織型態上可見攝護腺上皮層厚度與Ki67表現增加的現象。長期攝取H-AGE diet小鼠,可造成CML、CEL、MG-H1等AGE累積於攝護腺組織中,並伴隨RAGE與NF-κB之蛋白質表現增加。此外,H-AGE組攝護腺組織之IL-1𝞫、TNF-𝞪、cyclooxygenase-2、8-hydroxy-2-deoxyguanosine蛋白質表現皆顯著高於控制組 (p < 0.05),而介入ALT-711後,可顯著改善H-AGE所造成之BPH與氧化壓力及發炎反應。綜合上述,AGE可能為造成BPH的飲食因子,且其作用機轉可能與長期攝取AGE促進攝護腺組織之氧化壓力及發炎反應有關。Item 長期高果糖高脂飲食促進小鼠視網膜對藍光損傷之敏感性(2023) 高孟暐; Kao, Meng-Wei藍光 (blue light, BL)因波長短能量高,易引發眼球之活性氧物質 (reactive oxygen substrate, ROS)生成,造成視網膜組織光化學性損傷 (photochemical damage)。我們過去的研究證實,若小鼠暴露趨近日常環境的藍光強度八週後,會造成感光細胞核數與outer nuclear layer (ONL)厚度下降等損傷。有鑑於飲食因子亦可能不利於眼球健康,且飲食型態對於光化學性損傷之交互作用目前仍較少文獻可循,因此本研究擬探討高果糖高脂 (high-fructose and high-fat, HFHF)飲食對於BL誘發視網膜損傷之影響。雄性ICR小鼠,將其隨機分成三組:(1) 控制組 (Control group, Ctrl);(2) 藍光照射組 (BL group),與 (3) 藍光照射合併高果糖高脂飲食組 (BL + HFHF group)。試驗動物於給予HFHF diet四十週後另接受為期八週每日六小時之低強度藍光 (37.7 lux, 0.8 μW)照射。結果顯示HFHF diet可造成小鼠胰島素阻抗及血清total triglyceride (TG)、total cholesterol (TC)、malonaldehyde (MDA)及螢光性advanced glycated end products (AGEs)上升的現象。Hematoxylin& eosin (H&E) staining分析證實,長期攝取HFHF diet會加劇BL對於視網膜組織之病理型態改變,其感光細胞核數與outer nuclear layer (ONL)及inner segment/outer segment (IS/OS)厚度皆顯著低於BL組 (p < 0.05)。Immunofluorescence staining (IF)顯示,與控制組比較,BL照射可顯著造成視網膜組織rhodopsin表現下降與glial fibrillary acidic protein (GFAP)、8-hydroxy-2-deoxyguanosine (8-OHdG)表現上升並同時增加nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)與super oxide dismutase1 (SOD1)抗氧化相關蛋白及凋亡指標terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) (p < 0.05),而HFHF diet可顯著加劇上述BL之負面作用並顯著提升抗氧化蛋白Nrf2、SOD1與catalase之表現量,並促進發炎激素interleukin-1β (IL-1β)及tumor necrosis factor-α (TNF-α)於視網膜內表現量,並造成血視網膜屏障滲漏 (blood retinal barrier leakage) (p < 0.05)。同時,給予HFHF diet之動物視網膜內有高度糖化終產物 (advanced glycated end products, AGE)指標物如Nε-(1-carboxyethyl)lysine (CEL)與Nδ-(5-Methyl-4-imidazolon-2-yl)-L-ornithine (MG-H1)累積,其活化receptor for AGE (RAGE)並促進發炎小體 (inflammasome)之形成,以及視網膜細胞凋亡蛋白caspase-3及晚期凋亡指標TUNEL表現量增加 (p < 0.05)。