112 高普考高考三級 衛生技術 生物技術學 考古題詳解

核心觀念

本題屬於「幹細胞生物學」與「再生醫學／細胞治療」的整合型基礎題型，為公職衛生技術《生物技術學》歷年極高頻率考點。命題核心涵蓋：

1. 幹細胞（Stem Cells）之核心定義與生物學特性：包含非特化狀態（unspecialized）、自我更新能力（self-renewal）及發育分化潛能（differentiation potency）。
2. 三類幹細胞的來源與性狀比較：胚胎幹細胞（ESCs）、成體幹細胞（ASCs）與誘導式多功能性幹細胞（iPSCs）在「分化潛能等級」、「取得途徑」、「倫理爭議」及「致畸胎瘤（teratoma）風險」上的差異。
3. 細胞分離純化技術之生物物理與免疫學原理：密度梯度離心法（Density Gradient Centrifugation）、磁珠活化細胞分選（MACS）與螢光活化細胞分選（FACS）。
4. 細胞治療（Cell Therapy）的科學與法規定義：以命題當年（民國 112 年）法規為準，衛生福利部依《特定醫療技術檢查檢驗醫療儀器施行或使用管理辦法》（以下簡稱《特管辦法》）所界定之細胞治療範疇與核心要件。（現行法已於民國 113 年制定通過《再生醫療法》與《再生醫療製劑條例》，但解題仍以命題當年規範為基準）。

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解題方法

本題配分為 25 分，採子題條列評分，作答切入點建議如下：

1. 第 (一) 小題（5 分）：開門見山寫出「未分化」前言，接著以小標清楚列出幹細胞的兩大核心支柱——「自我更新能力」與「分化潛能」，並定義其分化階層（Totipotent, Pluripotent, Multipotent, Unipotent）。
2. 第 (二) 小題（10 分）：配分最高，宜採「條列說明特性」搭配「橫向對比表」，逐一解析 ESCs、ASCs、iPSCs 的來源、分化能力、臨床應用限制（倫理爭議、自體／異體排斥、致瘤性）。說明 iPSCs 時，務必精準列出 Yamanaka factors（Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc）。
3. 第 (三) 小題（5 分）：以幹細胞之「生物物理特性（密度、貼壁性）」及「細胞表面特定抗原標記（Surface CD markers）」為出發點，精確說明密度梯度離心、貼壁培養法、MACS 與 FACS 的分離機制。
4. 第 (四) 小題（5 分）：雙軌並進，先從「現代生物醫學」定義其為活細胞製劑之移植物，再援引「民國 112 年台灣衛福部《特管辦法》」之法規名詞定義，凸顯公職應試者的專業法規素養。

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解題技巧

1. 關鍵字精準度：英文專有名詞（如 Self-renewal、Pluripotency、Inner cell mass、Teratoma、MACS、FACS）務必隨附於中文後，閱卷評分更易給予高分。
2. 潛能位階不可混淆：

• 全能性（Totipotent）：受精卵至桑椹胚，可形成個體與胚外組織（胎盤）。
• 多能性（Pluripotent）：囊胚內細胞群（ESCs）與 iPSCs，能分化三胚層，但無法形成胎盤。
• 多潛能（Multipotent）：成體幹細胞（如造血幹細胞、間質幹細胞），分化範圍受限於特定組織譜系。

3. iPSCs 技術關鍵字：必須提及誘導因子（Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc）及體細胞重新編程（Reprogramming）。

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【答案】

(一) 幹細胞的定義與特性

1. 定義： 幹細胞（Stem cells）是一類原始且尚未完全分化（undifferentiated）的細胞，具備分化成體內多種特化功能細胞的潛力，並能在體內或適當培養環境下長期維持其未特化狀態。
2. 兩大生物學特性：

• 自我更新能力（Self-renewal）： 幹細胞可經歷對稱或不對稱的有絲分裂（asymmetric division），在產生一個分化前驅細胞的同時，仍保留至少一個維持未分化母細胞特性的幹細胞，藉此維持體內幹細胞池（stem cell pool）的恆定，且不發生早衰。
• 分化潛能（Differentiation potency）： 幹細胞可在特定生理或外加生化訊號（生長因子、微環境誘導）刺激下，開啟特定發育調控路徑，轉變成具有特定結構與生理功能的終末成熟細胞。其潛能可分為全能性（Totipotent）、多能性（Pluripotent）、多潛能（Multipotent）與單潛能（Unipotent）。

