十月小新聞：能量代謝與神經退化性疾病主題月

神經退化性疾病（neurodegenerative disease）是一種中樞神經系統（central nervous system ，CNS）或周邊神經系統 （peripheral nervous system，PNS）的神經細胞漸進性損失的疾病，對全世界數百萬人的生活造成不利的影響。神經退化性疾病有八大特徵 [1]，分別是：病理性蛋白質堆積、突觸和神經元網路功能障礙、異常蛋白質穩態、細胞骨架異常、能量代謝改變、 DNA 和 RNA 缺陷、發炎以及神經元細胞死亡（圖一）。一旦神經細胞的構造或功能毀損，由於神經細胞終末分化的特性，將無法有效自我再生，此結果將造成神經網路之間喪失有效聯繫，最終導致記憶、認知、行為、感覺或運動功能受損。

神經細胞在人體中是高度耗能的細胞 [2] ，因此能量代謝的缺陷參與在許多神經退化性疾病的機制中。葡萄糖與乳酸是神經細胞能夠利用的能量物質，他們可從血液直接運送或間接經由星狀膠細胞（astrocyte）運送至神經細胞 [2]。細胞中的葡萄糖經由糖解作用可合成ATP及丙酮酸（pyruate），丙酮酸在粒線體中經由氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）可合成 ATP 供細胞使用。因此粒線體功能若出現障礙，將造成可利用的ATP不足，進而導致神經細胞中高耗能的反應功能受損，特別在突觸這個位置的耗能反應，如離子平衡、細胞骨架動態以及蛋白質穩定等。此外，粒線體失能將導致釋出的自由電子與氧氣或氮氣進行氧化還原反應，產生的活性氧化物（reactive oxygen species，ROS）會蛋白質、脂質與核酸受損及失衡 [3-4]，這些細胞內的反應促使神經細胞失能，甚至死亡。

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越來越多的研究指出，大腦的老化與能量代謝失能有關。在大腦結構中，具有高能量代謝特性的神經細胞特別容易受到代謝失能的影響而導致神經退化。帕金森氏症與阿茲海默症是兩種最常見神經退化性疾病，主要的臨床表現分別為動作障礙與認知、記憶障礙。然而，通常在臨床症狀出現時，大腦已出現不可逆的結構損傷，此時才介入進行治療卻為時已晚。因此，代謝失能在神經退化的早期扮演了重要角色。因此在十月的小新聞中，我們將探討細胞能量代謝與最常見的神經退化疾病—帕金森氏症及阿茲海默症的相互關係，敬請期待！

參考文獻

[1] Wilson, D. M., Cookson, M. R., Van Den Bosch, L., Zetterberg, H., Holtzman, D. M., & Dewachter, I. (2023). Hallmarks of neurodegenerative diseases. Cell, 186(4), 693-714. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.12.032

[2] Cunnane, S. C., Trushina, E., Morland, C., Prigione, A., Casadesus, G., Andrews, Z. B., Beal, M. F., Bergersen, L. H., Brinton, R. D., de la Monte, S., Eckert, A., Harvey, J., Jeggo, R., Jhamandas, J. H., Kann, O., la Cour, C. M., Martin, W. F., Mithieux, G., Moreira, P. I., Murphy, M. P., … Millan, M. J. (2020). Brain energy rescue: an emerging therapeutic concept for neurodegenerative disorders of ageing. Nature reviews. Drug discovery, 19(9), 609–633. https://doi.org/10.1038/s41573-020-0072-x

[3] Lin, M. T., & Beal, M. F. (2006). Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in neurodegenerative diseases. Nature, 443(7113), 787–795. https://doi.org/10.1038/nature05292

[4] Andersen J. K. (2004). Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?. Nature medicine, 10 Suppl, S18–S25. https://doi.org/10.1038/nrn1434

撰文｜劉姿婷
審稿｜蕭皓文