評論

許淳欣/阿美族運動員為何那麼強?談米田堡血型裡的祕密

2017世大運台灣選手表現出色,郭婞淳在女子舉重58公斤級以破世界紀錄拿下金牌;男子百米金牌也由小將楊俊瀚拿下,媒體大大標題寫著:「──外媒大驚:誰想得到?

不過,這消息對馬偕醫院輸血醫學實驗室從事多年米田堡血型研究的同仁來講,並不意外;因為他們和其他阿美、雅美(達悟族)、卑南族的運動員們,都很可能具先天「呼吸生理」上的優勢!

約30年前,馬偕醫院血庫林媽利醫師曾率醫檢師們與英籍醫檢師宣教士R. E. Broadberry全台跑透透,整理出台灣人特殊血型的分佈。當時一驚奇發現是:國際間認為是極稀有的米田堡紅血球血型第三亞型(Miltenberger subtype III [Mi.III], GP.Mur),在台灣某些地方還蠻常見(註1)
Broadberry RE, Lin M. The distribution of the MiIII (Gp.Mur) phenotype among the population of Taiwan. Transfus Med 1996 Jun;6(2):145-148.
白種人5萬人裡才有1位是米田堡型,東北亞人種如日本人裡16,000人僅1位,而東南亞人種(台灣、香港、菲律賓、越南、泰國、遠至印尼)依地域約1-9%人口帶有此特殊血型(註2
Hsu K, Lin YC, Chao HP, Lee TY, Lin M, Chan YS. Assessing the frequencies of GP.Mur (Mi.III) in several Southeast Asian populations by PCR typing. Transfus Apher Sci 2013 Oct;49(2):370-371.
)。而米田堡型最高的發生率在台灣三個原住民族群分布分別為:卑南族 21%;雅美族(達悟族) 34%;阿美族 88%,阿美族比率幾乎世界第一。

米田堡血型其實是紅血球膜上ㄧ個高度醣點綴的混合體蛋白質(hybrid protein);混合體的意思是,本來兩個獨立的基因(GYPAGYPB)在演化、基因重組過程中,混合成單一基因(GYP.B-A-B)。這個混和基因表現出的蛋白質,在序列銜接處(Mur)具強烈抗原性(即比較能夠誘發抗原與抗體的反應),故米田堡血型又稱GP.Mur。約有1%的台灣人體內就帶有對抗米田堡抗原的異體抗體;醫院血庫在病人輸血前做的交叉試驗,就是要防止這些帶有抗體的病人會輸到米田堡血液,避免溶血性輸血反應。

米田堡血型後來被發現和運動呼吸生理相關,是始料未及。當年我向國科會、國衛院申請幾個血型與疾病相關的計畫案未通過,後來申請米田堡研究計畫,設計幾個在觀念和技術上都難度頗高的生化、生物物理實驗,果然計畫過了,但計畫要純化紅血球膜上的米田堡蛋白聚合物,來做定量蛋白質體(quantitative proteomics)和膜蛋白通道的功能研究。這些都是又難做又累人,且需長時間的實驗,不一定做得出來也不確定會有什麼發現。現在回想,當年不知哪來的勇氣,想用這麼麻煩的方法來研究血型。

我們用當時新穎的iTRAQ定量蛋白質體技術,比較米田堡和ㄧ般紅血球膜上的血型蛋白聚合物,發現米田堡紅血球膜上有明顯更多的帶三蛋白(band 3)。(註3)
Hsu K, Chi N, Gucek M, et al. Miltenberger blood group antigen type III (Mi.III) enhances the expression of band 3. Blood 2009 Aug 27;114(9):1919-1928.

帶三蛋白是紅血球代謝二氧化碳不可或缺的蛋白質。帶三蛋白的功能就像細胞膜上的一扇門,但這扇門僅允許特定的負離子(如Cl⁻/HCO₃-)通過。人體內的二氧化碳(CO₂)主要以HCO₃-形式存在,因此帶三蛋白這扇門的數量和功能性直接反應在CO₂/HCO₃-兩個化學結構轉換的效率。

因為米田堡紅血球有較多帶三蛋白,我們推論米田堡紅血球傳送HCO₃-的速度或量(capacity)應該高於一般紅血球。體外實驗的確發現,米田堡紅血球通透HCO₃-的能力會隨環境HCO₃-濃度升高而變大。而在低HCO₃-濃度環境,便看不到這些變化(註3
Hsu K, Chi N, Gucek M, et al. Miltenberger blood group antigen type III (Mi.III) enhances the expression of band 3. Blood 2009 Aug 27;114(9):1919-1928.
)。這表示米田堡紅血球傳送HCO₃-的能力,能在體內CO₂含量高時(例如劇烈運動)擴張。由這推論,帶米田堡血型的人應該能容忍體內有較多CO₂的產生。因為阿美族人幾乎都帶米田堡血型,我們開始懷疑:阿美族產出了很多厲害的運動員,會不會與呼吸代謝機能有關?

