文獻回顧

第一章 文獻回顧

第一節 阿茲海默症之相關研究

阿茲海默症性失智佔所有老年失智 40-50％ (Abraham et al. 1989; Alzheimer et al. 1995; Glenner and Wong 1984)，可謂為老年失智的代表性疾病。阿茲海默症 為隨年齡的增長而引起腦神經系統退化的疾病之一。阿茲海默症的成因頗為複 雜，包括基因突變、環境因素與個人習性都可能影響該病的發生及進展；而類澱 粉 樣 蛋白 質 (amyloid β-peptide, Aβ) 假說 則是目前最為學界所接受的理論 (Abraham et al. 1989; Alzheimer et al. 1995; Glenner and Wong 1984)。該假說指出 Aβ 乃是阿茲海默症形成的主要元兇，Aβ 會在大腦皮質 (cortex) 及海馬迴 (hippocampus) 中過度分泌而大量沉積，導致神經元傷害而產生老年斑 (senile plaque) 和神經纏結 (neurofibrillary tangles)，此為阿茲海默症之病理特徵 (Flood et al. 1991)。在大鼠側腦室中進行連續輸注 Aβ40 來誘導大鼠腦中形成似老年斑 塊的沉積，並造成神經損壞與學習操作能力障礙，以作為擬似阿茲海默症之動物 模式 (Myhre and Tysnes 2002)。近來也有研究以轉殖基因方式作為擬似阿茲海默 症之動物模式 (McGowan et al. 2006; Lawlor et al. 2007;Agca et al. 2008)。

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以及身體其他組織皆會表現 (Tanzi et al. 1987; Schmechel et al. 1988)，其是由類 澱 粉 樣 前 驅 蛋 白 (amyloid precursor protein, APP) 經 由 β-secretase 及 γ-secretase 酵素切割後所產生之約 39~43 個胺基酸之肽鏈，其中 90% 為 40 個胺基酸之 Aβ40，約 10% 為 42 個胺基酸之 Aβ42 ( Haass et al. 1992; Seubert et al. 1992)。一般在人體血漿及腦脊液中就可偵測到少量之 Aβ，其為一種正常 的代謝現象 (Haass et al. 1992; Seubert et al. 1992; Busciglio 1993)，然而在阿滋海 默症患者的腦脊液則表現較高量之 Aβ ，其清除能力也較正常人低 (Naidu et al.

1995)，它可能由於基因突變或其他細胞壓力而大量產生，沉積於大腦中導致神 經細胞失去功能或死亡 (Esler. 2001) ; 而神經細胞內的神經纖維纏結 (paired helical filament，PHF) 其結構的主要成分是 tau protein，因其高度磷酸化而無法 正常地與 microtubule 結合，因此形成 PHF，同時 microtubule 也因缺乏 tau protein 的結合而失去應有的生理功能 (Hasegawa 1998)。這兩種不正常的蛋白堆 積會造成神經元細胞死亡、神經膠增殖 (Casanova 1986)。造成這種病理變化的 APP770、751、714、695、563、365 等。APP695 只在神經細胞表現，APP770 及 751 兩種 isoform 可以在神經及非神經細胞表現，且 N–terminal 上具有 Kunitz protease inhibitor domain (KPI) 可以抑制凝血反應中的凝血因子 XIa；而非神經組 織則以 APP751 為最多 (Yan et al. 1997 )。當 APP 至細胞表面後，APP 會被水

- 6 - β-secretase 主要存在於 Golgi、endosome，少部分於 endoplasmic reticulum、

lysomes 和細胞膜上，Aβ 於 Golgi、endoplasmic reticulum 產生後釋出(Selkoe 1998)，並循環於大腦脊髓液中 (Iversen 1995; Yankner 1996)。一般正常人的腦脊 髓液原本就含有低量的 Aβ， 但是相對在阿茲海默症病人的脊髓液中則可能因 familial Alzheimer’s disease, FAD) (Citron et al. 1992; Cai et al. 1993; Selkoe 2000)。

