咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質醣類代謝之研究

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(1)國立臺灣師範大學人類發展與家庭學系碩士論文. 咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質醣類代謝之研究 Effect of Caffeic Acid on Carbohydrate Metabolism in Hippocampus and Cortex of High Fat Diet-Induced Hyperinsulinemic Rats. 指導教授：沈賜川博士吳瑞碧博士研究生：郭柏伶. 中華民國一百零二年八月.

(2) 謝誌. 本論文承蒙恩師沈賜川副教授與吳瑞碧教授在就學與研究期間的悉心指導與照顧，實驗不順利時，指引我走出迷霧，在碩士班兩年中受益良多，在此向兩位老師致上最深的感謝。感謝兩位口試委員：醒吾科技大學王裕泰教授與臺北市立聯合醫院劉興政主任於百忙之中撥冗審閱與指導論文，並提供寶貴意見，並協助我修改論文缺漏之處，讓學生得到更多腦力激盪的機會，使論文更加流暢完善，於此致上最深的謝意。修業期間，感謝所上老師精進我在營養科學的專業能力與助教在行政業務上的協助，使我可以順利完成碩士學位。在實驗及寫論文這段辛苦的過程，非常感謝遇到困難適時伸出援手並且指導解決問題的馨云學姊、佩芬學姊、文昌學長、瑞雯學姊、雅筑學姊、弘典學長、基彰學長；感謝共同熬過趕實驗進度、趕論文繳交期限及口試煎熬的好夥伴甄雯、家銘、斌雁、紫瑜；還有實驗室的學弟妹勤巧、家榕、淑親、彥伶、明勳，謝謝你們平時的幫忙，祝福你們未來實驗與生活一切順利。感謝師大研究所的文程學長、葵蓉學姊還有同學們幸芷、雅欣、銘穗、慧儀、又禎、育豪，雖然大家都四處奔波研究，碩士兩年多虧有你們相互鼓勵，很多困難才能迎刃而解。感謝佩郁、佳穎、岳欣、QQ、瑪格、小佩、文萱、曉穎，有你們在身後當靠山，我能夠更加堅定地往前進。另外，也感謝讓我完成實驗的大白鼠們，希望你們繼續當快樂大鼠，你們的貢獻會是世界的一步。最後，要感謝我的家人們，你們無怨無悔的支持我所作的決定，陪伴我也鞭策我堅定的意志；沒有你們，我無法同時完成論文與教師甄試。謹以此論文獻給所有幫助我、鼓勵我的家人、朋友，並祝福你們平安、順心。. 謹致於國立台灣師範大學人類發展與家庭學系中華民國一百零二年八月.

(3) 中文摘要根據行政院衛生署統計，糖尿病 (diabetes mellitus; DM)為 2012 年國人十大死因第五位，其中又以第 2 型糖尿病 (Type 2 diabetes mellitus, Type 2 DM)為主，主因是胰島素阻抗 (insulin resistance)所造成的高胰島素血症 (hyperinsulinemia)。台灣逐漸步入高齡化社會，國人平均餘命逐漸增加，老人失智症愈趨受到重視。失智症 (dementia)以阿茲海默症 (alzheimer’s disease)佔最多數，研究指出高胰島素血症為阿茲海默症的重要影響因子。已有許多研究證實酚酸 (phenolic acids) 具有降血糖及保護神經細胞之生理活性。本研究先進行小鼠神經母瘤 Neuro 2a 細胞之細胞存活率 (cell viability) 試驗，結果顯示酚酸之最高安全使用劑量為 2.5 µM，接著以胰島素阻抗細胞模式為平台篩選具改善胰島素阻抗潛力之酚酸樣品，選擇出改善胰島素阻抗細胞葡萄糖攝入能力最佳的咖啡酸 (caffeic acid)，之後進一步進行動物實驗，探討咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠大腦海馬迴及皮質中胰島素阻抗與醣類代謝之影響。動物試驗結果顯示，雄性 SD 大鼠以高脂飼料餵食同時每日餵食咖啡酸 (30mg/kg body weight) 30 週後可顯著改善大鼠葡萄糖耐受能力、高內臟脂肪之效果。西方墨點法分析結果顯示，在醣類代謝部分，咖啡酸可以增加糖解作用相關酵素，包括 Hexokinase、 Phosphofructokinase 與 Aldolase 之蛋白質表現量。在胰島素訊息傳遞部分，咖啡酸可以增加海馬迴及皮質之胰島素受器 (insulin receptor, IR)、磷酸肌醇 3 激酶 (Phosphatidylinositol-3 kinase, PI3K)、 AKT/蛋白 I.

(4) 激酶 B (AKT/Protein kinase B, AKT/PKB) 、葡萄糖轉運蛋白 -3 (glucose transporter-3, GLUT3) 及胰島素降解酵素 (insulin degrading enzyme, IDE)等蛋白質之表現量。另外也發現可增進瘦體素訊息傳遞蛋白瘦體素受器 (leptin receptor, LEPR)及 pJAK2Tyr813/JAK2 的表現量。被動迴避試驗結果也發現，咖啡酸具有顯著改善高脂飲食誘導之認知能力缺損的情況。根據上述結果推測，咖啡酸可透過改善腦部醣類代謝、胰島素訊息傳遞及瘦體素訊息傳遞作用，因而具有保護高脂飼料餵食大鼠認知功能受損之效果。. 關鍵字：高胰島素血症、神經細胞胰島素阻抗、失智、咖啡酸關鍵字. II.

(5) Abstract According the statistics report of Department of Health in Taiwan, diabetes mellitus (DM) is the fifth among the top ten leading causes of death. Among them, 95% of diabetes patients are Type 2 DM, which is characterized by hyperinsulinemia resulted from insulin resistance. Taiwan is becoming to be an aging society and the life expectancy of people is increasing year by year. Thus, the dementia in elderly has been attached great importance to society country. Most dementia is Alzheimer’s disease (AD). The growing evidences indicate that high fat diet is the major risk factor of AD. Furthermore, the protective effect of phenolic acids on hypoglycermia and neuronal has been reported. The result from cell viability test revealed that the maxium safe dosage of phenolic acids is 12.5 µM on neuroblastoma Neuro 2a cells. The insulin resistant cell model was used as a platform for screening the anti-insulin resistance potential phenolic acids. Among the tested samples, caffeic acid exhibited the highest glucose uptake enhancing activity in insulin resistant cells. Then effect of caffeic acid on ameliorating carbohydrate metabolism, insulin resistance and memory impairment and learning ability in high fat diet (HFD)-induced hyperinsulinemic rats were investigated. The results show that orally administered with caffeic acid once a day at a III.

(6) dosage of 30mg/kg B.W. for 30 weeks significantly improved the glucose tolerance and abdominal fat in high-fat diet (HFD) fed male SD rats. The Western blot analysis reveals that caffeic acid increases the expression of glycolysis-associated enzymes, including hexokinase, phosphofructokinase and aldolase in hippocampus and cortex of HFD rats. Moreover, caffeic acid increases the protein expression of insulin signaling-associated. proteins,. including. insulin. receptor. (IR),. phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K), AKT/Protein kinase B (AKT/ PKB), glucose transporter-3 (GLUT-3) and insulin degrading enzyme (IDE) in hippocampus and cortex of HFD rats. Additionally, caffeic acid increases the protein expression of leptin. signaling-associated. proteins,. including. leptin. receptor. (LEPR),. pJAK2Tyr813/JAK2. The results from passive avoidance test also revealed that caffeic acid significantly improved the memory impairment in HFD rats. Above investigation elucidates that caffeic acid may alleviate brain insulin resistance and improve glucose metabolism thus ameliorate memory impairment and lraening ability in HFD rats.. Key words: hyperinsulinemia、neuronal insulin resistance、dementia、caffeic acid. IV.

(7) 目錄. 第一章前言.................................................................................................................. 1 第二章文獻回顧.......................................................................................................... 4 第一節糖尿病 .......................................................................................................... 4 一、糖尿病流行病學 ............................................................................................ 4 二、糖尿病之定義 ................................................................................................ 4 三、糖尿病分類 .................................................................................................... 7 第二節. 胰島素 ...................................................................................................... 11. 一、胰島素簡介 .................................................................................................. 11 二、胰島素之生理作用 ...................................................................................... 11 三、胰島素於細胞層次之作用 .......................................................................... 12 四、胰島素訊息傳遞路徑 .................................................................................. 13 五、胰島素與三大營養素代謝之作用 .............................................................. 20 第三節、胰島素阻抗 .............................................................................................. 22 一、胰島素阻抗 .................................................................................................. 22 二、高脂飲食與胰島素阻抗 .............................................................................. 22 三、腦部胰島素阻抗 .......................................................................................... 26 第四節抗糖尿病物質 ............................................................................................ 27 一、常見之抗糖尿藥物 ...................................................................................... 27 第五節. 失智症 ...................................................................................................... 32. 一、失智症流行病學 .......................................................................................... 32 二、失智症定義 .................................................................................................. 32 三、失智症分類 .................................................................................................. 33 四、阿茲海默症病程 .......................................................................................... 35 五、失智症治療 .................................................................................................. 37 第六節. 第二型糖尿病與阿茲海默症 .................................................................. 39. 一、第二型糖尿病與阿茲海默症相關研究 ...................................................... 39 二、連結阿茲海默症與第二型糖尿病的可能機制 .......................................... 39 IV.

