以秀麗隱桿線蟲為模式探討甲基乙二醛誘導阿茲海默症之毒性效應

Abstract

"甲基乙二醛 (methylglyoxal, MG) 是一種具有高度活性的α-雙羰基化合物 (α-dicarbonyl compound)，隨著其逐漸累積，會產生糖化終產物 (advanced glycation end products, AGEs)，進而改變生物體內蛋白質之正常結構及功能。阿茲海默症是一種常見的神經退化性疾病，其症狀包含記憶力喪失、認知障礙及行為脫序等。過去MG之相關研究主要針對生物體的老化及糖尿病為主題作探討，而在生物體內對阿茲海默症病徵及相關機制之研究則相對較少。故本篇研究將利用秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditis elegans) 作為評估阿茲海默症之模式生物，並探討暴露MG後對阿茲海默症毒性效應之影響，及進而造成的生物體損傷。 研究結果發現，暴露於0.05、0.1、0.5及1 mM MG並不會影響C. elegans之體長，而其中0.1、0.5及1 mM MG卻能顯著影響C. elegans之運動行為表現，顯示在上述濃度下MG具有神經毒性。而在轉基因種C. elegans CL4176以及C. elegans CL2006的癱瘓試驗中，無論暴露於0.1或0.5 mM MG與控制組相比，皆能顯著加速C. elegans的癱瘓速率。同時實驗發現C. elegans CL2006體內不正常類澱粉蛋白 (amyloid-β peptide1-42, Aβ1-42) 在0.5 mM MG誘導下，能顯著增加其數量和聚集程度；同樣也觀察到其體內活性氧物質 (reactive oxygen species, ROS) 顯著增加。另外，轉基因種C. elegans CL2355可透過溫度上調使其神經細胞大量表達Aβ1-42，於血清素敏感試驗中暴露0.5 mM MG亦能觀察到其運動行為受損，顯示暴露上述濃度下，不僅提升Aβ1-42蛋白累積、ROS及降低活動能力，也會造成神經毒性效應。進而深入探討暴露0.5 mM MG對於生物體內抗氧化及自噬作用相關基因mRNA表達之影響，發現C. elegans wild-type N2暴露MG至成蟲第2天時，其體內抗氧化skn-1及gst-4基因和自噬作用bec-1基因表達量皆顯著上升；至成蟲第8天，與抗氧化相關sod-3、gst-4及hsp-16.2或與自噬作用相關lgg-1基因表達量皆顯著降低；而轉基因種C. elegans CL2006在暴露MG至成蟲第2天時，其體內自噬作用vps-34基因表達量顯著下降；至成蟲第8天時，自噬作用相關lgg-1及bec-1基因表達量皆顯著高於控制組。另外，若同時介入化合物川陳皮素 (nobiletin, NOB)，則能顯著延緩C. elegans因MG誘導所增加的癱瘓速率。 綜合本研究之實驗結果，發現長期暴露於MG會促進C. elegans阿茲海默症相關病徵，並影響與抗氧化及自噬作用相關基因之表達，加速神經毒性效應，而介入NOB可減緩MG所誘導的阿茲海默症毒性效應。"