阿茲海默症之形成機制

1. 類澱粉樣前驅蛋白質 (amyloid precursor protein, APP)

APP 蛋白為一種跨膜蛋白，常見於神經元突觸上，通常由高基氏體 (golgi

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Amyloidogenic 路徑則 會 經 β-secretase 裁 切 APP 產生 secreted amyloid precursor β (sAPPβ) 與 carboxy-terminal fragment 99 (CTF 99)，CTF 99 再經由 γ-secretase 剪切成為 Aβ 與 ACID (圖 1-1)。

APP 蛋白裁切成的 sAPP-α 和 sAPP-β 其實兩個片段差異並不大，僅於 C 端少了 16 個胺基酸片段都有保護生長因子的特性其功能，包含減少神經元損傷 和穩定細胞靜止的膜電位，只是相較於sAPPα，sAPPβ 通常表現出較低的保護效 果 (Vella and Cappai 2012)，但過去研究指出 sAPPβ 能增加胚胎幹細胞與神經元 幹細胞的生長能力 (Baratchi et al., 2012)。

而過去研究證實由 γ-secretase 剪切後殘存的 ACID 片段具有使神經元再生 的作用 (Li et al., 2015)，而在缺乏 ACID 的小鼠上也可以觀察到突觸可塑性 (synaptic plasticity) 下降；學習和記憶的損傷的情況 (Klevanski et al., 2015)。

2. 類澱粉樣蛋白質 (amyloid β-peptide, Aβ)

CTF 99 經 γ-secretase 切割後產生的片段，其中 90% 為 Aβ40，約 10% 為 Aβ42，雖然 Aβ42 一般在人體中有更高的毒性但比例相對較少 (Igarashi et al.

2015)，一般在人體血漿及腦脊髓液中就可偵測到少量之 Aβ，為一種正常的代謝 現象，然而在 AD 患者的腦脊髓液則表現較高量之 Aβ 其清除能力也較正常人 低 (Sun et al., 2015)。可溶的 Aβ 較不具毒性，必須經聚合形成 Aβ fibrils 後才 經由破壞細胞內離子平衡與引發氧化發炎毒殺神經細胞。由上述可知 Aβ 代謝 異常、沉積將導致 NBT 和 senile plaque 的沉積 (Lloret et al., 2015)，而其過程 會誘使 astrocyte 及 microglia 釋放發炎物質例如 tumor necrosis factor-α (TNF-α) 、 nuclear factor κ-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) 或 是 interleukin-1β (IL-1β) 等 (Dal Pra et al., 2015)。

3. 過度磷酸化微管關聯接蛋白 (p-tau)

神經纖維纏結 (neurofibrillary tangles, NBT) 的成因可能為微管連接蛋白，

tau 蛋白過度磷酸化。正常 tau 蛋白為一種多功能的蛋白質，一般在體內有穩定

8 圖 1-1、類澱粉樣前驅蛋白質兩種路徑之酶切

Fig. 1-1. Proteolytic processing of amyloid precusor protein (APP) by two pathway (David et al., 2012).

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微管 (microtube) 或與 microtube 相似的作用，當 tau 蛋白於正常狀態下磷酸化 時，本身會形成 microtube 或其部分 (Qu et al., 2011)，但是 tau 蛋白的異常磷 酸化時會形成雙股螺旋纖維，與 Aβ 及 apo E4 組成 NBT (Dai et al., 2015)。其 不正常磷酸化導致 microtube 組裝能力降低甚至瓦解，繼而損害軸突運輸 (axoplasmic transport)，導致神經傳遞物質無法順利降解，最終使神經元細胞退化 死亡 (Wu et al., 2015) (圖 1-2)。

4. 脂質轉運蛋白 E4 基因 (apolipoprotein E4, apo E4)

位於第 19 對染色體上，基因型有 apo E2、apo E3、apo E4 等 3 種為血清 中主要脂質轉運蛋白之一，轉譯出的蛋白 apo E2、apo E3 為轉運高密度脂蛋白 的蛋白，apo E4 則為低密度脂蛋白的轉運蛋白。而有研究指出 apo E4 因為對於 Aβ 有高度的親合力 (Schmidt et al., 2014)，所以會導致 Aβ 的沉積加速，又與 v-LDLs 結合，導致血中脂肪代謝降低，提升罹患 AD 的風險 (Rohn, 2014)。

