攝取維生素 B12 預防阿茲海默症?科學家從線蟲身上學到了什麼?

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阿茲海默症是無法延緩的神經退化性疾病,主流認為 β-類澱粉斑塊(amyloid beta)堆積是病發的徵兆,這個現象與患者 DNA 甲基化程度偏低有關。維生素 B12 是參與 DNA 甲基化的重要物質,許多研究指出維生素 B12 可降低罹患阿茲海默症風險。富含維生素 B12 的食物包含鮭魚、蛤蜊、以及肝臟類食物。

不過要得知透過飲食攝取維生素預防阿茲海默症的有效性有其難度,因為人類的飲食、腸道微生物菌相都相當複雜。美國德拉瓦大學(University of Delaware)卻在簡單的模式生物:秀麗隱桿線蟲(C. elegans)找到驗證,該團隊發現維生素 B12 飲食攝取不足的 C. elegans 會導致 β-類澱粉斑塊沈積,而且線蟲不再「擺動」,是相當直接的觀察標的。相關成果發表於《Cell Reports》。

為什麼是 C. elegans 

C. elegans 約長 1mm,生長環境多在土壤中以細菌為食。這種線蟲是目前少數完成全基因組定序的多細胞真核生物,被廣泛應用於神經科學研究當作模式生物。

這項研究以 C. elegans 為觀察對象可以說出於偶然,起初研究團隊從事 C. elegans 的基因組研究,卻在培養的過程意外發現,若線蟲攝食維生素 B12 含量低的大腸桿菌,會導致線蟲活動力降低。這是由於線蟲體內的 β-類澱粉斑塊沈積,一旦蛋白沈積形成後,36 小時以內線蟲的活動力就會受到影響。

因此選用 C. elegans 作為阿茲海默症研究的觀察生物可以歸結出 3 個原因,1. 線蟲的基因異質性低,不像人的個體之間基因變異程度大。2. 線蟲和人類一樣有類似的 β-類澱粉斑塊沈積表現,利於進行與阿茲海默症的關聯觀察。3. 線蟲的飲食來源單純,易控制飲食變項。

缺乏維生素 B12 造成線蟲細胞氧化壓力高、活動力下降 

研究發現攝取維生素 B12 不足的 C. elegans 很明顯地活動能力下降,相反的,攝取足夠維生素B12 的線蟲活動力高,而且細胞氧化壓力程度也較低。
研究團隊進一步指出,維生素 B12 的代謝需要透過甲硫氨酸合成酶(methionine synthase)輔助才能作用,如果甲硫氨酸合成酶含量過低,維生素 B12 也無法被線蟲利用。另外,C. elegans 可利用的維生素 B12 也有一定的範圍,當其已經到達足夠含量,攝取再多維生素 B12 也不會有額外益處。

圖片來源:《Cell Reports》

線蟲的阿茲海默症研究可以推展到人類?

這項研究的特色在於所運用的線蟲模式生物,將阿茲海默症與飲食攝取維生素的關聯變因簡單化,該團隊未來也預計採用高通量分析系統偵測線蟲的活動能力,以利更深入分析飲食與線蟲基因的關係。

儘管 C. elegans 是神經科學研究相當常見的模式生物,不過線蟲的基因複雜度與生理功能相較人類仍是單純許多。以這項研究而言,雖然觀察到線蟲的維生素 B12 飲食攝取不足會導致 β-類澱粉斑塊沈積,但這是否對應到人類的「阿茲海默症」病徵仍需要更多證據,才能將相關機轉應用於臨床治療

延伸閱讀:阿茲海默症出現神經退化,與鈣離子濃度失調有關?

參考資料:
1. Cell Reports, 2021; https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)01207-9
2. The Journal of Prevention of Alzheimer’s Disease, 2021; https://link.springer.com/article/10.14283/jpad.2021.22
3. https://www.udel.edu/udaily/2021/september/vitamin-b12-alzheimers-jessica-tanis/

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