(8) 三、高脂飲食及糖尿病對於阿茲海默症的影響 .............................................. 44 第七節 Caffeic acid ................................................................................................. 46 一、天然酚酸 ...................................................................................................... 46 二、咖啡酸 (Caffeic acid) .................................................................................. 46 第三章研究動機與目的及實驗架構........................................................................ 47 第一節研究動機與目的 ........................................................................................ 47 第二節實驗架構 .................................................................................................... 48 第四章實驗材料與方法............................................................................................ 49 第一節. 實驗材料 .................................................................................................. 49. 一、胰島素阻抗細胞模式 .................................................................................. 49 二、胰島素阻抗動物模式 .................................................................................. 50 第二節. 細胞實驗步驟和方法 .............................................................................. 53. 一、實驗樣品配製 .............................................................................................. 53 二、實驗藥品配製 .............................................................................................. 53 三、小鼠神經母瘤細胞 Neuro 2a 之保存與培養 ........................................... 53 四、試驗方法 ...................................................................................................... 54 五、儀器設備 ...................................................................................................... 55 六、統計分析 ...................................................................................................... 56 第三節. 動物實驗步驟和方法 .............................................................................. 57. 一、實驗樣品配製 .............................................................................................. 57 二、實驗藥品配置 .............................................................................................. 57 三、實驗動物飼養 .............................................................................................. 58 四、實驗動物誘導及分組 .................................................................................. 58 五、試驗方法 ...................................................................................................... 58 六、儀器設備 ...................................................................................................... 64 七、統計分析 ...................................................................................................... 65 第五章結果................................................................................................................ 66 第一節不同天然酚酸對 Neuro 2a 細胞存活率、葡萄糖攝入之影響 ............... 66 一、不同濃度天然酚酸對 Neuro 2a 細胞生長存活率的影響 ......................... 66 二、Neuro 2a 細胞對 2-NBDG 染劑攝入之結果 ............................................. 66 V.

(9) 第二節. 咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠生理、生化值之影響 ...... 70. 一、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠攝食量、飲水量及熱量攝取之影響 .......................................................................................................................... 70 二、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠體重之影響 .............................. 70 三、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠空腹血糖濃度之影響 .............. 74 四、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠口服葡萄糖耐受性 (OGTT)與其曲線下面積之影響之影響 .................................................................................. 74 五、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠空腹胰島素濃度之影響 .......... 79 六、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠 HOMA-IR Index 之影響......... 79 七、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠組織重量之影響 ...................... 82 八、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠血液生化數值之影響 .............. 82 九、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠血清瘦體素之影響 .................. 85 十、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠血清脂聯素之影響 .................. 85 十一、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠被動迴避試驗之影響 .......... 85 第三節. 咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質醣類代謝、胰島素訊息傳遞、瘦體素訊息傳遞之影響 .............................................................. 89 一、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質醣類代謝酵素的影響 ...................................................................................................................... 89 二、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質胰島素訊息傳遞蛋白質表現的影響 .............................................................................................. 93 三、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質瘦體素訊息傳遞蛋白質表現的影響 ............................................................................................ 101 第六章討論.............................................................................................................. 104 第一節不同天然酚酸對 Neuro 2a 細胞存活率、葡萄糖攝入之影響 ............. 104 一、不同濃度天然酚酸對 Neuro 2a 細胞生長存活率的影響 ....................... 104 二、Neuro 2a 細胞對 2-NBDG 染劑攝入之結果 ........................................... 105 第二節. 咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠生理、生化之影響 ........ 107. 一、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠生理之影響 ............................ 107 二、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠空腹血糖濃度及其相關生化數值之影響 (胰島素、HOMA-Index、口服葡萄糖耐受性及口服葡萄糖耐受試驗曲線下面積) ....................................................................................................... 109 三、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠血液生化數值之影響 ............ 111 VI.

(10) 四、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠血清脂肪激素之影響 (瘦體素、脂聯素) ............................................................................................................... 112 五、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠被動迴避試驗之影響 ............ 113 第三節咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質醣類代謝、胰島素訊息傳遞、瘦體素訊息傳遞之影響 ............................................................ 115 一、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質醣類代謝之影響 ............................................................................................................................ 115 二、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質胰島素訊息傳遞之影響 ................................................................................................................ 117 三、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴及皮質瘦體素訊息傳遞之影響 ................................................................................................................ 120 第七章結論.............................................................................................................. 121 第八章參考文獻...................................................................................................... 124. VII.

(11) 圖次. 圖 2-1、胰島素調節之代謝作用。 ........................................................................... 12 圖 2-2、胰島素訊息傳遞路徑圖。 ........................................................................... 13 圖 2-3、葡萄糖轉運蛋白之基本構型。 ................................................................... 16 圖 2-4、小腸上皮細胞葡萄糖運送方式。 ............................................................... 17 圖 2-5、腦部星狀細胞-神經細胞乳酸穿梭假說 ...................................................... 19 圖 2-6、肥胖連結胰島素阻抗的內分泌、發炎和神經細胞路徑。 ....................... 23 圖 2-7、瘦體素訊息傳遞及瘦體素阻抗。 ............................................................... 24 圖 2-8、脂聯素對胰島素敏感的機制。 ................................................................... 25 圖 2-9、胰島素阻抗對神經細胞代謝及阿茲海默症發展的影響。 ....................... 43 圖 2-10、高熱量飲食與腦部胰島素阻抗和神經細胞退化的關係。 ..................... 45 圖 2-11、Caffeic acid 結構圖 .................................................................................... 46 圖 3-1、實驗架構。 ................................................................................................... 48 圖 5-1、天然酚酸對胰島素阻抗 Neuro 2a (12.5µM)細胞葡萄糖攝入之影響。 ... 68 圖 5-2、Caffeic acid 對高脂飲食誘導高胰島素血大鼠體重之影響。 ................... 72 圖 5-3、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠之體重變化。 ........................... 73 圖 5-4、咖啡酸對高脂飲食誘導高胰島素血大鼠禁食血糖之影響。 ................... 75 圖 5-5、咖啡酸對高脂飲食誘導高胰島素血大鼠禁食血糖之變化。 ................... 76 圖 5-6、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠口服葡萄糖耐受性之影響。 .............................................................................................................................. 77 圖 5-7、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血大鼠口服葡萄糖耐受性曲線下面積之影響。 .................................................................................................................. 78 圖 5-8、咖啡酸對高脂飲食誘導高胰島素血大鼠胰島素濃度之影響。 ............... 80 圖 5-9、咖啡酸對高脂飲食誘導高胰島素血大鼠 HOMA-IR 之影響.................... 81 圖 5-10、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血大鼠血清受體素濃度之影響。 ..... 86 圖 5-11、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血大鼠血清脂聯素之影響。 ............. 87 圖 5-12、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血大鼠被動迴避試驗之影響。 ......... 88 圖 5-13、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質六碳醣激 VIII.

(12) 酶表現量之影響。 .............................................................................................. 90 圖 5-14、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質磷酸果糖激酶表現量之影響。 .......................................................................................... 91 圖 5-15、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質醛縮酶表現量之影響。 ...................................................................................................... 92 圖 5-16、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質胰島素受器表現量之影響。 .............................................................................................. 95 圖 5-17、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質胰島素受器受質表現量之影響。 ...................................................................................... 96 圖 5-18、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質磷酸肌醇 3 激酶表現量之影響。 ...................................................................................... 97 圖 5-19、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質 AKT/PKB 表現量之影響。 .................................................................................................. 98 圖 5-20、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質胰島素分解酵素表現量之影響。 ...................................................................................... 99 圖 5-21、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質葡萄糖轉運蛋白-3 表現量之影響。 ................................................................................ 100 圖 5-22、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質瘦體素受器表現量之影響。 ............................................................................................ 102 圖 5-23、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血症大鼠(A)海馬迴 (B)皮質 Janus 激酶磷酸化蛋白表現量之影響。 ............................................................................ 103 圖 7-1、咖啡酸改善高果糖飼料誘導高胰島素血症大鼠海馬迴醣類代謝、胰島素阻抗、瘦體素阻抗可能之機制。 .................................................................... 122 圖 7-2、咖啡酸改善高果糖飼料誘導高胰島素血症大鼠皮質醣類代謝、胰島素阻抗、瘦體素阻抗可能之機制。…………………………………………………125. IX.

(13) 表次表 2-1、糖尿病診斷標準 ............................................................................................ 6 表 2-2、輔助性葡萄糖轉運蛋白種類。 .................................................................. 18 表 4-1、SDS-PAGE 膠體溶液(單位：mL) ............................................................. 62 表 4-2、一級與二級抗體使用之濃度 ...................................................................... 63 表 5-1、天然酚酸濃度對 Neuro 2a 細胞之細胞存活率。 ..................................... 67 表 5-2、天然酚酸(12.5µM)對胰島素阻抗 Neuro 2a 細胞葡萄糖攝入之改善情形。 ............................................................................................................................. 69 表 5-3、咖啡酸對高脂飼料誘導胰島素阻抗大鼠飲食飲水及熱量攝取之影響。 ............................................................................................................................. 71 表 5-4、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血大鼠器官重量之影響。 .................. 83 表 5-5、咖啡酸對高脂飼料誘導高胰島素血大鼠血液生化值之影響。 .............. 84. X.

