本文整理自臺灣大學生化科技學系教授許瑞祥受邀於2023年11月25日孫亞夫醫學推廣基金會舉辦的「靈芝與養生之最新科學證據學術研討會」的演講:小孢子靈芝免疫調節蛋白質GMI的研發現況。主要介紹小孢子靈芝免疫調節蛋白(Ganoderma microsporum immunomodulatory protein,簡稱GMI)發現的故事,以及截至當時為止已經完成的跟GMI有關的研究開發工作,包括生產製造、安全性分析、活性驗證、有效性證據、規格化檢測方法等。以下就以第一人稱的敘述方式跟各位讀者當天的演講精華。
講述審訂/許瑞祥 記錄整理/吳亭瑤 圖片來源/吳亭瑤攝影&許瑞祥提供之演講投影片與錄影
我的靈芝研究始於1981年還是臺大農化所研究生的時候,時至今日已經超過四十年,大致可分為三個階段:第一個十年主要在做靈芝的雜交育種,提供生產與研究用的靈芝菌株;第二個十年則是以靈芝屬DNA的分析跟檢測為主,也就是任何靈芝的樣品,不管是靈芝的菌絲體、子實體或提取物,只要裡面有DNA,就能透過我們的檢測平台知道這個樣品是不是靈芝,以及來自哪種靈芝。2000年之後我們開始把靈芝裡的基因選殖出來做蛋白質表現,並且對這些來自靈芝的特殊蛋白質進行開發應用,GMI即是其中之一。
來源自靈芝屬(Ganoderma)的活性成分有很多種,除了最為人知的多醣體(如PS-G、F3、GL-PS⋯⋯),還有三萜類(如靈芝酸A、靈芝酸B、靈芝酸T⋯⋯)、免疫調節蛋白質(如LZ-8、GMI⋯⋯)等等,為不同的靈芝產品提供了不同的功效來源。
我把靈芝產品分成四個世代:傳說有效、聽說有效、應該有效和一定有效。所謂「一定有效」的靈芝產品,裡面至少有一個活性成分是可以被標示、分析和檢測出來;如果這個成分可以檢測得到,它所具備的功能就可以在產品對應得到,而GMI就是其中可以讓產品一定有效的成分之一。
GMI的「GM」是小孢子靈芝拉丁學名「Ganoderma microsporum」的縮寫。1982年我在臺大的校園撿到一塊木頭,木頭上有子實體原基,我把它帶回家養了兩個月之後,長出一朵一朵菌傘帶青藍色的子實體,經分離鑑定後發現它們是全新的靈芝菌種。由於它的孢子(生殖細胞)比其它種類的靈芝都要來得小,因此我把它命名為「小孢子靈芝」,於1989年發表在專門刊載真菌命名和分類的學術期刊《Mycotaxon》。
如前所述,2000年之後我們開始對靈芝裡的特殊基因進行開發應用。我們把各種靈芝裡負責表現免疫調節蛋白的基因選殖出來,比對它們的胺基酸序列,結果發現,絕大部分靈芝來源的免疫調節蛋白胺基酸序列都很相似,但有兩個胺基酸序列跟日本最早發現的靈芝免疫調節蛋白LZ-8有較大的差異,其中之一就是GMI。
我們把這三種靈芝免疫調節蛋白的胺基酸序列轉殖到酵母菌(Pichia pastoris),經過液態培養發酵讓酵母菌大量表現這段胺基酸序列做出來的蛋白質,再把蛋白質分離出來進行活性比對,發現GMI的活性比起日本最早發現的靈芝免疫調節蛋白要高出許多,這個結果讓我們決定對GMI進行開發。
首先當然是申請GMI的專利。它跟日本最早專利的LZ-8在胺基酸序列上有明顯的不同(下圖框起來的部分),具有新穎性、進步性,所以我們才能在2009年拿到GMI的專利。
接下來我們把酵母菌生產出來的GMI進行分離、高度純化、結晶,然後進行鑑定,發現它的結晶構造是一個四聚體(由四個完全相同的單體結合而成的構造)。
這個結晶構造已被我們登錄在蛋白質資料庫(protein data bank,簡稱PDB)裡,代號是3KCW;此外 GMI也收錄在美國國立衛生研究院(NIH)轄下國家生物技術資訊中心(NCBI)維護的化學物質及其生物活性資料庫PubChem,代號是SID: 461501955。因此現在發表GMI文獻,在材料說明的部分只要直接註明「PubChem SID: 461501955, PDB ID: 3KCW」即可,不用再多費筆墨唇舌。
2022年一篇發表在《Frontiers in Nutrition》的文獻整理了目前已知的真菌來源免疫調節蛋白,該文作者特別指出GMI由於是四聚體(其他蛋白都是二聚體),所以它在所有狀態下是最耐熱的。換句話說,GMI的特殊構造有利於它在加工、貯存等產過程中保持活性。