5. 早老素 (presenilin, PSEN)

PSEN 是一種橫跨細胞膜的蛋白質酵素，是影響大腦內 Aβ 異常沉積的原 因之一，由於在第 21 對染色體上 APP 基因突變或是位在第 14 對染色體上的 老化素 I (presenilin I, PSEN I) 基因突變，或位於第 1 對染色體上老化素 II (presenilin II, PSEN II) 基因產生突變，二者轉譯出來的兩個蛋白 PSEN I 和 PSEN II 能組合成與 Aβ 剪切相關的酵素 γ-secretase，使得 Aβ 的生合成增加 (Wang et al., 2011)。

6. 鋁離子 (aluminum, Al)

許多研究顯示環境當中的 Al 與 AD 的發病有一定的關聯性，早期因為懷 疑 Al 無法通過血腦障壁 (blood-brain barrier) 而把其危險性屏除，但近代被研 究出 AD 患者腦部中發現有 Al 的大量推積的情況，打破無法通過 blood-brain barrier 一說，又過去研究表明 AD 患者腦脊髓液和血清中 Al 的含量有顯著的 上升，特別是於血清中 (Virk and Eslick, 2015)，因此 Al 也逐漸被認為是引發或

10 圖 1-2、Tau 蛋白之結構與功能

Fig. 1-2. Tau protein structure and function. (Querfurth and Laferla, 2010).

11 加重 AD 的相關原因之一。

(二) 阿茲海默症誘導之氧化壓力與發炎反應 1. 氧化壓力

大部分老年失智病因的中間產物如：Aβ 沉澱、鋁中毒、免疫作用等，常造 成蛋白質變性、脂質過氧化物、DNA、mitochondria 失去功能使神經老化病變而 失去作用，造成老年失智的病症。

Aβ 具有誘導氧化壓力的危險性，包括過氧化物和脂質過氧化物在神經元中 的增加；astrocyte 及 microglia 也會因 Aβ fibrils 的結合而釋出過氧化物質，如 一氧化氮 (nitric oxide, NO)、超氧陰離子 (O^2-) 等自由基攻擊神經細胞造成其死 亡 (Dumont and Beal, 2011) (圖 1-3)。Aβ 也能直接於 mitochondria 誘導自由基 的產生，使的 mitochondria 出現功能障礙最後導致細胞死亡 (Sinha et al., 2013)。

Aβ 所造成過多的自由基也會影響不飽和脂肪酸，如細胞膜的雙層磷脂質構造，

不飽和脂肪酸受自由基攻擊後形成脂質過氧化物，以自催化特性產生更多的自由 基，蛋白質和 DNA 被自由基攻擊，導致細胞內的高度損傷 (Zhu et al., 2007)。

2. 發炎反應

Astrocyte 及 microglia 的活化會釋出致發炎物質，所以此二細胞的活化與 否，也影響著發炎反應的強弱，astrocyte 及 microglia 會被 receptor for advanced glycation endproducts (RAGE) 活化，RAGE 為一種跨膜受體的免疫球蛋白可與 醣基化終點產物 advanced glycation endproducts (AGEs) 或 Aβ 結合 (Walker et al., 2015)，進而產生 κB 進入細胞核中，接著藉由回饋作用產生大量的 NF-κB 引起發炎反應 (Ben Haim et al., 2015)，另外 toil-like receptor 2 (TLR-2) 常被 發現於 astrocyte 及 microglia 的細胞表面，主要功能於辨識抗原以及引發先天 性免疫反應，在與抗原結合後會釋出 IL-6、IL-1β 與 NF-κB 等發炎物質 (Ebert et al., 2015)。

Astrocyte 及 microglia 釋出致發炎物質如先前所提及 TNF-α、NF-κB 或是

12 圖 1-3、Aβ 誘發之氧化壓力反應路徑機制圖

Fig. 1-3. The mechanism of Aβ indused oxidative stress pathway (Pan et al., 2010).