(14) 第一章前言. 醫療保健的進步，台灣人民平均壽命增加，而隨著生活條件的改善，文化交流的頻繁，台灣的飲食習慣逐漸改變，又因日常運動減少、肥胖率增加，使得慢性病罹病率，如：惡性腫瘤、心臟疾病、腦血管疾病、糖尿病等也逐年增加。2011 年國人十大死因中即有七項為慢性疾病，其中糖尿病排名第四位。自 1987 年起，糖尿病就位居十大死因前五位，2002 年即躍居第四位 (行政院衛生署, 2013)，其中以第 2 型糖尿病(舊稱為非胰島素依賴型糖尿病 non-insulin dependent diabetic mellitus，NIDDM)為主，約佔病患人口的 95%左右。. 第二型糖尿病主要是因為胰臟 β 細胞胰島素分泌不足抑或胰島素阻抗 (insulin resistance)所致 (Ferrannini, 1998)。胰島素阻抗意指組織對胰島素敏感性降低，即體內需要較高胰島素濃度來達到正常的代謝反應，因此為了維持血糖於正常範圍內，胰臟 β 細胞會代償性的增加胰島素分泌量，而形成高胰島素血症 (hyperinsulinemia)，當高胰島素血也無法維持血糖濃度恆定，就會演變為嚴重的糖尿病 (Reaven, 1988)。. 酚酸為酚類化合物的一種，廣佈於蔬菜、水果中 (Bahorun, Luximon-Ramma, Crozier, & Aruoma, 2004)，具有抗氧化及預防、改善慢性疾病的功能，亦有研究指出可調節葡萄糖代謝之功能 (Scalbert, Manach, Morand, Rémésy, & Jiménez, 2005)。例如：咖啡酸苯乙酯 (Caffeic acid phenethyl ester, CAPE) 被證實對 Streptozotocin (STZ) 誘導之糖尿病鼠有抗糖尿病功效 (Okutan, Ozcelik, Yilmaz, & Uz, 2005; Park & Min, 2006)；咖啡酸 (Caffeic acid)能促進小鼠肝臟葡萄糖利用及抑制葡萄糖的產生，而具有降血糖之功效 (Jung, Lee, Park, Jeon, & Choi, 2006)， 1.

(15) 且對於糖尿病腎病變具有改善的效果 (C.-y. Chao, Mong, Chan, & Yin, 2010)；阿魏酸則可降低 STZ 誘導大鼠血漿中脂質及血中葡萄糖含量 (Balasubashini, Rukkumani, Viswanathan, & Menon, 2004)。. 台灣已步入高齡化社會，根據中華民國 2010 至 2060 年人口推計報告指出，我國於 1993 年老年人口比率超過 7%， 2012 年老人口佔總人口比例為 11.2%，推估於 2018 年老年人口比率將超過 14%，成為高齡社會；2025 年此比率將超過 20%，台灣將成為超高齡社會 (行政院經濟建設委員會, 2012)。老年人口比率的持續增加，使得老人保健逐漸成為重要的議題，失智即為重要的項目之一。研究指出，阿茲海默症 (Alzheimer’s disease)是老人失智最常見的一種，患者腦部能量代謝及醣類利用受到影響 (Frölich et al., 1998; S. Hoyer, 2002, 2004; Steen et al., 2005)，代謝異常和胰島素阻抗與使神經細胞存活、能量製造、基因表現的訊息傳遞路徑有關。. 胰島素阻抗相關之細胞模式多以肌肉及脂肪細胞為研究重點，本實驗室曾以小鼠肝臟細胞 FL83B 以 TNF-α 誘導胰島素阻抗之細胞模式，發現咖啡酸、肉桂酸 (Huang, Shen, & Wu, 2009)及粉紅種蓮霧水萃物 (Shen, Chang, & Chang, 2013)，都有顯著改善胰島素阻抗及醣類代謝之作用。而葡萄糖為腦部主要能量來源，腦部胰島素恆定對於腦部能量代謝有很大的影響。研究指出，神經細胞 Neuro 2a 以胰島素誘導胰島素阻抗，發現 100nM 胰島素會導致 Neuro 2A 細胞之胰島素訊息傳遞蛋白質表現量降低，並導致類似阿茲海默症的神經退化情況發生 (Gupta, Bisht, & Dey, 2011)。. 2.

(16) 本實驗室曾以高果糖飼料誘導第二型糖尿病大鼠，再分別給予 vescalagin 與沒食子酸 (gallic acid)處理，都發現會改善糖尿病大鼠肝臟醣類代謝、胰島素訊息傳遞及發炎反應 (施瑞雯, 2012)。本研究擬先評估天然酚酸對於保護胰島素阻抗神經細胞之葡萄糖攝入 (glucose uptake) 情形，其次再以高脂飼料誘導成高胰島素血症老鼠，同時給予酚酸樣品，評估其對於腦部醣類代謝、胰島素訊息傳遞路徑及學習認知能力的影響。. 3.

(17) 第二章文獻回顧第一節糖尿病一、糖尿病流行病學醫療保健的進步，台灣人民平均壽命增加，而隨著生活條件的改善，文化交流的頻繁，台灣的飲食習慣逐漸改變，日常運動減少，肥胖率增加，使得慢性病罹病率也逐年增加，如：惡性腫瘤、心臟疾病、腦血管疾病、糖尿病等，2011 年國人十大死因中即有七項為慢性疾病，其中糖尿病在第四位。自 1987 年起，糖尿病就位居十大死因前五位，2002 年即躍居第四位 (Department of Health, Exeutive Yuan, R.O.C. (Taiwan)行政院衛生署, 2013)。衛生署統計，2012 年共 9,281 死於糖尿病，約一小時就有一人死於糖尿病。全球目前估計約有一億九千萬名糖尿病患者，世界衛生組織更預估至 2025 年將約有三億三千萬名病患，大多數為第 2 型糖尿病 (Type 2 DM)。據我國調查顯示，19 歲以上成人糖尿病盛行率已從 1997 年的 5%增加至 2002 年的 8%，其中 98%為第 2 型糖尿病。. 二、糖尿病之定義. 依據世界衛生組織 (World Health Organization, WHO, 1999) 對糖尿病 (diabetes mellitus)的定義，糖尿病為一種因胰島素分泌、活性或兩者皆不足的情形下，導致慢性高血糖 (hyperglycemia)，以及醣類、脂質、蛋白質代謝紊亂的多病因代謝疾病。糖尿病會造成多種器官長期損傷、失能及衰竭。糖尿病及血糖恆定失衡的診斷標準，主要依據血糖數值高低來判定。根據美國糖尿病學會 (American Diabetes Association, ADA)訂定之標準，如符合以下任一條件，即可診斷為糖尿病：. 4.

(18) (一) 出現典型糖尿病症狀 (三多一少：多吃、多喝、多尿或不明原因體重減輕)，加上隨機血漿血糖數值 (無論空腹與否，所測得之血糖值即為隨機血漿血糖數值)≧200mg/dL。. (二)空腹至少八小時以上，其靜脈血漿血糖≧126mg/dL (正常人為小於 100mg/dL). (三)口服葡萄糖耐量試驗 (Oral glucose tolerance test, OGTT)，喝下含 75 公克葡萄糖之糖水，2 小時的血漿葡萄糖數值≧200mg/dL。若空腹血漿血糖數值 (fasting plasma glucose; FPG)≧110mg/dL 且<126mg/dL，就可診斷為空腹葡萄糖異常 (Impaired fasting glucose, IFG)。如果口服葡萄糖耐量試驗 2 小時血漿葡萄糖數值介於 140 及 200 mg/dL 之間，就稱之為葡萄糖耐量異常 (impaired glucose tolerance, IGT)。. 5.

(19) 表 2-1、糖尿病診斷標準 Table 2-1. Criteria for the diagnosis of diabetes mellitus. Diabetes Fasting plasma glucose. ≧7.0 mmol/ L (126 mg/ dL) or. 2-h plasma glucose*. ≧11.1 mmol/ L (200 mg/ dL). Impaired Glucose Tolerance (IGT) Fasting plasma glucose. < 7.0 mmol/ L (126 mg/ dL) and. 2-h plasma glucose*. ≧7.8 and < 11.1 mmol/ L (140 mg/dL and 200 mg/ dL). Impaired Fasting Glucose (IFG) Fasting plasma glucose. 6.1 to 6.9 mmol/ dL (100 mg/ dL to 126 mg/ dL) and (if measured). 2-h plasma glucose*. < 7.8 mmol/ L (140 mg/dL ). * Venous plasma glucose 2-h after ingestion of 75 g oral glucose load * If 2-h plasma glucose is not measured, status is uncertain as diabetes or IGT cannot be excluded (WHO & IDF, 2006). 6.