做完上述基礎科研之後,接下來就是要想辦法把它量產。所謂的「量產」就是規格化生產到足夠的量,讓它可以去做大量的動物實驗、臨床試驗或商業應用等等,這是GMI產業化的第一步。
在可以規格化生產之後,要如何檢測裡面有多少GMI?為此,我們又開發一套可以偵測GMI含量的分析方法,這個分析方法已獲得ISO17025認證(國際標準化方法認證),我們的實驗室編號是L3300 ,從分析方法到實驗室也獲得 TAF(財團法人全國認證基金會)認證。也就是說,L3300實驗室可以出具檢測報告,其所驗出來的GMI含量是採用符合國際法承認的分析方法。
在詳述GMI的功效之前,我想先讓大家知道,這個蛋白在過去十七、八年間,經過陽明交通大學、中山醫學大學、中興大學、中原大學、臺北醫學大學、臺灣大學、榮民總醫院、長庚醫院、馬偕醫院、國泰醫院等許多老師的研究——我們並沒有給他們什麼經費,老實說我們也給不起經費,只是他們覺得GMI是一個值得探究的材料,拿去做研究以後,確認有以下這些效果。
我把GMI從1982年發現開始,到2023年底為止,所有發表在期刊文獻上的功能整理成以下這張圖:時間軸上方呈現的是GMI抗癌功能,很明顯的,它是一個抗癌機制很全面的功能性蛋白;時間軸下方呈現的GMI功能則是跟神經修復、活化粒線體、黏膜損傷、抗PM2.5、抗新冠病毒有關。
這是第一篇發現GMI能通過誘發細胞自噬進而促使癌細胞程序死亡的報告,由中山醫學大學柯俊良教授率領的研究團隊發表在2011年的《Autophagy》。這張用老鼠表現的機制圖——GMI經口服到老鼠體內可誘發肺腺癌細胞自噬——就被放在期刊封面作為當期的封面故事。
在柯俊良教授確認GMI具有抗肺癌活性之後,2012年我們把GMI送到美國國家衛生研究院(NIH)進行更全面的抗癌活性分析,得到的報告如下表:長條圖向上的代表GMI殺癌細胞的能力,向下的代表GMI抑制癌細胞生長的能力。
基本上GMI對美國常見的11種癌,60個癌細胞株,幾乎都有抑制或是殺癌細胞的能力,顯示GMI有非常廣效的抗癌作用。2017年一篇評論性文章甚至明白寫道:「GMI是極佳的癌症治療候選藥物。」
癌症是所有致死疾病裡面最嚴重的一個,而GMI在癌症的抑制上已被發現:可以誘導癌細胞程序性死亡、抑制癌細胞生長、抑制腫瘤血管新生,以及抑制癌細胞的侵襲和遷移。也就是說,GMI雖然只是單一成分,但它對癌症的控制卻是「全套的」。
截至2023年底,已有17篇GMI抗癌文獻發表,其中跟肺癌有關的就占了11篇,口腔癌2篇,膀胱癌1篇,惡性黑色素瘤2篇,腦癌1篇。
在GMI的抗癌機制中,最重要就是對於表皮生長因子EGFR的抑制,這也是很多癌症標靶藥的作用機制。確認GMI有這項抗癌機制的林東毅教授發現,GMI跟EGFR受體結合後會促使癌細胞把這個受體內吞,誘導癌細胞的程序性死亡,並且抑制癌細胞的侵襲和轉移。此外,GMI 還能透過「促凋亡」和「促自噬」的作用機制誘導癌細胞程序性死亡;對於發炎因子誘導的癌細胞侵襲與轉移GMI也有抑制作用。
GMI還能跟免疫療法常用藥藥物「免疫檢查點抑制劑」發揮協同作用。癌細胞會給T細胞踩煞車進而逃脫T細胞的攻擊,而免疫檢查點抑制劑可以阻止T細胞被癌細胞踩煞車,讓T細胞可以繼續執行殺死癌細胞的任務。
下圖是GMI與免疫檢查點抑制劑Keytruda在動物體內抑制惡性黑色素細胞瘤轉移的效果:單獨使用GMI與單獨使用Keytruda對於癌細胞轉移到肺部的效果非常相近,但兩者併用的效果更顯著——腫瘤動物的肺幾乎就跟正常的肺一樣。
GMI也跟多種化療藥和標靶藥有協同作用。比如柯俊良教授的研究就發現,當順鉑(Cisplatin)跟GMI一起使用的時候,順鉑只需四分之一的量就有一樣的效果。順鉑是很毒的化療藥,因此當它的劑量降至四分之一時,病人承擔的損傷就會相對減少很多,這是很有意義的。
以上是用老鼠做出來的實驗結果,接下來要跟大家介紹的是兩個人體臨床試驗。
