我的亂「鈣」之路
藥理學研究所 蔡
前言：分享困境比分享成功重要
最近看到本校電機系葉丙成老師接受雜誌專訪[1]後，在臉書上發表的個人心得。其中的一句話「成功的人分享自己如何成功，實在沒什麼用」，讓我深有同感。
回想自己的研究路，雖稱不上崎嶇痛苦，卻也是「有歡笑、有淚水」。然而，我們往往展現光鮮亮麗的成果，辛酸只往自己腹裡吞；這樣精心包裝的成功經驗，真能對大家有幫助嗎？因此，我決定一反常情，把自己過去面對的逆境與轉折分享出來；希望能拋磚引玉，對大家的生涯之路，能多一點鼓舞和啟發。
轉變：換領域、展視野
回想八年前，從事消化內科醫學與臨床微生物學的我，莫名地走入系統生物學與細胞生物學的領域，當下雖然沒有太大的感覺；事後回想，卻要深深感謝兩個關鍵的轉捩點。
首先要感謝王錦堂老師的一席話。在決心放下工作，出國念書前，也曾與多年來指導我的王老師談到「該念甚麼？」他只簡短地說：既然你已在我這裡學了 Prokaryotes （原核生物），就出國去做 Eukaryotes （真核生物） 吧。這樣子你就「甚麼都會了」。我就這樣懵懵懂懂地先進了Cancer Biology Program，才慢慢找到自己的研究方向。雖然今日的我，依然原核、真核都還不太會，這樣的轉換領域卻讓我的視野完全不同，可說是出國進修的最大收穫。
另一個要感謝的是Ph.D.的Rotation制度。甫到Stanford的我，只曉得「該」做Eukaryotes，對於研究主題毫無概念，就先挑了熱門的Cancer genomics和ER stress等主題開始Rotation；想不到在探索的過程中，發現了世界上還有系統生物學這種迷人的東西：能夠用數學、物理、化學和資訊學來研究生醫現象，實在是太酷了！當時真有「找到人生值得奮鬥的目標」之感：不再是「該」做什麼，而是「想」做什麼；至於這個目標是否熱門，似乎不再重要。而在Rotation的過程中，我也體會到：團隊中「人和」的重要性，遠遠超過其他任何外在條件（實驗室規模、領域熱門度等）。這兩項體認，不但讓我選擇了Dr. Tobias Meyer的實驗室、拿到博士、小有所成，也深深影響我的人生觀。希望我能保持在美國重拾的「對『事』對『人』 的熱忱」，在未來的道路上持續奮進。
徬徨與轉機：Papers不一定是對的
不過，進了Meyer Lab後，並沒有馬上過著幸福快樂的日子。之後的兩年，歸結起來，可說是「換題目、沒進度」。
當時，已被台式填鴨教育荼毒數十年的我， 雖然有心要換Mindset，卻還是不習慣於邏輯思考與敘事表達，更缺乏「解決未知」的熱情；以致於：雖然對系統生物學的平台（方法學）著迷，卻缺乏「用它來回答問題」的動力與能力。我就如同大多數台灣的研究生，仰賴老闆給題目，卻不知所為何來；所以當老闆興趣轉移時，我就跟著換題目，短短的兩年間居然換了三個！
做到第三個題目「STIM1與細胞遷移」時，遭遇到更大的挑戰—實驗結果無法解釋，且與文獻不符！當時與之後的許多相關研究都指出：STIM1這個內質網上的鈣離子感應器，會幫助細胞遷移（可參考成大
鬼打牆一年後，有了出乎意料的進展。在一次進度報告中，有人注意到了我沒有確認「減少STIM1表現」這個實驗的正確性與再現性（我之前假設它一定正確，因為與文獻報告相符），我遂抱著死馬當活馬醫的心情著手檢驗。結果很意外地發現：之前的實驗結果都是錯的！所使用的siRNA除了降低STIM1表現之外，還影響了很多其他的基因，造成我對結果的解讀完全錯誤。更令人驚訝的是：當我使用正確的siRNA和藥物進行實驗後，發現減少STIM1表現會增進內皮細胞遷移，且是經由減少細胞內的鈣離子來達成；這點與過去文獻報告的推論相反！原來我對文獻的盲目相信，是阻礙自己的最大因素！
「盡信書不如無書」這句話，在這裡得到了最好的實踐；而同伴的一語道破盲點，也印證了「三人行必有我師」。很奇妙地，這些耳熟能詳的古諺，竟是出國進修所帶給我的珍貴禮物。
恐慌與猛進
搞清楚「STIM1對內皮細胞之影響」的當下，北大程和平教授也在Nature發表文章：他的團隊利用鈣離子指示劑，看到了遷移細胞內的Calcium flickers，但對其生理意義並不明瞭[3]。我就利用活細胞影像，進一步檢驗鈣離子在細胞遷移中時序和空間的變化。此時我開始發現一些前人未見的重大突破，包括（1）鈣離子在遷移細胞的前端，配合Lamellipodia（細胞的前腳）的活動進行震盪 (Oscillation)；（2）當局部鈣離子濃度增加時，Lamellipodia就會停止前伸，開始後退，對周圍環境的吸附力也會增加；（3）更進一步的實驗分析發現，上述活動都是經由鈣離子對細胞內Myosin（肌凝蛋白）的激活而引發[4]。這是史上首度有人提出「鈣離子如何影響細胞遷移」的分子機轉，也是實驗室當時最重大的發現。因此，我在Stanford同儕間的地位迅速上升。
此時的我，卻如同大多數的華人學生一樣，不敢相信自己有改變世界的可能。「Papers上說的不對，那我做的就對嗎？既然之前的實驗出現過大紕漏，我又怎能知道現在的結果就是正確的？」我開始了另一個階段的鬼打牆，不斷想出新的Control experiments（對照組實驗）來驗證自己的結果（外人看來，更像是要證明自己是錯的；這可能是我潛意識的真正想法）。我每天跟Tobias拔河：他告訴我已經夠好了，站在這個基礎上往前進吧；我卻覺得這種好康不可能落在我頭上，再做一個Control experiment確定（否定？）一下吧。
就這樣糊里糊塗地蝸步了兩年，直到Tobias把我拖去細胞遷移的Gordon Conference（有別於大拜拜型的國際年會，Gordon Conference是有明確主題的小型國際會議；參加者會提出尚未在期刊中發表的成果，供同行檢驗並試水溫）。在會中我的工作得到Dr. Michael Sheetz（生物力學大師，Columbia University教授，新加坡NUS-Duke合聘生物力學研究所所長）的高度讚賞，這才意識到我的成果原來如此前端；進而建立了自己的信心，著手發表研究成果而終於畢業。