(20) 三、糖尿病分類根據美國糖尿病學會 (American Diabetes Association, ADA) 最新分類方法將糖尿病區分為四大類 (ADA, 2012)：. (一) 第一型糖尿病 (Type I diabetes) 過去稱為胰島素依賴型糖尿病 (Insulin-dependent Diabetes mellitus, IDDM)，而通常好發於幼童或青少年時發病，因此又稱為幼年型糖尿病 (juvenile-onset diabetes)。第一型糖尿病約佔糖尿病總糖尿病病患的 5~10%。根據研究其致病的相關因子有： 1.. 免疫媒介：自體免疫形成抗 β-cell 抗體及細胞免疫作用攻擊 β-cell，此為致病主要原因，為一種自體免疫疾病 (autoimmune-mediated diabetes)，由於胰臟蘭氏小島 (pancreatic Langerhan islet) β-cell 發生異常的自體免疫反應，攻擊破壞 β-cell 本身，造成胰島素分泌嚴重不足而引發高血糖。此型病患必須依賴外源性胰島素才可維持正常之血糖濃度。. 2.. 特發型：部分第一型糖尿病其病理仍未知。有一些病患永久性胰島素缺乏 (insulinopenia)且容易出現酮酸中毒 (ketoacidosis)，但並沒有自體免疫的問題。這類糖尿病具強力遺傳性，且沒有出現 β-cell 自體免疫攻擊的病理特徵。. (二) 第二型糖尿病 (Type II diabetes) 為非胰島素依賴型糖尿病 (Non-insulin-dependent diabetes mellitus, NIDDM)，病人通常體型肥胖。約 90~95%糖尿病患者屬於第二型，此型病患仍可分泌胰島素，但因胰島素不足或功能缺失、胰島素阻抗、細胞對胰島素敏感性 (insulin sensitivity)下降及肝臟合成葡萄糖的量增加，或胰島素接受器 7.

(21) (insulin receptor)異常而發病。當胰島素功能缺失，人體胰臟蘭氏小島的 β-cell 會代償性分泌更多的胰島素，造成高胰島素血症 (hyperinsulinamia)；但若胰臟過度分泌胰島素，將會使 β-cell 的功能缺失，造成胰島素的分泌降低，反而變成為低胰島素血症 (hypoinsulinamia)，此時則需要外來胰島素的補充。隨著 β-cell 的持續大量分泌胰島素使得 β-cell 功能惡化，將逐漸失去代償能力而導致高血糖發生，進一步產生葡萄糖毒性 (Robertson, Olson, & Zhang, 1994)、脂質毒性 (Kawaia et al., 2002)、胰島澱粉樣蛋白 (Islet Amyloid) (Prato et al., 1994)及胰島素修飾過程障礙 (Ward et al., 1987)等病理生理病癥發生。大部分第二型糖尿病病患體型都肥胖，且肥胖本身就會造成些許的胰島素阻抗，而體重在正常範圍的病人，也會有脂肪堆積在腹部的現象。這類型糖尿病較不易診斷出來，早期糖尿病發展十分緩慢，無法明顯發現顯著的病癥，患病風險會隨著年齡增加、肥胖程度、和缺乏運動而上升。. (三) 其他特殊類型糖尿病 (Other specific type of diabetes) 1.. β-cell 功能之基因缺陷 (genetic defects of β-cell function)型，如第 12 號染色體肝細胞核因子-1α [chromosome 12, HNF-1α (MODY-3)]、第 7 號染色體葡萄糖激酶 [chromosome 7, glucokinase (MODY-2)]、第 20 號染色體肝細胞核因子-4α [chromosome 20, HNF-1α (MODY-1)]等。. 2. 胰島素作用之基因缺陷 (genetic defects in insulin action)型，如 A 型胰島素阻抗 ( 胰島素接受器變異 ─ 胺基酸排序改變 ) [Type A insulin resistance]、矮精靈貌症候群 (胰島素接受器變異─胺基酸排序改變) [Leprechaunism]、Rabson-Mendenhall Syndrome 等。 3.. 胰臟外分泌系統疾病 (diseases of the exocrine pancreas)型，如胰臟炎 (pancreatitis)、創傷/胰臟切除 (trauma/ pancreatectomy)、腫瘤 (neoplasia)、 8.

(22) 纖維性囊腫 (cystic fibrosis)、血色素沉著症 (hemochromatosis)、纖維鈣性胰臟病變 (fibrocalculous pancreatopathy)等病變所引起之醣類代謝異常。 4.. 內分泌病變 (endocrinopathies)型，如肢端肥大症 (acromegaly)、庫欣氏症 (Cushing’s Syndrome)、嗜鉻細胞瘤 (pheochromocytoma)、甲狀腺高能症 (hyperthyroidism)等。. 5.. 藥物或化學物誘發型，如糖皮素 (glucocorticoids)、甲狀腺激素 (thyroid hormone)、殺鼠劑 Vacor/Pyriminil 等藥物所引起之醣類代謝異常。. 6.. 感染 (infections) 所引起的糖尿病，如先天性德國麻疹 (congenital rubella)、巨細胞病毒 (cytomegalovirus)等。. 7.. 不尋常型式的免疫媒介的糖尿病. (Uncommon forms of. immune-mediated diabetes) ，如抗胰島素接受器抗體 (Anti-insulin receptor antibody)之出現、僵直人 (“Stiff-man” Syndrome)等。 8.. 其他基因缺失偶發伴隨糖尿病型，如唐氏症 (Down’s syndrome)、紫質症 (Povphyria)等。. (四) 妊娠糖尿病 (Gestational diabetes mellitus, GDM) 婦女懷孕期間，體內荷爾蒙異常所引起，主要由於妊娠中胎盤能產生胎盤泌乳激素 (placental lactogen hormone, PLH)、雌激素、人類絨毛膜性腺激素 (Human Chorionic Gonadotropin, HCG)等，這些激素在孕婦的血液中具胰島素阻抗作用，身體為了維持體內醣類代謝的穩定需較高的胰島素來保持恆定。對胰島素儲備能力較差的婦女，妊娠後將會出現血糖代謝異常。若懷孕初期孕婦的平均血糖值愈高，約比一般正常孕婦發生畸胎兒的機率高出 2~5%。若未能及早發現妊娠糖尿病並予以控制，將容易導致巨嬰症， 9.

(23) 生產時發生肩難產或需要剖腹產的機會會大增。而懷孕前診斷出已患有糖尿病之婦女，則不屬妊娠糖尿病。. (五) 糖尿病前期 (Pre-diabetes) 在糖尿病的發展上，患者會先步入糖尿病前期 (Pre-diabetes)，係一種正常人邁向糖尿病的過渡狀態，此時期雖然還沒發展成糖尿病，但具高度轉變為糖尿病的危險性，若無適當治療與飲食運動控制，則患者易發展成為糖尿病。根據美國糖尿病協會 (ADA)，將糖尿病前期分為兩類，即為「空腹葡萄糖異常」 (Impaired fasting glucose, IFG)與「葡萄糖耐受不良」 (Impaired glucose tolerance, IGT)。「空腹葡萄糖異常」是指空腹血糖升高，但未達到糖尿病診斷標準，即空腹血糖於 100~126 mg/dL 之間；「葡萄糖耐受不良」是指飯後 2 小時的血糖值升高，超過正常值 140 mg/dL，但仍未達 200mg/dL 的糖尿病診斷標準。葡萄糖耐受性異常的患者，經十年追蹤調查，發現其中約有 30%的病患會走向心臟血管疾病、及第二型糖尿病。所以懷疑此類型病患與高血壓、高血脂、動脈粥狀硬化與肥胖間有密切關係 (Saad et al., 1988; Sayegh & Jarrett, 1979)。. 10.

(24) 第二節. 胰島素. 一、胰島素簡介體內血糖恆定由胰臟蘭氏小島 (islets of langerhans) 所分泌之昇糖素 (glucagon)及胰島素 (insulin)調控。昇糖素由 α 細胞分泌，會促進肝糖分解為葡萄糖供身體個組織利用；胰島素則由 β 細胞分泌，為一胜肽荷爾蒙，分子量約為 6000kD，主要功能為調節身體內醣類及脂肪的代謝。胰島素由 A、B 兩個胜肽鏈組成，A 鏈含 11 種 21 個胺基酸；B 鏈含 15 種 30 個胺基酸，共 16 種 51 個胺基酸所組成，此兩鏈經兩個雙硫鍵 (disulfide bond)相連結形成胰島素分子 (林進丁, 1986)。而胰島素是人體唯一降低血糖的激素，也是唯一同時促進醣類、脂肪和蛋白質合成的激素。簡單地說，胰島素的生理作用是降低血糖、促進能量儲存以及刺激細胞生長和分化 (Rosen, 1987)。. 二、胰島素之生理作用胰島素為一同化性荷爾蒙，其主要調節身體糖類和脂肪、蛋白質三大營養素的代謝。胰島素對許多組織均有影響，但對於胰島素調控能量儲存，主要以肝臟、骨骼肌與脂肪細胞為作用之目標器官。進食後，胰臟 β 細胞便會分泌胰島素，促進肝臟細胞、骨骼肌細胞、脂肪細胞對於葡萄糖之攝入 (Glucose uptake)，使葡萄糖進入細胞內產生能量供細胞利用。多餘的能量會藉由增加肝醣合成 (Glycogen synthesis)，使葡萄糖以肝醣之形式儲存於肝臟及肌肉細胞；或藉由增加脂肪酸合成，以三酸甘油脂的形式儲存於脂肪細胞中；也會藉由增加蛋白質合成作用，促使肝臟細胞進行蛋白質合成之作用，如圖 2-1 所示 (Saltiel & Kahn, 2001)。除調控身體代謝之外，胰島素還可調控細胞正常生長與發育、促進血管舒張、抗發炎 (anti-inflammatory)、抗氧化 (anti-oxidation)之功能 (Dandona, 11.

