莊曜宇教授的個人資料 - Profile of Eric Y. Chuang

莊曜宇 Eric Y. Chuang

國立台灣大學電機工程學系 教授
工業技術研究院生醫與醫材研究所 副所長
中國醫藥大學客座教授
中央研究院基因體中心合聘研究員
國立臺灣大學與中央研究院合辦-生物資訊學國際研究生博士學位學程 教授
國立臺灣大學生醫電子與資訊學研究所 教授
國立臺灣大學生命科學系 教授
國立臺灣大學流行病學與預防醫學研究所 教授
國立臺灣大學生命科學院與中央研究院合辦-基因體與系統生物學學位學程 教授
國立臺灣大學腫瘤醫學研究所 教授
國立臺灣大學醫療器材研發中心 副主任
國立臺灣大學基因體暨精準醫學研究中心-生物資訊暨生物統計核心實驗室 主持人
Professor, Department of Electrical Engineering, National Taiwan University
Deputy General Director, Biomedical Technology and Device Research Laboratories, Industrial Technology Research Institute
Joint Appointment Research Fellow, Genomics Research Center, Academia Sinica
Director and Professor, Graduate Institute of Biomedical Electronics and Bioinformatics
Professor, Department of Electrical Engineering
Professor, Department of Life Science
Professor, Graduate Institute of Epidemiology and Preventive Medicine
Professor, Genome and Systems Biology Degree Program, College of Life Science
Professor, Graduate Institute of Oncology
Deputy Director, Research and Development Center for Medical Devices
Principal Investigator, Bioinformatics and Biostatistics Core Lab, NTU Center of Genomic and Precision Medicine

主要研究領域:

生物晶片、次世代定序、生物資訊、癌症生物、輻射生物、精準醫學

Major Research Areas:

Biochip, Next-Generation Sequencing, Bioinformatics, Cancer Biology, Radiation Biology, Precision Medicine

研究領域摘要:

*食道癌:
因應現今全球食道癌的發生機率持續攀升,然而食道癌患者卻因常在晚期才診斷出病症,而此時已不再適合做切除手術,因此導致治療效果普遍不佳。為增加療效,近幾年來,醫界發展出多種複合式療法,例如: 合併化學放射治療(concurrent chemoradiation therapy, CCRT)後再進行手術已用來增長食道癌病患的壽命,但此法僅有10%~40%食道癌患者有機會被完全治癒。本實驗室與台大外科部合作利用基因型微陣列晶片來檢視食道癌患者在施行CCRT反應與單核苷酸多型性(single-nucleotide polymorphism, SNP)的關連性。結果顯示兩種SNP(rs16863886及rs4954256)與CCRT的反應有密切的相關性,這結果已發表於頂尖的放射腫瘤國際期刊,並且通過美國與台灣的專利。
*肺癌:
肺癌是世界上持續高踞癌症死亡主因的前幾位。在癌細胞的發生過程中,癌症細胞內的目前治療肺癌的方式主要是透過化學療法和放射療法,但是這些治療方式皆會產生嚴重的副作用。我們團隊為了研究台灣非吸煙女性肺癌患者的新型分子靶點,從60名非吸煙肺癌患者中收集了成對的正常和腫瘤組織進行微陣列分析。從微陣列結果可以看出,SEMA3B,SEMA3G,SEMA5A,SEMA6A和SEMA6D在腫瘤組織中均顯著下調。我們團隊在semaphorin基因中,選擇SEMA6A進行進一步研究。第一、藉大量表現SEMA6A基因於肺癌細胞株中來探討這些基因於肺癌生成上的作用; 第二、利用微陣列來探討SEMA6A基因於肺癌生成的分子機轉; 第三、利用裸鼠實驗模型來進一步探討SEMA6A基因於體內功能上所扮演的角色。
除此之外,我們團隊以CL系列之肺癌細胞株結合生物資訊方式研究肺癌中micro-RNA及化療藥物對癌症可能之影響。結果顯示,在肺癌中miR-499a對Jagged 1的調控會促進放射線敏感性,因此可能可以做為肺癌醫療上的目標。此外,經過使用化療藥物Mitomycin C處理CL細胞實驗後,我們團隊提出直接證據證明,若未正確使用抗癌藥物可能反而會使癌細胞轉移,造成更嚴重的病況。此一系列肺癌相關研究也都已發表於相關的頂尖國際期刊中。
*台灣帝雉基因定序:
台灣帝雉,又稱帝雉和黑長尾雉,是台灣特有的長尾雉屬鳥類,棲息在海拔2500公尺以上中高海拔,地理分布於台灣的中、高海拔山區,是台灣的雉科鳥類中棲息於最高海拔者。過去台灣帝雉近年來因為溫室氣體效應,造成全球氣候急遽變化,逐漸減少成為瀕危物種,近年台灣對保育鳥類有較好的保護,許多地方 (含台灣中部山區的幾個國家公園)的野生帝雉族群有增加的現象,所以世界自然保護聯盟(IUCN)的紅皮書從1994年版將其定為近危物種。由於牠在鳥類種的分化與演化的特殊地位尚未被界定,牠的遺傳資源彌足珍貴,需要對其基因體有更詳盡的分析,以確立其在演化分類上的意義與價值。我們團隊利用既有之次世代定序平台進行帝雉全基因定序並達成下列五項目標:1.建立非模式物種定序演算平台;2.定序帝雉基因組序列;3.定序轉錄體協助基因組序列組裝;4.藉由轉錄體定序結果分析帝雉演化過程與親源;5.藉由比對其他雉科鳥類基因體以提供保育與繁殖參考。