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(Yamada and Nabeshima 2000) 圖一、 類澱粉樣前驅蛋白質之酶切

Fig.1. Proteolytic processing of amyloid precusor protein (APP)

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(四) Apolipoprotein E4 (apoE4) 基因

位於第 19 對染色體上，基因型有 ApoE 2、ApoE 3、ApoE 4 等 3 種為血 清 中 主 要 脂 質 轉 運 蛋 白 之 一 ， 在 1993 年 Strittmatter 等 人 研 究 發 現 Apolipoprotein E4 (apoE4) 基因與晚發型阿茲海默氏症 (late onset) 有密切關係 (Strittmatter et al. 1993)，根據研究指出，apoE 4 與晚發型阿茲海默症有關聯，主 要是 apoE 4 對於 Aβ 有高度的親合力，會加速 Aβ 的沉積 (Evans et al. 1995; 度磷酸化的微小管關連蛋白 (hyperphosphorylated microtuble protein)－ tau 蛋 白。神經纏結包含雙股螺旋纖維和直絲，tau 蛋白為一種多功能的蛋白質，一般

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nervous system, CNS)中的巨噬細胞 (macrophage)，約占腦中細胞的 12 %。在正 常狀態下，成熟腦中的微小膠細胞能感應細微環境的變化，並能及時對感染及傷 害產生活化反應，扮演免疫監察及寄主防禦的角色 (Liu and Hong 2003)。一般情 況下，微小膠細胞處於休息狀態，稱為 resting microglia，其形態為分枝狀 (ramified microglia)，而這些分支讓微小膠細胞能隨時偵測環境以應付改變。當 受到傷害時，微小膠細胞被活化，其細胞體積增大，形態會由分枝狀變成阿米巴 狀 (ameboid microglia) (Kreutzberg 1996)。除了形態上的改變，微小膠細胞被活 化 時 也 會 釋 放 促 進 發 炎 反 應 的 物 質 如 Tumor necrosis factor-α (TNF-α) 和 Interleukin-1β (IL-1β)，和產生自由基如 nitric oxide (NO)、superoxide 及脂肪酸 代謝物等，這些都與發炎反應及細胞毒殺有關 (McGuire et al. 2001)。另外，微 結的病徵上也扮演重要的角色 (DiPatre and Gelman 1997)。發炎相關的細胞激素 受體高度集中在學習和記憶相關的區域如海馬迴 (Parnet et al. 2002)，而且發炎

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(一) 乙醯膽鹼酯酶抑制劑 (acetylcholinesterase inhibltors)

許 多 證 據 都 顯 示 阿 茲 海 默 氏 症 病 人 認 知 功 能 的 障 礙 與 膽 鹼 神 經 系 統 (cholinergic) 系統的缺失相關，因此有許多藥物被研發出來，增加 cholinergic 系 統的功能，來達到改善阿茲海默氏症病人在臨床上認知行為的障礙。乙醯膽鹼 濃度。(3) M1 agonist：作用在突觸後上的 receptor，增加訊息傳遞的作用。(4) M2 antagonist、σ1 agonist、nicotinic agonist：以上三種藥物都是藉由增加 ACh 釋放 的作用，來達到增加大腦中 ACh 的濃度。但唯一通過美國食品藥物管理局 (FDA) 核准使用在阿茲海默症的藥物，只有 AChEI 這類藥物 (如 tacrine、

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donepezil、galantamine、rivastigmine) (Shaywitz and Shaywitz 2000)。

(二) 抗發炎物質

流行病學的資料也顯示非類固醇類抗炎藥可減低阿茲海默症之發生率 (Combs et al. 2000)。由微小膠細胞所引發發炎反應，也是造成阿茲海默症狀的原 因之一。不僅阿茲海默症患者大腦中顯示有活性的發炎細胞，而且流行病學的資 料也顯示非固醇類抗發炎藥物 (Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs, NSAID) 是在調控 cyclooxygenase (COX) 上，可減低阿茲海默症之發生率 （Andersen et al. 1995）。目前已經有研究指出在 APP 轉殖小鼠上利用 COX-2 的抑制劑能抑 制微小膠細胞的活化 (Lim et al. 2000)。