由於GMI是食品和膳食補充品原料,不可能直接用GMI做抗癌的臨床試驗,因此這兩個臨床試驗都是使用GMI薄荷口含片(Reishimmune-S)產品,當作癌症正規治療後的輔助治劑。其中在中山醫學大學附設醫院做的臨床試驗發現,GMI可以改善頭頸癌病人化療所產生的黏膜損傷;另一個在馬偕醫院做的臨床試驗是發現, GMI可以幫助術後乳癌患者自然殺手細胞活性的再活化。
在頭頸癌的臨床試驗裡,患者每天吃7片的GMI薄荷口含片(Reishimmune-S),換算下來每人每天會吃2.1 mg的GMI,連續15天之後患者的口腔黏膜炎明顯獲得改善。口腔黏膜炎會出現嘴破或沒有唾液等問題,會對生活品質造成嚴重的影響,因此GMI改善病人的口腔黏膜炎,的確會讓生活品質明顯提升。此結果與動物實驗中觀察到的GMI改善老鼠的腸道黏膜損傷一致。
至於能否直接拿GMI去跟癌症拼輸贏,是個很嚴肅課題。對於癌末病人,各國現在都有「恩慈療法」,也就是雖然已經沒有標準治療方法可以進行,但病人仍不願意放棄,努力尋求其他治療方法。五年前我跟李醫師共同寫了《GMI生醫蛋白質,抗癌新藍海》一書,李醫師在書的第七章提到了三百個癌症末期無藥可醫的臨床案例使用GMI治療的經驗,這些病人絕大部分在我演講當下仍然好好的存活著,說明GMI可以讓癌症變成慢性病,幫助病人與癌共存。
GMI第二個被評論性文章提出來的功效就是它的神經修復作用。GMI可以抑制神經發炎,也能促進神經細胞修復,光這兩個作用就能解決很多神經或腦的問題。
其中要特別提出來說明的是PM2.5造成的神經損傷。科學家發現,老鼠媽媽懷孕期間如果吸入的空氣被PM2.5污染,生出來的小老鼠會有異常的表現,像是會有過動或自閉的傾向;如果老鼠媽媽懷孕期間沒被PM2.5傷害,生出來的小老鼠就會是正常的。
這件事原本是無解的,可是中原大學招名威和曾嘉儀教授的研究卻發現,懷孕期間吸入PM2.5的老鼠媽媽,不管是事前用GMI預防或事後用GMI治療,都可以大幅提高新生老鼠正常的比例。
GMI最初被發現的時候就是「免疫調節」蛋白質,它本來就會同時調節Th1、Th2 兩種免疫反應的翹翹板,因此它也可以被拿來治療或預防自體免疫失調疾病,或是用於改善體內長期慢性發炎造成血糖失調的糖尿病模式。
另外GMI還被證明可以活化粒線體。為什麼年紀大的人會有肌少症?為什麼癌症惡體質病會這麼嚴重,就是因為肌肉無法增生,其背後因素很多都跟粒線體有關。
粒線體失常就像電瓶壞掉車子發動不了,而陽明交通大學羅正汎教授的研究結果告訴我們,GMI可以修復粒線體,粒線體修復後就可以讓肌原母細胞再次分裂,新的肌肉纖維就可以長出來,對於治療或預防肌少症或惡體質病都有幫助。
很多人都有嘴破的經驗,這是因為免疫失調所導致,要好通常需要一兩個禮拜,可是我們跟國泰醫院口腔外科的合作卻發現,患者在使用GMI使用之後,不僅疼痛在一分鐘後快速改善,幾天之內就修復完全了。
另外,我們還跟國泰醫院整型外科合作,開發GMI凝膠的原型產品,讓那些有皮膚問題的人使用,結果不管是對於燙傷、抓傷、褥瘡、化療造成的皮膚過敏、毛蟲過敏、一般性的皮膚過敏、蕁麻疹或是指溝炎,GMI凝膠都能讓症狀快速減輕或緩解。
但真正令人大開眼界的是GMI做成凝膠後對糖尿病患難癒合傷口帶來的作用。當時醫生判斷這個病人的傷口必須再次截肢,因此病人同意先用GMI凝膠試試看,沒想到大概擦了三個月左右,他的傷口幾乎完全癒合,傷口周圍的皮膚問題也獲得顯著緩解。
過去幾年新冠病毒(SARS-Cov-2)肆虐全球,如何預防或治療COVID-19也在那幾年間變成非常熱門的研究題目,陽明交通大學傳統醫學研究所就是台灣當時致力這方面研究的主要學術機構之一。該所的林東毅教授在無意中發現,GMI可以抑制新冠病毒入侵,簡單來說就是GMI可以讓細胞把病毒入侵必經的ACE2受體收起來,使病毒不得其門而入了。
此外,GMI還可以降低多種突變型新病病毒株感染細胞的機會,並且減少感染動物體內的發炎反應,預防「細胞激素風暴(免疫風暴)」的發生。也就是說,GMI從預防感染到避免肺纖維化全都做得到,這些研究成果讓林東毅團隊斬獲2022年各大國際發明奬的金獎,也讓我們看到了GMI抗病毒的潛力。
GMI有那麼多功效,但它到底要怎麼用?它到底安不安全?