我所指導的研究團隊長期致力於應用研究,尤其是生物晶片的開發與癌症、心臟疾病等基因體研究,利用高通量分析與資料分析方法,除了探討癌症內基因調控機制外,我們團隊亦提出了能夠準確預測各癌症預後的生物標記,這些應用研究之成果對於人類的健康與醫療具有極大貢獻,相關成果已發表在逾百篇之國際期刊論文中。以下分別說明:
*急性骨髓性白血病:
急性骨髓性白血病為台灣血癌中發生率最高的一種類型,在最近的研究中顯示,這種病人的白血病細胞中有許多基因的突變,與血癌的發生可能有重要關聯。在這項跨領域研究中,我們團隊利用高通量生物晶片技術,分析台大醫院約三百名血癌病患之基因表現圖譜,取得全基因表現之巨量資料,並使用生物資訊之分析方法,在數百個微小核糖核酸與幾萬個基因中,發現了在血癌中相當重要的三個微小核糖核酸(miR-9-5p、miR-155-5p與miR-203),以及另外十一個基因的表現可以預測病人的預後。該研究團隊並將這些微小核糖核酸及基因分別建構了兩套預測分數系統,未來病患在確診時,只需要測量這些微小核糖核酸及基因的表現情形並計算分數,即可快速的預測病患未來對治療的反應。此外,該研究團隊鎖定約四分之一帶有NPM1基因突變的血癌患者。此研究首度提出,該基因突變具有破壞血癌細胞中正常的「基因調控網路」之能力,更可能因此影響病患的預後,研究團隊並利用分子生物實驗與國際的血癌病患資料驗證了這個發現。這些成果不僅有助於了解血癌細胞內錯綜複雜的突變基因與基因網路,更提供未來抗血癌研究及開發新治療之可能標的。此研究的發現為未來血癌治療提供突破性的進展,更呼應了美國總統歐巴馬所提出的「精準醫學計畫(Precision Medicine Initiative)」,未來透過偵測這些分子標記,醫師得以了解每個患者的腫瘤細胞特性,安排個人化的治療方式,提高治癒率,同時有效地減低醫療資源的支出。上述研究成果已發表於國際腫瘤類期刊中排名前5%之白血病期刊(Leukemia)與前10%之腫瘤標靶(Oncotarget)等頂尖期刊,可見其研究品質深獲肯定,且經記者會發表後,受到眾多媒體報導,並刊載於本校校訊頭版,學術成果表現優異。
*心臟疾病:
心房顫動是最常見的一種心律不整,心房顫動患者發生中風的風險是一般人的五到七倍,我們與台大醫院心臟內科等多位醫師共同研究,利用新穎之全基因體掃描技術,發現引起心房顫動心律不整台灣特有之基因KCNIP1:第一型鈣調控鉀離子通道結合蛋白基因(Kv-channel interacting protein 1; KCNIP1),並針對此基因進行功能性以及機轉的探討,第一個證實KCNIP1在心臟電生理的角色,帶有此基因拷貝數變異之個體,發生心房顫動風險為未帶有此基因拷貝數變異之個體的2倍多,未來將可應用在健康成人或病人檢驗,若檢驗出有上述基因拷貝數變異,可提早注意心律不整的症狀,並改善生活習慣,以減緩心房顫動及心律不整的發生,早期診斷、早期治療,進而減少台灣中風的發生率,減少社會的經濟與醫療成本。這項研究已刊載於國際知名的NATURE系列期刊NATURE COMMUNICATIONS上。
*華人乳癌基因資料庫:
我們與永齡健康基金會產學合作計畫「華人乳癌基因資料庫及個人化雲端諮詢平台」(執行期間:2015年5月至2017年5月) 針對東方人族群的乳癌進行研究,計畫建立華人女性的乳癌次世代定序基因資料庫及個人化雲端諮詢平台,用以協助醫師及患者進行個人化的乳癌療程將會有非常高的臨床醫療價值。此華人乳癌醫療諮詢平台可輸出提供醫護人員及病患、家屬友善的使用介面與基因檢測報告資訊,協助醫生提高乳癌個人化醫療的成功率。這項研究受到許多關注,台大研發處更因此專刊採訪我們,全文於106年1月刊登於刊物Landscope並公布於台大研發處英文版網站,供全球各界收看。
*建置生物資訊資料庫:
本人的研究主軸在生物醫學上,隨著研究問題拓展,不僅能以其他領域之方法解決遭逢之困難,並能輔以真實之實驗數據加速生物資訊演算法與生物統計方法之開發。現今而言,此二者結合之方向已成為當前研究之主流,以此方法尋找出的生物標記不僅只能發表於學術期刊上,且亦有其臨床醫學上的應用價值。我們與國際知名企業IBM及美國國家衛生總署NIH合作開發台灣第一套線上基因晶片分析系統(National Taiwan University Microarray Analysis Platforms),此系統整合了多個基因資料庫與生物路徑資訊,讓使用者能在容易操作的圖型化介面下進行複雜的微陣列晶片之分析。此外,我們之研究團隊亦於2012年發表了一套微型核糖核酸線上分析工具(miRsystem),使用者僅需輸入待研究之微型核糖核酸列表,系統即可自動進行分析統計分析,並輸出其下游之預測調控基因以及參與之生物路徑,此系統大幅簡化了生醫學者在研究微型核糖核酸上的困難,系統上線5年來已有來自82個國家、近54,000人次使用,該論文亦獲得超過149篇論文的引用,可見此系統已成為該研究領域之重要線上工具,並對於相關生醫研究帶來實質貢獻。
除了miRsystem之外,在 Biocondutor上的iGC and anamiR也有相當優秀的表現。
iGC: This package is intended to identify differentially expressed genes driven by Copy Number Alterations from samples with both gene expression and CNA data.
自2015年9月上線以來,截至2017年9月15日,已累積了3087筆使用量。
anamiR: This package is intended to identify potential interactions of miRNA-target gene interactions from miRNA and mRNA expression data. It contains functions for statistical test, databases of miRNA-target gene interaction and functional analysis.
2016年10月上線,截至2017年9月15日用量為1360筆。

Research Summary:

Photo of Eric  Y. Chuang