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(27) (dephosphorylation)來調控胰島素受器間的訊息傳遞及控制酵素蛋白質基因的表現 (Mittelman, Fu, Rebrin, Steil, & Bergman, 1997)。胰島素訊息傳遞可區分為三個層次來探討 (Okada, Kawano, Sakakibara, Hazeki, & Ui, 1994; Shepherd & Kahn, 1999)： 1. 第一層次：β-subunit 經 autophosphorylation 後，將 insulin receptor substrate-1 (IRS-1)磷酸化，而 IRS-1 以 phospho-tyrosine 形式與具有 Srchomology 2 domain (SH2 domain)的 phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K)等蛋白質結合。 2. 第二層次：IRS 活化 p85/p110 複合體，進而依序活化 phosphatidylinositol-3 -kinase (PI3K)、AKT (protein kinase B, PKB)；IRS 亦能活化 Grb2/SOS 複合體、Ras 以及 MAP kinase。 3. 第三層次：執行胰島素之訊息，包括促使轉運蛋白異位 (translocation)、調控肝醣生成、糖質新生作用、脂質合成與細胞增生等。. (一) 胰島素受器 (Insulin receptor, IR) 胰島素受器 (Insulin receptor, IR)屬於受體酪胺酸激酶 (receptor tyrosine kinase)中的一個次家族 (subfamily)，是由 2 個 α (α-subunit)次單元與 2 個 β 次單位 (β-subunit)組成的四聚體醣蛋白 (Björnholm & Zierath, 2005)。當胰島素與受器結合後，位於細胞膜外的 α 次單元會產生構型改變而聚集，因而刺激 β 次單元體內再酪胺酸激酶之活性，而引發 β 次單元上 tyrosine 的自體磷酸化 (autophosphorylation)，進一步產生一連串磷酸化反應而傳遞訊息 (Butle & LeRoith, 2001). (二) 胰島素受器基質 (Insulin receptor substrate, IRS) 目前已知胰島素受器基質至少有九種，其中四種是胰島素受體基質 14.

(28) (IRS1-4)，其他則是 Gab-1、p60dok、Cb1、APS 及 Shc 的同型體 (Pessin & Saltiel, 2000)，IRS-1、IRS-2 在許多組織及腦部廣泛分布，IRS-3 只分布在鼠類脂肪組織，IRS-4 則主要存在於下視丘、胸腺、骨骼肌、心臟、腎臟及肝臟 (Giovannone et al., 2000)。這些蛋白質磷酸化後便能連接下游的效應分子，而活化不同的下游路徑 (Le Marchand-Brustel et al., 2003)。. (三) 磷酸肌醇 3 激酶 (Phosphatidylinositol-3-kinase, PI3-K) PI3K 在胰島素訊息傳遞中扮演非常重要的角色，其活化後可傳遞多種訊號。 PI3K 可以催化. phosphoinositides 3 號位置磷酸化，形成. phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphates [PI(3,4,5)P3]。而 [PI(3,4,5)P3]會與含有 pleckstrin homology (PH) domains 的訊息蛋白結合，改變其活性或細胞內位置，促使 PI3K 下游 serine/ threonine kinase 的 AKT 活化 (Lietzke et al., 2000)。當 PI3K 作用被阻斷時，會抑制了胰島素刺激葡萄糖吸收、肝醣、脂肪和蛋白質合成及基因表現調控等作用 (Cichy et al., 1998)。. (四) AKT/蛋白激酶 B (protein kinase B, PKB) AKT (protein kinase B) 為 AKT protooncogene 的產物，屬於 PI3K-dependent serine/threonine kinase 的一員 (Bellacosa, Testa, Staal, & Tsichlis, 1991)。AKT 被上游的 PI3K 活化後，便會脫離細胞膜而被釋放進入細胞質內，形成一個具有活性的訊息分子。研究顯示，AKT/PKB 的活化會影響胰島素刺激葡萄糖轉運、肝醣合成 (Cross et al., 1995)、細胞存活與蛋白質合成 (Kido et al., 2000)。. 15.

(29)

(30)

(31) 因 GLUT-4 不正常的合成或活性改變所致 (Baldwin, 1993)。. 表 2-2、輔助性葡萄糖轉運蛋白種類。 Table 2-2. Facilitative glucose transporters Isoform. Tissue. GLUT1. placenta, brain (blood-brain barrier), erythrocytes, adipose and muscle. GLUT2. liver, islet cells, kidney and small intestine. GLUT3. brain(neuronal), testis, kidney, liver and heart. GLUT4. adipocytes, muscle and heart. GLUT5. intestine, muscle, brain and adipose. GLUT6. brain, spleen, peripheral leukocytes. GLUT7. liver, intestine, testis and prostate. GLUT8. brain(neuronal), testis, blastocysts, muscle and adipocytes. GLUT9. liver and kidney. GLUT10. liver and pancreas. GLUT11. pancreas, kidney, placenta, muscle and heart. GLUT12. skeletal muscle, adipose tissue, small intestine (Gould & Holman, 1993; Scheepers et al., 2004) 18.

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(33) 五、胰島素與三大營養素代謝之作用. (一) 碳水化合物胰島素與胰島素受器結合後，能促使肌肉與脂肪細胞對於葡萄糖之攝入 (glucose uptake)，協助葡萄糖運送至細胞內，供細胞利用，降低血液中血糖濃度。胰島素可以活化一些糖解作用 (Glycolysis) 與肝醣合成 (Glycogenesis) 所需要的酵素活性，例如：六碳醣激酶 (Hexokinase) 、磷酸果糖激酶 (Phosphofructokinase)、肝醣合成酶 (Glycogen synthase)。另一方面會抑制異化作用，包括肝醣降解 (glycogenolysis)、醣質新生作用 (Gluconeogenesis) 之酵素活性，例如：磷酸烯醇丙酮酸梭化酶 (Phosphoenolpyruvate carboxykinase)、葡萄糖-6-磷酸酶 (Glucose-6-phosphatase)。胰島素能增加糖解作用 (Glycolysis)速率，促進肝臟與肌肉中肝醣之合成 (Glycogenesis)，抑制肝醣降解與糖質新生作用。. (二) 蛋白質胰島素可增加細胞膜對胺基酸的通透性，促進去氧核醣核酸 (DNA)、核醣核酸 (RNA) 和蛋白質之合成；反之，當胰島素不足時，則會使蛋白質分解作用加速，造成蛋白質毀損與肌肉消瘦 (何橈通, 1986; 林進丁, 1986)。. (三) 脂質胰島素對脂質組織之調控主要在抑制荷爾蒙敏感性脂解酶 (Hormone sensitive lipase; HSL) 的活性，降低脂解作用 (lipolysis)，減少三酸甘油酯分解成游離脂肪酸 (free fatty acid; FFA) 與甘油 (glycerol)，進而降低血漿中游 20.

(34) 離脂肪酸的含量。此外，胰島素會增加乙醯輔酶 A 羧化酶 (Acetyl-CoA carboxylase) 等之活性，促進脂肪酸的合成，同時又增加丙酮酸激酶的活性，使磷酸甘油 (phosphoglycerol) 生成增多，進而促進脂肪的合成。正常生理狀態下，體內的能量主要由葡萄糖供應，且葡萄糖和脂肪酸的利用存在交互抑制的現象。但當胰島素缺乏時，葡萄糖無法被細胞所利用，身體能量改由脂肪供應，使脂肪合成作用減少、分解作用增加，故血脂濃度顯著提高，血液中三酸甘油酯、游離脂肪酸和磷脂質 (phospholipids) 皆會增加 (林進丁, 1986)。而脂肪酸運送至肝臟進行氧化作用，使乙醯輔酶 A 大量產生，造成酮體 (Ketone bodies) 增加，易造成酮酸中毒 (ketoacidosis) 昏迷，甚至死亡。. 綜合上述，胰島素對於身體細胞的代謝扮演非常重要的角色。當胰島素的作用發生缺陷時，臨床上則可能會出現血糖增高、血中游離脂肪酸上升，進而引發一系列血脂異常之現象。. 21.

(35) 第三節、胰島素阻抗. 一、胰島素阻抗胰島素阻抗即為胰島素之作用有缺陷，胰島素刺激細胞攝入葡萄糖的能力降低。胰島素阻抗的人體，其體內胰臟蘭氏小島的 β 細胞得到訊息，而為了維持正常的胰島素功能，β 細胞會分泌更多的胰島素進入循環當中，造成血液中胰島素濃度增高，即為所謂高胰島素血症 (hyperinsulinemia)。當此代償作用超過 β 細胞之負荷能力，高胰島素血症漸漸不足以維持正常血糖時，則會產生葡萄糖不耐症，血糖漸漸上升，也就是臨床上所稱的「糖尿病前期」，進一步則會惡化成第 2 型糖尿病 (Reaven, 1988)。. 二、高脂飲食與胰島素阻抗高脂飲食可誘發人類、齧齒類動物的肥胖，且脂肪佔飲食熱量比例愈高體重增加速度愈快 (Buettner, Scholmerich, & Bollheimer, 2007; Rothwell & Stock, 1984; Warwick & Schiffman, 1992)。肥胖與血中胰島素濃度上升和阻抗有關 (de Ferranti & Mozaffarian, 2008; Lichtenstein & Schwab, 2000)。且高脂飲食會造成葡萄糖耐受性受損及胰島素對葡萄糖降低的能力下降 (Lichtenstein & Schwab, 2000; Riccardi, Giacco, & Rivellese, 2004)。高脂飲食經由代謝產生的脂肪酸 (fatty acids) 及其他代謝物例如醯基輔酶 (acyl CoAs)、神經醯胺 (ceramides) 及二醯基甘油 (diacylglycerol)，這些物質可作為訊息物質活化一些蛋白激酶如蛋白激酶 C (protein kinase C, PKC)、Jun kinase (JNK)，並抑制 nuclear factor-κB kinase β (IKKβ)，這些激酶將會透過抑制胰島素受器基質的磷酸化而影響胰島素訊息傳遞，如圖 2-6 所示 (Petersen & Shulman, 2006)。 22.