綜合上述,本研究證實,HFHF diet可加劇藍光造成之視網膜損傷,不健康的飲食型態可能為不利於眼球健康的負面因子,有待進一步的臨床研究探討。Item 藍光暴露時間和強度對小鼠視網膜之光毒性效應(2022) 簡品婷; Chien, Pin-Ting根據DIGITAL 2022–Global Overview報告顯示,全球每人每日有將近7小時使用智慧型手機、平板以及電腦等電子設備連接網路的時間,此意昧著扣除睡眠,人眼有超過40%的清醒時間暴露於藍光 (blue light, BL)的環境中。BL因波長短能量高能穿透眼球直達視網膜,藉由刺激活性氧物質 (reactive oxygen species, ROS)生成,造成視網膜組織之光化學毒性 (photochemical toxicity)與相關眼病變。本研究之目的在於探討BL之照射強度與暴露時間對生物體之視網膜損傷效應,實驗選用9週齡雄性ICR小鼠,分別探討短期高強度BL (short-term high-intensity BL)與長期低強度BL (long-term low-intensity BL)照射模式對於視網膜之影響。以hematoxylin and eosin (H&E) staining分析視網膜組織型態之病理變化;以免疫組織化學染色 (immunohistochemistry, IHC)分析視紫質 (rhodopsin)、8-羥基去氧鳥苷 (8-OHdG)、介白素1β (interleukin-1β, IL-1β)、cleaved caspase-3及膠質纖維酸性蛋白 (glial fibrillary acidic protein, GFAP)表現;以視網膜電位圖 (electroretinogram, ERG)評估感光細胞功能。結果顯示,實驗小鼠每日經BL LED (465 ± 10 nm, 5000 lux)照射6小時連續5日,其視網膜外核層 (outer nuclear layer, ONL)、感光細胞內外節 (inner segment/ outer segment, IS/OS)及內核層 (inner nuclear layer, INL)之組織型態與未照射BL組比較無顯著差異 (p < 0.05);眼底鏡 (fundus photography)與眼底螢光血管攝影 (fluorescein angiography)亦無出現血管滲漏、血管增生與黃斑部病變之現象。我們另模擬日常環境BL照度,將實驗小鼠暴露於108 lux (44.8 µW/cm2)之BL LED,進行為期4–28週,每日6小時之長期低強度模式照射。實驗小鼠經低照度BL照射4週可導致ONL細胞核數減少30%;照射至第8週造成ONL平均厚度變薄,且伴隨rhodopsin表現下降30%與8-OHdG表現增加4.7倍,此顯示暴露於低照度BL環境中4–8週,視網膜感光細胞可因BL誘發之氧化壓力開始產生損傷效應。連續照射12週之小鼠其IS/OS層厚度開始減少,同時可見氧化壓力指標8-OHdG相較於之前時間點,其表現大幅提升約2.5倍;同時cleaved caspase-3與GFAP表現上升,顯示感光與神經細胞凋亡以及Müller細胞活化的現象。上述各項分析指標均隨BL暴露時間呈漸進式上升的現象,在藍光連續照射20及28週時達到最顯著之損傷效應。然而促發炎細胞激素IL-1β之表現與未照射BL組比較,於各個時間點並無顯著差異 (p> 0.05)。綜合上述,相較於短期高強度之BL照射,持續性的暴露於低強度BL更可能是導致視網膜損傷的危險因子。本研究模擬生活環境之低照度BL照射條件,嘗試建立更接近生活環境之藍光動物試驗平台,期望能作為日後開發抗藍光護眼保健食品之參考。Item 長期給予甲基乙二醛誘導 C57BL/6 小鼠視網膜損傷(2023) 胡睿安; HWU, JUI-AN甲基乙二醛 (methylglyoxal, MGO)屬活性雙羰基化合物 (reactive dicarbonyl species, RCS),為高度糖化終產物 (advanced glycation end products, AGEs)之前驅物,在體外可從日常飲食中獲得;在體內可經由糖解作用產生或透過視覺循環之副產物經代謝後生成。