阿茲海默症的根源:老化細胞為何清不掉「蛋白質垃圾」?
阿茲海默症的根源:老化細胞為何清不掉「蛋白質垃圾」?

阿茲海默症的腦部斑塊,真的是致病元兇嗎?

乍看之下,庫魯病或羊搔癢症,與阿茲海默症之間只有一個共同點:都是致命的腦部疾病。但如同我們即將看到的,它們的相似之處更為深遠。阿茲海默醫生曾親自解剖過世病人的腦,發現細胞外有斑塊沉積,有些神經細胞裡還有纖維糾結。這些沉積的形成是疾病的成因還是症狀,起初並不清楚。

到了1984年,科學家辨認出斑塊的主要成分為乙型類澱粉蛋白,這種蛋白質由更大的類澱粉蛋白前驅蛋白修剪而成,而這種前驅蛋白簡稱為APP(amyloid precursor protein)。阿茲海默症通常是老年才發生的疾病,未必因遺傳而來,但某些遺傳型阿茲海默症的病人,會在較早的年紀發病,這些早發型病患的APP基因上就帶有突變。科學家還辨識出一種早老素,是一種酶,會將APP修剪為成熟的乙型類澱粉蛋白。之所以稱為早老素,是為了點出它與早衰有關。這些蛋白質的突變,也會導致家族性阿茲海默症。

乙型類澱粉蛋白累積過多或處理不當會導致阿茲海默症的論點,似乎很具說服力。所以在這個研究領域中,許多人把焦點放在斑塊形成的因素,以及如何預防。

tau蛋白纖維,第二個被揪出的致病嫌疑犯

然而在科學上,事情往往不會那麼直截了當。首先,斑塊通常形成於神經細胞外,為什麼會殺死神經細胞?另一個疑點是,其他組織也有乙型類澱粉蛋白沉積,例如血管,但只有生病的腦會致命。這種疾病還有一個之前遭到忽視的特徵:在病人的部分神經元裡有另一種tau 蛋白形成的纖維。或許,這些tau纖維才是生病的原因。

雖然科學家起初抱持懷疑的態度,但tau蛋白與失智症有所牽連的證據卻開始累積,有三個團隊各自發現,患有帕金森氏症相關遺傳失智症的病人,tau基因上具有突變。此外,想像tau蛋白如何導致疾病並不困難,這些tau纖維可能堵住連接神經元的狹窄軸突和樹突,不出所料,正是這些連結處首當其衝,造成認知障礙。

最近,科學家發現病人腦部中的纖維,並不是未摺疊蛋白隨便堆積而成。更確切的說,每一類失智症都有異常分子聚集成的特有纖維。多項研究一致顯示,我們在病人腦部看到的糾結,其實有非常明確的結構,每一種結構都是特定疾病的標誌。這是我們在幾年前還不知道的事。

因此,就目前所知來說,我們有充分的證據顯示,乙型類澱粉蛋白、tau蛋白及其他纖維都與失智症有關。問題是沒有人真的了解這些蛋白質的正常作用。可確定的是,如果把小鼠製造這些蛋白質的基因去除,牠們會出現異常,但不會出現斑塊或阿茲海默症。這代表乙型類澱粉蛋白或tau 蛋白之所以致病,不是因為停止運作,而是因為它們的未摺疊形式形成了纖維,擴散到整個腦部。

同樣是異常蛋白質擴散,阿茲海默症為何不會傳染?

阿茲海默症與普里昂疾病,都是由於異常形式的蛋白質聚集成糾結或斑塊所引起。在普里昂疾病中,普里昂形式與正常形式的蛋白質形狀不同,當普里昂接觸到正常蛋白質時,會把正常蛋白質轉變成普里昂,藉此擴散。愈來愈多人認為,阿茲海默症與其他神經退化疾病的情形也是如此:異常的未摺疊蛋白質會促進纖維形成,然後纖維擴散到整個腦部。把阿茲海默症病人的腦部萃取物注射到小鼠腦中,會刺激斑塊或糾結過早形成。但和庫魯病與牛海綿狀腦病不一樣的是,沒有證據證明阿茲海默症、帕金森氏症或類似疾病真的具有傳染性。這也可能是因為我們不會食用失智症病人的腦,也不會把病人腦部的萃取物注射到自己腦中。

導致阿茲海默症的原因究竟為何,是迫在眉睫的問題,攸關疾病的預防關鍵。答案取決於如何定義原因。直接原因很可能是腦中有tau蛋白或乙型類澱粉蛋白纖維。然而追溯到更早期的根本原因,則是細胞無法處理過多的未摺疊蛋白,這些蛋白質於是開始聚集形成纖維。這又是因為控制系統受損所致,也就是本章前面討論的細胞品質控制與回收機器。控制系統受損,正是老化的結果。

因此可以說,這一切都歸結於我們活得夠久,才讓損傷得以發生。格外諷刺的是,人類的預期壽命雖然在過去一個世紀中增加了,但後果卻是讓我們更可能與阿茲海默症等疾病的可怕影響共度晚年。

我們能做些什麼來應對嗎?難以面對的是,雖然經過數十年的努力,失智症仍然缺乏有效的治療。正如癌症如此難以治療,是因為細胞失控,阿茲海默症則是因為蛋白質行為失常。和癌症一樣,可能既有遺傳因子,也有化學物質,或還有傳染原會加速失智病程,這也為治療帶來根本的困難。

抗體療法上路!18個月減緩25%認知退化,仍有癲癇、腦出血風險

最近,有些療法運用抗體和乙型類澱粉蛋白結合,在治療18個月後,認知退化的進展約減緩25%。如果在早期就展開治療,並用於tau蛋白聚集程度只達中等的病人身上,這類療法減緩疾病進展的效果最好。但也有嚴重的副作用風險,包括癲癇與腦出血。然而,這些療法證明,以乙型類澱粉蛋白為標靶有一定的臨床效果,在阿茲海默病人幾乎沒有選擇的黯淡背景下,即使療法很昂貴、複雜,而且改善成效相對有限,也會被讚揚為巨大的突破。

儘管如此,最近對這種疾病的基礎理解得到突破,仍帶來了希望。既然我們知道那些蛋白纖維不是隨意累積,而是透過非常專一的接觸才能形成結構,或許可以研發藥物來阻止纖維形成;其他人也嘗試抑制蛋白質本身的形成。科學家正在努力研究終極原因,包括如何改造正在老化的細胞,讓它們能像年輕細胞一樣有效處理異常的蛋白質。我們還需要找出合適的生物標記,做為疾病剛發生時的早期警訊。隨著我們學到更多相關的生物學基礎知識,可期待未來將找到更多方法,從源頭預防這項疾病,並在發病時能夠及早診斷並加以治療。

老化可以改變嗎
圖/ 天下文化

本文摘自《老化可以改變嗎?:探討衰老的機制與永生的可能》,文基.拉馬克里希南(Venki Ramakrishnan)著,天下文化出版

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