關於畢業，還有另事值得一提：在畢業前後，我的實驗績效突然突飛猛進，關於「鈣離子在遷移細胞內的空間變化」，每一個實驗結果都符合預期。結果在三個月內就闡明了（1）Receptor tyrosine
kinase（細胞的訊號接收器）、（2）Diacylglycerol（細胞膜上的一種甘油分子）、（3）PMCA（細胞膜上的鈣離子幫浦）、（4）STIM1（內質網上的鈣離子感應器）等分子如何聚集在細胞前端，調控鈣離子活動與細胞遷移；（5）更進一步解開了為何「STIM1對內皮細胞的作用，與文獻推論相反」（跟細胞吸附基質的能力有關）的奧秘[5]。這樣的高效率又引起我的小小恐慌，怕上帝在跟我開玩笑。
最後還是Tobias的一席話：「如果假設正確，推論合理，憑什麼做不出來？」才解開我的心結。原來我在不知不覺中體會了 “Hypothesis-driven research” 的精髓！在「假設加邏輯」中驗證自然之美，不就是科學研究的本質嗎？感謝上帝讓我在離開美國之前，終於明瞭了研究工作的意義與目的！
意外的收穫
而一開始讓我著迷的「系統生物學平台」，也在我離開Meyer Lab前意外地開花結果。在那徬徨恐慌的赴美初期，我雖然找不到目標又缺乏信心，卻還是秉持著台灣學生勤能補拙的精神，刻苦工作。在實驗目標沒有進展的困境下，轉而磨礪「運用程式碼進行影像解讀與量化分析」的能力，居然小有所成，逐漸在Stanford community打開知名度，合作案也源源不絕而來。因此，我參與了不少跨領域的合作案，不但進一步拓展了自己的視野，也拜合作者之賜，圓了成為Science[6], Cell[7]等頂級國際期刊作者的夢想，實為始料未及的收穫。也希望未來我還能繼續這樣的努力，協助台灣生醫研究的跨領域合作，這才不枉出國學了這一遭。
結語
這趟出國亂「鈣」之路，充滿驚奇與意外，收穫遠遠超過出發前的預期；不但視野與能力大幅提昇，挫折與困境更讓我迅速成長。而在異鄉奮鬥的過程中，也讓我體認到個人智慧的渺小與心靈的偉大。我們對未來一無所知，但也無須恐懼；只要把握當下，朝著所愛向前，所獲必然充實滿盈。
最後願以「保持樂觀、盡力而為」，與各位同仁共勉之！
推薦閱讀文獻：
1. 葉丙成：懊悔，是我能教給學生的最棒功課 - Cheers雜誌168期
Available at: http://www.cheers.com.tw/article/article.action?id=5060997
[Accessed September 29, 2014].
2. Chen,
Y.-F., Chiu, W.-T., Chen, Y.-T., Lin, P.-Y., Huang, H.-J., Chou, C.-Y., Chang,
H.-C., Tang, M.-J., and Shen, M.-R. (2011). Calcium store sensor
stromal-interaction molecule 1-dependent signaling plays an important role in
cervical cancer growth, migration, and angiogenesis. Proc. Natl. Acad. Sci.
U.S.A. 108, 15225–15230.
3. Wei, C.,
Wang, X., Chen, M., Ouyang, K., Song, L.-S., and Cheng, H. (2009). Calcium
flickers steer cell migration. Nature 457, 901–905.
4. Tsai,
F.-C., and Meyer, T. (2012). Ca2+ pulses control local cycles of lamellipodia
retraction and adhesion along the front of migrating cells. Curr. Biol. 22,
837–842.
5. Tsai,
F.-C., Seki, A., Yang, H. W., Hayer, A., Carrasco, S., Malmersjö, S., and
Meyer, T. (2014). A polarized Ca(2+), diacylglycerol and STIM1 signalling
system regulates directed cell migration. Nat. Cell Biol. 16, 133–144.
6. Habib, S.
J., Chen, B.-C., Tsai, F.-C., Anastassiadis, K., Meyer, T., Betzig, E., and
Nusse, R. (2013). A localized Wnt signal orients asymmetric stem cell division
in vitro. Science 339, 1445–1448.
7. Spencer,
S. L., Cappell, S. D., Tsai, F.-C., Overton, K. W., Wang, C. L., and Meyer, T.
(2013). The proliferation-quiescence decision is controlled by a bifurcation in
CDK2 activity at mitotic exit. Cell 155, 369–383.