糖尿病患者長期處於高血糖狀態,其血液之MGO濃度顯著高於健康常人。已知MGO會促進AGEs生成,並活化AGE-RAGE signaling pathway,造成生物體氧化壓力與發炎反應,因此被認為可能是造成糖尿病視網膜病變的致病因子之一。據於此,本研究目的在於探討小鼠長期暴露於含MGO的飲食環境中,對於其視網膜是否會造成損傷效應。實驗選用七週齡C57BL/6雄性小鼠 (n = 24),隨機分成健康控制組 (control group)、MGO組 (飲水中含1% MGO),以及MGO + ALT-711組 (1 mg/kg body weight),進行為期四十週的實驗。以hematoxylin and eosin (H&E) staining評估視網膜之組織病理變化;以免疫螢光染色 (immunofluorescence staining, IF)分析視網膜感光細胞、神經細胞活化、氧化壓力、發炎反應與AGE/RAGE等相關指標物的表現。結果顯示,長期給予MGO會降低小鼠視網膜組織外核層 (outer nuclear layer, ONL)、感光細胞內外段 (inner segment/outer segment, IS/OS)與內核層 (inner nuclear layer, INL)之厚度,並降低感光細胞之細胞核數,同時伴隨著視紫質 (rhodopsin)表現降低與膠質纖維酸性蛋白 (glial fibrillary acidic protein, GFAP)表現上升的現象。氧化壓力指標8-hydroxy-2-deoxyguanosine (8-OHdG)、促發炎細胞激素介白素1β (interleukin-1β, IL-1β )與腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor-α, TNF-α)於視網膜組織之表現,與控制組比較亦可見顯著上升的現象 (p < 0.05);同時MGO主要代謝酵素乙二醛酶1 (glyoxalase-1, Glo-1)相較於控制組具有顯著降低的現象 (p< 0.05)。相反地,介入AGE抑制劑ALT-711後可減輕上述之負面效應。值得注意的是,MGO組之小鼠可見其視網膜組織有明顯Nδ -(5-hydro-5-methyl-4-imidazolon-2-yl)ornithine (MG-H1)累積與RAGE活化的現象。綜合上述, MGO可能經由促進AGEs生成與RAGE表現,造成視網膜組織之氧化壓力及發炎反應,進而導致感光細胞損傷與Müller神經細胞活化。本研究結果指出MGO對於視網膜健康之可能負面效應,並提出MGO在糖尿病視網膜病變過程中的可能損傷機制,建議日常膳食中應避免攝取含高MGO之食物。Item 牛樟芝子實體對四氯化碳誘導慢性肝損傷之功效(2021) 陳麗雯; Chen, Li-Wen肝臟是人體最重要的代謝器官,其功能主要包含代謝宿主及外來分子等。由氧化壓力所引起之肝損傷是造成不同肝臟疾病最主要原因之一。四氯化碳(CCl4)是一種肝毒性化合物,常被使用於建立肝損傷之動物模型。牛樟芝(Antrodia cinnamomea, AC)為一種生長於台灣山區之特有種,先前實驗證實其具有解毒、保肝及抗腫瘤等相關活性作用。利用抗氧化物輔助營養或食品補充以減低ROS的產生會是減低長期肝發炎或是慢性肝發炎的策略之ㄧ。故本研究主要是以四氯化碳(CCl4)誘導大白鼠慢性肝損傷,探討不同牛樟芝子實體試驗樣品對於大白鼠慢性肝損傷之影響。研究成果顯示CCl4會造成肝臟組織外觀及病理組織破壞,肝損傷之大鼠其體重上升變化量變大, GOT、GPT、T-cholesterol、ALP、γ-GT表現量會上升,肝臟會產生纖維化,這和4HNE/Caspase-3/PARP介導的細胞凋亡有關,而在Silymarin治療組或牛樟芝子實體試驗樣品組皆可有效緩解CCl4引起的這些效應。這些結果表明,牛樟芝子實體可改善四氯化碳誘導的大鼠肝損傷,未來在輔助食品之應用上具有改善潛力。