十幾年前當我們第一次把GMI生產出來後,由於還不確定GMI有什麼用,就拿給一個家裡養豬場的朋友做實驗:共有五十幾隻離乳小豬參與實驗,母的吃含有GMI的飼料,公的只吃一般飼料。正常情況公豬會長得比母豬大隻,所以當時養豬場的主人就訂了一個判斷指標——只要母豬跟公豬長一樣大就算GMI有效。
四十天之後,我們同事拍了照片回來,一看才發現母豬體型竟比公豬多了一個屁股,而且毛色也跟公豬不一樣。牠們都養在同一個獸欄裡,只是中間隔開,生長環境和吃的東西都一樣,只差有沒有GMI。我們還請畜牧專家前去鑑定,他發現很有趣的是,小公豬有輪狀病毒感染,可是小母豬沒有,這表示GMI不只讓牠們的換肉率不一樣,免疫功能也不一樣。
為了確認GMI能否當作食品原料,我們就把GMI送去做所有要求作為食品原料安全性的體內實驗、體外實驗,以及用於皮膚作為化妝品原料的安全性實驗,並把結果送交美國FDA和臺灣申請GMI作為食品原料的許可。
2020年我們拿到美國FDA對於GMI作為「新膳食成分(New Dietary Ingredients)」的無保留意見推薦函NDI 1133。這個推薦函的意義是,他們接受GMI的安全性,而且GMI可以進到美國作為膳食補充品的原料。2022年2月16日GMI也通過了衛福部的非傳統性食品原料的查驗登記,也就是從這一天開始GMI可以在臺灣作為食品原料生產販售。
2022年5月,我們把GMI做過的所有毒理試驗和安全性試驗結果,發表在國際期刊《Toxicology Reports》,所有動物實驗即使是用到實驗要求的最高劑量也沒出現不良反應,換算成人的每日容許攝取量已經超過60 mg。
GMI經過這麼多老師的努力,讓我們看到了這麼一個單一成分,竟然有這麼多功效:不只能治已病(防癌抗癌、傷口修復),還能治欲病(抗氧化、神經再生、抗PM2.5、保護黏膜、增肌造肉),更能治未病(透過免疫調節、幹細胞增生來預防疾病),而且這些功效都有實際案例佐證,也有科學文獻支撐。
簡單結論,就是有一個「確定的」而不是「想像中」的多功能醫藥蛋白質,它的構造清清楚楚,可以很有效的調節免疫反應,也能很有效的修復細胞讓細胞再生,要用多少劑量才會有效也都清楚,是具備安全性與合法性的食品和化妝品原料,隨時準備好被開發成產品上市。這就是今天我跟大家分享的故事。
GMI可以作為動物飼料,可以給寵物吃,可以給人吃,也可以當作化妝品。我們通過了台灣食品法規的時候,同時我們也拿到了美國、歐盟、日本的化妝品添加許可。當然,在座的各位如果能夠扶我們一把來做新藥開發,無疑是我今天最大的期望。
以上是我的報告,所有我今天講的内容和文獻,各位都可以在GMI健康生技網(www.gmibio.com)找到。如果各位還有任何問題,歡迎提出來,我會盡量回答。謝謝各位!
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