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(二) 胚胎幹細胞、成體幹細胞與誘導式多功能性幹細胞之特性

1. 胚胎幹細胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）：

• 來源：分離自受精後約 4 至 5 天的早期囊胚（blastocyst）之內細胞群（Inner Cell Mass, ICM）。
• 分化潛能：具多能性（Pluripotency），可分化為內、中、外三個胚層的所有組織與器官細胞，但無法發育成胎盤等胚外組織。
• 優點與限制：體外擴增與增殖能力強；但取用過程需摧毀人類早期胚胎，存在嚴重的生命倫理爭議；異體移植具免疫排斥反應；且若未完全分化即植入體內，具有高度形成**畸胎瘤（Teratoma）**之風險。

2. 成體幹細胞（Adult Stem Cells, ASCs）：

• 來源：存在於發育成熟的個體組織或胎兒附屬組織中（如骨髓、周邊血、脂肪、臍帶血、臍帶間質）。常見者包括造血幹細胞（HSC）與間質幹細胞（MSC）。

核心觀念

本題評量分子生物技術與基因功能研究的核心技術——RNA 干擾（RNA interference, RNAi）。核心概念涵蓋：

1. RNAi 的分子作用途徑：外源性或內源性雙股 RNA（dsRNA）如何由第三型核酸內切酶 Dicer 加工，並與 Argonaute（Ago）等蛋白質組裝成 RNA 誘導靜默複合體（RNA-induced silencing complex, RISC），進而辨識標靶 mRNA 進行轉錄後基因靜默（Post-transcriptional gene silencing, PTGS）。
2. 小分子 RNA（siRNA、shRNA、microRNA）的結構與生物發生差異：比較外源化學合成小干擾 RNA（siRNA）、載體轉錄之短髮夾 RNA（shRNA）與真核細胞內源性微小 RNA（miRNA）在起原始末、分子加工途徑（Drosha/DGCR8、Exportin-5、Dicer）及作用機制（完全互補切割標靶 mRNA vs. 種子序列不完全配對造成轉譯抑制）之異同。
3. 實驗與臨床應用層面的優缺點：包含遞送難易度、靜默持續時間（暫時性 vs. 穩定性表現）、脫靶效應（off-target effects）及細胞毒性（如飽和內源 RNAi 路徑或引發干擾素反應）。

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解題方法

本題為高考典型的比較型申論題，採層次分明、圖表輔助的策略作答：

1. 第 (一) 小題（何謂 RNAi）：

• 採「定義與發現背景 $\rightarrow$ 分子機制（啟動期、效應期）$\rightarrow$ 生物學意義」之邏輯展開。
• 必須明確點出關鍵酵素與複合物名稱（如 Dicer、RISC、Argonaute/Ago2、PTGS）。

2. 第 (二) 小題（siRNA、shRNA、microRNA 之差異與優缺點）：

• 先以「綜合比較表」橫向整合三者的來源、前驅物結構、加工酵素、與標靶配對程度及主要抑制模式，讓閱卷老師在第一時間掌握關鍵評分點。
• 接著依題目所求，分別就「作用原理差異」、「技術方法差異」與「抑制表現之優缺點」縱向分點深入論述，確保論點完整且無遺漏。

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解題技巧

1. 關鍵字精準命中：

• siRNA：化學合成（chemical synthesis）、暫時性轉染（transient transfection）、完全互補（perfect match）、mRNA 切割降解（mRNA degradation）。
• shRNA：質體/病毒載體（plasmid/viral vector）、細胞核轉錄（nuclear transcription）、穩定靜默（stable knockdown）、Exportin-5 運輸。
• microRNA：內源性（endogenous）、pri-miRNA/pre-miRNA、Drosha-DGCR8 複合體、種子序列（seed region, 2–8 nt）、不完全互補（imperfect match）、轉譯抑制（translational repression）。

2. 避免常見盲點：

• 許多考生常混淆 shRNA 與 siRNA 的作用位置。需注意：siRNA 通常直接以雙股短鏈轉染至細胞質；shRNA 必須先進入細胞核轉錄，經加工並透過 Exportin-5 送至細胞質後，才由 Dicer 辨識切割。
• miRNA 與標靶結合主要是 3' UTR，且單一 miRNA 可同時調控數十至數百個不同基因（多靶向特性）。