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IL-1β 等，攻擊神經細胞造成其變性、死亡，形成老年失智 (Zhou et al., 2014a)。

腦部受到的損傷 (頭部外傷、腦缺血、基因因素、病毒感染等造成神經病變) 皆 會引起發炎反應 (Sardi et al., 2011)。調控發炎反應的路徑眾多，其中 TNF-α 與 腫瘤壞死因子接受器 (TNF receptor) 結合後會誘導腫瘤壞死因子接受器之相關 死亡蛋白 (TNF receptor-associated death domain protein, TRADD)、接受器互動蛋 白 (receptor-interacting protein, RIP) 以 及 腫瘤 壞死 因子 接 受器 因子 2 (TNF (Kitazawa et al., 2008)，IL-1β 與 macrophages 也能產生 interleukin-6 (IL-6)，IL-6 屬多功能之細胞激素其功能包括誘導急性期蛋白質之生合成或刺激 T 細胞的 活化與刺激 B 細胞產生抗體 (Pabois et al., 2014)。

14 圖 1-4、發炎反應路徑示意圖

Fig. 1-4. The mechanism of inflammatory pathway (Derek et al., 2011).

15 一、阿茲海默症之治療方式

治療 AD 的藥物目前市面上只有兩種類型，調控膽鹼神經系統的 AChE 抑 制劑，和 NMDA 受體的拮抗劑，但從過去研究所知 AD 的治療方式有許多有 效和直接的方法，如調控 Aβ 蛋白質剪切、調控神經修復生長因子、抑制神經系 統的氧化發炎和穩定鈣離子的流入等等。

(一) 調控膽鹼神經系統

ACh 與 AChE 影響傳遞訊息。AD 的患者腦部 ACh 的含量下降，最直接 的治療法為提升 ACh 的濃度或降低 AChE 的含量，因此使用 AChE 抑制劑，

可以提昇突觸間 ACh 的濃度，有助於增進 cholinergic 神經的作用。抑制 AChE 的作用不僅增加了 ACh 的量，同時減少類澱粉樣斑塊的產生，因此這類藥物也 具有減緩及改善 AD 認知缺失的功能 (Xiao et al., 2000)。

市面上常見上市藥物為 acetylcholinesterase inhibitor (AChEI)：抑制分解酵素 的作用，以增加 ACh 之濃度，是唯一通過美國食品藥物管理局 (Food and Drug Administration, FDA) 核准使用之藥物 (Shaywitz and Shaywitz, 2000)。

(二) 調控 NMDA 受體及穩定鈣離子

NMDA 受體主要作用為麩氨酸 (glutamate) 之受體，而 glutamate 為重要之 神經傳遞訊號，但過量的話會造成鈣離子濃度不斷上升 (Hull et al., 2015)，而阿 茲海默症神經元損壞與 Ca²⁺ 的調節變化有關，大量的 Ca²⁺ 內流藉由改變胞內 pH 值、活化蛋白激酶破壞胞膜、干擾 mitochondria 使細胞能量缺乏導致細胞凋 亡，造成神經損傷 (Apostolova et al., 2015)。

所以使用的治療方法有兩種為將其受體阻斷使離子通道關閉，或是 給予 Ca²⁺ 穩定劑或阻斷 Ca²⁺ 內流入阿茲海默症患者大腦神經元細胞 (Gan and Silverman, 2015)。Memantine 為市面上 NMDA 受體之拮抗劑，用於治療中度或 重度 AD (Bird, 1993)。

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et al., 2014b)，而對於氧化性傷害 genistein 能有效減少活性氧化物質 (reactive oxygen species, ROS)，提升超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase, SOD)、過氧化 氫酶 (catalase, CAT) 和穀胱甘肽 (glutathione, GSH) 等抗氧化酵素的含量。

大豆異黃酮 daidzein 也能清除 (diphenyl-1-picrylhydrazyl, DPPH) 自由基 以減輕氧化損傷 (Ahmad et al., 2015)，對於腦部的發炎反應 daidzein 被研究出 也能降低 IL-1β 和 interleukin-6 (IL-6) 的蛋白，及 mRNA 表現量。

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第二節、 副乾酪乳酸桿菌副乾酪亞種 NTU 101 發酵豆奶簡介 一、 益生菌及乳酸菌之簡介