(三) 抗氧化劑

Aβ 對於神經細胞所造成的氧化性傷害在阿茲海默氏症中扮演重要的角 色。在給予安慰劑組、selegiline (monoamine oxidase B inhibitor) 組、vitamin E (antioxidant) 組及共同給予二種藥的實驗組發現，有給藥的實驗組都有減緩疾病

- 12 - 菌綱 (Ascomycetes)、散囊菌 (Eurotidles)、紅麴菌科 (Monascaceae)。本屬菌株 的特徵是菌絲呈無色、褐色或紅色，具有橫膈 (septa)，在其末端會產生一個大 型的有性厚壁子囊 (ascocarp)。雖然中國人發現紅麴已逾千年，但紅麴菌屬是由 法國學者 Van Tieghem 在 1884 年所命名的，他將當年在煮熟的馬鈴薯塊上分離 出的典型菌株稱為 Monascus rubber (Blanc et al. 1995b)。

紅麴菌的常見的分類方法將紅麴菌分為六種，分別為Monascu pilosus、

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Monascus purpureus、Monascus ruber、Monascus floridanus、Monascus pallens、

Monascus sanguineus (陳等，1998)。1983 年 Hawakworth 等人，以菌種的培養 型態、生長型態、閉囊果顏色等重新規劃為三種，包含 M. pilosus、M. purpureus 和M. ruber (Hawksworth and Pitt 1983)。另外，1995 年 Canon 等人又發表二種 新種，分別為 M. pallens 及 M. sanguineus (Canon 1995)，但還是以 Hawakworth

澱粉葡萄糖化酵素 (glucoamylase)、麥芽糖分解酵素 (maltase)、果膠分解酵素 (pectinase) 、 半 乳 糖 分 解 酵 素 (α-galactosidase) 及 核 醣 核 酸 分 解 酵 素 (monascorubrin 及 rubropunctatin) 及黃色素 (ankaflavin、monascin、yellow II 及

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表一、紅麴二次代謝產物在預防醫學應用上的發展

Table 1. The development of Monascus-fermented secondary metabolites in the preventive medicine

J Neurosci Research Lee and Pan

2008 抗阿茲海默症 (細胞模式)

Monacolins, Antioxidant 等

Appl Microbiol Biotechnal Lee and Pan

2008 不易形成體脂肪 Monacolins,

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(Blanc et al. 1994；Juzlova et al. 1996) 圖二、八種紅麴色素之結構

Fig.2. The chemical structures of eight types of Monascus pigments.

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xanthomonascin A) ，構造皆極為相似，屬於 azaphilones 類的真菌代謝物。橘色 素的生成是經由一連串酵素反應合成，為對胺基酸有高度親和力的化合物，黃色 效 (Hawksworth and Pitt 1983)。Martinkova 等人針對三類已知的紅麴色素探討其 生物活性，將紅麴色素純化後進行實驗，發現紅麴之橘色素及黃色素會抑 Bacillus subtilis 及 Candida pseudotropicolis 生長，顯示具抗細菌及真菌之活 性，且紅麴橘色素之抑菌效果優於黃色素。另外，亦發現紅麴之橘色素及黃色素 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) 為癌症促進物，發現在飲水中添加 0.02% 紅麴色素，即可有效抑制 TPA 所引發之癌症 (Yasukawa et al. 1996)。Wu compactin (ML-236B)，並發現其可抑制膽固醇的合成 (Endo et al. 1976)。1979 年 Endo 在日本三共製藥公司的資助下，率先從泰國發酵食品的粉紅色紅麴菌 Monascus ruber 的培養液中找到 monacolin K (Endo 1979)。Albert 等人亦從 Aspergillus terreus 培 養 液 中 發 現 同 樣 化 學 結 構 式 物 質 ， 命 名 為 mevinolin (Alberts et al. 1980)，以此為基礎，1987 年美國 Merck 公司研發出 lovastatin ，

- 17 - 受體 (low density lipoprotein receptor) 的增加，提高低密度脂蛋白的代謝，再進 而達到降低血液中低密度脂蛋白的效果 (Endo et al. 1985a; Endo et al. 1985b; (apoptosis) (Watanabe et al. 2006)。

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(Endo et al. 1985b) 圖三、Monacolin K 之合成

Fig.3. Synthesis of monacolin K.