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【答案】

(一) RNA 干擾（RNA interference, RNAi）之意涵

1. 定義與發現背景： RNA 干擾（RNAi）是一種存在於真核生物細胞內的天然防禦與基因調控機制。細胞內若存在具專一序列的雙股 RNA（double-stranded RNA, dsRNA），會引發其同源序列標靶 mRNA 的降解或轉譯抑制，進而阻斷特定基因的蛋白質生成，此現象稱為轉錄後基因靜默（Post-transcriptional gene silencing, PTGS）。該現象由 Andrew Fire 與 Craig Mello 於 1998 年在線蟲（C. elegans）研究中發現，並榮獲 2006 年諾貝爾生理醫學獎。

2. 分子作用機制： RNAi 的作用過程可劃分為兩個主要階段：

• 啟動期（Initiation step）： 細胞質內的長鏈雙股 RNA（外源病毒感染或人工導入）被第三型核糖核酸酶 Dicer（RNase III 家族）辨識，並將其切割成長度約 21–23 個核苷酸對（bp）、兩端帶有 2 個突出核苷酸（2-nt 3' overhang）及 5'-磷酸根、3'-羥基的短片段雙股 RNA。
• 效應期（Execution step）： 短雙股 RNA 與多種蛋白質結合，組裝成 RNA 誘導靜默複合體（RNA-induced silencing complex, RISC）。複合體內具解旋與核酸內切活性之核心蛋白質 Argonaute（Ago2） 將雙股解開，排除並降解非引導鏈（passenger strand），保留引導鏈（guide strand/antisense strand）。活化的 RISC 依據引導鏈序列與細胞內標靶 mRNA 進行專一性互補配對，由 Ago2 切割 mRNA（Slicer 活性）或阻礙核糖體運作，引發 mRNA 降解與轉譯抑制，達成基因靜默。

3. 生理功能： RNAi 在生物體內具有抵禦反轉錄病毒與雙股 RNA 病毒感染、抑制基因體中跳躍子（transposons）隨機移動以維持基因體穩定性，以及精細微調個體發育各時期基因表現的作用。

核心觀念

本題測驗「生物技術學」與「前臨床藥物開發」中核心的實驗動物模式技術，主要涵蓋三個核心層面：

1. 腫瘤異種移植模式（Tumor Xenograft Models）：區分「原位移植（Orthotopic）」與「異位／皮下移植（Ectopic / Subcutaneous）」之解剖微環境差異，以及腫瘤微環境（Tumor Microenvironment, TME）對癌細胞生長、侵犯與轉移的關鍵影響。
2. 實驗動物微生物控制等級：精確理解「無特定病原（Specific Pathogen Free, SPF）」的定義，辨析其與「無菌動物（Germ-Free / Axenic）」之本質差異及屏障設施管理規範。
3. 免疫缺陷動物品系之免疫學機制：掌握臨床前常用免疫缺陷小鼠品系（如 Nude、SCID、NSG 等）之致病突變基因（如 Foxn1、Prkdc、Il2rg）、免疫細胞表型缺損（T、B、NK 細胞缺乏）及其適用之生物醫學研究範疇。

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解題方法

本題為標準的申論名詞解釋與申論比較題，作答時切忌單純翻譯名詞，應採取「定義 $\rightarrow$ 生物學機制／特點 $\rightarrow$ 醫學應用價值」的三段式架構：

• 第 (一) 題：拆解「Human（人類來源）」、「Orthotopic（原位／解剖對應器官）」、「Xenograft（異種移植）」，重點說明移植部位對腫瘤微環境模擬、轉移路徑與臨床抗癌藥物療效評估的優勢。
• 第 (二) 題：強調「Specific（特定清單排除）」之意涵，點出「並非無菌，體內仍有正常共生菌叢」，並補述飼育環境（屏障系統／IVC）及監控哨兵鼠機制。
• 第 (三) 題：選取具「漸進式免疫缺陷」代表性的兩種純品系小鼠（推薦「裸鼠 Nude mice」與「NSG 小鼠」），依「正式名稱與突變基因」、「免疫細胞缺失特徵」、「主要應用與限制」條列對照，展現深厚的免疫學與動物實驗背景。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。作答配分重點在於名詞定義的完整性（專業名詞中英文對照）、機制說明的精確度（基因與細胞表型）以及應用層面的延伸。