(一)益生菌之簡介

益生菌 (probiotics)，最早由 Lilly 及 Stillwell 於 1965 提出，原意是指一 原生動物產生的物質可刺激另一原生動物生長 (Lilly and Stillwell, 1965)，而後 WHO 於 2001 將其定義是：凡應用至人類或其他動物，藉由改善腸內微生物相 平衡、益於宿主之活菌，可能作用為：改善腸道內菌群的平衡、增強免疫系統以 及促進營養之消化與生化作用，只要能增加其營養價值，無論是單一或混合菌株 皆可視為 probiotics 。

(二)乳酸菌之簡介

乳酸菌為兼性厭氧菌 (facultative anaerobic bacteria)，乳革蘭氏陽性 (Gram positive)，通常外型分為兩個種類：球菌與桿菌，並不會形成有性孢子，其定義 為能夠代謝碳水化合物，產生 50% 以上乳酸之細菌，而乳酸菌為習慣用語，並 不是分類學上正式用語 (Landete, 2016)。

1. 乳酸菌的分類

乳酸菌於分類學上已 16S rRNA 基因序列分析鑑定後，分出 15 個菌屬，

Leuconostoc 、 Streptococcus 、 Pediococcus 、 Enterococcus 、 Lactococcus 、 Carnobacterium、Vagococcus、Tetragenococcus、Atopobium、Weissella、Oenococcus、

Lactobacillus、Propionibacterium、Lactosphaera (Makarova et al., 2006)。

2. 乳酸菌的發酵轉換之益處

乳酸菌可將碳水化合物代謝成乳酸，亦會產生其他如醋酸、乙醇及二氧化碳 等多種產物，而加入食品經過發酵轉換後，會帶來不同的營養價值，乳酸菌對於 乳品中的乳糖可進行發酵，產生乳糖分解酶，故能夠改善患有先天性腸黏膜 β 半 乳 糖 苷 酶 (β-galactosidase) 缺 乏 症 所 造 成 的 乳 糖 代 謝 障 礙 (Saraniya and Jeevaratnam, 2015)；乳酸菌可產生 diacetyl、acetoin、acetylaldehyde 等香味成分，

19 胞 (splenocytes) 的分裂能力，和調節 interleukin-10 10) 與 interleukin-12 (IL-12) 的能力，達到提升免疫與調節發炎的能力 (Chiang and Pan, 20(IL-12)，NTU 101 isoflavones) 主要包含 6 種：daidzin、genistin、glycitin、6” -O-acetyldaidzin、6”

-O-acetylgenistein、6” -O-acetylglycitein，而乳酸菌發酵的過程中，會將 glucoside isoflavones 代謝成具有更高 生理活 性的物 質不含醣基大豆 異黃酮 (aglycone isoflavones)，能更容易讓人體消化吸收，主要包含 4 種：daidzein、genistein、

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glycitein，以及 daidzein 的二次代謝產物 equol (Hati et al., 2015) 其結構如圖 1-5 示。

(一) 副乾酪乳酸桿菌 NTU 101 發酵豆奶之功效

豆 奶 在經過 Lactobacillus paracasei subsp. paracasei NTU 101 發酵後，

glucoside isoflavones 會被轉換成具有更高生理活性的物質 aglycone isoflavones。

過去研究發現，使用 NTU 101 副乾酪乳酸桿菌所發酵的豆奶，具有免疫調 節與最大抗菌能力 (Lin and Pan, 2015)。其水萃取物能使餵食高油脂飲食之大鼠 降低主動脈周遭脂質斑塊形成，降低脂肪細胞的橫截面面積，具有抑制脂肪生成 與調控脂肪細胞的能力 (Cheng et al., 2015)。發酵的豆奶的凍乾粉末作為膳食補 充劑可以減輕因老化所誘導的骨質損失，並可能降低骨質疏鬆的危險 (Chiang

過去研究發現，使用 NTU 101 副乾酪乳酸桿菌所發酵的豆奶，具有免疫調 節與最大抗菌能力 (Lin and Pan, 2015)。其水萃取物能使餵食高油脂飲食之大鼠 降低主動脈周遭脂質斑塊形成，降低脂肪細胞的橫截面面積，具有抑制脂肪生成 與調控脂肪細胞的能力 (Cheng et al., 2015)。發酵的豆奶的凍乾粉末作為膳食補 充劑可以減輕因老化所誘導的骨質損失，並可能降低骨質疏鬆的危險 (Chiang