Item 氨暴露導致斑馬魚胚胎離子調節損傷及成魚行為改變(2021) 鄭倢安; Cheng, Chieh-An氨(包含氣態的NH3以及離子態的NH4+)為魚類代謝胺基酸後產生的主要含氮廢物,也是常見的環境汙染物。當魚體內氨濃度提高,將會導致魚隻中樞神經受損,抽搐、昏迷甚至死亡。然而,目前研究中多著重在高氨處理後魚類的適應機制,關於氨對魚隻離子調節功能及行為的毒性作用尚不清楚。本研究分為兩個部分,首先利用斑馬魚胚胎作為模式動物,探討氨如何對胚胎離子調節功能造成損傷,接著利用斑馬魚成魚作為模式動物,評估氨處理後斑馬魚的行為改變。在胚胎毒性研究中,浸泡於不同濃度(0、10、15、20 mM)的氯化銨溶液中96小時(4-100 hpf)後,觀察胚胎卵黃囊上離子細胞及表皮角質細胞。結果指出,20 mM氨處理後離子細胞內氧化壓力上升(CellROX螢光亮度顯著上升)且由Rhodamine 123標定的具粒線體活性離子細胞數目顯著下降,顯示粒線體活性降低。此外,以細胞免疫螢光染色標定20 mM氨處理後凋亡細胞數目顯著上升,並觀察到表皮角質細胞結構損傷。綜合以上結果發現,在高氨處理下,斑馬魚胚胎離子細胞及表皮角質細胞損傷,導致斑馬魚胚胎失去體表屏障,體內離子大量流失。而在行為實驗中,將斑馬魚浸泡於不同濃度(0、1、5、10 mM)的氯化銨溶液中4小時後,對游泳行為、社交行為、學習與記憶能力等面向進行不同實驗。結果顯示1 mM氨處理時可以促進學習記憶能力;5 mM時焦慮及恐懼程度提升且群游下降;10 mM氨處理時活動力、社交行為及焦慮程度下降,但恐懼程度上升。綜上所述,在不同濃度氨暴露以及不同的環境刺激下,斑馬魚的游泳、社交、學習等行為改變,而這些改變可能使斑馬魚存活率下降,進一步使個體適存度降低。Item 順鉑導致斑馬魚胚胎離子細胞氧化壓力與細胞凋亡(2020) 吳巧羚; Wu, Ciao-Ling順鉑為現今廣泛使用之化療藥物,卻伴隨腎毒性、神經毒性和耳毒性等副作用,其中主要限制施予劑量的因素為腎毒性。順鉑可經由銅離子運輸蛋白與有機陽離子運輸蛋白進入腎臟上皮細胞,造成腎小管損傷,目前哺乳動物細胞研究模式已知氧化壓力生成是順鉑造成細胞損傷的主要原因之一。斑馬魚是廣泛使用於毒理學研究與藥物測試的模式動物,其仔魚表皮分布的五型離子細胞與哺乳動物腎臟上皮細胞有許多相似之處,因直接暴露於環境,好操作且易觀察。本研究以斑馬魚仔魚表皮離子細胞作為研究順鉑腎毒性之工具,使用活體螢光染色觀察順鉑對離子細胞的影響,來證實順鉑會導致離子細胞氧化壓力生成、粒線體損傷和細胞凋亡。本實驗將斑馬魚胚胎浸泡於不同濃度的順鉑(0、50、100、300、500 或 1000 μM)進行長時間(4-100 hpf)或短時間(96-98 hpf)處理,再使用活體螢光染劑單染或共染的方式,標定斑馬魚仔魚卵黃囊上具粒線體活性離子細胞(Rhodamine 123/MitoTracker)與凋亡細胞(AcridineOrange),並探討當中活性氧化物的產生(CellROX/ MitoSOX)。斑馬魚胚胎分別在順鉑處理 96小時及 2 小時後,Rhodamine 123 標定具粒線體活性離子細胞數目均顯著下降,且凋亡細胞數目顯著上升;斑馬魚胚胎分別在順鉑處理 96 小時及 1 小時後,產生活性氧化物的離子細胞數目或 CellROX/MitoSOX 的螢光亮度均顯著上升。此外,將斑馬魚胚胎進行抗氧化劑 NAC(0、100、300、500 或 1000 μM)與順鉑的長時間共處理,發現 NAC 能降低胚胎的死亡率,並減緩順鉑對離子細胞所導致的氧化壓力與損害。由以上結果可證實順鉑會導致離子細胞氧化壓力生成和粒線體損傷,並引起細胞凋亡,而抗氧化劑 NAC 可作為順鉑毒性的保護劑。Item 第十七型脊髓小腦共濟失調症(SCA17)細胞模式的新穎化合物篩檢及氧化壓力研究(2011) 黃詩涵; Shih-Han Huang第十七型脊髓小腦運動失調症(spinocerebellar ataxias 17,簡稱SCA17)是起因於TATA-box binding protein (TBP)基因上的CAG三核苷重複序列重複擴增,導致轉譯出異常的polyQ蛋白。