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解題技巧與常見陷阱

1. 「原位移植」vs.「異位／皮下移植」之辨析： 多數初學者僅回答「把人類腫瘤植入小鼠」，漏掉「植入原發解剖器官位置（例如：人類乳腺癌植入小鼠乳腺脂肪墊；肺癌植入肺葉）」的精髓。皮下移植（Subcutaneous）雖操作簡便，但無法真實模擬組織特異性轉移；原位移植（Orthotopic）方能評估「局部侵犯」與「器官特異性轉移」。
2. SPF 的最大常見陷阱（觀念混淆）： 切勿將 SPF 寫成「無菌動物（Germ-Free）」。SPF 動物體內帶有正常的腸道共生菌（Normal microflora），僅排除國家標準或檢驗指引中表列之重大病原微生物（如小鼠肝炎病毒 MHV、仙台病毒、黴漿菌、寄生蟲等）。
3. 免疫缺陷小鼠的表型階層記憶法則：

• Nude（裸鼠）：Foxn1 突變 $\rightarrow$ 無胸腺 $\rightarrow$ 僅缺成熟 T 細胞（B 與 NK 活性正常）。
• SCID：Prkdc 突變 $\rightarrow$ V(D)J 重組缺失 $\rightarrow$ 缺 T、B 細胞（NK 活性正常，老年易 leakiness 出現抗體）。
• NSG：NOD 背景（巨噬細胞耐受）+ Prkdc（缺 T、B）+ Il2rg（缺 NK）$\rightarrow$ 極度重度缺陷（T、B、NK 全缺，植入率最高）。

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【答案】

(一) 何謂 human orthotopic xenograft models（5 分）

人類原位異種移植物模式（Human Orthotopic Xenograft Models） 是指將人類來源的腫瘤細胞株（Cell line-derived）或人類病患切片之原發腫瘤組織（Patient-Derived Xenograft, PDX），移植至免疫缺陷小鼠體內相對應的原生解剖器官或組織部位所建立之疾病動物模式。

1. 核心特性與操作方式：

• 與傳統植入背側皮下的「異位移植（Ectopic / Subcutaneous xenograft）」不同，原位移植直接植入對應器官。例如：將人類乳腺癌細胞植入小鼠乳腺脂肪墊（Mammary fat pad）、原發性腦膠質瘤植入顱內腦組織、大腸癌細胞植入結腸黏膜壁或盲腸。

2. 臨床與科研應用價值：

• 高度重現腫瘤微環境（Tumor Microenvironment, TME）：原位器官提供腫瘤細胞原生所需的基質細胞（Stroma）、細胞外基質（ECM）、局部血管與淋巴系統交互作用。
• 真實模擬腫瘤侵犯與轉移路徑：能重現自原發部位向局部淋巴結及遠端器官轉移（Metastasis）的臨床特徵。
• 臨床前抗癌藥效評估：用於評估標靶藥物、化療藥物之器官特異性藥物動力學（PK/PD）、抑制腫瘤生長與抗轉移之真實療效。

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(二) 何謂 SPF 實驗動物？（5 分）

SPF（Specific Pathogen Free，無特定病原）實驗動物，是指經過嚴格微生物監控與檢測，**確認體內不含特定檢驗清單上所列之特定病原體（如特定的人畜共通傳染病原、烈性傳染病病毒、致病性細菌、黴菌或寄生蟲

核心觀念

本題整合「分子病毒學」、「現代分子生物技術」與「生物醫學倫理／法規」，核心考點包含：

1. HIV 感染與受體識別機制：HIV-1 表面外套膜醣蛋白（gp120/gp41）與宿主細胞表面主要受體（CD4）及輔助受體（CCR5 / CXCR4）結合以引發膜融合的機制；天然 CCR5-$\Delta32$ 基因突變賦予個體抵抗 HIV-1 感染之原理。
2. CRISPR/Cas9 系統之分子機制：細菌後天免疫系統原理、Cas9 核酸內切酶（HNH 與 RuvC 催化結構域）、單引導 RNA（sgRNA）結構、前間隔序列鄰近基序（Protospacer Adjacent Motif, PAM）辨識，以及雙股 DNA 斷裂（DSB）後引發細胞進行非同源末端結合（NHEJ）或同源引導修復（HDR）之途徑。
3. 生殖系基因編輯（Germline Gene Editing）的倫理與法規爭議：涉及 2018 年賀建奎「基因編輯嬰兒」事件之反思。涵蓋脫靶效應（Off-target effect）、嵌合體（Mosaicism）、生殖細胞基因永久改變對人類基因池（Gene Pool）的衝擊、知情同意瑕疵、缺乏醫療急迫性，以及違背《人體研究法》、《人工生殖法》等國內外倫理規範之嚴重後果。