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(39) 三、腦部胰島素阻抗. 研究指出周圍組織胰島素阻抗會造成腦部胰島素阻抗，而使得腦部胰島素質降低 (de la Monte, Longato, tong, & Wands, 2009; Zhao & Alkon, 2001)。腦部胰島素由周圍胰島素透過腦血屏障上的運送蛋白進入腦部 (Banks, 2004; Woods, Seeley, Baskin, & Schwartz, 2003)。中樞神經系統的能量恆定、神經細胞存活、壽命與學習記憶能力等重要功能中，胰島素和類胰島素生長因子 (Insulin-like growth factor, IGF-1) 扮演重要的角色。腦部胰島素主要可在嗅球 (olfactory bulb)、皮質 (cortex)、海馬迴 (hippocampus)、下視丘 (hypothalamus)、杏仁核 (amygdala) 與腦膜 (septum)上與受器接合 (Havrankova, Schmechel, Roth, & Brownstein, 1978; Unger, Livingston, & Moss, 1991)，受器也存於腦部微血管，讓胰島素和 IGF-1 穿越腦血屏障。腦部的胰島素受器會隨著年齡減少，IGF-1R 增加，由此可推測胰島素相關的訊息傳遞與老化及認知退化有關 (Y. H. Chung, Shin, Joo, Kim, & Cha, 2002; Frölich et al., 1998)。. 26.

(40) 第四節抗糖尿病物質. 一、常見之抗糖尿藥物. 根據美國食品藥物管理局 (FDA)之分類，將核准用於治療第二型糖尿病用藥分為六大類，Insulin、sulfonylureas、meglitinides、biguanides、α-glucosidase inhibitor、thiazolidinediones，分述如下：. (一) 胰島素 (Insulin) 胰島素於臨床使用已超過八十年，依舊是目前降低血糖最有效的藥物。生物合成的人體胰島素與內源性的人體胰島素，在作用及化學結構上均相同；雖有罕見過敏案例，但人體胰島素幾乎沒有使用上的禁忌。胰島素根據作用的高峰與持續時間來分類，主要可分為以下幾類，速效胰島素 lispro、aspart 和 glulisine，短效胰島素 regular，中效胰島素 NPH 和 Lente，長效胰島素 Ultralente 和 Ultratard；此外，還有另一種沒有作用高峰的長效胰島素 glargine 與 detemir。. (二) 磺醯尿素類 (Sulfonyurea，SU) 目前臨床上常見的口服降血糖藥物多屬此類藥物，其降血糖機轉主要為：此類藥物與胰臟 β 細胞受體具有高度親和力，可提高 β 細胞對葡萄糖的敏感度，進而促進胰臟 β 細胞分泌胰島素 (Yoshinaga, 1968)，因此此類藥物又稱為胰島素分泌劑 (insulin secreting agents)。此類藥物包括，glyburide、 gliclazide、glipizide、glimepiride 等，而此類藥物常見之副作用有血糖過低、體重增加等。而有中度至重度肝功能異常、孕婦及哺乳婦不宜使用此類藥物 27.

(41) (沈德昌 & 顏兆熊, 2008)。. (三) 非磺醯尿素類 (Meglitinides) 此類藥物作用機制與磺醯尿素類藥物相同，皆是刺激胰臟 β 細胞上相同的 K-ATP channel 關閉而促使胰島素分泌 (Keilson, Mather, Walter, Subramanian, & McLeod, 2000)。此類藥物包括，repaglinide、nateglinide、 glimepiride 等，而此類藥物之副作用大致也與黃醯尿素類藥物相同 (沈德昌 & 顏兆熊, 2008)。. (四) 雙胍類(Biguanide，BG) BG 為 guanidine 之衍生物 (兩個 guanidine 分子去掉 NH2 而連接在一起)，目前已上市的藥物有 Phenformin、Buformin 與 Metformin。Phenformin 因引起乳酸中毒而致死之機率較高，故許多國家包括台灣已經禁止使用此藥物。目前使用 BG 類藥物之國家，均以使用 Metformin 為主 (其引起乳酸中毒之機率較 Phenformin 低 10 倍)。此類藥物作用機制至今仍尚未完全了解，但已有研究指出其與降低腸胃道吸收葡萄糖、活化醣解作用、抑制醣質新生作用、減少葡糖糖從肝臟降解 (Bailey & Turner, 1996; Johnson et al., 1993)及提高胰島素受體的結合力等作用有關，但並不會直接刺激胰臟分泌胰島素。此藥物的優點有不易造成低血糖，不會造成體重增加，故常被使用在臨床上；而其副作用為噁心、腹瀉等 (沈德昌 & 顏兆熊, 2008)。. (五) α-醣苷酶抑制劑(α-glucosidase inhibitor) 此類藥物常用的有 Acarbose、Miglitol 等。因此類藥物之結構與醣類相似，所以會彼此競爭胰臟 α-amylase 及腸道內之 α-glucosidase 等醣類消化酵 28.

(42) 素，因而抑制食物中醣類在腸道中之分解及吸收 (Davis, Perez, & Kung, 1994)。α-glucosidase 對醣類的消化作用減低，因而延緩葡萄糖從腸道吸收，有效地降低飯後血糖與胰島素濃度 (Goda, Yamada, Sugiyama, Moriuchi, & Hosoya, 1982)。此類藥物可使餐後血糖上升速率較為平緩，所以也是一種控制血糖濃度的輔助藥物。此類藥物的優點為不會造成血糖過低、不會導致體重上升，適合用於餐後高血糖之病患；而其副作用少，僅有腹瀉、腹脹等腸胃症狀 (沈德昌 & 顏兆熊, 2008)。. (六) 胰島素抗性致敏劑(Thiazolidinediones) Thiazolidinediones 為新型的降血糖藥物，簡稱 TZDs。Troglitazone、 Rosiglitazone 及 Pioglitazone 皆為此類藥物，其中 Troglitazone 被證實具肝毒性已被停用 (Rangwala & Lazar, 2004)。此類藥物主要的作用機制為促進細胞核內 peroxisome proliferator-activated receptor-gamma (PPAR-γ)接受器之活性，而活化 PPAR-γ 所調控之訊息傳遞路徑 (McEvoy, 2000; Rangwala & Lazar, 2004)，加強了胰島素之作用，使細胞內葡萄糖轉運蛋白 GLUT2 和 GLUT4 表現增加，將葡萄糖轉運至細胞內進行代謝，因而降低細胞外血糖，達到降低血糖之效果。此類藥物為提高細胞對胰島素之敏感性及增加葡萄糖之力用來改善胰島素阻抗之情況，而非刺激胰臟細胞分泌胰島素。此外，此類藥物也會促使脂肪酸運輸蛋白及結合蛋白增加，使脂肪酸進入細胞，雖改善胰島素的阻抗性，卻也因此使皮下脂肪和體重略微上升，與病患需減重的目標相互矛盾。且部分服用者還有水腫之情況 (Panunti, Jawa, & Fonseca, 2004)。TZDs 類藥物副作用其中以肝毒性最受關注，嚴重肝功能異常者禁止使用；且服用此類藥物之病患，最好可以定期檢查肝功能，肝功能一旦異常便應停用。 29.

(43) 二、酚類化合物與糖尿病酚類化合物 (phenolic compounds)廣泛存在於植物性食品中，且被指出具有抗氧化及改善及預防慢性病之功能，此外也有研究指出其可調解醣類之代謝 (Scalbert, Johnson, & Saltmarsh, 2005)。酚酸 (phenolic acids)屬於酚類化合物的一種，廣佈於蔬菜、水果中 (Bahorun et al., 2004; Luximon-Ramma, Bahorun, & Crozier, 2003)，具有良好的抗氧化、抗癌、降血糖的功效 (C.-y. Chao et al., 2010; Jung et al., 2006; Kampa et al., 2004; Scalbert, Manach, et al., 2005)，且已被證實可以通過腦血屏障 (Willis, Shukitt-Hale, & Joseph, 2009)。主要可區分為兩大類，一類為苯甲酸 (benzoic acid)衍生物 hyroxybenzoic acid，例如：沒食子酸 (gallic acid)，另一類為肉桂酸 (cinnamic acid)衍生物 hyroxycinnamic acid ，例如：咖啡酸 (caffeic acid)、肉桂酸 (cinnamic acid)、阿魏酸 (ferulic acid)、異阿魏酸 (isoferulic acid)。酚酸之生理活性除了具抗氧化 (anit-oxidation)及抗癌 (anti-cancer)，近期也有許多研究指出多種酚酸具有降血糖、抗糖尿病之活性：. (一) 肉桂酸 (cinnamic acid) Adisakwattana, Roengsamran, Hsu, and Yibchok-anun (2005) 利用以 streptozotocin (STZ)誘導糖尿病鼠評估肉桂酸衍生物 (p-methoxycinnamic acid)抗糖尿病之效果，結果顯示肉桂酸衍生物 (p-methoxycinnamic acid)可改善糖尿病鼠葡萄糖耐受性、增加糖解作用酵素 (Hexokinase、Glucokinase 與 Phosphofructokinase)之活性、降低糖質新生作用酵素 (Glucose-6-phosphatase) 之活性，增加血液中葡萄糖利用產生能量或進入肝臟中形成肝醣儲存。. 30.