在正常人族群中polyQ蛋白重複的數目約25到42之間,而SCA17疾病的患者polyQ蛋白重複數目擴增至43到66之間。polyQ蛋白擴增會造成多胜肽的構型改變,促使蛋白質錯誤摺疊和聚集(aggregation),並進ㄧ步形成不溶性的蛋白包涵體(inclusion)。隨著對疾病致病機轉的瞭解增加,也使疾病治療的發展有很大的進展。本論文即建立表現EGFP標記、polyQ擴增的TBP N端蛋白的293細胞,處理合成的indole、quinoxaline化合物(由化學系姚清發和陳焜銘老師所提供),藉計算包含聚集物的細胞的比例,及不溶性TBP-EGFP融合蛋白定量,來檢測化合物對抑制polyQ蛋白聚集的效果。結果顯示338化合物降低融合蛋白聚集的程度比SAHA略好(64.3% vs. 66.1%;70.7% vs. 77.4%)。而且338的IC50 (396 μM)遠高於SAHA (31.4 μM),可能作為未來發展治療SCA17疾病的參考藥物。此外,由於擴增的polyQ蛋白會造成氧化壓力,增加粒線體功能損傷,本研究亦利用年齡與性別配對的淋巴細胞株,來檢測氧化壓力在SCA17疾病上扮演的角色,結果發現SCA17病人細胞較正常人細胞對氧化壓力的耐受性差。 關鍵字:第十七型脊髓小腦運動失調症、polyQ蛋白、氧化壓力Item PPP2R2B 基因外遺傳研究及細胞模式研究(2010) 高慈蓬PP2A為真核細胞內一種普遍的絲胺酸/酥胺酸去磷酸酶。PP2A全酶包含結構骨架A次單位、調節B次單位、催化C次單位。PPP2R2B (Bβ)為普遍表現在大腦組織中的調控次單位。PPP2R2B基因透過基因啟動子的差異使用及選擇性裁接,產生Bβ1和Bβ2兩種異構型蛋白。Bβ1啟動子上CAG三核苷酸重複擴增,可能因導致細胞質中Bβ1表現量的上升,而與第十二型脊髓小腦萎縮症相關。相反的,病例-對照組及啟動子的研究顯示,罕見短的CAG三核苷酸重複等位基因和低轉錄活性及阿茲海默氏症相關。為探討Bβ1在阿茲海默氏症上可能扮演的角色,本研究透過bisulfite處理及選殖定序,檢查5個阿茲海默氏症患者及年齡與性別配對的正常人,Bβ1啟動子1 kb片段的序列甲基化情形,結果發現患者的甲基化程度略高於正常人(雖然差異未達顯著性),顯示外遺傳改變可能影響阿茲海默氏症患者Bβ1的表現。此外,本研究並用穩定誘導表現Myc標籤的Bβ1及Bβ2細胞株,來探討Bβ調節的PP2A在神經退化中的角色。結果發現表現Bβ2的細胞活性氧自由基增加。氧化劑TBH及Aβ1-40的添加更顯著提昇Bβ2表現細胞的活性氧自由基。Item 以果蠅為模式分析PP2A Bb調控次單元在粒線體重塑及細胞凋亡的功能(2010) 王俞鈞; Yu-Chun Wang第十二型脊髓小腦萎縮症致病原因歸因於ppp2r2b表現量的提高,為了探討釐清此退化性神經失調以及尋找藥理學的治療藥物,因此本研究建立一SCA12的果蠅動物模式藉由大量表現ppp2r2b在果蠅的同源基因,tws。藉由異位表現tws會導致許多病理特徵,包括神經退化、細胞凋亡以及縮短壽命。而更進一步的研究發現提高ppp2r2b或tws的表現會促使粒線體斷裂並伴隨著增加細胞中的氧化壓力(ROS)及細胞色素c(Cyt c)以及增加半胱氨酸蛋白酶3(caspase 3)的活性。藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)的結果顯示在過度表現tws的果蠅感光神經細胞中發現斷裂的粒線體會伴隨著塉(cristae)的破壞並會被細胞自噬體(autophagosome)所吞沒。除此之外,轉殖果蠅對於巴拉刈所引起的氧化壓力更為敏感。相比之下,異位表現dSOD2及藉由餵食抗氧化劑可有效的降低氧化壓力(ROS)及半胱氨酸蛋白脢3(caspase 3)的活性,並延長SCA12果蠅模式的生存壽命。總而言之,我們的研究顯示粒線體的功能失調所引發的氧化壓力是造成SCA12的原因,以及降低氧化壓力為神經病理學更提供一可能的治療性方法。我們的結果也顯示Tws也參與在發育性的程式細胞死亡機制中。現在我們正在仔細研究Tws在細胞凋亡路徑上所扮演的上位性。除此之外,也正在探究中的是Tws可能參與調控的下游目標蛋白例如粒線體重塑蛋白PINK1以及Drp1。