115 調查局特考三等 醫學鑑識組 分子生物學 考古題詳解

（一）液態活檢（Liquid Biopsy）

**核心觀念：**液態活檢是從血液等體液中取得腫瘤相關訊息，以輔助偵測、分析或追蹤癌症的方法。常見分析標的包括循環腫瘤細胞（CTC）、循環腫瘤 DNA（ctDNA）、循環腫瘤 RNA，以及外泌體等。它考查的是腫瘤分子標記在體液中的來源與應用。

**解題方法：**作答時先說明「檢體來自體液」，再指出檢測對象與臨床用途。相較於組織切片，液態活檢採檢侵入性較低，且可重複採樣，常用於腫瘤基因變異分析、治療反應監測、抗藥性追蹤及復發監測；但結果會受腫瘤釋出量、檢測方法與樣本品質影響，陰性結果不能一概排除腫瘤。

**解題技巧：**不要把液態活檢等同於「只驗 ctDNA」或「只驗血液」；其概念涵蓋多種體液與多類腫瘤來源分析物。

（二）端粒（Telomere）

**核心觀念：**端粒是真核染色體線性 DNA 末端的重複序列及其結合蛋白所形成的保護性結構。以人類為例，端粒 DNA 主要由重複的 TTAGGG 序列組成。端粒可保護染色體末端，避免被辨認為 DNA 斷裂，並降低末端降解、末端融合及複製時序列流失等問題。

**解題方法：**作答要交代端粒的位置、組成與功能，並連結染色體複製。DNA 聚合酶無法完整複製線性染色體末端，因此多數體細胞的端粒會隨細胞分裂逐漸縮短；端粒過短會引發細胞衰老或凋亡。端粒酶可利用自身 RNA 作為模板延長端粒，在生殖細胞、部分幹細胞及多數癌細胞中較具活性。

**解題技巧：**端粒的重點不只是「染色體末端的重複 DNA」，也要寫出其保護作用及與端粒酶、細胞老化或癌化的關聯。

（三）SNARE 蛋白複合體

**核心觀念：**SNARE 是參與細胞內膜泡運輸與膜融合的一群蛋白。其名稱源自「可溶性 NSF 附著蛋白受體」（soluble NSF attachment protein receptor）。典型膜泡融合涉及膜泡上的 v-SNARE 與目標膜上的 t-SNARE；兩者配對形成緊密的 SNARE 複合體，促使兩層膜靠近並融合，完成膜泡內容物的運送或釋放。

核心觀念

本題考查粒線體 DNA（mtDNA）的母系遺傳方式，以及同一家族成員臨床表現不一的原因。解題須掌握三個關鍵：卵子提供受精卵絕大多數的細胞質與粒線體；細胞內正常與突變型 mtDNA 可並存；突變所占比例及組織能量需求會影響疾病表現。

解題方法

（一）mtDNA 變異如何導致母系遺傳疾病（4 分）

mtDNA 編碼部分粒線體呼吸鏈與氧化磷酸化所需的蛋白質，也包含轉譯所需的 rRNA、tRNA。mtDNA 發生致病變異時，可能損害呼吸鏈功能及 ATP 生成，造成細胞能量不足，尤其容易影響能量需求高的組織，如腦、骨骼肌、心肌與視神經。

受精時，卵子提供受精卵絕大多數的細胞質及粒線體；精子粒線體通常不會傳入後代，或會在受精後被清除。因此，帶有致病 mtDNA 變異的母親可將變異傳給子女，父親則通常不會將 mtDNA 變異傳給下一代，形成母系遺傳。

（二）同一家族成員的發病與嚴重程度為何不同（12 分）

同一母系家族成員帶有相同來源的 mtDNA 變異，不代表各人的突變比例、分布或細胞能量狀態完全相同。主要影響因素如下：

1. 異質性（heteroplasmy）與突變比例 單一細胞內可同時存在正常型與突變型 mtDNA，稱為異質性。突變型 mtDNA 所占比例愈高，粒線體功能受損通常愈明顯；突變比例較低者則可能尚未出現症狀。