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解題方法

1. 第 (一) 小題（5 分）：採「病毒進入機制（Viral Entry Pathway）」為切入點。先定義 CCR5 之角色為「輔助受體（Co-receptor）」，並按順序敘述 gp120 辨識 CD4、構形改變暴露輔助受體結合位、gp41 媒介細胞膜與病毒被膜融合。結論點明缺乏 CCR5 阻斷了膜融合步驟。
2. 第 (二) 小題（5 分）：採「分子元件組成 $\rightarrow$ 辨識與切割步驟 $\rightarrow$ 修復途徑」的三段式邏輯作答。精準交代 sgRNA、Cas9、PAM（$5'\text{-NGG-}3'$）、DSB，以及利用 NHEJ 產生框架位移突變（Frameshift mutation）以剪除（Knockout）基因之因果關係。
3. 第 (三) 小題（15 分）：配分最高，不可單就道德口號空泛陳述，須分層從技術安全性與生理代價、醫療必要性之違反、世代遺傳與優生學衝擊、法規倫理程序之踐踏四個維度條列申論，並援引國內外指標性倫理共識與台灣法規標準。

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選項分析

本題為申論題型，無選項。答題應嚴格依據題幹子題配分比例配置篇幅：第 (一) 子題約 150～200 字；第 (二) 子題約 200～250 字；第 (三) 子題為評分關鍵，應詳列四大主標與細項，約 500～600 字，展現公職衛生技術人員應具備的科技風險評估與法規素養。

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解題技巧

1. 名詞精準度：強調 CCR5 是「輔助受體（Co-receptor）」而非主要受體；Cas9 造成的是「雙股斷裂（Double-Strand Break, DSB）」；基因剔除是利用「非同源末端結合（NHEJ）」造成微小插入或缺失（Indels）。
2. 答題完整性補強：在說明第 (一) 子題時，宜點出此抗性主要針對「巨噬細胞親和株（R5-tropic strain）」，若遭遇使用 CXCR4 的 X4-tropic 株仍可能感染，彰顯專業深度。
3. 第 (三) 題評分陷阱：切忌只寫「不人道」、「違反倫理」等抽象字眼。閱卷委員著重的是專有名詞的落實：如「脫靶效應（Off-target effects）」、「胚胎嵌合現象（Mosaicism）」、「生殖系基因池改變（Germline gene pool alteration）」、「知情同意權瑕疵（Flawed informed consent）」，以及洗精術早已能阻斷父嬰垂直感染的臨床事實。

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【答案】

(一) 缺乏 CCR5 免於 HIV 感染之原因

1. HIV-1 進入宿主細胞的分子機轉：

• 人類免疫缺乏病毒第一型（HIV-1）表面具外套膜醣蛋白 gp120，其感染免疫細胞（如 CD4+ T 細胞與巨噬細胞）時，必須先與細胞表面之主要受體 CD4 結合。
• 結合後，gp120 發生構形改變，進而暴露出與**輔助受體（Co-receptor）**結合之位點。在感染早期占絕大多數的巨噬細胞親和株（R5-tropic strain），其所利用之輔助受體即為 CCR5（C-C chemokine receptor type 5）。
• gp120 與 CCR5 結合後，進一步觸發穿膜醣蛋白 gp41 插入宿主細胞膜，媒介病毒被膜與宿主細胞膜進行膜融合（Membrane fusion），病毒遺傳物質始得注入細胞內。

2. 缺乏 CCR5 之保護機制：

• 當宿主細胞缺乏 CCR5（如自然界之 CCR5-$\Delta32$ 純合子突變，或經人工剪除），gp120 失去輔助受體停泊位點，gp41 無法完成膜融合反應，從而在最初始階段完全阻斷 R5 株 HIV 病毒侵入細胞，因而使個體對愛滋病毒具備極高抵抗力。

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