當時馬偕醫學院張南驥老師建議我把米田堡基因放到實驗鼠,用老鼠實驗來驗證這個想法。我想想,不如找人來驗血型及做運動呼吸測試,更簡單易行。結果發現,研究計畫編列的300元營養金似乎無法吸引台北人參加這項又要運動、又要抽血的試驗。當時我成日苦思如何招募受試者,曾拜託有上電視經驗、知名度高的馬偕小兒科醫師黃瑽寧協助,後來也有網路媒體幫忙宣傳!

因為北部有意願的受試者實在太少了,而且米田堡在台北的發生頻率僅2%,我們轉換到花東尋人,找台東馬偕檢驗科郭美杏主任幫忙(因為當地15%是米田堡型);在「全科總動員」下進行受試者招募、運動測試及血液檢驗。台東大學體育系的學生游宗翰、林家豪和同學們也來幫忙做運動測試部分,並熱心找受試者。最令我感動的是林家豪回花蓮山上老家時,說服家族和左右鄰居來參與試驗,聽說他找了「一輛卡車」載大家從花蓮村落直達台東馬偕醫院來參加。後來我訂一盒月餅宅配到他老家想謝謝他,才發現他家的住址只有某某村,沒有路名。想到這些東大體育生們對此研究有著我無法想像的熱忱,也許是他們親身的經歷、感受(這些是純理學研究的我很難體會到的),至今想起,我仍充滿感謝!若沒有當地熱血青年的幫忙,此計畫不可能在一年多內(2013-4年)招募到近300位受試者。

我們針對這近300位成人受試者進行血液、血型檢驗及運動呼吸測量。每位受試者在3分鐘踏階運動(一種體適能測驗)前後,會被測量他的呼吸生理數值的變化。運動後每個人都會呼出較多二氧化碳。這研究發現:沒有米田堡型的成人在踏階後2-3分鐘排完這個運動產生的二氧化碳;不過,帶有米田堡型的成人在運動後1-2分鐘就排完二氧化碳(註4
Hsu K, Kuo MS, Yao CC, et al. Expedited CO2 respiration in people with Miltenberger erythrocyte phenotype GP.Mur. Sci Rep 2015 May 22;5:10327.
)。
其他的生理數值,如心跳頻率、血氧量、乳酸等,在這兩群人裡沒有明顯差異(註4
Hsu K, Kuo MS, Yao CC, et al. Expedited CO2 respiration in people with Miltenberger erythrocyte phenotype GP.Mur. Sci Rep 2015 May 22;5:10327.
)。這個結果驗證了之前生物物理實驗的推論。因為二氧化碳代謝的效率與個體二氧化碳的容忍量(capacity)及呼吸耐力有直接關係(註5
Gorman RB, McKenzie DK, Gandevia SC. Task failure, breathing discomfort and CO2 accumulation without fatigue during inspiratory resistive loading in humans. Respir Physiol 1999 May 3;115(3):273-286.
),可想而知,帶有米田堡血型的人應會有較佳的呼吸代謝和耐力。
阿美族人類學者賴昱錡在她的著作《你今天做苦力了嗎?──日治時代東台灣阿美人的勞動力釋出》(註6
Lai Y-C. Misakoliay Kiso Anini Haw? Have you worked as a coolie today?─ labor output of Amis in Taitung Prefecture during Japanese colonial period: Eastern Taiwan Study Association; 2013.
),提到當時日本官員找各地方台灣人來做苦力、開墾建設,曾比較台灣各種族的勞動成效,發現阿美族人最能耐「苦力」。這生理上的原因,百年後我們終於找到了。

這兩天,有人問我米田堡血型與短跑「爆發力」的相關性,因為我們研究沒有做到那部分,無法提供學理上的看法。不過,2012年我們曾短暫與國立體育大學傅麗蘭老師及長庚大學物理治療系王鐘賢老師合作,想看看米田堡血型能否影響選手的運動生理。雖然這合作臨時中止,短短幾個月合作裡,國體大毛祚彥博士及碩博生王佩凡和陳一慈找教練拜託選手們來參與研究。因此我們曾為72位國體大選手檢驗血型,發現其中16位(22%)選手是米田堡型。72位選手裡有28位來自田徑隊,在這些田徑選手裡有9位帶米田堡血型(32%)。

當時聽說驗到米田堡血型的16位選手,近半是阿美族。所以對想往運動極限發展的孩子,如果有米田堡血型,也許是先天生理上的優勢。造物主給予這些孩子這麼特別的「禮物」,要如何使用它、發揮它、或者不用它,我想神已經把主控權給孩子們了。

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