2. 複製分離與組織間分布差異 細胞分裂時，正常型與突變型 mtDNA 隨粒線體複製、分配至子細胞，各組織所獲得的突變比例可能不同。不同個體間也可能因遺傳瓶頸效應與隨機分配而形成差異，因此同一家族成員的突變負荷並不必然相同。

核心觀念

本題比較原核與真核生物的核糖體辨識方式、轉譯起始位置的選擇，以及 mRNA 能否由一條轉譯出多個蛋白質。

多順反子 mRNA 含有多個可各自轉譯的開放閱讀框（open reading frame, ORF）；每個 ORF 通常有自己的核糖體結合位點與起始密碼子。單順反子 mRNA 通常只有一個主要 ORF，轉譯出一種多肽。

解題方法

比較時可從「核糖體如何找到起始位置」切入，再連結「同一條 mRNA 能否重新啟動下一個 ORF」。

原核生物：Shine–Dalgarno 序列引導起始

原核 mRNA 的核糖體結合位點常包含 Shine–Dalgarno（SD）序列，位於起始密碼子上游。SD 序列可與 30S 核糖體小次單元 16S rRNA 的互補序列配對，協助將起始密碼子定位於核糖體的正確位置。起始複合體形成後，起始 tRNA（帶有甲醯甲硫胺酸，fMet）進入 P 位，之後 50S 大次單元結合，形成完整的 70S 核糖體。

多順反子 mRNA 上的不同 ORF 通常各有自己的 SD 序列與起始密碼子，因此核糖體能在同一條 mRNA 的不同位置分別起始，轉譯出不同蛋白質。

真核生物：5′ 端依賴掃描起始

真核 mRNA 通常具有 5′ 帽端。40S 小次單元在起始因子與起始 tRNA（帶有甲硫胺酸，Met）等協助下，先被招募至 5′ 端，再沿 mRNA 朝 3′ 端掃描，通常在符合 Kozak 序列背景的 AUG 起始密碼子開始轉譯。之後 60S 大次單元結合，形成 80S 核糖體。

核心觀念

本題考查 DNA 損傷修復路徑，以及腫瘤細胞修復缺陷如何形成標靶治療的選擇性。PARP 是一群利用 NAD⁺ 作為底物、將 ADP-核糖聚合物加到蛋白質上的酵素；其中 PARP1、PARP2 參與 DNA 單股斷裂修復。BRCA1、BRCA2 則是同源重組修復的關鍵蛋白，負責修復 DNA 雙股斷裂。

解題方法

作答分成兩部分：先說明 PARP 如何辨識並促進 DNA 損傷修復，再比較 PARP 與 BRCA 所參與的修復路徑，說明 BRCA 缺陷細胞為何特別依賴 PARP，以及抑制 PARP 如何使其累積致死性 DNA 損傷。

一、PARP 在 DNA 修復中的角色（8 分）

1. **辨識 DNA 損傷：**PARP1、PARP2 可辨識 DNA 單股斷裂（single-strand break, SSB）及部分 DNA 缺口，並結合損傷位置。
2. **催化 PAR 化：**PARP 活化後消耗 NAD⁺，合成聚 ADP-核糖（poly ADP-ribose, PAR），並將 PAR 鏈加到自身或周邊蛋白質上，稱為 PAR 化（PARylation）。
3. **招募修復因子：**PAR 化改變局部染色質與蛋白質間的作用，促進修復蛋白聚集，例如 XRCC1、DNA 聚合酶 β 與 DNA 連接酶 III 等鹼基切除修復（base excision repair, BER）相關因子。
4. **完成修復並重設反應：**BER 路徑移除受損鹼基、填補缺口並連接 DNA。PAR 聚合物之後由 PARG 等酵素移除，使修復複合體解離，細胞可進入下一輪修復。