(44) (二) 阿魏酸 (ferulic acid) 阿魏酸為植物代謝產物，存在穀物與穀物產品中。Ohnishi et al. (2004) 分別以胰島素依賴型模式(insulin-dependent diabetes mellitus)的 STZ 誘導糖尿病小鼠及非胰島素依賴型模式 (non-insulin dependent diabetes mellitus)的 KK-Ay 小鼠評估阿魏酸抗糖尿病之效果，發現其對於兩種糖尿病模式之小鼠皆明顯降低血液中葡萄糖濃度，並且具抗脂質過氧化脂效果。. (三) 異阿魏酸 (isoferulic acid) Liu, Hsu, Chen, and Cheng (2000)發現以靜脈注射異阿魏酸，探討其對 STZ 誘導之糖尿病大鼠抗糖尿病之情況，發現其可降低血液中葡萄糖濃度，此外，亦可促進大鼠比目魚肌 (soleus muscle)葡萄糖攝入及肝醣合成，增進身體對葡萄糖之利用；且於比目魚肌中發現葡萄糖轉運蛋白 (GLUT-4) mRNA 表現量增加、糖質新生酵素 phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) mRNA 表現量下降；因此異阿魏酸可以增加 STZ 誘導之糖尿病大鼠週邊組織葡萄糖的利用而降低血糖濃度，且會抑制糖質新生作用降低葡萄糖之產生，改善葡萄糖轉運蛋白之表現量，增加葡萄糖之攝入，而具有抗高血糖之作用(Liu et al., 2000)。. (四) 咖啡酸 (caffeic acid) Okutan et al. (2005) 等人發現咖啡酸苯乙酯對於 STZ 誘導之糖尿病大鼠具有抗糖尿病之效用。在 C57BL/KsL-db/db 小鼠之第二型糖尿病模式中，發現咖啡酸可以顯著增加 db/db 小鼠肝臟中 glucokinase 活性及 mRNA 表現量，改善血液中葡萄糖利用產生能量或進入肝臟中形成肝醣儲存 (Hummel, Dickie, & Coleman, 1966)。 31.

(45) 第五節. 失智症. 一、失智症流行病學全球老年人口急遽增加，台灣人口老化也快速增加。根據行政院經濟建設委員會 2012 年發表之「中華民國 2012 至 2060 年人口推計報告」指出，65 歲以上老年人口占總人口比率將由 2012 年之 11.2%，增加為 2060 年 39.4%。其中，80 歲以上人口占老年人口之比率，亦將由 2012 年之 25.4%，大幅上升至 2060 年之 41.4%。台灣 1993 年老年人口已占總人口比率超過 7%，成為高齡化社會；估計將於 2018 年超過 14%，將邁入高齡社會；至 2025 年將超過 20%，屆時即會成為超高齡社會 (行政院經濟建設委員會, 2012)。60 歲以上之老人，每增加 5 歲失智症盛行率便倍增 (Hendrie, 1998)，因此失智症已成為台灣重要的社會議題。社區流行病學調查發現台灣 65 歲以上人口的失智症盛行率約 1.7%至 4.4%，且會隨著年齡遞增。經台灣失智症機構照顧需求之調查-長期照護機構失智症患者之盛行率調查分析，台灣社區失智症盛行率：65~69 歲為 1.2%、70～74 歲為 2.2％、75～79 歲為 4.3％、80～84 歲為 8.4％、85～89 歲為 16.3％、90 歲以上為 30.9％ (傅中玲, 2008)。依據內政部 100 年 6 月底身心障礙人口統計，身心障礙手冊申請人口中只有 35,781 人為失智症患者，顯示仍有許多失智患者尚未就醫。. 二、失智症定義失智症通常根據 Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fourth Edition (DSM IV 2000) 來定義。台灣失智者協會出版之失智症照護指南指出，失智症是一種對於先前沒有認知受損且較正常老化更為嚴重的全面性認知能力損傷。失智症並非單一疾病，而是一種症候群。會影響包括記憶、注意力、語言及 32.

(46) 問題解決等認知能力，且症狀持續六個月以上。較短時間的認知功能障礙則稱為譫妄 (delirium)，譫妄是一種急性發作的症候群，特徵主要是意識不清醒、注意力變差、失去方向感、情緒激動或呆滯、睡眠週期混亂，常伴隨著妄想 (例如被害妄想)、幻覺 (例如看到過世的親友)等；病程起伏不定，時好時壞 (邱銘章 & 湯麗玉, 2009)。. 三、失智症分類不同類型失智症會有不同症狀及腦部異常狀況，愈來愈多證據顯示的分類上，大致分為兩類：退化性及血管性失智 ("2013 Alzheimer's disease facts and figures," 2013)，有時患者會存在兩種或以上的病因，最常見的則是阿茲海默症與血管性失智症並存，或是糖尿病與阿茲海默並存，此種類型又稱為混合型失智 (mixed dementia) (Jellinger & Attems, 2007; Schneider, Arvanitakis, Bang, & Bennett, 2007)：. (一) 退化性失智症：大部份患者都是屬於這類型，其中又以下列三者最常見： 1. 阿茲海默症 (Alzheimer`s Disease, AD)：以 1906 年由德國 Alois Alzheimer 醫師發現命名，是目前最常見的失智症，約占失智症患者 60~80%。早期臨床症狀最明顯為記憶力衰退，對時間、地點和人物的辨認出現問題及嗜睡和憂鬱的症狀，晚期症狀則包括判斷能力受損、方向迷失、行為改變及講話、吞嚥和行走困難；其腦部神經細胞受到破壞，初期以侵犯海馬迴為主，解剖往生病患腦部可發現異常澱粉樣蛋白 (amyloid beta, Aβ) 及神經纖維糾結 (neurofibrillary tangles, NFTs)，臨床病程約 8-10 年。. 33.

(47) 2. 額顳葉型失智症 (Frontotemporal lobe degeneration, FTLD)：腦部由以額葉開始退化逐漸進展到顳葉，早期即出現人格變化和行為控制力的喪失，常常會有不合常理的行為舉動例如偷竊；或是早期就出現語言障礙，例如表達困難、命名困難等漸進性退化現象。與阿茲海默症平均好發年齡四十五至六十五歲，較阿茲海默症存活年數少。. 3. 路易氏體失智症 (Dementia with Lewy Bodies, DLB)：為第二常見的退化性失智症，病因為不正常的 α- 突觸核蛋白 (Alpha-synuclein) 堆積在皮質或海馬迴中，特徵為認知功能障礙、早期可能會伴隨著身體僵硬、手抖、走路不穩、重複地無法解釋的跌倒現象。此外則會有比較明顯的精神症狀，例如：視幻覺或聽幻覺、情緒不穩或疑心妄想等症狀發生，平均好發年齡在七十歲以後。. 4. 亨廷頓氏症 (Huntington’s Disease) 通常會發展成與路易氏體失智症或阿茲海默症相似的嚴重失智症。早期症狀為行動異常，α-突觸核蛋白堆積在腦部黑質 (substantia nigra)，使製造多巴胺 (dopamine) 之神經細胞退化。. 5. 常壓性水腦症 (Normal pressure hydrocephalus) 症狀包括步態不穩、認知或行為功能異常、失禁，是少數可逆或可治療的失智症之一。. (二) 血管性失智症因腦中風或慢性腦血管病變，使得腦部血液循環不良，導致腦細胞死亡 34.

(48) 引發智力減退，是造成失智症的第二大原因。一般有中風後血管性失智症、小血管性失智症。中風之病人若存活下來，約有 5%的病人會有失智症狀，追蹤其五年，得失智症的機會約 25%。其特性是認知功能突然惡化、有起伏現象、呈階梯狀退化，早期常出現動作緩慢、反應遲緩、步態不穩與精神症狀。常見臨床症狀： 1. 情緒及人格變化（憂鬱症） 2. 尿失禁 3. 假延髓性麻痺(吞嚥困難、構音困難、情緒失禁) 4. 步履障礙(失足跌倒). (三) 其他因素導致之失智症有些失智症是由特定原因所造成，經過治療之後可能有機會可以恢復，這類型失智症的病因有： 1. 營養失調：如缺乏維生素 B12、葉酸等營養素。 2. 顱內病灶：如常壓性水腦症、腦部腫瘤、腦部創傷等。 3. 新陳代謝異常：如甲狀腺功能低下、電解質不平衡等。 4. 中樞神經系統感染：如梅毒、愛滋病等。 5. 中毒：因藥物、酗酒等。 6. 其他. 四、阿茲海默症病程. 根據美國美國國家衛生研究院老年研究 (National Institute on Aging, NIA)及阿茲海默症協會將阿茲海默症及其他失智症知病程作一標準描述(Hyman et al., 2012)，可分為阿茲海默症前期 (Preclinical Alzheimer’s disease)、阿茲海默症造成 35.

(49) 的輕度知能障礙 (MCI due to Alzheimer’s disease)、阿茲海默症造成的失智症 (Dementia due to Alzheimer’s disease)。 1. 阿茲海默症前期：在此時期，可測量出腦脊髓液或血液中的變化，但還未有記憶損流失的症狀，在產生症狀前的 20 年，腦部跟阿茲海默症有關變化就已開始，但無法建立一評斷標準。 2. 阿茲海默症造成的輕度知能障礙：可被察覺的思考能力受到影響，但並不會影響日常生活能力。研究指出，大約 10-20% 65 歲以上人口患有輕度認知障礙，約有一半輕度認知障礙病患在 3-4 年內會發展為失智症。 3. 阿茲海默症造成的失智症此階段因阿茲海默症造成的腦部改變，使得記憶、思考能力及行為能力影響日常生活能力。. 36.