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4. 抗氧化物質

1999 年 Aniya 等 人 提 出 紅 麴 的 抗 氧 化 功 效 成 分 為 dimerumic acid 。 Dimerumic acid 為天然的 siderophore，與三價鐵離子有高度親和力，具有抗氧 化的功效。在低濃度時即具有較佳清除 a,a-diphenyl-ß-picrylhydrazyl (DPPH) 自 由基的能力，並減低活性氧 (active oxygen species)，如超氧陰離子 (superoxide 電子給氧化物使本身氧化為 nitroxide radical，而此 nitroxide radical 會再被清除 掉而達到抗氧化的效果 (Aniya et al. 2000)。

- 20 - 生 (Lee et al. 2010)。Monascus purpureus NTU568 發酵紅麴米的乙醇提取物能顯 著抑制 Aβ40 誘導的發炎因子 iNOS 的表現，並能減少 NO 和 ROS 的生產也

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(Lee and Pan 2011)

圖四、乙醇萃取的紅麴發酵米抑制 Aβ 神經細胞毒性之協同作用

Fig. 4. The cooperative effect of ethanol extracts of red mold rice (RE) on the repression of Aβ neurocytotoxicity

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多研究指出，含有高膽固醇之高熱量飲食將提高阿茲海默症之罹患率。目前 已有許多研究指出膽固醇與高熱量飲食會造成阿茲海默症的病情加重，可能增加 apoE 的生成量與 β-secretase 活性以致加劇 Aβ 於腦部中的沈積，並造成記憶

學習能力損傷更為嚴重。許多研究證明引起阿茲海默症的Aβ 之產生與細胞內脂

質代謝有相關 (Frears et al. 1999; Kuo et al. 1998；Roher et al. 1999; Roher and Kuo 1999)。NTU 568 RMR 的乙醇萃取物不僅降低 Aβ 和 sAPPβ 合成的量，而且也 增加了具有神經保護作用的sAPPα 產生。β-secretase 的表現及其活性都受到抑制 進而避免 APP 被 β-secretase 裂解為 sAPPβ。紅麴米酒精萃取物抑制 Aβ 合成的 機制主要是通過降低神經細胞膽固醇產生 (圖五) (Lee and Pan 2011)。這可以防 止膽固醇誘導的 β-secretase 分泌和阻斷 Aβ 和 sAPPβ 生成途徑，導致 α-secretase

的活性增加，最終使具神經保護作用的 sAPPα 含量增加。紅麴米顯著改善水迷

宮的記憶學習能力，同時腻部輸注 Aβ40 與高熱量飲食會造成腻部危害，包含 提高乙醯膽鹼酶活性與加劇氧化發炎反應。紅麴米亦抑制高熱量飲食提高腻部膽 固醇濃度，且降低危險因子 apoE 表現量與 β-secretase 的活性，最後達到降低 Aβ40 於海馬迴組織的累積量，並提高神經細胞保護因子 sAPPα 的生成量 ( Lee et al. 2010 )。此外，也有指出紅麴米有抑制高熱量飲食引起的腦部膽固醇濃度升 高能力、降低風險因子 apo E 的表現並且減少 β-secretase 的活性。

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(Lee and Pan 2011)

圖五、NTU 568 紅麴米抑制 Aβ 生成假說

Fig. 5. Hypothesis proposing the repression of Aβ synthesis caused by NTU 568 red mold rice

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