因此，PARP 的主要功能是感知 DNA 單股損傷、以 PAR 化發出修復訊號，並協助修復蛋白抵達損傷處。

二、PARP 抑制劑治療 BRCA 突變腫瘤的原理（8 分）

1. **BRCA 缺陷造成同源重組修復不足：**BRCA1、BRCA2 功能喪失會削弱細胞以同源重組（homologous recombination, HR）準確修復 DNA 雙股斷裂的能力。

核心觀念

本題考查三位 2015 年諾貝爾化學獎得主對 DNA 修復機制的代表性貢獻。答題時應把三人的研究分別連結到三種修復路徑：

三種路徑的共同目標，是辨識受損或複製錯誤的 DNA，移除錯誤片段，再以未受損的互補股為模板補回正確序列，維持基因體穩定性。

解題方法

採「損傷來源 → 辨識方式 → 切除方式 → 修補結果」的順序，分別說明三人的貢獻。作答重點不只是列出修復機制名稱，也要指出該機制如何處理 DNA 損傷，並交代其生物學意義。

一、Tomas Lindahl：鹼基切除修復（BER）

研究貢獻

Lindahl 揭示 DNA 並非在生理條件下完全穩定；即使沒有外來誘變劑，DNA 仍會因水解等自發性化學反應而受損。重要例子包括：

• 胞嘧啶脫胺：胞嘧啶轉變為尿嘧啶；若未修復，複製後可能造成鹼基替換突變。
• 鹼基脫嘌呤：嘌呤鹼基脫離，形成無鹼基位置。
• 其他小型、通常不明顯扭曲 DNA 雙股結構的鹼基損傷。

他的重要發現之一，是尿嘧啶-DNA 糖基化酶（uracil-DNA glycosylase），並闡明以受損鹼基為起點的鹼基切除修復概念。

BER 的基本步驟

1. DNA 糖基化酶辨識受損鹼基，切斷鹼基與去氧核糖之間的鍵，留下無鹼基位置。
2. AP 內切酶切開無鹼基位置附近的 DNA 磷酸二酯骨架。
3. DNA 聚合酶依未受損股作為模板，補入正確核苷酸。
4. DNA 連接酶封合 DNA 骨架缺口。

因此，BER 的核心是「先移除受損的單一鹼基，再修復其所在位置」，適用於較小型的鹼基損傷。

二、Paul Modrich：錯配修復（MMR）

研究貢獻

Modrich 闡明細胞如何修正 DNA 複製後未被 DNA 聚合酶校對功能移除的錯配鹼基，並解析細菌錯配修復的關鍵辨識與切除步驟。他的研究也確立了錯配修復在維持複製準確度及抑制突變累積上的重要性。

MMR 的基本步驟

以大腸桿菌的甲基導向錯配修復為例：

核心觀念

本題考查感染病原體檢測中，先設定目標再定序與不預設目標、直接分析檢體核酸兩種 NGS 策略的差異。比較時可從「檢測範圍、低豐度病原體的檢出能力、檢體背景干擾、成本與分析難度」切入。

**Targeted NGS（tNGS，標的式次世代定序）**是先選定一組欲檢測的基因、病原體或變異，再利用目標專一性引子進行多重 PCR 擴增，或以探針捕獲目標核酸，將目標序列富集後進行定序與分析。檢測範圍由設計好的 panel 決定。

相較之下，**Metagenomic NGS（mNGS，宏基因體次世代定序）**通常以 shotgun 定序方式，直接定序檢體中抽取的核酸，不需先指定特定病原體，再透過生物資訊比對資料庫，辨識其中的微生物序列。

解題方法

作答時先交代 tNGS 的定義，再依照 tNGS 與 mNGS 的主要特徵逐項比較。要掌握的主軸是：

• tNGS 先富集已知目標，將定序資源集中在 panel 內，因此通常較能檢出低豐度目標；代價是 panel 外的病原體不在預定檢測範圍。
• mNGS 不預先限定目標，能廣泛探索檢體內的微生物；代價是病原體核酸可能被大量宿主核酸或其他背景核酸稀釋，並增加定序與資料分析需求。

tNGS 與 mNGS 的優缺點比較