(50) 五、失智症治療. 傳統上認為神經細胞受損後並無法進行修復或再生，近年來逐漸有研究認為神經細胞是可修復的 (Rodríguez, Noristani, & Verkhratsky, 2012)，但目前失智症的藥物並沒有辦法阻止或恢復已受損的大腦細胞，僅可使患者的症狀改善或延緩疾病進行。在治療上分為藥物治療與非藥物治療，希望能夠藉由治療提升病患生活品質且減輕照顧者的負擔，分別介紹如下 (台灣失智者協會, 2012)：. (一)藥物治療 1. 阿茲海默症：主要使用藥品有膽鹼酶抑制劑及 NMDA 受體 (N-methyl-D-aspartate receptor, NMDAR) 拮抗劑，藉以減緩患者心智功能退化的速度，另外，其他藥物包括抗精神病藥物、抗憂鬱劑等，則是用於改善患者的精神行為症狀。 (1) 膽鹼酶抑制劑：愛憶欣 (Aricept, donepezil)、憶思能 (Exelon,rivastigmine)、利憶靈 (Reminyl, galantamine)。副作用有噁心、拉肚子、厭食、頭痛、嘔吐等。 (2) NMDA 受體拮抗劑：憶必佳. (Ebixa, memantine) 、威智. (Witgen,memantine)。針對中重度阿茲海默症較為有效。 (3) 抗精神病藥物：當患者有幻覺、妄想、攻擊、敵意和不合作等症狀時，可給予抗精神病藥物，如：思樂康 (Seroquel, quetiapine)、理思必妥 (Risperdal, risperidone)等。副作用有嗜睡、便秘、血壓降低、顫抖、身體或四肢僵硬等。 (4) 抗憂鬱劑：患者的憂鬱、煩躁、睡眠障礙等可使用抗憂鬱劑來治療，如百憂解 (Prozac,fluoxetine)、樂福得 (Zoloft, sertraline)、美舒鬱 (Mesyrel, 37.

(51) trazodone) 等。可能的副作用有頭痛、噁心、頭暈、平衡感差等。. 2. 額顳葉型失智症：目前仍無任何藥物可以治療或預防，不過針對精神行為症狀可採用抗憂鬱劑或抗焦慮劑等藥物來治療。. 3. 路易氏體失智症：目前只能提供症狀治療，使用藥物來控制巴金森症狀和精神症狀，但可能增加精神症狀；抗精神藥物可改善患者精神症狀，但同時可能使動作障礙更加嚴重。. 4. 血管性失智症：降低大腦進一步受損。主要針對血管危險因子進行控制，如高血壓、糖尿病、高血脂之治療及抗血栓治療。. 5. 其他因素導致之失智症：可找出可逆性病因，針對病因治療。例如：維他命 B12 缺乏、甲狀腺功能過低症等。. (二)非藥物治療：音樂治療、光照治療、懷舊治療、芳香治療、運動治療 (Exercise)、認知訓練(Cognitive training)、多感官刺激治療等。. 38.

(52) 第六節. 第二型糖尿病與阿茲海默症. 一、第二型糖尿病與阿茲海默症相關研究已有許多研究指出，第二型糖尿病與阿茲海默症有許多相似的生理狀況，包括老化、退化、高血膽固醇 (hypercholesterolemia)、代謝疾病以及一些第二傳信者系統 (second messenger system) 表現異常，例如：glycogen synthase kinase 3 (GSK3) 過度表現及蛋白磷酸化不受到控制 (Doble & Woodgett, 2007; Ristow, 2004)。另外也與心血管疾病 (cardiovascular disease)有關 (Brands, Kessels, de Haan, Kappelle, & Biessels, 2004)、增加氧化壓力及發炎反應 (de la Monte & Wands, 2006; Haan, 2006) 及糖化終產物 (advanced glycation end products, AGEs)。流行病學研究指出，第二型糖尿病會增加罹患阿茲海默症的風險 (Haan, 2006)，大約增加 2-5 倍的發生率。愈來愈多研究支持阿茲海默症和腦部葡萄糖利用與能量製造的受損有關 (Frölich et al., 1998; S. Hoyer, 2002, 2004; Steen et al., 2005)。代謝的異常會導致腦部胰島素阻抗，使得調控神經細胞存活、能量製造、基因表現及可塑性產生異常的現象。因此，探討兩者關聯機制是近年來探討的重點。. 二、連結阿茲海默症與第二型糖尿病的可能機制 (一) 類澱粉樣蛋白 (amylod peptide) 類澱粉樣蛋白 amyloid-β (Aβ) 的堆積會造成神經細胞退化 (Hölscher, 2005)，同樣地，第二型糖尿病期胰臟 β 細胞的流失一部份原因來自類澱粉蛋白在胰島堆積 (Clark et al., 1988)，且研究發現 IAPP (islet amyloid polypeptide) 結構與 AβPP (Amyloid-β Protein Precursor) 的結構高 90% 相 39.

(53) 似 (J Janson et al., 1996)。 Aβ 為類澱粉蛋白前驅物 (amyloid precursor protein, APP) 裂解產物，裂解有兩個路徑，第一個路徑由 α-secretase 作用，製造具有神經保護功能的可溶性 APPα 片段，此路徑並不會產生 Aβ。Aβ 由另一路徑產生，APP 先由 β-secretase 分解再由 γ-secretase 作用分解成 Aβ(40-42)，產生的 Aβ 會堆積形成斑塊 (plaques) (Hölscher, 2005)，進而影響神經細胞突觸功能及誘發細胞死亡 (Small, Mok, & Bornstein, 2001; Walsh & Selkoe, 2004)。. (二) 神經纖維糾結 (neurofibrillary tangles, NFTs) 及過度磷酸化的 tau 蛋白過度磷酸化的 tau 堆積以後會形成 NFTs，第二型糖尿病與阿茲海默症的磷酸化與 GSK-3 的活化有關，其中 GSK-3β 是形成 NFTs 的關鍵步驟。胰島素的缺乏及胰島素阻抗會過度活化 GSK3β 及抑制磷酸酶，進而導致 tau 蛋白過度磷酸化。氧化壓力的增加使得 ROS 產生導致 tau 蛋白錯誤摺疊。錯誤折疊的 tau 蛋白堆積並形成不可溶的神經纖維糾結 (neurofibrillary tangles, NFTs)，導致神經傳遞的中斷 (de la Monte, 2012)。. (三) 胰島素愈來愈多研究顯示，胰島素訊息傳遞受損與阿茲海默症的認知能力受損有關 (de la Monte & Wands, 2005; Gasparini & Xu, 2003; Watson & Craft, 2004)，在阿茲海默症中，因胰島素受器敏感性改變使得腦部胰島素阻抗。胰島素可調控食物攝取與體重，由分布在下視丘的胰島素受器掌管；並影響神經傳遞物質的釋放與再吸收，同時也改善學習與記憶能力，由分布在海馬迴及皮質上的胰島素受器管控 (Biessels, Bravenboer, & Gispen, 2004; Gispen & Biessels, 2000)。在第二型糖尿病病人，胰島素的缺乏及胰島素訊 40.

(54) 息傳遞的受損會導致老化有關的神經細胞退化及認知能力受損 (Zhao, Chen, Quon, & Alkon, 2004)。從阿茲海默症病患的腦部可以發現，IR 表現下降、腦部胰島素與 IR 密度隨著年齡減少 (Frölich et al., 1998; Steen et al., 2005)，這種腦部胰島素訊息傳遞受損被稱為「第三型糖尿病」(Type 3 Diabetes) (Lester-Coll et al., 2006)，稱阿茲海默症為「腦部胰島素阻抗狀態」(inuslin-resistant brain state) (S. Hoyer, 1998)。Watson and Craft (2004) 將胰島素與葡萄糖對阿茲海默症病患記憶的影響整理如下： 1. 阿茲海默症通常與葡萄糖調節失控有關，他們的血液中葡萄糖與胰島素濃度會上升。 2. 阿茲海默症會惡化原先就存在的胰島素異常。 3. 阿茲海默症病患其禁食胰島素濃度上升，且/或降低腦脊髓液胰島素濃度，且/或降低腦脊髓液與血液中的胰島素濃度比值。 4. 急性注射葡萄糖可改善阿茲海默症病人與老年人之記憶能力。. (四) 糖化終產物糖化終產物為非酵素性葡萄糖與蛋白質縮合反應及脂質與核酸暴露於還原糖的衍生物 (S.-i. Yamagishi et al., 2002)，正常老化、糖尿病都會造成糖化終產物在不同組織的形成與堆積 (Takeuchi & Yamagishi, 2004a, 2004b; S. Yamagishi, Takeuchi, Inagaki, Nakamura, & Imaizumi, 2003)。高血糖及阿茲海默症病人都可以發現糖化終產物加速形成，且造成 Aβ 增加累積及糖化 tau 蛋白加速過磷酸化的 tau 蛋白轉變為神經纖維糾結 (Ledesma, Bonay, Colaço, & Avila, 1994)。. 41.